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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

MEC 0523 PROCESSOS METALRGICOS DE FABRICAO

INTEGRIDADE SUPERFICIAL

PROFESSOR: Luciano Bet

SEMESTRE 2006.1

TURMA: 1

NATAL, 26/04/2006

ALUNOS: Jos Ferreira da Silva Jnior; Rairam Francelino C. de Almeida; Mrcio Thompson da C. Gomes; Leiliane Alves de Oliveira; Vilsinia do Anjos Fontes.

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SUMRIO

1. INTRODUO...................................................................................................................... 03

2. OBJETIVO............................................................................................................................. 03

3. INTEGRIDADE SUPERFICIAL........................................................................................... 03

4. EFEITOS FSICOS E FUNCIONAIS.................................................................................... 05

4.1. Efeitos: Alteraes Superficiais........................................................................................... 09

4.1.2. Falhas................................................................................................................................ 09

4.1.3. Ondulaes........................................................................................................................ 10

4.14. Rugosidade Superficial....................................................................................................... 10

4.2. Efeitos: Alteraes Sub-superficiais..................................................................................... 10

4.2.1. Fatores Mecnicos............................................................................................................. 11

4.2.2. Tenso Residual................................................................................................................. 11

4.2.3. Micro ou Macro Trincas.....................................................................................................11

4.2.4. Deformao Plstica.......................................................................................................... 12

4.2.5. Alteraes de Microdurezas...............................................................................................12

4.2.6. Distores na Usinagem.................................................................................................... 12

4.2.7. Foras de Fadiga................................................................................................................ 13

4.2.8. Queima Superficial............................................................................................................ 13

4.3. Fatores Metalrgicos.............................................................................................................13

4.3.1. Recristalizao................................................................................................................... 13

4.3.2. Transformaes de Fases................................................................................................... 13

4.3.3. Ataque Intergranular.......................................................................................................... 14

4.3.4. Recolagem de Camadas..................................................................................................... 14

5. MEDIDAS DE CONTROLE.................................................................................................. 15

6. COMO MEDIR A INTEGRIDADE SUPERFICIAL............................................................. 16

7. TCNICAS DE USINAGEM QUE RESULTAM EM BOA INTEGRIDADE

SUPERFICIAL ........................................................................................................................... 18

7.1. Usinagem por Abraso Ultra Sonora ................................................................................... 18

7.2. Usinagem por feixe de eltrons............................................................................................ 19

7.3. Usinagem por Descargas Eltricas....................................................................................... 19

8. ESTUDOS DE CASO ............................................................................................................ 20

9. CONCLUSO........................................................................................................................ 25

10. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.................................................................................. 26

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1. INTRODUO Com o objetivo de atender a todas as especificaes do mercado, onde podemos

destacar a indstria automobilstica, aeroespacial, naval, civil, petroqumica, dentre

outros; e minimizar efeitos negativos causados por um mau acabamento da superfcie

usinada, houve em 1964, o incio do estudo da Integridade Superficial, visando

melhoria do acabamento da superfcie.

A qualidade de uma superfcie feita no processo de usinagem est tornando-se

cada vez mais importante, para satisfazer a qualidade do componente final, por

conseguinte, a longevidade e a confiabilidade dos componentes sofisticados nos mais

diversos tipos de indstria.

Este assunto pode se dividir em duas partes, a primeira a textura da superfcie,

que governa a aspereza, esta essencialmente um estudo da topografia; a segunda a

metalurgia da superfcie que um estudo da natureza da camada gerada pelo processo

de usinagem, onde os materiais esto submetidos a altas temperaturas, tenses cclicas

como tambm seu ambiente de trabalho, onde podem acarretar superfcies com tenses

residuais, e fragilidade superficial, comprometendo a performance do componente em

servio.

2. OBJETIVO Este trabalho realiza um estudo terico sobre a integridade superficial, seu

controle, como tambm uma anlise qualitativa e quantitativa dos efeitos fsicos e

funcionais, como tambm estudo de casos prticos.

3. INTEGRIDADE SUPERFICIAL Normalmente os processos de usinagem removem material dos componentes

manufaturados, cada processo de remoo de metal produz uma alterao superficial

caracterstica, esta alterao superficial modifica as propriedades das camadas

superficiais sem modificar as propriedades do interior do material, podendo ser extensa

e profunda ou superficial e rasa.

A integridade superficial pode ser definida como sendo a soma de todos os

elementos que determinam as condies que existem em uma superfcie de uma pea

acabada, ou seja, a caracterstica atravs da qual podem ser relacionadas ou

identificadas algumas exigncias ou alteraes metalrgicas, nas quais podero

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desenvolver-se devido ao processo de fabricao, tais como: transformao de fases

atravs do encruamento e/ou temperatura, distribuio e tamanho de gro,

recristalizao, incluses no material e tenses residuais.

Estas exigncias e/ou alteraes metalrgicas esto associadas diretamente

natureza da camada superficial, e tem em muitos casos, uma forte influncia nas

propriedades mecnicas do produto final, isto se acentua em alguns materiais e sob

determinadas operaes referentes usinagem.

