INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE USINAGEM NO TORNEAMENTO DO FERRO

FUNDIDO VERMICULAR COM FERRAMENTAS CERÂMICAS.

Sousa, T.A. (1); Souza, J.V. C (1); Silva, O.M.M. (2); Ribeiro, M.V(1), Alves, M.S. (1);

Mendonça, W.G (3).

(1) UNESP-FEG/ GUARATINGUETÁ – Departamento de Materiais - Avenida Ariberto

Pereira da Cunha, 333, CEP: 12516-410 - Guaratinguetá-SP;

(2) DCTA–IAE- AMR - Pça. Marechal do Ar Eduardo Gomes, 50, S. J. Campos-SP,

CEP: 12228-904.

(3) MAPAL do BRASIL – Ferramentas de Precisão Ltda. Rodovia Alça Leste, s/n -

Jardim das Rosas, Ibirité - MG, 32400-000.

candido@feg.unesp.br

RESUMO

Nos processos de usinagem fenômenos acontecem devido ao contato íntimo

da ferramenta com a peça, empiricamente definidos pelos operadores para controlar

as variáveis durante os processos de usinagem. Neste trabalho foram utilizadas

duas ferramentas cerâmicas, uma de nitreto de silício (Si3N4) e outra de alumina

(Al2O3) no torneamento do ferro fundido vermicular sem utilizar fluido de corte, nas

velocidades de (Vc) 300 e 500m/min, avanço de (f) 0,20mm/rot e profundidade de

corte de (ap) 0,50mm. As caracterizações foram realizadas com um microscópio

óptico, rugosímetro, pirômetro de radiação e um dinamômetro acoplado ao suporte

de ferramenta. Os resultados obtidos demonstraram que a ferramenta de Al2O3

apresentou melhor desempenho na Vc=500m/min, enquanto que a ferramenta de

Si3N4 obteve melhor resultado na Vc=300m/min. Observando as temperaturas foi

observado que a temperatura superior a 920°C levou a ferramenta de Si3N4 a sofrer

fratura, enquanto que, a temperatura de 920°C melhorou o desempenho da

ferramenta de Al2O3.

Palavras chave: Ferramentas cerâmicas; Temperatura de usinagem; Ferro fundido

vermicular; Usinagem a seco.

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

1214

INTRODUÇÃO

Nas indústrias de usinagem a fabricação de peças e equipamentos dentro das

especificações é cada vez mais necessária para manter a competitividade. Estima-

se que aproximadamente 15% do total de todos os componentes mecânicos

fabricados no mundo, provêm de uma operação de usinagem. Apesar da sua

importância econômica e técnica, a usinagem continua sendo um dos processos

menos compreendidos, e de difícil criação de modelos de previsão de eficiência.

Neste contexto, os objetivos finais de produzir produtos de alta qualidade com

reduções de custos e tempo, atendendo as especificações ambientais. Por ser um

processo que envolve diversas variáveis, uma das maneiras de tentar melhorar os

processos é pautada nas variações de velocidades de corte, avanços, profundidades

de corte, uso ou não de fluido refrigerante e tipos de ferramentas de corte. Neste

contexto, o controle da vida útil das ferramentas de corte se apresenta como um

fator crucial na redução de custo, como também eficaz do acabamento e geometria

de componentes complexos, principalmente quando estes são fabricados de

materiais que apresentam alta resistência mecânica, como é o caso do ferro fundido

vermicular (CGI), que vem apresentando importantes aplicações nas indústrias

automobilísticas (1). A introdução de CGI para cabeçote de motores oferece maior

resistência, melhoria da combustão interna, e uma redução de peso de até 10%,

quando comparada ao ferro fundido cinzento (2). Mesmo com as vantagens pré-

escritas, alguns problemas inéditos ou significantes podem se manifestar,

principalmente derivado dos processos de usinagem, onde as literaturas mostram

que este material apresenta pobre a usinabilidade. Uma das possibilidades prevista

com o uso deste material é o aumento da pressão de pico de combustão nos

cilindros de motores diesel, podendo alcançar até 200 bars, além da economia de

combustível, redução emissões de poluentes (3). A propriedade atribuída ao CGI são

caracterizada por terem partículas de grafites alongadas e orientadas

aleatoriamente, mais curtas e espessas do que as do ferro fundido cinzento e com

bordas arredondadas, que promove inibição do inicio de trincas, e tem uma forte

adesão na matriz, formando contorno de interface de alta dureza (4, 5). Encontrar e/ou

obter melhorias de usinabilidade do ferro fundido vermicular (CGI) pode significar

importantes avanços nas indústrias automobilísticas. Fundamentado em literaturas

as ferramentas de corte de materiais cerâmicos têm mostrado potencial para

usinagem do ferro fundido vermicular (6,7). O objetivo deste trabalho foi à aplicação

