Submitted by EDUARDO LUIZ DE GODOI null (eduardo.luiz.godoi@gmail.com) on 2018-02-16T12:51:52Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Eduardo Luiz de Godoi.pdf: 3930737 bytes, checksum: 3a40c9358ea11d0b9adc83902c1bbafe (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Marlene Zaniboni null (zaniboni@bauru.unesp.br) on 2018-02-16T17:50:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 godoi_el_me_bauru.pdf: 3930737 bytes, checksum: 3a40c9358ea11d0b9adc83902c1bbafe (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-16T17:50:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 godoi_el_me_bauru.pdf: 3930737 bytes, checksum: 3a40c9358ea11d0b9adc83902c1bbafe (MD5) Previous issue date: 2017-12-18 / A operação de roleteamento é realizada com o intuito de diminuir a rugosidade e melhorar as propriedades mecânicas da peça, como o aumento da dureza e da resistência à fadiga. O processo se dá sem remoção de material, por meio de trabalho a frio, no qual a ferramenta promove o escoamento do material dos picos para o preenchimento dos vales na superfície da peça de trabalho. Esta operação envolve deformação plástica com consequente introdução de tensão residual de compressão nas camadas subsuperficiais da peça. No entanto, as forças de contato envolvidas no processo podem ser excessivamente altas ao ponto de produzir desvios de forma afetando a qualidade superficial da peça acabada. Para minimizar estes problemas, encontram-se pesquisas que utilizam um feixe de laser para o aquecimento localizado da peça na região imediatamente anterior ao contato da ferramenta. Porém, por questões de custo e espaço físico em torno da máquina, este método tem seu uso restrito. A fim de tornar o roleteamento a quente mais viável, neste trabalho é proposto o uso de resistência elétrica em cerâmica, de baixo custo, a qual emite radiação infravermelha como fonte de calor. Para medir a eficiência da técnica proposta foram realizadas operações de roleteamento convencional e comparadas com a condição a quente empregando uma liga aeronáutica inconel 718. Foram analisadas importantes variáveis de saída do processo relacionadas com a qualidade superficial, como a rugosidade, microdureza, tensão residual e circularidade, quando utilizados diferentes parâmetros de entrada, como força de contato, rotação da peça e número de passes. Os resultados demonstraram que a rugosidade (parâmetros Ra e Rt) dos corpos de prova roleteados apresentou uma redução de aproximadamente 20% sem auxilio e 23% com auxílio de radiação infravermelha em relação ao valor observado antes da operação, ao passo que a dureza superficial apresentou elevação de cerca de 20% sem auxilio e 35 % com auxílio de radiação infravermelha em comparação ao componente torneado. A tensão residual registrada na superfície dos corpos de prova passou a ser tensão residual de compressão e atingiu camadas subsuperficiais após roleteamento a quente e os valores de desvio de circularidades diminuíram. / The burnishing operation is performed in order to reduce roughness and improve the mechanical properties of the part, such as increased hardness and fatigue resistance. The process takes place without material removal by means of cold working, in which the tool promotes the flow of the material from the peaks to fill the valleys on the surface of the workpiece. This operation involves plastic deformation with consequent introduction of residual compressive stress in the subsurface layers of the part. However, the forces involved in the process may be excessively high to the extent of producing shape deviations affecting the surface quality of the finished workpiece. To minimize these problems, there are researches that use a laser beam for localized heating of the part in the region immediately prior to the tool contact. However, for reasons of cost and physical space around the machine, this method has its restricted use. In order to make hot rolling more feasible, in this work the use of low cost electric ceramic resistance is proposed, which emits infrared radiation as a source of heat. To measure the efficiency of the proposed technique, conventional burnishing operations will be performed and compared to the hot condition using an aeronautical alloy 718 Inconel. Important process output variables related to surface quality, such as roughness, micro hardness, residual stress and circularity, when using different input parameters, such as force, part rotation and number of passes. The results showed that the roughness (Ra and Rt parameters) of the test specimens showed a reduction of approximately 20% without aid and 23% with the aid of infrared radiation in relation to the value observed before the operation, whereas the surface hardness presented increase of about 20% without assistance and 35% with the aid of infrared radiation in comparison to the turned component. The residual stress recorded on the surface of the specimens increased and reached subsurface layers after hot burnishing, the values of deviation of circularities decreased.