Na figura 1, observado dois tipos de superfcie, a topogrfica e a metalrgica.

Figura 1 Zonas da integridade superficial.

Com o estudo da integridade superficial, pode-se descrever e controlar as

possveis alteraes produzidas na camada superficial durante a fabricao, tendo assim,

o controle de seus efeitos sobre as propriedades do material e o comportamento da

superfcie em servio. Estes controles podem ser feitos por meio da seleo dos

processos de usinagem e seu controle, estimando as variaes nas propriedades dos

materiais.

Tanto a superfcie metalrgica e a usinada, quanto rugosidade, so fatores

influenciveis mecanicamente na qualidade da superfcie e sub-superfcie, sendo

extremamente significativos na fabricao de componentes estruturais, os quais sofrero

tenses estticas e/ou dinmicas. Desde o ponto de vista topogrfico, como no

metalrgico, importante definir o designe na fabricao de componentes crticos,

reduzindo assim, falhas por fadiga, onde quase sempre se originam na sub-superfcie de

um componente, como tambm seu ambiente de trabalho onde, por exemplo, podemos

ter corroso gerada atravs de tenses pontuais, sendo este um fenmeno superficial.

Superfcie Usinada Topogrfica

Material Base

Superfcie Metalrgica

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4. EFEITOS FSICOS E FUNCIONAIS Como discutido anteriormente, devido ao processo de usinagem, temos efeitos

em sua superfcie, onde sero geradas alteraes na integridade superficial. As mais

comuns podem ser classificadas em trs grandes grupos:

Alteraes Mecnicas, entre as quais as variaes de dureza, o aparecimento de

fissuras e a criao de tenses residuais, onde geralmente, os processos de fabricao

por arranque de material so responsveis pelo surgimento de danos na superfcie do

material.

Alteraes Qumicas, que incluem efeitos de corroso ou de contaminao do material

da pea, podendo gerar, por exemplo, concentraes de tenso que iro afetar a

resistncia mecnica do componente.

Alteraes Metalrgicas, onde observamos o aparecimento do fenmeno denominado

capa branca, incluses no material e mudanas de fase, devido, por exemplo, a variao

de temperatura.

O efeito capa branca

Danos produzidos no processo de usinagem, como exemplo na Usinagem por

Descarga Eltrica (EDM), surgem devido a sua natureza trmica, onde provoca fuses

de materiais e ressolidificaes sobre o substrato (material base), gerando uma capa

superficial com propriedades diferentes s do material original, onde possui colorao

caracterstica, de onde advem o termo capa branca.

Na figura 2, apresentado uma seco tpica de uma pea usinada por EDM,

onde observamos diferentes zonas como, a zona revenida como conseqncia do

aumento da temperatura (ao penetrar no interior desta zona observa-se que a dureza

tende a original) e a zona da capa branca.

Figura 2 Seco tpica da superfcie de uma pea mecanizada por EDM.

Capa branca Zona retemperada

Zona revenida

Substrato

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Desta forma o conceito de integridade superficial no pode ser definido apenas

em uma dimenso e no abrange somente a rugosidade da superfcie ou a sua forma

geomtrica, pois engloba tambm outras caractersticas da superfcie e sub-superfcie,

na figura 3 mostra uma classificao de alteraes que podem ocorrer em uma pea

usinada por um processo dito convencional.

Figura 3 Classificao da Integridade Superficial.

Integridade Superficial

Acabamento Superficial

Alteraes Sub-superficiais

Fatores MecnicosRugosidade

Ondulaes

Falha

Fatores Metalrgicos

Deformao Plstica

Micro ou Macro Trincas

Tenso Residual

Alterao de Microdureza

Distores na Usinagem

Foras de Fadiga

Queima Superficial

Recristalizao

Transformaes de Fases

Ataque Intergranular

Recolagem de Camadas

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As operaes convencionais e no convencionais de usinagem produzem uma

variedade de alteraes superficiais e sub-superficiais. As mais conhecidas e as suas

respectivas profundidades de penetrao esto includas nas tabelas 1 e 2.

Tabela 1 Sumrio das possveis alteraes superficiais resultantes de vrios processos de

remoo de metal.

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Tabela 2 Comparao de profundidade do efeito da integridade superficial

observado em processos de remoo de metal.

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4.1 Efeitos: Alteraes Superficiais

As principais causas que provocam alteraes superficiais so: altas

temperaturas e altos gradientes de temperaturas gerados durante a operao de

usinagem, a deformao plstica e o cavaco deformado plasticamente, reaes qumicas

e a conseqente absoro na superfcie usinada.

Na figura 4, observado alteraes superficiais de uma superfcie usinada, a

combinao de vrios fatores podem ser divididos em: Falhas, Ondulaes e

Rugosidade Superficial.

Figura 4 Elementos do acabamento superficial: a) rugosidade superficial; b) ondulaes;

c) marcas denotando direes das irregularidades; d) falhas.

