Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:34:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 311887.pdf: 4652023 bytes, checksum: ef89bf373e0d20ec2ddd141dab2f286f (MD5) / O presente trabalho se propõe a pesquisar um determinado comportamento atípico observado na usinagem do ferro fundido cinzento FC 250, qual seja: a diminuição do desgaste da ferramenta com o aumento da velocidade de corte, quando submetido à usinagem em altas velocidades com ferramentas de nitreto de silício (Si3N4). Os experimentos, de usinagem por processo de torneamento externo longitudinal, de curta e longa duração, em corpos de prova produzidos em ferro fundido cinzento FC 250 em condições de fabricação comercial, foram realizados em um torno CNC com potência nominal de 75 kW, barramento inclinado e muito robusto. Os experimentos foram desenvolvidos com diferentes velocidades de corte situadas entre 400 e 1400 m.min-1, com o objetivo de determinar o comportamento do desgaste da ferramenta para crescentes velocidades de corte. A análise dos resultados, especialmente no que tange ao desgaste das ferramentas, foi realizada com microscopia óptica e eletrônica, procurando, desta forma, caracterizar os tipos e mecanismos responsáveis pelo desgaste das ferramentas. A textura e integridade da superfície dos corpos de prova foram analisadas em função da rugosidade da superfície, microdureza e também a microestrutura da camada adjacente à superfície usinada. A análise dos resultados comprovou o comportamento atípico, ou seja, mostrou que o desgaste da ferramenta diminuiu no intervalo de 400 m.min-1 a 700 m.min-1 e no intervalo de 700 m.min-1 a 1400 m.min-1 o desgaste é constante. No que se refere à rugosidade na superfície usinada, constatou-se uma diminuição desta para crescentes velocidades de corte. Quanto à integridade da superfície, não foram identificadas alterações significativas na camada adjacente à superfície usinada, isto em termos de deformações plásticas, alterações microestruturais e microdureza. Esses resultados, que serão detalhadamente discutidos ao longo do trabalho, são relevantes para aplicações industriais, pesquisas no campo dos materiais, ferramentas de usinagem e usinabilidade dos materiais das peças. Por fim, pode-se destacar que os objetivos traçados para a presente pesquisa foram alcançados com sucesso. / This work proposes to investigate a particular atypical behavior observed in the machining of FC 250 gray cast iron, where the tool wear decreased with increasing cutting speed, when subjected to machining at high cutting speeds with tools based on Si3N4. The short and long term experiments for machining external longitudinal turning process in specimens produced in FC 250 gray cast iron in commercial manufacturing conditions were performed on a very robust 75 kW CNC lathe, with inclined bed. The experiments were conducted with different cutting speeds, lying between 400 and 1400 m/min, in order to determine the behavior of the tool wear for increased cutting speeds. The analysis of the results, especially regarding the tool wear, was carried out with optical and electron microscopy, thereby attempting to characterize the types and mechanisms responsible for the tool wear. The texture and surface integrity analyses of the samples were performed in terms of surface roughness, hardness and analysis of the microstructure of the layer adjacent to the machined surface. The results demonstrated the atypical behavior, i.e., the tool wear reduced in the 400-700 m/min range, and in the 700-1400 m/min range the wear is constant. With respect to the machined surface roughness, it decreased with increasing cutting speeds. Regarding the integrity of the surface, significant changes in the layer adjacent to the machined surface were not identified, i.e. in terms of plastic deformation, microstructural changes and microhardness. These results, which will be discussed in detail throughout this text, are relevant for both industrial applications and for research on the field of tool materials for machining, and also for machinability of materials. Finally it can be stated that the objectives for this study were successfully achieved.

[pt] Pós nanoestruturados de nitreto de silício (Si3N4) foram sintetizados a 300 graus Celsius por precipitação a partir da reação em fase vapor entre o cloreto de silício (SiCl4) e a amônia (NH3). O argônio (Ar) foi utilizado como gás de arraste. Além do pó de nitreto de silício amorfo, o cloreto de amônio sólido (NH4Cl) é formado como subproduto. Os pós Si3N4 quando expostos à atmosfera são facilmente oxidados a oxi-nitreto de silício. As fases cristalinas do Si3N4 foram obtidas por tratamento térmico em uma atmosfera de argônio a 1500 graus Celsius por 2 horas. Caracterizações por Difração de Raios-X e Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) revelaram as fases alfa-Si3N4 e beta-Si3N4, dióxido de silício e oxinitretos de silício. A Microscopia Eletrônica de Varredura por Emissão de Campo (MEV) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) mostrara diversas morfologias nas nanoestruturas tais como bastões, cristais facetados, fitas e fios amorfos. O padrão de difração de área selecionada (SADP) indica a natureza cristalina das partículas colunares e as imagens HRTEM revelaram que o espaçamento interplanar da rede é 0,67 nm, que se relaciona com o plano de rede (100) do alfa-Si3N4. A maior superfície específica determinada dos pós, por BET, foi de 96,56m(2)/g. / [en] Nanostructured silicon nitride powders (Si3N4) were synthesized at 300 Celsius degrees by precipitation from the vapor phase reaction between silicon chloride (SiCl4) and ammonia (NH3). Argon (Ar) was used as carrier gas. Solid ammonium chloride (NH4Cl) is formed as by-product, in addition to silicon nitride powder. When exposed to the atmosphere these powders are readily oxidized to silicon oxynitride. Crystalline phases of Si3N4 were obtained by heat treatment in an argon atmosphere at 1500 Celsius degrees for 2 hours. Characterization by X-ray Diffraction and Infrared Spectroscopy with Fourier Transform (FTIR) revealed formation of the alpha-Si3N4 and beta-Si3N4 phases, silicon dioxide and silicon oxynitrides. Field emission scanning electron microscopy (SEM-FEG) and Transmission Electron Microscopy (MET) showed different morphologies such as nano sticks, faceted crystals, ribbons and whiskers. The selected area diffraction pattern (SADP) indicates the crystalline nature of the columnar particles and the HRTEM images reveal that the lattice fringe spacing is 0.67 nm, which match with the (100) plane of alpha-Si3N4. The highest specific surface area of the powders determined, by BET, was 96.56 m(2)/g.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T10:15:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 265567.pdf: 11722801 bytes, checksum: fada2195f1a44572eb99cdc551b077d9 (MD5)