DBORAH DE OLIVEIRA

RETIFICAO DE INCONEL 718 COM MULTICAMADAS DE GRAFENO DISPERSAS EM

FLUIDO DE CORTE APLICADO VIA TCNICA MQL

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIA

FACULDADE DE ENGENHARIA MECNICA

2017

ii

DBORAH DE OLIVEIRA

RETIFICAO DE INCONEL 718 COM MULTICAMADAS DE

GRAFENO DISPERSAS EM FLUIDO DE CORTE APLICADO VIA

TCNICA MQL

Dissertao apresentada ao Programa de Ps-

Graduao em Engenharia Mecnica da Universidade

Federal de Uberlndia, como parte dos requisitos para a

obteno do ttulo de MESTRE EM ENGENHARIA

MECNICA.

rea de Concentrao: Materiais e Processos de

Fabricao.

Orientador: Prof. Dr. Rosemar Batista da Silva

Co-orientador: Prof. Dr. Rogrio Valentim Gelamo

Uberlndia MG

2017

Dados Internacionais de Catalogao na Publicao (CIP)

Sistema de Bibliotecas da UFU, MG, Brasil.

O48r

2017

Oliveira, Dborah de, 1992-

Retificao de Inconel 718 com multicamadas de grafeno dispersas

em fluido de corte aplicado / Dborah de Oliveira. - 2017.

91 f. : il.

Orientador: Rosemar Batista da Silva.

Coorientador: Rogrio Valentim Gelamo.

Dissertao (mestrado) - Universidade Federal de Uberlndia,

Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica.

Disponvel em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1125

Inclui bibliografia.

1. Engenharia mecnica - Teses. 2. Retificao - Teses. 3. Usinagem

- Teses. 4. Fluidos de corte - Teses. I. Silva, Rosemar Batista da, 1974-

II. Gelamo, Rogrio Valentim. III. Universidade Federal de Uberlndia.

Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica. IV. Ttulo.

CDU: 621

Maria Salete de Freitas Pinheiro CRB6/1262

v

DEDICATRIA

Aos meus pais e retificadora.

vi

AGRADECIMENTOS

Agradeo a Deus, dono de toda sabedoria e conhecimento.

Aos meus pais Marcos Aurlio e Mrcia, e a toda minha famlia.

Ao Prof. Dr. Rosemar Batista da Silva pela orientao e todos os ensinamentos que

foram passados nos ltimos anos.

Universidade Federal de Uberlndia (UFU), Faculdade de Engenharia Mecnica

(FEMEC) e aos Laboratrios de Ensino e Pesquisa em Usinagem (LEPU) e de Usinagem

Convencional (LUC) pela oportunidade concedida;

Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior (CAPES) pela

concesso da bolsa de mestrado e apoio financeiro na pesquisa.

Ao Prof. Dr. Rogrio Valentim Gelamo pela preparao e doao do grafeno, como

tambm pela sua contribuio importante na discusso dos resultados.

Ao professor Dr. Mrcio Bacci da Silva por sempre se mostrar prestativo e disponvel

em todas as solicitaes de auxlio e por todo o conhecimento passado em momentos de

dvida.

Ao tcnico de laboratrio e doutorando Alcione dos Reis e aluna de iniciao

cientfica em Engenharia Mecnica Lurian Sousa Vieira da Silva pelo suporte tcnico e

emocional durante todo o desenvolvimento da dissertao.

s professoras Dra. Rosenda Valdes Rencibia e Dra. Maria da Penha Cindra Fonseca

(UFF), pela instruo, tempo dedicado e pela colaborao nas medies dimensionais e de

tenso residual, respectivamente.

A todos os professores, tcnicos e alunos dos laboratrios LAPROSOLDA, LTM e

LEST por ajudarem no desenvolvimento da pesquisa como tambm por permitirem a

utilizao de materiais e equipamentos sem os quais a concluso desta pesquisa no teria

sido possvel.

Aos tcnicos do Laboratrio de Usinagem Convencional, Lzaro Vieira, Thiago

Pereira, Thiago Menezes, por sempre terem me auxiliado.

Aos meus amigos e colegas do LEPU que de alguma forma fizeram parte desta

jornada: Prof. Armando Marques, Prof. Cleudes Guimares, Prof. Luciano Fernandes, Prof.