O processo de roleteamento é um tratamento superficial, comumente utilizado em peças fabricadas em aços e ferros fundidos nodulares, em regiões onde há concentradores de tensões, com o intuito de melhorar as propriedades de resistência à fadiga. Este processo endurece e introduz tensões residuais compressivas na camada superficial do material, através de deformação controlada, provocando uma redução das tensões de tração que atuam na superfície da peça submetida a carregamentos cíclicos. Este trabalho teve como principal objetivo o estudo do efeito do roleteamento superficial sobre o comportamento em fadiga de um ferro fundido nodular de matriz perlítica, utilizado na fabricação de virabrequins pela indústria automobilística. Foram realizados ensaios de fadiga por flexão rotativa em corpos de prova lisos e com entalhe. Os corpos de prova com entalhe foram divididos em dois grupos, com e sem roleteamento superficial. Foi utilizado entalhe com geometria semicircular com raio de 1,20mm e profundidade de 0,70mm. Para o processo de roleteamento foi utilizado um rolete com diâmetro de 15,00mm e com raio de curvatura de 1,30mm e aplicada uma força de compressão de 2390N. A introdução de tensões residuais compressivas pelo trabalho a frio, dificultou a nucleação e a propagação de trincas na camada superficial dos entalhes roleteados. Isto ficou evidenciado pelo aumento do valor do limite de fadiga para 483MPa obtido para o material entalhado e roleteado, enquanto que para o material nas condições de sem entalhe e somente entalhado estes valores foram de 300MPa e 168Mpa, respectivamente. / Surface rolling is a mechanical treatment commonly used in parts fabricated with steel and ductile cast iron, specifically in stress concentration regions, to improve fatigue properties. This process hardens and introduces compressive residual stresses to the surface of the material through the application of controlled strains, thus provoking a reduction of resulting tensile stress at its surface under cyclic loading. This work deals with the effect of surface rolling on high cycle fatigue behavior of a pearlitic ductile cast iron used in crankshaft by automotive industries. Rotating bending fatigue tests were performed in both smooth and notched specimens. The notched specimens were divided into two groups: with and without surface rolling treatment. The specimens notch geometry was semicircular with radius of 1.20mm and depth of 0.70mm. The rolling treatment was carried out using a roller with diameter of 15,00mm, curvature radius of 1.30mm and a compression force of 2390N. The introduction of compressive residual stresses under cold work made difficult the nucleation and propagation of the crack on the rolled surface of the notch. It was confirmed by the increase of the endurance limit of the surface rolled specimens to 483MPa in comparison with the smooth and notched specimens, respectively, 300MPa and 168 MPa.