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

1215

de duas ferramentas cerâmicas, uma à base de nitreto de silício (Si3N4) e outra à

base de alumina (Al2O3) desenvolvidas em laboratório no torneamento do ferro

fundido vermicular sem uso de fluido de corte e analisar as influências das

temperaturas de usinagem no processo.

MATERIAIS E MÉTODOS

Este capítulo descreve todos os procedimentos experimentais realizados

durante a execução do trabalho para caracterizações e testes das ferramentas

cerâmicas de alumina (Al2O3) e nitreto de silício (Si3N4) desenvolvida em laboratório.

Foram realizados estudos bibliográficos para caracterizações das principais

propriedades das ferramentas de corte, e aplicação na usinagem por torneamento a

seco do ferro fundido vermicular.

Fabricação e caracterização da ferramenta desenvolvida

A ferramenta cerâmica a base de alumina foi produzida usando pós de alumina

α (α-Al2O3 da Almatis do Brasil Ltda.) e óxido de Magnésio (MgO da Magnesita do

Brasil), com uma composição de 97,75% em peso Al2O3 e 0,25% em peso MgO com

tamanho de partículas de 0,40 - 0,60 µm, enquanto que a cerâmica de nitreto de

silício foi produzida utilizando 77,50 de Si3N4, 12,00 de AlN, 3,20 de CeO2, 1,50 de

Al2O3 e 5,80 de Y2O3, utilizando pós da H.C. Starck da Alemanha. As composições

foram moídas/homogeneizadas individualmente em meio liquido por 24h utilizando

moinho de bolas rotativo com potes e esferas de alumina. Após a homogeneização

realizou-se um controle de qualidade em função do peso das esferas e do copo do

moinho para observar possível contaminação. Em seguida, os pós foram secados

em estufa a 120 oC, desagregado em almofariz e peneirado em malhas de 125 mesh

(0,15mm). Os corpos a verde foram prensados uniaxialmente em uma matriz

metálica no formato 16,36 x 16,36 x 7,50mm com carga de 80 MPa, seguida

prensagem isostática com carga de 350 MPa, por 2 min. Para sinterização os corpos

a verde de alumina foram acomodados sobre um cadinho de alumina protegido por

uma cama de alumina grossa seguido da sinterização na temperatura de 1600 C

por 1h, com taxas de aquecimento de 15 °C/min até 1200 °C, 10 °C/min até 1400 °C

e 5 °C/min até a temperatura final. O resfriamento se deu na inércia do forno. As

cerâmicas a base de nitreto de silício (Si3N4) foram acomodados em um cadinho de

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

1216

grafite, dentro de uma mistura de 70% de BN e 30% de Si3N4 e submetido à

sinterização em atmosfera de 0,1MPa de pressão de nitrogênio em temperatura de

sinterização de 1850 C por 1h e taxa de resfriamento de 25 oC/min.

Após a sinterização todas as cerâmicas foram analisadas quanto à densidade

relativa pelo principio de Archimedes, sendo posteriormente lixadas e polidas para

análises das fases presente por difração de raios–X usando radiação Cu-Kα,

micrografias por microscópio eletrônico de varredura (MEV), e posterior avaliação de

microdureza e tenacidade á fratura utilizando método de indentação Vickers com

carga de 20 N de acordo com as normas ASTM-C-1327-99 e ASTM-C-1421-99,

respectivamente (8, 9).