Raphael Lima de Paiva, Victor Rubin, Maksym Ziberov, Saimon Vendrame, Ivanilson Costa,

Antonio Vitor de Melo, Mariana Landim e Kenji Okada (aluno de iniciao cientfica).

https://pt.wikipedia.org/wiki/Coordena%C3%A7%C3%A3o_de_Aperfei%C3%A7oamento_de_Pessoal_de_N%C3%ADvel_Superior

vii

DE OLIVEIRA, D. Retificao de Inconel 718 com Multicamadas de Grafeno Dispersas

em Fluido de Corte Aplicado via Tcnica MQL. 2017, 109 f. Dissertao de Mestrado,

Universidade Federal de Uberlndia - MG.

Resumo

Devido s pequenas dimenses dos cavacos e baixa condutividade trmica dos rebolos

convencionais, a maior parte do calor gerado no processo de retificao transferida para a

pea. Dependendo da quantidade de calor, a pea poder apresentar pobre acabamento,

alteraes dimensionais e microestruturais que podem comprometer a sua funcionalidade.

Este problema agravado ao usinar superligas, como o Inconel 718, por exemplo, que

tambm possui baixa condutividade trmica, o que dificulta a dissipao do calor durante a

usinagem. Por este motivo, a retificao desta liga com rebolos convencionais geralmente

realizada com fluido de corte aplicado com elevadas vazes visando refrigerao da pea.

Mas nos ltimos anos, emprego de fluidos em grandes vazes tem sido cada vez mais

questionado pelos riscos e problemas de sade e ambientais envolvidos. Logo, torna-se

necessrio buscar alternativas que aliem boa refrigerao com menos riscos sade humana

e ao ambiente. Dentre as vrias possibilidades, esta pesquisa investigou a influncia de

partculas de multicamadas de grafeno adicionadas em fluido de corte de base vegetal na

rugosidade e na integridade da sub-superfcie do Inconel 718, aps a retificao com rebolo

de SiC, como tambm na potncia instantnea do processo. Duas diferentes concentraes

em peso de grafeno (0,05% e 0,10%) foram testadas e aplicadas via a tcnica MQL. Ensaios

com fluido de corte sem grafeno via tcnica MQL, fluido emulsionvel em abundncia e na

condio a seco tambm foram realizados para permitir comparaes. Os resultados

mostraram que a usinagem com a tcnica MQL com a menor concentrao de grafeno (MQL

MG 0,05%) proporcionou os menores valores de rugosidade, a menor variao na

microdureza e exigiu menos esforos de usinagem. Esta condio tambm promoveu menor

nmero de trincas nas superfcies e a gerao de tenso residual de compresso em

condies mais brandas de usinagem. A microdureza sofreu influncia da tcnica de lubri-

refrigerao e da penetrao de trabalho. A tcnica MQL MG 0,05% mostrou-se como

alternativa tecnicamente vivel em relao ao fluido de corte aplicado pela tcnica

convencional na retificao do Inconel 718 com rebolo abrasivo convencional.

Palavras Chave: Retificao, Inconel 718; Fluido de Corte, Multicamadas de grafeno,

Rugosidade, Microdureza, Tenso Residual.

viii

DE OLIVEIRA, D. Grinding of Inconel 718 with Multilayer Graphene Platelets Dispersed In

Cutting Fluid Applied by the MQL Technique. 2017. 109 p. Masters Dissertation, Federal

University of Uberlandia - MG.

Abstract

Due to the small size of the chips and the low thermal conductivity of the conventional grinding

wheels, most of the heat generated in the grinding process goes to the workpiece. Depending

on the amount of heat, it can adversely affect surface finish and cause microstructural changes

in the workpiece material that may compromise its functionality. This problem becomes worse

when machining superalloys, such as Inconel 718, which also has low thermal conductivity

and consequently leads to low rate of heat dissipation during machining. For this reason, the

grinding of this alloy with conventional grinding wheels is generally carried out at high coolant

flow rates in order to cool the workpiece. However, in the last years, various research has been

focused on restriction of the use of high volume of coolants because of health and

environmental risks related to their use. Therefore, it is necessary to seek alternatives for

cutting fluids that combine good refrigeration with lower risks to human health and the

environment. Among the several possibilities, this research investigated the influence of

multilayer graphene platelets added to a vegetable-based cutting fluid on the surface

roughness, surface and subsurface changes of the Inconel 718 after grinding with SiC grinding

wheel, as well as on the grinding power. Two different concentrations (%wt) (0.05% and

0.10%) of multilayer graphene were tested and applied via the MQL technique. Tests with

graphene-free coolant also applied via MQL technique, flood and dry condition were also

performed to allow comparisons. The results showed that grinding with the lowest graphene

concentration applied via the MQL technique (MQL MG 0.05%) provided the lowest roughness

values and microhardness variation, as well as required less grinding efforts. It was also able

to reduce the generation of cracks in the surfaces and resulted in compressive residual stress

after grinding under less severe conditions. The microhardness was influenced by the cooling-

lubrication technique and the radial depth of cut. The MQL MG 0.05% condition proved to be

technically viable as an alternative to the use of flood technique in the grinding of Inconel 718

with conventional abrasive wheel.

