Dissertation submitted for obtain the degree of Master of Science, to the Victoria University of Manchester, under supervision Prof. W. Johnson and Dr. S. T. S. Al-Hassani

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. 2006. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação dos Professores Paulo Manuel Salgado Tavares de Castro e Artur Portela

Orientador: Anselmo Eduardo Diniz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T23:01:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_SilviadoNascimento_D.pdf: 7768437 bytes, checksum: 66742bf3f167d6f7c0f9f06567fb171a (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nas ferramentas de corte de metal duro não somente o estado de tensão residual do revestimento e do substrato é de importância, mas a topografia da superfície do substrato também influencia significativamente no desempenho da ferramenta durante o processo de usinagem. Uma ferramenta com boas propriedades de substrato e revestimento, mas com uma topografia favorável à aceleração de desgaste pode ter seu desempenho severamente prejudicado. Neste trabalho, brocas de metal duro revestidas pelo processo PVD foram produzidas com diferentes texturas de substrato e a adesão entre o revestimento e o substrato foi analisada. As análises foram baseadas nos ensaios de indentação Rockwell C, de riscamento, de tensão residual na interface, na medição de rugosidade, nos esforços de corte e nos desgastes das ferramentas durante o processo de usinagem. Os revestimentos estudados foram os comerciais BalinitÒ Futura (TiAlN) e Balinit® Helica (TiAlCrSiN). Os experimentos de vida da ferramenta foram realizados utilizando teste de furação com fluido de corte no aço forjado AISI 1548 que é frequentemente utilizado na produção de virabrequim. Os resultados mostraram que os substratos com superfícies mais rugosas apresentaram boas propriedades de adesão, mas alcançaram as menores vidas durante o processo de usinagem. Apesar do revestimento Futura possuir boa resistência ao riscamento quando comparado ao revestimento Helica, as brocas revestidas por Futura não obtiveram desempenho melhor que as revestidas por Helica. Um dos motivos seria a formação de óxidos mais protetores e aderentes que podem ser formados na superfície desgastada das ferramentas revestidas por Helica, devido à composição química da ferramenta. Este fato influenciou na variação dos esforços de corte que foi maior no revestimento Futura. O principal mecanismo de desgaste em todas as brocas foi o "attrition". A principal conclusão do trabalho foi que o substrato com menor rugosidade superficial, maior tensão compressiva e revestido com Helica é o que ofereceu maior desempenho nas condições estudadas nesta tese / Abstract: In the carbide cutting tools not only the residual stress state of the coating and substrate is important, but the substrate surface topography also significantly influences in the tool performance during machining. A tool with good coating and substrate properties but with unsuitable topography may accelerate wear and, consequently have its performance impaired. In this work cemented carbide drills coated using PVD process were produced with different substrate textures and the adhesion between the coating and the substrate was examined. The analyzes were based on the Rockwell C indentation test, the scratch test, residual stress at the interface, surface roughness, cutting forces and tool wear during the machining process. The commercial Balinit Futura (TiAlN) and Balinit Helica (TiAlCrSiN) were the studied coatings. The tool life experiments were carried out using drilling tests with a cutting fluid in the forged AISI 1548 steel which is often utilized in crankshaft manufacturing. The results showed that the surfaces with highest roughness exhibited good adhesion properties, but presented the lowest tool life in the machining process. Although Futura coating possess good scratching strength compared to Helica coating the Futura coated drills did not present better performance in terms of tool life than the Helica coated drills. One reason could be the formation of protective and more adherent oxides that can be formed on the worn Helica coated surfaces, due to the tool chemical composition. This fact influenced in the variation of cutting forces which was higher in Futura coating. The main wear mechanism was attrition in all the drills. The main conclusion of this work was that the substrate with the lowest roughness, the highest compressive residual stress and Helica coated was the one that reached the best performance in conditions tested in this thesis / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutora em Engenharia Mecânica