Propriedades da ferramenta à base de Si3N4

As caracterizações das cerâmicas mostraram ferramentas de corte com

densidade de 98,18±0,25% D.T., com a presença fase majoritária de β-Si3N4 e

pequenas quantidades de SiAlON (Figura 1-a). Estas fases são importantes para

que as ferramentas possam obter importantes valores de dureza e tenacidade à

fratura, sendo estas propriedades requisitos para aplicações como ferramentas de

corte. Na Figura-1b é observada a microestrutura obtida por MEV, a qual evidencia a

distribuição e a geometria dos grãos. Na microestrutura pode ser observado que

houve transformação de fases dos materiais após o processo de sinterização. As

caracterizações mecânica mostraram propriedades com microdureza de 17,50 ± 20

GPa e K1c =5,68 MPa.m1/2.

Figuras 1:a) Difratograma de raios-X da ferramenta; b) Microestrutura da ferramenta.

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 700

200

400

600

800

1000

1200

1400

33

3333 3

Si3N4

SiAlON

Y2Si

3N

4O

3

Inte

nsit

y (

a.u

)

()

a) b)

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

1217

Propriedades da ferramenta à base de Al2O3

As ferramentas cerâmicas de alumina apresenta densidade relativa superior a

98,42±0,15%, propriedades mecânicas de 17,01±0,12 GPa e K1c=6,8 MPam1/2. A

difração de raios-X apresenta fase majoritária alfa (α), característica da alumina de

alta densidade. Na Figura 1-a, pode ser observado que após a sinterização, os picos

da fase α são deslocados e apresentam diferente intensidade, se comparado com o

material de partida, e que pode ser confirmado na observações microestruturais, em

função da distribuição e geometria dos grãos.

Na Figura 2-b, é observada a microestrutura obtida por MEV após ataque

térmico.

20 30 40 50 60 70

0

1000

2000

3000

4000

5000

A

A

A

A

A

A

A

A

A

Inte

nsi

dad

e (u

.a.)

2 (graus)

a)

Figuras 2:a) Difratograma de raios X da ferramenta; b) Microestrutura da ferramenta.

Geometria das ferramentas de corte

As ferramentas utilizadas nos testes foram desenvolvidas em laboratório,

sendo realizada a retificação e lapidação pela empresa Mapal do Brasil na geometr ia

final de 12,7 x 12,7 x 4,76 mm, de acordo com a norma ISO 1832. O formato e

dimensões foram definidos em função da resistência mecânica e necessidade

especifica do trabalho e em congruência com as dimensões do suporte de

ferramenta. Nas Figuras-3a e 3b, pode ser observado as fotos das ferramentas de

(Al2O3) e Si3N4 com geometria SNGN120408 utilizada no trabalho.

b

)

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

1218

Figuras 3: Ferramentas cerâmicas utilizadas nos testes: a) Al2O3 e b) Si3N4.

Testes de torneamento no ferro fundido vermicular

Os testes de torneamento foram realizados sem a presença de fluido de corte

em um torno CNC- Romi, Mod. Centur 30D. As ferramentas foram aplicadas no

torneamento do ferro fundido vermicular com dureza de 242 ± 2 HB, geometria de

105 mm de diâmetro e 400 mm de comprimento, fornecidos pela empresa Tupy S.A.

Para evitar influência do processo de fundição, os corpos de prova foram

submetidos ao processo de pré-usinagem. As ferramentas foram fixadas em um

suporte do tipo CSRNR 2525M 12CEA que é apropriado para ferramentas

cerâmicas e submetidas ao torneamento nas Vc= 300 e 500m/min, f=0,20mm/rot e

ap=0,50mm. Os parâmetros de usinagem foram selecionados com base em dados

da literatura, sendo realizados com três réplicas para evitar erros experimentais. As

análises dos desgastes foram utilizadas com uma lupa com aumento de 8X, para

inspeção visual durante os testes, e posteriormente um “microscópio”

estereoscópico. Os critérios de fim de vida das ferramentas foram de acordo com a

literatura, onde foi selecionado o critério de desgaste de flanco máximo (VBmáx) = 0,6

mm e/ou fratura abrupta das ferramentas. As medidas de rugosidades superficial

das peças foram realizadas a cada passe, com três leituras defasadas de 120°,

utilizando um rugosímetro marca Mitutoyo Surftest 402 series 178, de acordo com a

norma JIS 2001 e funcional (DIN 4776). Para medida de temperatura foi utilizado um

pirômetro de radiação infravermelho fixado no carro porta ferramenta, a uma

distância de aproximadamente de 20 cm da interface ferramenta/peça, com

analisador digital (LED), sendo as forças de cortes realizadas utilizando um

dinamômetro Kystler tipo 9265B. As Figuras- 4a e 4b, demonstram o corpo de prova

como recebido e sua microestrutura

a

) b

)