Keywords: Grinding, Inconel 718, Coolant, Multilayer Graphene, MQL Technique, Surface

Roughness, Microhardness, Residual stress.

ix

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 Distribuio percentual de materiais utilizados na fabricao de motor

aeronutico, tipo turbofan, da fabricante GE (adaptado de CAMPBELL, 2006). .................... 6

Figura 2.2 Elementos de um rebolo abrasivo convencional (MACHADO et al., 2011). ........ 8

Figura 2.3 Formao do cavaco na retificao de material dctil (MARINESCU et al., 2004).

.............................................................................................................................................. 9

Figura 2.4 Diviso de custos durante o processo de produo de uma pea retificada com

detalhe para os gastos com fluido de corte (adaptado de Sanchez et al., 2010). ................. 14

Figura 2.5 Temperatura na superfcie em funo do tempo de usinagem para diferentes

atmosferas durante retificao de ao endurecido 100Cr6 (50 HRC) com rebolo de alumina

(HADAD, 2012). ................................................................................................................... 16

Figura 2.6 Estruturas alotrpicas do carbono a partir do grafeno e suas formas: a) bulckyball

(forma de esfera oca formada por vrias faces hexagonais ligadas entre si), b) nanotubos e c)

grafite (adaptado de WONG e AKINWANDE, 2011). ........................................................... 22

Figura 2.7 Esquema de uma estrutura de multicamadas de grafeno (LI et al., 2017). ....... 22

Figura 2.8 Reduo percentual do atrito em aplicao automotiva do uso de multicamadas

de grafeno adicionado em funo da concentrao e tipo de aditivo (adaptado de RAMON-

RAYGOZA et al., 2016). ...................................................................................................... 24

Figura 2.9 - Usinabilidade relativa de metais (adaptado de EZUGWU, 2005). ..................... 25

Figura 2.10 Esquema de superfcie com rugosidade e metodologia de medio a)

Diferenciao dos desvios geomtricos, b) Metodologia da linha mdia para a medio da

rugosidade. (AGOSTINHO; RODRIGUES; LIRANI, 2004). .................................................. 28

Figura 3.1 Fluxograma das etapas para o desenvolvimento desta pesquisa. ................... 35

Figura 3.2 Microestrutura do Inconel 718 utilizado nesta pesquisa. .................................. 37

Figura 3.3 Detalhe dos carbonetos presentes na microestrutura do Inconel 718 utilizado

nesta pesquisa. .................................................................................................................... 37

Figura 3.4 Imagens da montagem da pea na morsa de preciso: a) Vista lateral direita b)

Vista frontal/superior do sistema pea-morsa-mesa da retificadora. .................................... 38

Figura 3.5 Rebolo 39C60KVK utilizado nos ensaios. ........................................................ 39

Figura 3.6 Montagem e posicionamento dos bocais utilizados durante os ensaios de

retificao paras as tcnicas: a) tcnica convencional com bocal convencional que tambm

x

foi empregado na operao de dressagem b) MQL com bocal desenvolvido por Guimaraes

(2016). ................................................................................................................................. 41

Figura 3.7 Esquema do posicionamento do bocal para ambas as metodologias de aplicao

de fluido (adaptado de GUIMARES, 2016). ....................................................................... 42

Figura 3.8 - Bomba de seringa utilizada nos ensaios de retificao com a tcnica MQL: a)

desenho em perspectiva isomtrica (adaptado de DE MELLO, 2015 e b) foto - vista superior

............................................................................................................................................ 42

Figura 3.9 Parmetros de corte na retificao plana tangencial (Adaptada de MARINESCU,

2007), a) Retificao com avano transversal da mesa (velocidade transversal e b) Retificao

sem avano transversal da mesa e largura da pea inferior largura do rebolo. ................. 46

Figura 3.10 Regies de medio dos parmetros de rugosidade ...................................... 48

Figura 3.11 Imagem de superfcie de amostra de Inconel 718 antes dos ensaios de

retificao da Tabela 3.4. ..................................................................................................... 49

Figura 3.12 Esquema de detalhamento para medio da microdureza. ............................ 50

Figura 3.13 Ilustrao das direes de medio de tenses residuais nas amostras. ....... 51

Figura 3.14 Metodologia de medio da potncia eltrica da retificadora. ........................ 53

Figura 4.1 Rugosidade Ra do Inconel 718 aps retificao com diferentes condies de

corte. ................................................................................................................................... 56

Figura 4.2 Rugosidade Rt do Inconel 718 aps retificao com diferentes condies de corte.