4.1.2 Falhas

So defeitos localizados na topografia da superfcie de uma pea. So no-

intensionais, inesperadas e indesejveis. Podem ser causadas por defeitos inerentes, tais

como: incluses, trincas, bolhas, ou podem surgir tambm durante o processo de corte.

Normalmente as falhas devem ser evitadas na fabricao de uma superfcie, pois

representam erros de fabricao. A rugosidade superficial por sua vez um parmetro

que especificado de acordo com a aplicao da superfcie usinada.

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4.1.3 Ondulaes

Ondulaes consistem de irregularidades superficiais ou erros geomtricos cujos

espaamentos esto em uma escala dimensional maior que as irregularidades

consideradas como rugosidades. Pode ser causada por vibraes e deflexes da

ferramenta e/ou pea, devido a foras de corte, temperaturas de corte ou erros de fixao

da pea ou ferramenta. Peas longas e finas so mais sensveis a foras elsticas e

dinmicas. Como resultado, as ondulaes so mais pronunciadas. Por outro lado, peas

grandes (grandes sees transversais) so rgidas e as alturas das ondulaes so

pequenas.

4.1.4 Rugosidade Superficial

So irregularidades finas ou erros micro-geomtricos resultantes da ao

inerente do processo de corte (marcas de avano, aresta postia de corte, desgaste da

ferramenta, etc). A rugosidade pode ser medida por vrios parmetros, alguns sero

definidos mais adiante. Em muitos casos a rugosidade utilizada para controlar o

processo de fabricao, pois pode-se inclusive associar o perfil de rugosidade com o

processo de usinagem aplicado, por exemplo, fresamento, torneamento, entre outros. De

fato a rugosidade de uma superfcie controlada por vrios parmetros: mquina

ferramenta, propriedades do material da pea, geometria e material da ferramenta e

processo de usinagem. Mtodos estatsticos aplicados ao resultado da medio da

rugosidade de uma superfcie podem identificar as contribuies relativas de cada um

destes parmetros. Por exemplo, na retificao pode-se avaliar a eficincia do processo

ou a proporo de gros que perderam o corte analisando-se a rugosidade da superfcie

da pea.

4.2 Efeitos: Alteraes Sub-superficiais

Durante a usinagem, o processo de remoo de cavaco cria uma superfcie com

propriedades diferentes do interior do material. A identificao das alteraes na

superfcie de suma importncia, principalmente em componentes que trabalharo

sujeitos a altas tenses, em particular tenses alternadas (trao-compresso). tambm

importante para componentes que iro trabalhar a altas temperaturas e em atmosferas

reativa, porque a resistncia fluncia e outras propriedades mecnicas podem ser

afetadas por alteraes sub-superficiais. As principais alteraes causadas tanto na

usinagem convencional, como na usinagem no convencional so:

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4.2.1 Fatores Mecnicos

Estes fatores esto relacionados com a gerao de tenses residuais tanto de

trao quanto de compresso na sub-superfcie e gerar trincas nesta regio

comprometendo a integridade superficial do material, no qual poder causar uma falha

quando submetido ao um esforo esttico ou dinmico.

4.2.2 Tenso Residual

As tenses residuais so induzidas por deformaes plsticas nas proximidades

da superfcie da pea durante o processo de usinagem. As tenses residuais de trao

so causadas, principalmente, por tenses induzidas termicamente e deformaes

associadas com as temperaturas de retificao e o seu gradiente da superfcie ao interior

da pea, estas tenses em geral, no so desejveis, pois prejudicam a resistncia

mecnica, corroso e ao desgaste. Tenses residuais de compresso so consideradas

benficas nas propriedades mecnicas dos materiais.

4.2.3 Micro ou Macro Trincas

Microtrincas e macrotrincas so freqentemente produzidas durante os processos

de usinagem convencionais e no-convencionais e so resultado do excessivo

aquecimento. Trincas tendem a serem mais comprometedoras em materiais frgeis

(figura 5). Elas podem ocorrer na sub-superfcie, no contorno de gro martenstico e

durante o processo trmico de remoo do material. Microtrincas so geralmente

prejudiciais para a fadiga e para a corroso sob tenso.

Figura 5 Microestrutura com microtrincas.

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4.2.4 Deformao Plstica

A deformao plstica ocorre por si mesma na superfcie ao usinar um material.

Durante o processo de corte a aresta postia de corte, geralmente formada entre a

ferramenta e o cavaco. Este processo formado principalmente a baixas velocidades de

corte e tem tendncia a ser mais pronunciado quando a usinagem feita com

ferramentas de ao rpido. Parte desse material formado sai com o cavaco, mas outra

parte permanece na pea. Muitas vezes formada uma trinca entre a aresta postia de

corte e a superfcie da pea. Esse defeito pode ser crtico na resistncia fadiga. Em

uma operao de abraso, como o fresamento, o cavaco deformado plasticamente

(debris) engastado na pea e a aresta postia de corte contribuem para a rugosidade da

superfcie da pea usinada.