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

1219

Figuras 4: a) Corpo de prova antes da pré-usinagem; b) Microestrutura do ferro

fundido vermicular

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Diferentes modos de falhas e desgastes podem ser observados nas

ferramentas de corte utilizadas neste trabalho. Foi observado desgaste de flanco,

fratura e indicios de adesão de material da peça nas ferramentas. Estas ocorrencia

convergem com os resultados observados de temperatura de corte, rugosidades e

forças de corte.

Analise dos desgastes nas ferramentas a base de Si3N4

Nas Figuras 5-a, b e c, podemos observar os desgastes e falhas ocorridos na

ferramenta à base de Si3N4 aplicada na usinagem do ferro fundido vermicular.

0 1000 2000 3000 4000 5000

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Comprimento de corte - Lc (m)

500 m/min

300 m/min

De

sg

as

te d

e f

lan

co

- V

Bm

ax (

mm

)

Figuras 5: a) Desgaste de flanco vs Comprimento de corte; b) Desgaste de flanco na

Vc=300 m/min; c) Fratura da ferramenta na Vc=500 m/min

Analisando as figuras 5a, b e c, podemos observar que durante o torneamento

a seco do ferro fundido vermicular, a melhor condição de usinagem com ferramentas

à base de Si3N4 foi obtido para Vc=300m/min, onde houve desgaste de flanco

progressivo e cratera. Este desempenho esta relacionado com os parâmetros de

corte utilizados, que em função da microestrutura da ferramenta promoveu uma

b) Fratura

c)

a)

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

1220

melhor acomodação entre ferramenta e a peça, que provavelmente foi auxiliado pela

ação da temperatura compressiva. Isso pode ser explicado em função da ferramenta

estar submetida ao esforço de compressão gerando calor na interface da ferramenta

e a peça, que em condições ideais podem promover a absorção do grafite do ferro

fundido vermicular na interface da ferramenta, que dentro de uma determinada

temperatura o grafite transforma em fluido de corte pastoso, diminuindo o atrito

durante usinagem. Com a presença do grafite na interface ferramenta e peça,

somada a presença da temperatura, o processo de usinagem se torna mais suave, e

possui menor influência na microestrutura da ferramenta, além de prover reduções

das vibrações e forças de corte. Nesta condição os grãos permanecem estáveis por

longo período de corte. Estes fatos são implícitos da ferramenta à base de Si3N4,

que apresenta fase amorfa nos contornos de grãos, sendo o controle da temperatura

importante para o início da acomodação entre a ferramenta e a peça, promovendo

micro deformações plástica na aresta de corte.

Para a Vc=500 m/min, houve uma redução de 1616,19 metros no comprimento

de corte (Lc), se comparado com a Vc=300 m/min. Nesta condição houve fratura da

aresta de corte. Esta fratura pode ter ocorrido em função da maior velocidade de

corte que promoveu alta temperatura de corte, causando uma sequência instantânea

de tensões irregulares na microestrutura da ferramenta, que em função do tempo

levou a movimentação das fases amorfas no contorno de grãos e a remoção de

pequenos grãos, que posteriormente levou a fratura abruta das arestas de corte. Os

resultados de desgastes e/ou fratura apresentaram influência direta nos valores de

rugosidade e forças de corte, e são derivados da temperatura de usinagem.

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

1221

Análise dos desgastes na ferramenta a base de Al2O3

Nas Figuras 6-b e c, podemos observar os desgastes e falhas ocorridos na

ferramenta à base de Al2O3 aplicada na usinagem do ferro fundido vermicular.

0 1000 2000 3000 4000 5000-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

Comprimento de corte - Lc (m)

500 m/min

300 m/min

De

sg

as

te d

e f

lan

co

- V

Bm

ax (

mm

)

Figuras 6: a) Desgaste de flanco vs comprimento de corte; b) Fratura da ferramenta

na Vc=300 m/min; c) Desgaste de flanco na Vc=500 m/min.