............................................................................................................................................ 56

Figura 4.3 Superfcie de amostra de Inconel 718 aps retificao com atmosfera lubri-

refrigerante Convencional e ae = 40 m: a) ampliao de 1000 x, b) regio selecionada de a)

com ampliao de 10000 X. ................................................................................................. 60

Figura 4.4 Imagens via MEV da superfcies de Inconel 718 aps o processo de retificao

plana em diferentes condies de corte (Ampliao de 10.000x)......................................... 62

Figura 4.5 Perfil de microdureza aps a retificao de Inconel 718 com rebolo de SiC com

diferentes condies de corte e ae = 20 m. ........................................................................ 64

Figura 4.6 Perfil de microdureza aps a retificao de Inconel 718 com rebolo de SiC com

diferentes condies de corte e ae = 40 m. ........................................................................ 67

Figura 4.7 Microestrutura do Inconel 718 apresentando maclas e estrutura de Laves, escala

de 500 m ............................................................................................................................ 68

Figura 4.8 Microestrutura do Inconel 718 com detalhe para estrutura de Laves, escala de 50

m ....................................................................................................................................... 69

Figura 4.9 -- Microestrutura do Inconel 718 com detalhe para as maclas, escala de 50 m 70

Figura 4.10 Microestrutura da amostra de Inconel 718 retificada com ae = 20 m e atmosfera

lubri-refrigerante A Seco. ..................................................................................................... 71

xi

Figura 4.11 Microestrutura das amostras aps a retificao que apresentaram o maior desvio

de microdureza (Figs. 4.6 e 4.7): a) ae = 20 m, atmosfera lubri-refrigerante A Seco, b) ae =

20 m, atmosfera lubri-refrigerante MQL MG 0,10% e c) ae = 40 m, atmosfera lubri-

refrigerante Convencional. ................................................................................................... 72

Figura 4.12 Tenso residual longitudinal na superfcie da amostra de Inconel 718 aps

retificao com rebolo de SiC em diferentes condies de corte. ........................................ 73

Figura 4.13 Tenso residual transversal na superfcie da amostra de Inconel 718 aps

retificao com rebolo de SiC em diferentes condies de corte. ........................................ 74

Figura 4.14 Potncia durante a retificao de Inconel 718 para diferentes penetraes de

trabalho para as diferentes atmosferas lubri-refrigerantes: a) a seco, b) Convencional, c) MQL

MG 0,00%, d) MQL MG 0,05% e e) MQL MG 0,10%. .......................................................... 77

Figura 4.15 Valores do picos de potncia durante a retificao de Inconel 718 para diferentes

penetraes de trabalho para as diferentes atmosferas lubri-refrigerantes .......................... 80

xii

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 Propriedades mecnicas do Inconel 718 e do ao inoxidvel AISI 304 (Adaptado

de MAHER (2016), NORTH AMERICAN STAINLESS (2016) e G-STYLE S.A. (2016)). ........ 7

Tabela 2.2 Propriedades e aplicaes de abrasivos para rebolos (adaptado de MACHADO

et al., 2011). ......................................................................................................................... 11

Tabela 2.3 Fluidos de corte recomendados para o processo de retificao (adaptado de

KALPAKJIAN e SCHMID, 2009). ......................................................................................... 13

Tabela 2.4 Compilao de partculas slidas para uso em fluidos de corte de retificao. 19

Tabela 2.5 Propriedades que diferenciam os materiais formados por carbono (adaptado de

WONG e AKINWANDE, 2011). ............................................................................................ 21

Tabela 2.6 Principais parmetros de rugosidade (MACHADO et al.,2011). ...................... 29

Tabela 3.1 Composio qumica do Inconel 718 obtida atravs do MEV comparada com a

composio terica de acordo com Reed (2006). ................................................................ 36

Tabela 3.2 Viscosidade e massa especfica para as diferentes concentraes de grafeno

condies lubri-refrigerantes valores mdios) ...................................................................... 44

