Avaliação da usinabilidade de aços de livre corte com adições de chumbo e/ou bismuto

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dc.contributor.advisor1Barbosa, Patrícia Alves
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/
dc.contributor.authorAlves, João Paulo Luiz Grisotto
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0009-0009-3872-2301
dc.contributor.referee1Orlando, Marcos Tadeu D'Azeredo
dc.contributor.referee2Machado, Álisson Rocha
dc.contributor.referee3Salustre, Mariane Gonçalves de Miranda
dc.date.accessioned2024-12-23T12:53:23Z
dc.date.available2024-12-23T12:53:23Z
dc.date.issued2024-10-14
dc.description.abstractFree-cutting steels are developed using metallurgical techniques to achieve high machinability through the addition of alloying elements that disrupt the material matrix, enhancing productivity and reducing manufacturing costs. This study aimed to evaluate the machinability of the three free-cutting steels, coded as Steel A (MnS+Pb), Steel B (MnS+PbBi), and Steel C (MnS+Bi). For this purpose, microstructural characterization, hardness tests, and machining tests were conducted, including constant pressure drilling tests (evaluating drilled length, cutting temperature, and chip characteristics) and turning tests (measuring machining force, specific cutting pressure, surface roughness parameters, chip characteristics, and tool wear). In the drilling tests, spindle speed, applied load, and material were varied. In the turning tests feed rate and material were varied. The results indicated that Steel A exhibited a predominantly pearlitic microstructure, while Steels B and C showed ferritic microstructures. These microstructural differences were reflected in the Vickers hardness values, with Steel A showing a hardness 78% and 84% higher than that of steels B and C, respectively. In drilling process, Steel A presented greater machining difficulty, with Steels B and C being the materials with the best machinability responses. Increasing spindle speed or applied load resulted in a higher material removal rate. Lower spindle speed combined with greater applied load resulted in higher temperatures during drilling of free-cutting steels. Increasing applied load contributed to the breakage of the chip, forming shorter chips. Lead and bismuth additions contributed to chip embrittlement, however, only bismuth addition showed tendency to longer and snarled chips formation. In turning process, different microstructures, free cutting elements and hardness promoted changes in the material machinability. At lowest feed rate, FU for Steel C was 105% higher than the others. For f=0.2 mm/rev, FU for Steel A became the superior. And for the greatest feed rate, Steel A showed the better machinability result, presenting a FU value 15.2% lower than Steels B and C. The specific cutting pressure (Ks) showed significant variations depending on the feed rate and materials. Free cutting elements contributed to Ks reduction. The free cutting steels showed similar behavior, increasing roughness with feed rate. Material and feed rate influenced the chip shape during the turning process. In general, chip breaking was facilitated by feed rate increasing. Bi addition contributed to chip embrittlement, making it shorter. Cutting tool used for turning Steel A showed the greatest wear (VBBmáx = 844.523 µm, and crater), the largest build up layer, and evidence of wear mechanisms by diffusion and attrition
dc.description.resumoOs aços de livre corte são desenvolvidos por técnicas metalúrgicas para alcançar alta usinabilidade através da adição de elementos de liga capazes de interromper a matriz do material visando aumentar a produtividade e reduzir os custos de fabricação. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a usinabilidade de três aços de livre corte, codificados como Aço A (MnS + Pb), Aço B (MnS + PbBi) e Aço C (MnS + Bi). Para tal, foram realizadas caracterizações microestruturais, ensaios de dureza Vickers e de usinagem. Dentre os ensaios de usinagem foram executados testes de pressão constante na operação de furação (avaliando percurso de avanço (Lf), temperatura de corte e características dos cavacos); e testes de torneamento (obtendo respostas de força de usinagem, pressão específica de corte, parâmetros de rugosidade (Ra e Rz), características dos cavacos e desgaste da ferramenta). Nos ensaios de furação foram variados rotação, carga aplicada e material. Nos ensaios de torneamento, variou-se o avanço e o material. Os resultados indicaram que o Aço A possui uma microestrutura predominantemente perlítica, enquanto os Aços B e C exibem microestruturas ferríticas, refletindo nos valores de dureza Vickers, com o Aço A apresentando dureza 78% e 84% superior aos dos aços B e C, respectivamente. Na furação, o Aço A apresentou maior dificuldade de usinagem (menor Lf), sendo os Aços B e C os materiais com as melhores respostas de usinabilidade. O aumento da rotação ou da carga aplicada implicou em uma maior taxa de remoção de material. A combinação de menor rotação com maior carga aplicada implicou em maior temperatura durante a furação dos aços de livre corte. O aumento da carga aplicada contribuiu para a quebra do cavaco, formando cavacos mais curtos. Adições de chumbo e bismuto contribuíram para a fragilização do cavaco, tornando-o mais curto. Por outro lado, a adição somente de bismuto tendeu a formar cavacos mais longos e emaranhados. No torneamento, diferentes microestruturas, elementos de livre corte e dureza promovem alteração na usinabilidade dos materiais. No menor avanço, FU para o Aço C foi 105% superior aos dos Aços A e B. Para f=0,2 mm/volta, FU do Aço A se tornou superior aos dos demais. E para o maior avanço, o Aço A mostrou melhor resultado de usinabilidade, apresentando valor de FU 15,2% inferior aos Aços B e C. A pressão específica de corte (Ks) apresentou variações significativas em função do avanço e do material. A presença dos elementos de livre corte contribuiu para a redução de Ks. Os aços apresentaram comportamento similar, aumentando a rugosidade com o avanço. O material e o avanço tiveram influência na variação da forma dos cavacos gerados durante o torneamento. De maneira geral, a quebra do cavaco foi facilitada pelo aumento do avanço. A adição de Bi contribuiu para a fragilização do cavaco tornando-o mais curto. A ferramenta de corte utilizada para o torneamento do Aço A apresentou o maior desgaste (VBBmáx = 844,523 µm e cratera), maior camada de material aderido e evidências de mecanismos de desgaste por difusão e attrition
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/18238
dc.languagepor
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Mecânica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsopen access
dc.subjectAço de livre corte
dc.subjectUsinabilidade
dc.subjectFuração
dc.subjectTorneamento
dc.subjectForça de usinagem
dc.subjectPressão específica de corte
dc.subjectRugosidade
dc.subjectTemperatura
dc.subjectCaracterística do cavaco
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
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dc.typemasterThesis
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