Nas Figuras-6a, b e c, podemos observar que no torneamento a seco do ferro

fundido vermicular com ferramenta à base de Al2O3 o desgaste predominante foi

abrasão, seguido de pequenas fraturas nas ferramentas, fato que levou a

interrupção dos testes. Nas Figuras-6a e 6b, podemos observar que para

Vc=300m/min houve uma fratura na superfície de saída da ferramenta, sendo mais

intensa do que a observada na Figura-6c onde utilizou a Vc=500m/min. Isso pode ter

ocorrido em função da velocidade de corte não ser suficiente para promover

acomodação entre a ferramenta e a peça. Nesta condição alguns agravantes podem

ser considerados: falta de temperatura para absorção de grafite na interface, falta de

micro deformações, e a própria característica de abrasão da ferramenta, que pode

levar a intensas vibrações. Os resultados demonstraram que a melhor condição de

usinagem foi obtida para a Vc=500m/min. Este desempenho esta relacionado com a

ação da temperatura na interface ferramenta e a peça, que durante a usinagem que

promoveu no material uma menor resistência ao cisalhamento devido ao esforço

compressivo realizado pela a ferramenta sobre a peça, gerando alta temperatura. Na

Vc=500m/min vários fenômenos positivos são observados, como uma melhor

acomodação entre a ferramenta e a peça que é impulsionado pela elevada

temperatura, que durante a usinagem promove a dissolução de grafite na interface

ferramenta e a peça. Nesta condição, o desgaste da ferramenta é menor devido à

ferramenta suportar maior temperatura. Entretanto as pequenas fraturas observadas

b) c) a)

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

1222

nas arestas de corte podem ser devido à baixa estabilidade da máquina ferramenta

utilizada.

Análises das variáveis de usinagem nas ferramentas

Nas Figuras, 7, 8, 9, 10 e 11 são demonstradas as influências das rugosidades,

forças de corte e temperaturas no desempenho das ferramentas de corte.

0 1000 2000 3000 4000 5000

0

200

400

600

800

1000

b)

-Si3N4

Tem

per

atu

ra T

(o

C)

Comprimento de corte - Lc (m)

Vc= 500 m/min

Vc= 300 m/min

1000 2000 3000 4000 5000

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

3,0

3,2

3,4

3,6

3,8

4,0

Rug

osid

ade

- Ra (

m)

Comprimento de corte - Lc (m)

300 m/min

500 m/min

- Si3N4

Figuras 7: a) Temperatura (T); b) Rugosidade superficial (Ra).

0 1000 2000 3000 4000 5000

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

Forç

as d

e co

rte

- Fc-

Fp-

Ff-

(N)

Comprimento de corte - Lc (m)

Vc= 300m/min- Si3N4

Fc

Fp

Ff

0 1000 2000 3000

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

Vc= 500m/min- Si3N4

Comprimento de corte - Lc (m)

Forç

as d

e co

rte

- Fc-

Fp

- Ff-

(N)

Fc

Fp

Ff

Figuras 8: Forças de corte – Fc, Fp, Ff (N): a) Vc=300m/min; b) Vc=500m/min.

0 1000 2000 3000 4000 5000-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Comprimento de corte - Lc (m)

Vc= 500 m/min

Vc= 300 m/min

Ru

go

sid

ad

e -

Ra (m

)

Al203

Figuras 9: a) Temperatura (T); b) Rugosidade superficial (Ra).

0 1000 2000 3000 4000 50000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Comprimento de corte - Lc (m)

Vc= 500 m/min

Vc= 300 m/min

Tem

pera

tura

- (

OC

)

Al203

a) b)

b) a)

a) b)

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

1223

0 1000 2000 3000 4000

0

100

200

300

400

500

600

700

Comprimento de corte - Lc (m)

F

orç

as d

e c

ort

e -

Fc-

Fp

- F

f-(N

)

Vc= 300m/min- Al2O

3

Fc

Fp

Ff

0 1000 2000 3000 4000 5000

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

Vc= 500m/min- Al2O

3

Forç

as d

e co

rte

- Fc-

Fp-

Ff-

(N)

Comprimento de corte - Lc (m)

Ff

Fp

Fc

Figuras 10: Forças de corte – Fc, Fp, Ff (N): a) Vc=300m/min; b) Vc=500m/min.

