There is currently a knowledge gap regarding the plastic material properties of many steel types that Atlas Copco use in their high torque power tools. This makes it difficult to fully utilise the capabilities of the Finite Element Method (FEM) to aid the developmental process. Case hardened steel is of special interest as there is not any established method on how to model it numerically.Test specimens of steel type 9195 and 2541 has been developed with two different geometries; hollow and solid. Specimen were heat treated to create case hardened specimens with different Case Depths (CD) as well as specimens made to mimic the material behaviour of the case and core of case hardened steel.Monotone torsion tests were conducted to generate stress-strain data for material models. Hardness tests of case hardened steel were made to determine hardness profiles. By combining these results, a spatially dependent case hardened steel material in an FE-model was created.Test results of the homogeneous specimen tests were successfully modelled using FEA. The case hardened steel could also be modelled, but with a discrepancy against the test results as the model core material were not representative actual core. However, the spatially dependent material model has high potential for simulating the case hardened steel, given the correct inputs. / Det finns för närvarnade bristfällig kännedom gällandes plastiska materialegenskaper hos många av de stål Atlas Copco använder i sina högmomentsverktyg för åtdragning av förband. Detta gör det svårt att fullt ut använda finita elementmetoden (FEM) som ett verktyg i produkters utvecklingsprocess. Sätthärdat stål är av intresse då det inte finns någon etablerad metod för hur det ska modelleras numeriskt.Provstavar gjorda av ståltyperna 9195 och 2541 har tagits fram med två olika geometrier; ihåliga och solida. Provstavarna var värmebehandlade vilket gav sätthärdade material med olika sätthärdningsdjup samt provstavar i material som skulle efterlikna materialet hos höljet och kärnan av sätthärdat stål.Monotona vridprov utfördes för att generera spännings-töjningsdata för användning i materialmodeller. Hårdhetstester gjordes för att fastställa hårdhetsprofiler hos sätthärdat stål. Genom att kombinera dessa provresultat skapades en numerisk material-model av sätthärdat stål med FEM.Testresultaten från de homogena provstavarna återskapades numeriskt med goda resultat. De sätthärdade provstavarnas beteende kunde också återskapas, men med ett något bristfälligt resultat då kärnmaterialet hos modellen inte var representativt av riktigt kärnmaterial hos sätthärdat stål. Modellen har dock hög potential för att återskapa sätthärdat stål, givet korrekt materialdata.

Este trabalho tem a intenção de contribuir com informações sobre a integridade superficial resultante do processo de torneamento em material endurecido de componentes mecânicos fabricados em aço cementado ABNT 8620 (DIN 21 NiCrMo 2). A análise das tensões residuais do corpo de prova foi experimentalmente conduzida pelo Método do Furo Cego Incremental, no qual um pequeno furo é introduzido na superfície do componente e a deformação aliviada é registrada por meio de extensômetros especiais, e também, pelo método da difração de raios-X. A superfície foi analisada através de parâmetros obtidos do mapeamento tridimensional da topografia superficial com instrumento de interferometria laser. Os parâmetros de rugosidade, selecionados para medição, visaram uma caracterização funcional das superfícies obtidas, tais como capacidade de carga, capacidade de retenção de fluidos lubrificantes e resistência ao desgaste. Também foram executados ensaios metalográficos para avaliar a existência de camadas de material alteradas abaixo da superfície. Os resultados indicaram que o torneamento em material endurecido foi capaz de produzir uma superfície resultante com boa área de contato, boa capacidade de carregamento e razoável capacidade de retenção de fluidos uma vez que nem todos os parâmetros se encontraram na faixa funcional ideal. O torneamento em material endurecido induziu tensão de compressão nas camadas das amostras cementadas, cuja condição original era tensão residual de tração. Não foram detectadas alterações expressivas na camada cementada, principalmente na região limítrofe da área transversal com a superfície devido ao aquecimento e rápido resfriamento imposto pelo processo de usinagem. / The aim of the present work is to provide relevant information regarding the obtained surface integrity during hard turning process of mechanical components manufactured from case hardened steel ABNT 8620 (DIN 21 NiCrMo 2). The sample residual stress analysis has been experimentally conducted by the incremental Blind Hole method, in which a small hole is machined on the surface of the component and the relieved deformation is recorded through special strain gages, and by the X-ray diffraction technique. The surface was examined by parameters obtained from the surface topography three-dimensional mapping with a laser interferometer instrument. The selected roughness parameters analysis intends to have a functional characterization such as bearing capacity, fluid and lubricants retention ability and contact wear resistance. In the search for altered material layers beneath the surface, metallographic studies were carried out. The functional bearing area curve analysis parameters indicated that the resulting surface has a good area contact, good bearing capacity and reasonable ability to fluid retention as the reduced valley depth parameter did not produced negative values for all conditions tested. The hard turnig process was able to add compression residual stress condition at the surface, and no significant changes were found at the case hardened layer due to rapid heating and cooling imposed by the hard turning process.

Este trabalho tem a intenção de contribuir com informações sobre a integridade superficial resultante do processo de torneamento em material endurecido de componentes mecânicos fabricados em aço cementado ABNT 8620 (DIN 21 NiCrMo 2). A análise das tensões residuais do corpo de prova foi experimentalmente conduzida pelo Método do Furo Cego Incremental, no qual um pequeno furo é introduzido na superfície do componente e a deformação aliviada é registrada por meio de extensômetros especiais, e também, pelo método da difração de raios-X. A superfície foi analisada através de parâmetros obtidos do mapeamento tridimensional da topografia superficial com instrumento de interferometria laser. Os parâmetros de rugosidade, selecionados para medição, visaram uma caracterização funcional das superfícies obtidas, tais como capacidade de carga, capacidade de retenção de fluidos lubrificantes e resistência ao desgaste. Também foram executados ensaios metalográficos para avaliar a existência de camadas de material alteradas abaixo da superfície. Os resultados indicaram que o torneamento em material endurecido foi capaz de produzir uma superfície resultante com boa área de contato, boa capacidade de carregamento e razoável capacidade de retenção de fluidos uma vez que nem todos os parâmetros se encontraram na faixa funcional ideal. O torneamento em material endurecido induziu tensão de compressão nas camadas das amostras cementadas, cuja condição original era tensão residual de tração. Não foram detectadas alterações expressivas na camada cementada, principalmente na região limítrofe da área transversal com a superfície devido ao aquecimento e rápido resfriamento imposto pelo processo de usinagem. / The aim of the present work is to provide relevant information regarding the obtained surface integrity during hard turning process of mechanical components manufactured from case hardened steel ABNT 8620 (DIN 21 NiCrMo 2). The sample residual stress analysis has been experimentally conducted by the incremental Blind Hole method, in which a small hole is machined on the surface of the component and the relieved deformation is recorded through special strain gages, and by the X-ray diffraction technique. The surface was examined by parameters obtained from the surface topography three-dimensional mapping with a laser interferometer instrument. The selected roughness parameters analysis intends to have a functional characterization such as bearing capacity, fluid and lubricants retention ability and contact wear resistance. In the search for altered material layers beneath the surface, metallographic studies were carried out. The functional bearing area curve analysis parameters indicated that the resulting surface has a good area contact, good bearing capacity and reasonable ability to fluid retention as the reduced valley depth parameter did not produced negative values for all conditions tested. The hard turnig process was able to add compression residual stress condition at the surface, and no significant changes were found at the case hardened layer due to rapid heating and cooling imposed by the hard turning process.