O processo de roleteamento é um tratamento superficial, comumente utilizado em peças fabricadas em aços e ferros fundidos nodulares, em regiões onde há concentradores de tensões, com o intuito de melhorar as propriedades de resistência à fadiga. Este processo endurece e introduz tensões residuais compressivas na camada superficial do material, através de deformação controlada, provocando uma redução das tensões de tração que atuam na superfície da peça submetida a carregamentos cíclicos. Este trabalho teve como principal objetivo o estudo do efeito do roleteamento superficial sobre o comportamento em fadiga de um ferro fundido nodular de matriz perlítica, utilizado na fabricação de virabrequins pela indústria automobilística. Foram realizados ensaios de fadiga por flexão rotativa em corpos de prova lisos e com entalhe. Os corpos de prova com entalhe foram divididos em dois grupos, com e sem roleteamento superficial. Foi utilizado entalhe com geometria semicircular com raio de 1,20mm e profundidade de 0,70mm. Para o processo de roleteamento foi utilizado um rolete com diâmetro de 15,00mm e com raio de curvatura de 1,30mm e aplicada uma força de compressão de 2390N. A introdução de tensões residuais compressivas pelo trabalho a frio, dificultou a nucleação e a propagação de trincas na camada superficial dos entalhes roleteados. Isto ficou evidenciado pelo aumento do valor do limite de fadiga para 483MPa obtido para o material entalhado e roleteado, enquanto que para o material nas condições de sem entalhe e somente entalhado estes valores foram de 300MPa e 168Mpa, respectivamente. / Surface rolling is a mechanical treatment commonly used in parts fabricated with steel and ductile cast iron, specifically in stress concentration regions, to improve fatigue properties. This process hardens and introduces compressive residual stresses to the surface of the material through the application of controlled strains, thus provoking a reduction of resulting tensile stress at its surface under cyclic loading. This work deals with the effect of surface rolling on high cycle fatigue behavior of a pearlitic ductile cast iron used in crankshaft by automotive industries. Rotating bending fatigue tests were performed in both smooth and notched specimens. The notched specimens were divided into two groups: with and without surface rolling treatment. The specimens notch geometry was semicircular with radius of 1.20mm and depth of 0.70mm. The rolling treatment was carried out using a roller with diameter of 15,00mm, curvature radius of 1.30mm and a compression force of 2390N. The introduction of compressive residual stresses under cold work made difficult the nucleation and propagation of the crack on the rolled surface of the notch. It was confirmed by the increase of the endurance limit of the surface rolled specimens to 483MPa in comparison with the smooth and notched specimens, respectively, 300MPa and 168 MPa.

Este trabalho comprovou a eficácia do processo de roleteamento profundo no aumento da vida em fadiga em eixos submetidos ao ensaio de fadiga sob tensão axial. Uma pesquisa bibliográfica extensa foi realizada para o entendimento do comportamento físico do fenômeno encruamento, onde esta pesquisa abrangeu a metalurgia, plasticidade e elasticidade dos materiais, processos de geração de tensão residual e ensaios destrutivos e não destrutivos para obtenção de valores reais. O corpo de prova utilizado, em relação ao corpo de prova padronizado, foi modificado para simular o efeito do entalhe como concentrador de tensões. Corpos de prova sem o tratamento mecânico de roleteamento e corpos de prova com o tratamento foram submetidas ao ensaio de fadiga de tensão axial e de difração de raios-X, a fim de comparar o ganho do processo de roleteamento profundo. Com os resultados dos ensaios de fadiga foi possível obter as curvas Wöhler, "S-N", pertinentes aos dois diferentes grupos de amostras: com e sem o tratamento de roleteamento profundo. Simulações pelo Método dos Elementos Finitos foram usadas também para tentar reproduzir os efeitos da tensão residual compressiva sobre a vida em fadiga assim como os resultados obtidos nos ensaios de fadiga e difração de raios-X. / This project has proved the effectiveness of the deep rolling process in the increasing of fatigue life on shafts submitted to axial stress fatigue test. A deep literature research has done for understanding of the physic behavior of the hardening phenomenon, where this research included metallurgy, plasticity and elasticity of materials, generation of residual stress processes and destructive and nondestructive tests to obtain the real values. The specimen used, comparing to the standard one, had been changed to simulate the notch effect as stress concentrator. Specimen with and without rolling mechanical treatment have submitted to axial stress fatigue test and X-rays diffraction test, to compare the gain of the deep rolling process. With the results of fatigue tests, became possible to obtain the Wöhler curves, "S-N", from each different groups of specimens: with and without the deep rolling treatment. Simulations by Finite Element Method have also used to try reproducing the compressive residual stress effects under the fatigue life, like the obtained results from fatigue and X-rays diffraction tests.