Tabela 3.3 Condutividade trmica para as diferentes concentraes de grafeno condies

lubri-refrigerantes. ................................................................................................................ 45

Tabela 3.4 Variveis de entrada utilizados nos ensaios de retificao. ............................. 45

Tabela 3.5 Parmetros de medio das tenses residuais. .............................................. 52

Tabela 4.1 Valores mdios de rugosidade Ra e Rt (m) das amostras de Inconel 718 aps

retificao com diferentes condies de corte...................................................................... 54

xiii

LISTA DE ABREVIAES E SMBOLOS

ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas

ad (m) Penetrao de dressagem

ae (m) Penetrao de trabalho

AISI American Iron and Steel Institute (Instituto Americano de Ferro e Ao)

Al2O3 Alumina

ap (mm) Profundidade de corte

ASM American Society of Metals (Sociedade Americana de Metais)

BCT Tetragonal de corpo centrado

bd (mm) Largura de atuao do dressador

CBN Nitreto de boro cbico

CNT Carbon nanotubes (nano tubos de carbono)

EDS Sistema de energia dispersiva

d Distncia interplanar

Ft (N) Fora tangencial de retificao

hcu Espessura de cavaco no deformado

HRB Dureza Rockwell B

HRC Dureza Rockwell C

HV Dureza Vickers

IT Grau de tolerncia padro

ISO International Organization for Standardization (Organizao

Internacional para Padronizao)

L Direo longitudinal

MQL Mnima Quantidade de Lubrificante

MEV Microscpio Eletrnico de Varredura

MG Multicamada de grafeno

MoS2 Bissulfeto de Molibdnio

NBR Norma Brasileira

ND Nano diamantes

P (W) Potncia de retificao

ngulo de inclinao

Qw (m) Unidade volumtrica de material removido

Ra (m) Desvio aritmtico mdio de rugosidade

Rku Fator de achatamento do perfil

xiv

Rp (mm) Raio de ponta do dressador

Rq (m) Desvio mdio quadrtico

Rsk Fator de assimetria do perfil (Skewness)

Rt (m) Altura total do perfil

Rz (m) Altura mxima do perfil

Sd (mm) Passo de dresssagem

SiC Carbeto de Silcio

T Direo transversal

U (W/m) Energia especfica

Ud Grau de recobrimento do rebolo

vs (m/s) Velocidade de corte

vw (m/min) Velocidade da pea

WS2 Sulfureto de tungstnio

ZrO2 Dixido de Zircnia

xv

SUMRIO

CAPTULO I - INTRODUO ............................................................................................... 1

CAPTULO II - REVISO BIBLIOGRFICA .......................................................................... 5

2.1 Inconel 718 ...................................................................................................................... 5

2.2 Processo de retificao .................................................................................................... 7

2.3 Fluidos de corte ............................................................................................................. 12

2.4 Tcnica MQL em processo de retificao ...................................................................... 15

2.5 Partculas slidas aplicveis em fluidos de corte............................................................ 17

2.6 Multicamadas de Grafeno .............................................................................................. 21

2.7 Usinabilidade do Inconel 718 ......................................................................................... 24

2.8 Qualidade de superfcies usinadas ................................................................................ 27

2.8.1 Rugosidade em peas de Inconel 718 retificadas ....................................................... 29

2.9 Consideraes sobre a Integridade Sub-superficial de ligas de nquel aps a retificao

................................................................................................................................... 31

2.9.1 Potncia em Retificao ............................................................................................. 33

CAPTULO III - METODOLOGIA ........................................................................................ 35

3.1 Material da pea e preparao ....................................................................................... 36

3.2 Ensaios de retificao .................................................................................................... 38

3.2.1 Mquina ferramenta .................................................................................................... 39

3.2.2 Rebolo ........................................................................................................................ 39

3.3 Fluidos de corte e tcnicas de aplicao ........................................................................ 39

3.4 Grafeno: obteno e preparao ................................................................................... 43

3.4.1 Caracterizao dos fluidos de corte com e sem multicamadas de grafeno ................. 43

3.5 Parmetros de corte ...................................................................................................... 45

3.6 Variveis de sada monitoradas ..................................................................................... 48

3.6.1 Parmetros de Rugosidade......................................................................................... 48

3.7 Avaliao da Integridade das peas............................................................................... 49

3.7.1 Imagens da superfcie retificada ................................................................................. 49