4.2.5 Alteraes de Microdurezas

Estes efeitos so variveis durante os processos de remoo de material e

tendem a produzir uma distribuio de microdureza caracterstica como funo dos

parmetros do processo de usinagem. A figura 6 mostra exemplos de microestruturas

com esses efeitos, para diferentes composies de silicato de alumnio.

As alteraes na microdureza do material se processam pelas seguintes fases:

Formao de martensita no revenida. Deformao plstica atravs de trabalho a frio; quer dizer, a temperaturas abaixo

da temperatura de recristalizao.

Figura 6 Exemplos de microestruturas com durezas diferentes.

4.2.6 Distores na Usinagem

Sempre que uma superfcie trabalhada por um processo de remoo de

material, existe uma tendncia a ocorrer distores. Esta distoro produzida ou pela

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remoo da tenso residual anterior da pea ou pela introduo de uma nova tenso

residual na pea. A distoro da pea de trabalho uma funo da intensidade de tenso

residual induzida pelo processo de usinagem. A distoro tambm uma funo da

dureza da pea e do mdulo de elasticidade.

4.2.7 Foras de Fadiga

A resistncia fadiga por esforo cclico, pode ser definida como fadiga de

baixo ciclo, onde temos altas tenses e um nmero de ciclos de vida menor at o

momento de fratura, sendo este uma situao mais severa; como tambm temos fadiga

de alto ciclo, onde temos baixas tenses, porm um nmero de ciclos de vida maior, at

o momento de fratura.

4.2.8 Queima Superficial

Um dos tipos mais comuns de danos trmicos a introduo de temperatura,

modificando as fases presentes, logo alterando tambm suas propriedades. Quando a

temperatura superficial da pea aumenta, existe uma tendncia do crescimento da

adeso de partculas metlicas aos gros abrasivos da ferramenta devido coalecncia,

tendo como conseqncia o aumento das foras de usinagem e a deteriorao da

qualidade superficial da pea.

4.3 Fatores Metalrgicos

Estes fatores esto relacionados ao tipo de processo de fabricao, onde se pode

experimentar uma mudana nas propriedades do material com o processo de usinagem

aplicado. Podemos destacar algumas alteraes como: recristalizao, transformaes

de fase, ataque intergranular e recolagem de camadas, que sero descritos a seguir.

4.3.1 Recristalizao

Alguns materiais, cuja superfcie deformada plasticamente durante a operao

de usinagem, sofrem recristalizao. Isto ocorre quando o material subseqentemente

aquecido abaixo da temperatura de recristalizao.

4.3.2 Transformaes de Fases

Quando certos materiais so usinados, uma transformao de fases pode ser

realizada na superfcie e/ou sub-superfcie, como mostra a figura 7. Devido as altas

temperaturas introduzidas no processo de usinagem, os materiais podem sofrer

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transformaes de fase. Podendo a nova fazer ser benfica ou no ao produto usinado,

por exemplo, se a pea sofreu algum tipo de tratamento trmico para obter alguma

propriedade especfica, a usinagem pode modificar a fase da superfcie, apagando o

tratamento trmico aplicado. A seguir, na figura 7, mostrado um exemplo do silicato

de alumnio que modificou suas propriedades na superfcie com o advento da usinagem.

Figura 7 Transformao de fases realizada nas camadas da superfcie (fase ).

4.3.3 Ataque Intergranular

O ataque intergranular de um material pode ocorrer durante um mecanismo

eletroqumico. Ele altamente prejudicial para a resistncia fadiga de materiais. Isto

pode ocorrer em outros processos de baixo controle ou quando so utilizados em

operaes com condies imprprias. O ataque geralmente ocorre no contorno de gro,

como observado na figura 8, isto devido ao contorno de gro possuir maior energia,

onde mais susceptvel de ocorrer diferentes reaes eletroqumicas.

Figura 8 Microestruturas da superfcie e sub-superficie que estendem em camadas

depois de torneamento da liga: (a) AlSi5 e (b) AlSi20.

4.3.4 Recolagem de Camadas

Durante o processo de usinagem trmica, como usinagem por descarga eltrica

ou laser, partculas de materiais so vaporizadas e so redepositadas na superfcie

usinada. A recolagem do metal pode ser porosa ou com trincas. As rachaduras podem

ser por meio de redeposio dentro do metal na camada superficial da pea.

(a) (b)

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5. MEDIDAS DE CONTROLE de suma importncia obter o controle da integridade superficial, visto que este

dependente de uma srie de fatores, como rugosidade da superfcie ou sua forma

geomtrica, defeitos intrnsecos do material como: incluses, trincas, bolhas, ou defeitos

gerados atravs do processo de usinagem.

Este termo engloba tambm outras caractersticas da superfcie e de camadas

abaixo desta, so irregularidades finas ou erros micro-geomtricos resultantes da ao

inerente do processo de usinagem, como: marcas de avano, aresta postia de corte,

desgaste da ferramenta, etc.

De uma grande variedade de forma de controle de integridade superficial, tm-se

como as mais comuns alteraes mecnicas; entre as quais as variaes de dureza, o

aparecimento de defeitos e a criao de tenses residuais. Alteraes qumicas, que

incluem efeitos de corroso ou de contaminao do material da pea e alteraes

metalrgicas, entre as que se encontram o aparecimento de capa branca, de incluses no

material e as transformaes de fase.