As Figuras 8a e 8b, expressam os valores de forças de corte para a ferramenta

a base de Si3N4, enquanto que nas Figuras-10a e 10b são demonstrados, os valores

de forças de corte para a ferramenta de Al2O3. As forças de corte são consideradas

como fator comprovante do desempenho das ferramentas na usinagem do ferro

fundido vermicular. A Figura-8b, demonstra que uso da ferramenta de β-Si3N4 na Vc

= 500m/min promoveu um grande aumento das forças de todas as forças, sendo

observado aumento abrupto após alguns comprimentos de corte, chegando a um

com Fc=642N. Estes resultados são concordante com os apresentados nas Figuras-

7a e 7b, que mostra aumento da rugosidade e temperatura 920°C, que pode ser

considerada como critica para ferramenta de β-Si3N4, sendo a grande responsável

pela fratura da aresta de corte observada Figura-5 c. Estudos realizados em

laboratório na usinagem do ferro fundido cinzento, nodular e vermicular mostra que

existe um campo ideal de temperatura para as ferramentas a base de Si3N4,

conforme Souza (2009) e Figura-11. Apesar de poucos e/ou quase nada de estudos

realizados neste seguimento, a temperatura de usinagem tem importância

fundamental no desempenho das ferramentas. Neste trabalho, se observar

desempenho da ferramenta de β-Si3N4, podemos constatar que a temperatura muito

alta promover rápido aumento de todas as componentes de forças, rugosidades e

fratura da ferramenta. Entretanto na Vc= 300 m/min, as forças de corte, rugosidades

e desgaste da ferramenta apresentou um leve aumento durante os testes. Entretanto

isto se deu em função de uma melhor acomodação entre a ferramenta e a peça

proporcionada pela presença da temperatura dentro do campo ideal, o que reflete

em um melhor controle da microestrutura da ferramenta.

a) b)

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

1224

3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,00

200

400

600

800

1000

1200

1400

Tem

pera

tura

(oC

)

Tenacidade a fratura (MPa.m1/2

)

Campo ideal de temperatura

HV = 1750 HV- Si3N4

Tcr

Ti

Figura 11: Estudo do campo ideal de temperatura na usinagem com Si3N4.

Na Figura- 9 a, podemos observar que a temperatura média obtida foi de

920°C para Vc=500m/min, o que justifica o desempenho da ferramenta à base de

Al2O3. Entretanto este valor de temperatura é o mesmo obtido com a ferramenta β-

Si3N4, mas o que diferencia o desempenho pode ser a própria característica da

ferramenta à base de Al2O3, que está relacionado com o processo de fabricação

realizado por fase sólida. Neste caso a acomodação da ferramenta e peça, acontece

pela ação da temperatura compressiva, promovida pela ferramenta sobre a peça,

onde ocorre a deformação superficial do material da peça. Isso promove a redução

da resistência ao cisalhamento do material da peça, e em função da temperatura

promover absorção de grafite na interface ferramenta e a peça. Assim podemos

observar que em função da temperatura a Vc=500m/min apresentou melhor

desempenho, se comparado a Vc=300m/min. As Figuras-10a e 10b demonstram que

para Vc=500m/min, as forças de foram maiores enquanto que a Figuras-9a

demonstra menores valores de rugosidades.

CONCLUSÕES

Os resultados demonstraram que ambas as ferramentas possuem potencial

para usinagem do ferro fundido vermicular. Entretanto as temperaturas e os tipos de

ferramenta possuem influência direta nos resultados de usinagem. Neste trabalho

observou-se que a ferramenta a base de Si3N4 deve ser utilizada em velocidades

inferiores a ferramenta a base de Al2O3, e que o desempenho das ferramentas estão

associados à temperatura de corte.

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

1225

REFERÊNCIAS

(1) DAWSON, S.; Compacted graphite iron: mechanical and physical properties

for engine design, SinterCast Technical Publication, Stockholm, Sweden (2002).

(2) SLATTER, T.; LEWIS, R.; JONES, A.H.; The influence of induction

hardening on the impact wear resistance of compacted graphite iron (CGI), Wear 270

(2011) 302–311.