3.7.2 Microdureza ................................................................................................................ 50

3.7.3 Microestrutura ............................................................................................................. 50

3.7.4 Tenso residual .......................................................................................................... 51

3.8 Potncia Eltrica ............................................................................................................ 52

CAPTULO IV - RESULTADOS E DISCUSSES ............................................................... 54

4.1 Rugosidade .................................................................................................................... 54

xvi

4.2 Imagens das superfcies retificadas ............................................................................... 58

4.3 Microdureza ................................................................................................................... 63

4.4 Imagens da microestrutura das peas retificadas .......................................................... 68

4.5 Tenso residual ............................................................................................................. 73

4.6 Potncia Instantnea de Retificao .............................................................................. 76

CAPTULO V - CONCLUSES .......................................................................................... 82

Sugestes para trabalhos futuros ........................................................................................ 84

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................................... 85

CAPTULO I

- I NTRODU O

INTRODUO

O desenvolvimento dos materiais metlicos est intimamente associado aos avanos

tecnolgicos e, para a grande maioria das aplicaes em engenharia, os aos so aqueles

mais requisitados. Mas em algumas situaes, os aos no apresentam resistncia mecnica

suficiente, por exemplo, para operar em eixos de turbinas em temperaturas superiores a

500 C e ainda em aplicaes criognicas. Com isso, as ligas refratrias ou superligas

tornam-se a nica opo, por reunirem boas propriedades qumicas e mecnicas. Dentre

estas ligas, o destaque est para aquelas base de nquel por apesentarem combinao de

boa resistncia fadiga e fluncia mesmo em temperaturas elevadas, bem como ductilidade

e rigidez (ASM Handbook Vol.2, 1990, EZUGWU et al., 1999, RESENDE et al., 2009,

SUGAHARA et al., 2009 e DOS SANTOS, 2010).

Uma das principais ligas de nquel o Inconel 718 (UNS N07718), nome comercial de

uma liga de nquel cujas aplicaes se estendem desde criogenia, indstria automobilstica,

petrolfera, naval, e, principalmente, indstria aeroespacial. Ele considerado um material

nobre pela sua capacidade de operar em elevadas temperaturas sem grande alterao na

sua resistncia mecnica e inrcia qumica, propriedades que os aos no podem conferir.

Este material empregado em motores aeronuticos, aplicao que requer estas boas

propriedades, alm de elevada qualidade das peas (EZUGWU, 2002; ASPINWALL et al.,

2007).

Estes componentes devem ser livres de defeitos e requerem combinao de um timo

acabamento e tolerncias dimensionais estreitas. A retificao um dos processos de

fabricao que permite proporcionar esta combinao (CAMPBELL, 2006, MARINESCU et al.

2007, KLOCKE et al. 2014 e KLOCKE et al. 2015)

Entretanto, para que a qualidade final de um componente, seja ela geomtrica e/ou

dimensional, seja atendida preciso dedicar uma maior ateno na usinagem do Inconel 718,

j que as mesmas propriedades que por um lado so desejveis para a pea, por outro se

tornam desafios durante a usinagem. Ezugwu (2002) relata que a elevada resistncia

2

mecnica mantida em elevadas temperaturas e baixa condutividade trmica do Inconel 718

so as propriedades responsveis pelo desenvolvimento das altas temperaturas na interface

pea-ferramenta durante a usinagem, que aceleram o desgaste nas ferramentas de corte com

geometria definida (EZUGWU et al., 1999).

Em termos do processo de retificao, a complexidade ao usinar o Inconel 718 torna-se

maior com rebolos abrasivos convencionais. A retificao um processo que apresenta

elevada energia especfica em relao aos outros processos de usinagem com ferramenta de

geometria definida, alm disso, os cavacos gerados que possuem pequenas sesses e os

rebolos convencionais so pobres condutores de calor. E estes fatores contribuem para a

elevao da temperatura da pea em regies prximas a superfcie usinada (MALKIN; GUO

2008).

Dependendo da quantidade de calor que gerada e transferida para a pea, esta poder

apresentar alguns problemas como pobre acabamento e aqueles conhecidos como de origem

trmica (irregularidades superficiais, trincas e microtrincas, alteraes metalrgicas, incluindo

distoro microestrutural, transformao de fase, camadas afetadas termicamente, e gerao

de tenses residuais de trao) que podem levar a prejuzos econmicos (MARINESCU et al.,

2007 e DEVILLEZ et al., 2010). Por esta razo, geralmente se empregam grandes

volumes/vazes de fluido de corte durante o processo de retificao visando refrigerao

da pea e a preveno de danos de origem trmica. A tcnica que emprega fluido em altas

vazes conhecida como convencional ou abundncia; o termo jorro tambm bastante

empregado.