Os danos na camada superficial da pea podem ser identificados como

conseqncia da realizao de operaes de usinagem sem controle, ou mal executadas.

A escolha incorreta do par fluido-ferramenta, a utilizao de condies de usinagem e

de afiao e/ou material da ferramenta inadequados e uma lubrificao/refrigerao no

eficiente pode afetar, negativamente, as propriedades mecnicas do componente

usinado, pela diminuio de sua resistncia fadiga e ao desgaste. Isto se deve

incidncia dos danos trmicos oriundos do processo de usinagem, os quais provocam

alteraes microestruturais, pela introduo de uma zona termicamente afetada pelo

calor, levando ao surgimento de tenses residuais.

O controle de temperatura na usinagem, portanto, pode oferecer vantagens,

especialmente em aplicaes de alta preciso e exigncias de integridade superficial.

Para se obter um material com uma boa integridade superficial, ou seja, com

poucos danos em sua superfcie aps o processo de usinagem, pode-se observar os

parmetros da usinagem, utilizao de fluidos lubrificantes e/ou refrigerantes, utilizao

da ferramenta de corte compatvel com o material que est sendo usinado.

Utilizando a tcnica de usinagem por abraso ultrasonora especialmente

adequada ao processamento mecnico de materiais duros, frgeis e no condutores

eltricos, como o quartzo, onde os processos tradicionais e alguns no-tradicionais de

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usinagem no so aplicveis. Em relao aos outros processos de usinagem, a vantagem

principal uma melhor preservao da integridade superficial do material usinado.

A variao da qualidade superficial na usinagem por abraso ultrasonora pode ser

obtida com a variao da granulometria do abrasivo empregado.

Atravs de tenses residuais compressivas. O choque por jateamento introduz uma

controlada tenso compressiva que acentua de uma magnitude predeterminada e a uma

profundidade na superfcie. Para se conseguir uma superfcie com estas tenses

compressivas atravs do jateamento, necessrio um rgido controle deste processo. Os

parmetros bsicos que devem ser controlados so o tamanho do gro, limpeza, e

uniformidade da fora de choque; o tempo de exposio; a presso do aplicada; a

distncia do jato da superfcie; e o ngulo de jateamento na superfcie. Tenses

compressivas tambm podem ser conseguidas atravs do polimento.

Alteraes geradas na superfcie no processo de fabricao influenciaro

diretamente nas propriedades e no comportamento do material.

De fato a rugosidade de uma superfcie controlada por vrios parmetros: mquina

ferramenta, propriedades do material da pea, geometria e material da ferramenta e

processo de usinagem.

As ondulaes geradas na superfcie podem ser controladas estudando-se as

vibraes e as deflexes da ferramenta e da pea, devido s foras que atuam na

usinagem, como tambm a fixao da pea e o posicionamento da ferramenta. Para seu

controle devem-se utilizar peas grandes (grandes sees transversais) que so rgidas

que tendero a defletir menos a pea como tambm evitar as ondulaes.

6. COMO MEDIR A INTEGRIDADE SUPERFICIAL Existe um grande nmero de tcnicas disponveis para a anlise da integridade

superficial. Entretanto, considera-se que suficiente dispor de um nmero mnimo de

dados, que podem ser complementados com anlises posteriores.

A integridade superficial pode ser medida atravs de parmetros como rugosidade,

anlise macroscpica, anlise microscpica, dureza, ensaios no destrutivos, medio de

tenses residuais, resistncia a fadiga, ensaios de trao, dentre outros.

A seguir, ser descrito alguns destes parmetros.

Medio da rugosidade

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A superfcie da pea apresenta perfis de rugosidade bastante diferentes (apresenta

salincias e reentrncias irregulares) entre si. Para dar acabamento adequado s

superfcies necessrio, portanto, determinar o nvel em que elas devem ser usinadas,

ou seja, deve-se adotar um parmetro que possibilite avaliar a rugosidade. A rugosidade

pode ser avaliada atravs de um aparelho denominado rugosmetro, onde este pode fazer

um perfil de rugosidade, existem vrios tipos de medio de rugosidade, o mais

conhecido e usual a Rugosidade Mdia Aritmtica (Ra). A seguir temos na figura 9,

valores de rugosidade para diferentes tipos de processos de usinagem.

Figura 9 Perfis de rugosidade para diferentes tipos de processamento.

Observao macroscpica

A observao macroscpica consiste no exame de uma superfcie plana

seccionada de uma pea ou amostra metlica atravs de uma lupa, devidamente polida e

atacada por reagente adequado. Por seu intermdio tem-se uma idia de conjunto,

referente homogeneidade na superfcie do material, distribuio e natureza de falhas,

impurezas; ao processo de fabricao. Algumas das heterogeneidades mais comuns nos

metais so as seguintes:

- Vazio, causado pelo resfriamento lento;

- Segregao, causada pelas impurezas e outros metais;

- Dendritas, formao de gros de vrios tamanhos;

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- Trincas, devido s tenses excessivas no resfriamento.