(3) DAWSON, S.; Indra, F.; Compacted graphite iron- A new material for highly

stressed cylinder blocks and cylinder heads, VDI Fortschritt – Berichte 12 (639)

(2007).

(4) DAWSON, S.; HOLLINGER, I.; ROBBINS, M.; DAETH, J.; REUTER, U.;

SCHULZ, H.; The effect of metallurgical variables on the machinability of compacted

graphite iron. In: SAE Tech. Pap. Ser. 2001-01-0409; 2009.

(5) ABELE, E.; SAHM, A.; and SCHULZ, H.; Wear mechanism when machining

compacted graphite iron, CIRP Ann. 2002, Manufact. Technol. 51 (2002) (1), pp. 53–

56.

(6) GASTEL, M.; KONETSCHNY, C.; REUTER, U.; FASEL, C.; SCHULZ, H.;

RIEDEL, R.; Investigation of the Wear Mechanism of Cubic Boron Nitride Tools Used

for the Machining of Compacted Graphite Iron and Grey Cast Iron, International

Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 18 (2000,), pp 287–296.

(7) SOUZA, J.V.C.; CUNHA, E.A.; MOREIRA, M.R.V.; MARTINS, G.V.;

RAYMUNDO, E. A.; KELLY, C. A.; Usinagem de Ferro Fundido Vermicular com

Pastilhas Cerâmicas a Base de Nitreto de Silício. Máquinas e Metais, v. 470, p. 140-

152, 2005.

(8) ASTM: C1327-99, “Standard test method for vickers indentation hardness of

advanced ceramics”, pp. 1-8, 1999.

(9) ASTM: C-1421-99, “Standard test method for determination of fracture

toughness of advanced ceramics at ambient temperature”, pp. 1-32, 1999.

(10) SOUZA, J.V.C.; NONO, M.C.A.; RIBEIRO, M.V.; MACHADO, J.P.B.;

SILVA, O.M.M. Cutting forces in turning of gray cast iron using silicon nitride based

cutting tool, Materials & Design, v.30, (2009), pp. 2715-2720.

AGRADECIMENTOS

Agradecemos a realização deste trabalho à contribuição da Tupy Fundições de

Mauá, Mapal do Brasil Ferramentas de Precisão Ltda, DCTA e FEG-UNESP.

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

1226

MACHINING TEMEPRATURE INFLUENCE ON TURNING COMPACTED

GRAPHITE IRON USING CERAMICS CUTTING TOOLS

Sousa, T.A. (1); Souza, J.V. C (1); Silva, O.M.M. (2); Ribeiro, M.V(1), Alves, M.S. (1);

Mendonça, W.G (3).

(1) UNESP-FEG/ GUARATINGUETÁ – Departamento de Materiais - Avenida Ariberto

Pereira da Cunha, 333, CEP: 12516-410 - Guaratinguetá-SP;

(2) DCTA–IAE- AMR - Pça. Marechal do Ar Eduardo Gomes, 50, S. J. Campos-SP,

CEP: 12228-904.

(3) MAPAL do BRASIL – Ferramentas de Precisão Ltda. Rodovia Alça Leste, s/n -

Jardim das Rosas, Ibirité - MG, 32400-000.

candido@feg.unesp.br

Abstract

In machining processes phenomena occur due to the intimate contact of the

tool with the part, empirically defined by the operators to control the variables during

the machining processes. In this work two ceramic tools are used, a silicon nitride

(Si3N4) and one of alumina (Al2O3) in compacted graphite iron turning, cutting fluid

without using the speed (Vc) 300 to 500m / min; feed (f) 0.20 mm / rev and depth of

cut (ap) 0.50mm. The characterizations were performed with an optical microscope,

rugosimeter, radiation pyrometer, and a dynamometer coupled to the tool holder, with

data processed in a computer. The results showed that the Al2O3 tool performed

better in Vc = 500m / min, the Si3N4 tool obtained better results in Vc = 300m / min. At

temperatures above 920ºC, the Si3N4 cutting tool suffered fracture, whereas the

temperature of 920°C provided better performance to Al2O3 cutting tool.

Keywords: Ceramic cutting tools; Machining temperature; Compacted graphite iron;

Dry machining.

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

1227