Em alguns casos, por exemplo, no processo de retificao sem centro de ao SAE

52100 a vazo pode chegar a 18000000 mL/h (18000 L/h) (GONALVES NETO, 2013).

Contudo, o emprego desta tcnica vem sendo cada vez mais questionado pelo elevado

volume de fluido de corte que utilizado, alm dos riscos e problemas que o uso e manuseio

inadequado de alguns fluidos de corte podem trazer para operador e ao meio ambiente.

Alm disso, o fator custo, principalmente com manuteno e descarte dos fluidos, tem

sido motivo de reflexo. Estima-se que o fluido de corte seja responsvel por cerca de 16%

dos custos de produo de uma pea retificada (SANCHEZ et al., 2010). Desta forma, vrios

tm sido os esforos acadmicos e industriais no sentido de aprimorar as tcnicas de

aplicao de fluido de corte, alm de desenvolver tcnicas que permitam eliminar e/ou

minimizar o uso de fluidos de corte (SANCHEZ et al., 2010).

Uma destas tcnicas j bastante difundida por ser considerada mais ecologicamente

correta que a tcnica convencional a da Mnima Quantidade de Lubrificao (MQL). Nesta

tcnica empregada da baixa vazo de leo (inferior a 240 mL/h), que normalmente do tipo

integral. Este leo transportado at a zona de corte por meio do ar comprimido e com isso

3

a mistura leo + ar garante simultaneamente menor atrito na interface rebolo pea (por causa

da tima propriedade de lubrificao do leo) e arrefecimento da pea (proporcionado pelo ar

comprimido) (IRANI; BAUER; WARKENTIN; 2005).

Embora sejam vrios os benefcios relatados na literatura com a aplicao da tcnica

MQL em processos de retificao, em alguns casos ela no se mostrou vivel, gerando a

necessidade de aprimoramento, principalmente, para aumentar a capacidade refrigerante que

o ar comprimido no consegue suprir. O baixo volume de leo e o ar comprimido que so

aplicados nas condies convencionais de MQL ainda no proporcionaram a mesma

eficincia proporcionada pela tcnica convencional em termos de danos trmicos, menores

foras de corte e desgaste de rebolo. Recentemente alguns estudos em usinagem tem sido

desenvolvidos na tentativa de melhorar a eficincia da tcnica MQL principalmente em relao

a estes parmetros

Uma nova abordagem para melhorar as caractersticas dos fluidos aplicados via tcnica

MQL consiste em adicionar partculas slidas no fluido de corte tais como: Bissulfeto de

Molibdnio (MoS2) (WANG et al., 2016, KALITA et al., 2012 e ZHANG et al., 2016), Nanotubos

de carbono (CNT) (ZHANG et al., 2016 e WANG et al., 2016), Nano Diamante (ND), grafite

(ALBERTS et al., 2009) e grafeno (DE MELO, 2015) a fim de explorar as propriedades

trmicas e lubrificantes que elas apresentam individualmente, melhorar as caractersticas

tribolgicas existente na interface rebolo-cavaco-pea, como tambm aumentar a eficincia

na remoo de calor da pea.

Dentre as partculas que apresentaram boas propriedades na maioria dos trabalhos

relatados na literatura, o grafeno, mais especificamente multicamadas de grafeno, se

destacou por apresentar elevada condutividade trmica e sua ao lubrificante ao ser

adicionados em fluido lubrificante, pois as camadas deste tipo de grafeno no oferecem

resistncia ao cisalhamento (WEI et al. 2011, SHAHIL; BALANDIN 2012, RAMON-RAYGOZA

et al., 2016 e ZHAO et al. 2016), o que no processo de retificao promove a reduo do atrito

na interface rebolo-cavaco-pea

Seguindo esta tendncia na tentativa de encontrar condies de corte que aliem

eficincia em refrigerao com aspectos ecolgicos e econmicos em usinagem, como

tambm de explorar os benefcios relatados na literatura com uso destas partculas slidas, o

objetivo desta pesquisa foi verificar e avaliar a influncia da utilizao de multicamadas de

grafeno adicionadas em fluido de corte em diferentes concentraes durante o processo de

retificao plana do Inconel 718 com rebolo de carbeto de silcio (SiC). Foram testadas duas

concentraes em peso de grafeno (0,05% e 0,10%) adicionados a um fluido de corte de base

vegetal e semi-sinttico que foram aplicadas via a tcnica MQL.