Observao microscpica

A anlise microscpica consiste no estudo dos produtos metalrgicos, com o

auxlio de um microscpio, permitindo observar a granulao do material, a natureza,

forma, quantidade e distribuio dos diversos constituintes ou de certas incluses, etc,

que em seu conjunto conduzem a uma srie de concluses interessantes e de utilidade

prtica.

Medio da microdureza

A microdureza a resistncia penetrao que o material impe a um

indentador. Existem vrias formas de medir a microdureza, como o ensaio de

Microdureza Vickres, Microdureza Knoop, Microdureza Rockwell, dentre outros. O

processo consiste em trazer superfcie do material altamente polida e/ou atacada, um

indentador com ponta de diamante, lapidada com preciso, em trs facetas, formando

entre si um ngulo slido, reto, sendo o ponto de interseo a ponta de trabalho. Sob a

presso determinada, durante um determinado tempo. Para se obter o resultado, mede-se

a impresso, pelo uso de um microscpio ptico perfeitamente calibrado, e faz uma

relao com a carga aplicada, achando assim, o valor da microdureza.

7. TCNICAS DE USINAGEM QUE RESULTAM EM BOA

INTEGRIDADE SUPERFICIAL

7.1 Usinagem por Abraso Ultra-Snica

A tcnica de usinagem por abraso ultra-snica especialmente adequada ao

processamento mecnico de materiais duros, frgeis e no condutores eltricos, como o

quartzo, onde os processos de usinagem convencionais e alguns no-convencionais no

so aplicveis. Em relao aos outros processos de usinagem, a vantagem principal a

preservao da integridade superficial do material usinado e a no desgaste trmico,

alm disso, permite a reproduo de peas com geometrias complexas.

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7.2 Usinagem por feixe de eltrons

Este mtodo baseia-se no princpio de que o bombardeamento de eltrons gera

energia, ou seja, quando os eltrons so acelerados e concentrados em um feixe, uma

intensa energia cintica produzida.

Quando o feixe assim concentrado choca-se contra uma superfcie bem definida,

o impacto faz com que a energia cintica transforme-se em energia trmica, alcanando

altssimas temperaturas, capazes de fundir praticamente todos os tipos de materiais

conhecidos.

Dependendo do modo como o feixe aplicado sobre a pea, pode ser usado para

outras finalidades, alm da soldagem, como o tratamento trmico, o corte de materiais e

a microusinagem.

A figura 10 mostrado como a localizao do ponto de foco possibilita a

obteno de diferentes aplicaes do feixe.

Figura 10 Localizao do ponto de foco para obteno de diferentes

aplicaes do feixe.

Com o uso de contadores de eltrons para registrar o nmero de pulsos, propicia

a usinagem um maior controle do tempo de usinagem, para produzir a profundidade de

corte requerida.

7.3 Usinagem por Descargas Eltricas

A usinagem por descargas eltricas, ou EDM (Electrical Discharge Machining),

ou, como conhecida ainda na indstria, usinagem por eletroeroso um processo

indicado na usinagem de peas de formas complexas em materiais condutores eltricos,

especialmente aqueles que possuem uma alta dureza, difceis de serem usinados por

processos convencionais. Suas maiores aplicaes so: fabricao de matrizes para

estampagem, forjamento, fieiras para trefilao, extruso, moldes de plstico, enfim,

para o setor de ferramentaria em geral.

A eletroeroso um processo de conformao em que o eletrodo ou ferramenta

de usinagem reproduz a sua imagem ou geometria na pea. Na obteno desta imagem,

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remove-se o material por descargas eltricas, onde ocorre uma transmisso de calor que

provoca a fuso e a evaporao de volumes de material. Em muitos casos tem se

mostrado que o processo de usinagem por descarga eltrica tem contribudo

consideravelmente na obteno de peas com boa integridade superficial,

principalmente com adio de ps ao fludo dieltrico.

8. ESTUDOS DE CASO

9 Exemplo 1 - Integridade Superficial de uma Superliga com Base de Nquel

(INCONEL 718) usando Controlador e o Contato Natural de Ferramentas. A integridade

superficial desta superliga foi investigada usinando com um corte ortogonal variando

velocidades de corte, profundidades de corte, e extenso do contato cavaco-ferramenta

abaixo de condies de lubrificao. Essa experimental envolveu a determinao da

tenso residual, foras para deformao plstica e a distribuio da microdureza na

atravs da superfcie usinada e a avaliao da superfcie e subsuperfcie usando

microscopia ptica e a microscopia eletrnica de varredura. Foi observado que em

ambas as situaes as tenses residuais e a fora para deformao plstica diminuram e

a qualidade do acabamento na superfcie usinada melhorou com o aumento da

velocidade de corte, com uma diminuio na profundidade de corte e com um maior

controle de contato cavaco-ferramenta. Os resultados foram interpretados em termos da

variao no comprimento do plano cisalhante e conseqentemente a variao das foras

das ferramentas em condies de corte.

9 Exemplo 2 - Integridade Superficial de um Ao M-50 com Alterao de Dureza O objetivo de examinar a integridade superficial de aos M-50 afetada pela modificao

da dureza. O aparato experimental utilizou um torno mecnico variando ferramentas e

profundidade de corte. Os parmetros de superfcie que foi avaliado foram: tenso

residual, rugosidade superficial e anlise micro estrutural. Os testes mostraram que as

amostras com a dureza modificada apresentaram uma melhor integridade superficial. A

variao das variveis de corte citadas anteriormente foi utilizada para verificar como

pode ser alterada a tenso residual. Foi encontrado que o ngulo efetivo de corte e o raio

da ferramenta ambos afetaram a tenso residual gerada. As rugosidades superficiais das

amostras com dureza modificada seguiram os valores calculados teoricamente. As

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superfcies das amostras no mostraram nenhuma alterao da microestrutura. Baseado

nos resultados pode ser concludo que o ao M-50 Hard Turning um processo de

manufatura favorvel. Uma possvel aplicao para este processo a usinagem de um

eixo principal para motor areo.

9 Exemplo 3 - O Efeito de Homenagem na Integridade Superficial de Liga de Titnio Ti-6%,Al-4%V. Este trabalho investiga a integridade superficial de homenagem

mal-acabada de liga de titnio Ti-6%,Al-4%V com ferramentas de corte de carbeto no-

revestida. Os experimentos foram realizados abaixo das condies de corte sem um

fluido. As velocidades de corte selecionadas no experimento foram 100, 75, 60 e

45m/min. A profundidade de corte foi mantida constante a 2,0mm. A taxa de avano

usada no experimento foram de 0,35 e 0,25mm/rev. Dois tipos de insero foram

usadas. Para um faixa de velocidade de corte, avano e profundidade de corte, medidas

de rugosidade superficial usinada, micro dureza e MEV foram analisadas. A superfcie

de Ti facilmente danificada durante operaes de homenagem devido a sua baixa

usinabilidade. A superfcie usinada apresentou alterao micro estrutural e aumento da

micro dureza na camada branca (10 m) da superfcie usinada, uma severa alterao

micro estrutural foi observada quando usinado com ferramenta inerte em adio, valores

obtidos de rugosidade superficial foram dentro do limite (

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abrasiva. Choques de jateamento tornaram a camada de tenso residual altamente

compressiva.

9 Exemplo 5 - O estudo de superfcies usinadas pelo processo EDM com diferentes tipos de fluidos dieltricos em trs regimes de usinagem foi estudado. Os

diversos fluidos dieltricos utilizados possibilitam diferentes condies de usinagem e

muito pouco se sabe sobre qual o fluido mais indicado para operaes de acabamento ou

desbaste. Foram feitos ensaios com cinco tipos diferentes de fluidos dieltricos e com

uma ferramenta cilndrica vazada de cobre eletroltico. Verificou-se que h diferenas

importantes quando usina-se com fluidos diferentes, mantendo-se constantes todas as

demais condies de operao, embora todos os fluidos, com exceo do querosene, so

vendidos como se fossem exatamente iguais entre si, o que se mostrou falso. Porm a

maior concluso desse trabalho foi a de que o querosene, alm de ser at trs vezes mais

barato que os demais fluidos, apresentou piores acabamentos superficiais com grande

formao de bolhas durante o processo, pois sua menor densidade confere tambm

excessiva evaporao durante a usinagem, o que acabou por conferir uma superfcie

muito irregular e com muita porosidade e presena de microtrincas, alm de maiores

riscos ao operador.

9 Exemplo 6: Integridade Superficial de Peas Cortadas por Fio. Foi utilizado um fio Bercocut Spezial (CuZn37) de dimetro 0,25 mm. Nesta primeira anlise efetuou-se

a medio da capa branca tanto mediante microfotografas como mediante

microdurezas. Os resultados finais mostraram que para um tratamento estatstico

adequado, mais vivel, como mtodo mnimo, a medio de microdurezas, j que a

observao visual demonstra capas afetadas muito irregulares. Em qualquer caso, a

realizao de microfotografias proporciona tambm informao sobre a presena de

microgretas no material.

Os resultados mostram diferenas mnimas entre os aos provados. A seguinte

figura mostra a maior espessura da capa branca obtida mediante microfotografia num

primeiro em Sverker 21. Apesar de que a capa aparece de forma descontnua ("soltou-

se" do material), pode-se medir uma espessura mxima de capa branca de uns 15

mcrons.

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Figura 11 - Mxima capa branca (15 mcrons) observada

em Sverker (primeiro corte).

Tambm, a mnima capa branca observada atravs de microfotografia em

Sverker 21 mostra-se na seguinte figura, com uma espessura de uns 7-8 mcrons.

Apreciam-se zonas nas que quase no h capa branca.

Figura 12 - Mnima capa branca (7-8 mcrons) observada

em Sverker 21 (primeiro corte).

No caso do ao Orvar, as capas afetadas parecem ser algo menores. Assim, a

mxima observada por microfotografia foi de uns 7 mcrons, e a mnima de 4 mcrons.

Ambas mostram-se nas seguintes figuras.

Figura 13 - Mxima capa branca (7 micras) observada em

Orvar (primeiro corte).

Figura 14 - Mnima capa branca (4 mcrons) observada em

Orvar (primeiro corte).

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Os ensaios de microdureza revelam uma profundidade algo maior de capa

afetada, j que, logicamente, incluem a capa revenida.

Observou-se uma profundidade da capa afetada mxima de uns 30-35 mcrons

para as provetas correspondentes ao primeiro corte no caso do Sverker 21. A anlise das

provetas cortadas incluiu um estudo do aparecimento de gretas devidas ao processo de

eroso. Estas gretas, que costumam-se denominar microfissuras, aparecem na zona

correspondente capa branca, na que se d martensita (dura e frgil). Tambm podem

ser devidas a uma resolidificao defeituosa do material que previamente se havia

fundido em alguma fasca anterior.

Nas provas realizadas unicamente detectaram-se gretas na capa branca, no

havendo encontrado em nenhum dos casos gretas na zona revenida.

A Figura 15 mostra uma das microfissuras encontradas numa das provetas

cortadas em Sverker.

Figura 15 - Microfissura na capa branca de uma das provetas

de Sverker.

Repassos - Apesar de que lgico pensar que se o primeiro corte no danifica o

material, os posteriores repassos (de menor energia) tambm no o faro. Realizaram-se

anlises de provetas cortadas em condies de 1 e 2 repassos em Sverker 21. Os

resultados mostram valores da capa de entre 4 e 6 mcrons no caso de corte e um

repasso, baixando a espessura de capa at 2-3 mcrons no caso de corte e dois repassos.

9 Exemplo 7: Integridade Superficial aps Torneamento Fino. observada uma mudana de microestrutura na rea de corte da camada de superfcie durante o

torneamento fino (figura 16), esse efeito pode ser explicado por uma pequena

deformao plstica ocasionada por uma fase dctil ao passo que uma nova superfcie

formada. Quando uma nova superfcie formada, numerosos processos caractersticos

acontecem na rea de corte, por exemplo: corte do material da pea trabalhada, pequena

deformao plstica da fase dctil, aderncia da fase macia face cortante de uma

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ferramenta, aderncia da fase macia na superfcie j usinada, remoo gradual dos

fragmentos do material atravs de cavacos e a quebra da fase euttica que frgil.

Figura 16 - Microestrutura da camada superficial aps torneamento fino

Por fim, h uma relao entre a quantidade da fase dctil e a rugosidade da nova

superfcie formada.Assim, conhecendo o quanto de fase dctil tem o material pode-se

prever a rugosidade superficial do mesmo. Dessa forma, as anlises microestruturais,

bem como as medidas de rugosidade, so a base para se entender as caractersticas de

uma superfcie e as condies pelas quais ela foi trabalhada.

9. CONCLUSO

de suma importncia obter o controle de todos os parmetros utilizados nos

processos de usinagem, para que, se no gerados, ao menos sejam minimizados os

defeitos produzidos na superfcie e sub-superfcie, definindo a importncia do estudo da

Intergridade Superficial, onde o produto ter uma mxima performance e segurana

quando em servio. Para tal, sero observadas as alteraes qumicas, mecnicas e

metalrgicas aps a usinagem, onde esto ligados diretamente ao tipo de

processamento, material e geometria da pea e ferramenta, como tambm as condies

de usinagem.

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10. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

1. LIVROS

[1] FERRERESI, D.; Fundamentos da Usinagem dos Metais. 1. ed. So Paulo:

Editora Edgard Bcher e EDUSP, 1970.

[2] BIANCHI, E. Carlos, MONICI, R. Daun, SILVA, E. Jannone, Aguiar, P.

Roberto. Anlise do Comportamento da Microestrutura de Materiais Endurecidos

Retificados com Rebolos de CBN. Universidade Estadual Paulista, Departamento de

Engenharia Mecnica, Bauru - SP, Brasil.

[3] A. B. Sadat, M. Y. Reddy. Surface Integrity of Inconel 718 Nickelbase

Superalloy Using Controlled Contact Length Tools.

[4] C. H. Che-Haron, A. Jawaid.The effect of machining on surface integrity of

titanium alloy Ti-6%, Al-4%

[5] Walmsley AD, Lumley PJ, Blunt L, Spence D.Surface integrity of composite

inlays following ultrasonic vibration.

2. HOMEPAGES

[1] CENTRO DE INFORMAO METAL MECNICA. Santa Catarina. Apresenta

informaes tecnolgicas e comerciais em fabricao mecnica. Disponvel em:

http://www.cimm.com.br/construtordepaginas/htm/3_25_3107.htm. Acesso em: 23 de

abril de 2006.

[2] SURFACE INTEGRITY:

Disponvel em: http://www.unl.edu/nmrc/Diesinking/surfaceint/surface.htm.

Acesso em: 23 de abril de 2006.