4

Para permitir comparaes entre os resultados ensaios com fluido de corte sem grafeno

via a tcnica MQL, fluido emulsionvel aplicado pela tcnica convencional e na condio a

seco tambm foram realizados. Os parmetros de sada analisados foram: rugosidade,

microdureza e tenso residual da pea. Alm disso, foram analisadas as superfcies das peas

aps a usinagem. Por ltimo foi monitorada a potncia instantnea do processo.

Primeiramente foi apresentado o Captulo I, que contm a introduo e contextualizao

do trabalho, bem como a motivao e a importncia do estudo de novas formas de lubri-

refrigerao na retificao de Inconel 718. Neste captulo foram abordadas a importncia da

liga Inconel 718, suas particularidades que interferem no processo de usinagem e a

importncia dos fluidos de corte neste processo, bem como seu tipo de aplicao e a

possibilidade de se utilizar partculas slidas dispersas em fluidos de corte.

O Captulo II compe-se da reviso bibliogrfica realizada para o trabalho, abordando

os seguintes tpicos: Inconel 718, processos de retificao, fluidos de corte, tcnica MQL no

processo de retificao, partculas slidas para uso em fluido de corte, multicamadas de

grafeno, usinabilidade do Inconel 718, tolerncias para componentes retificados, qualidade de

superfcies usinadas, rugosidade em peas de Inconel 718 retificadas, consideraes sobre a

integridade sub-superficial de ligas de nquel aps a retificao e potncia em retificao.

No Captulo III so apresentados os equipamentos e metodologia utilizados para a

realizao da pesquisa, tais como: a mquina ferramenta, o rebolo, o material da pea, os

parmetros de corte, a metodologia de dressagem do rebolo, os fluidos de corte e as suas

tcnicas de aplicao, bem como a tcnica para obteno do grafeno e caracterizao. So

apresentados ainda os procedimentos para a medio e monitoramento das variveis de

sada: rugosidade, imagens da superfcie retificada, microdureza, microestrutura, tenso

residual e potncia eltrica.

J o Captulo IV contm os resultados obtidos com os ensaios e as respectivas anlises

e discusses realizadas.

No Captulo V so apresentadas neste captulo as concluses pertinentes ao trabalho,

alm de sugestes para trabalhos futuros.

Finalmente, so apresentadas as referncias bibliogrficas utilizadas.

CAPTULO II

- REVI SO BIBLIOG RFI C A

REVISO BIBLIOGRFICA

Nesta sesso apresentada a reviso bibliogrfica sobre os temas relevantes esta

pesquisa, como as especificidades do material de estudo, o Inconel 718, caractersticas do

processo de retificao, qualidade geomtrica de peas retificadas, como tambm os

principais problemas que podem ser observados em peas aps o processo de retificao.

apresentada tambm uma breve reviso sobre os fluidos de corte e lubrificantes slidos em

operaes de usinagem.

2.1 Inconel 718

Para a grande maioria das aplicaes em engenharia, os aos so os materiais mais

requisitados. Contudo, a exigncia por componentes para operarem em temperaturas cada

vez mais elevadas, maiores potncias e motores mais eficientes, impulsionou j no sculo XX

o desenvolvimento das superligas, ou ligas refratrias, que neste caso so resistentes ao

calor, os quatro principais tipos so: ligas de nquel, ligas de cobalto, ligas de titnio e alguns

aos inoxidveis alto cromo (EZUGWU, 2005).

As superligas so assim chamadas por apresentarem propriedades mecnicas e

qumicas que so mantidas mesmo em temperaturas elevadas, normalmente difceis de

serem encontradas em outros materiais como aos, ferros fundidos e alumnio comum

(EZUGWU, 2005). Na Fig. 2.1 apresentada a distribuio percentual dos principais materiais

metlicos empregados na fabricao de turbinas de avies.

6

Figura 2.1 Distribuio percentual de materiais utilizados na fabricao de motor

aeronutico, tipo turbofan, da fabricante GE (adaptado de CAMPBELL, 2006).

As ligas de nquel podem ser produzidas em diferentes condies. No caso do Inconel

718, ele uma liga endurecida por precipitao, enquanto que as ligas endurecidas por

soluo slida so geralmente usadas na condio recozida. Dentre elas, destacam-se o

Hastelloy-X, Inconel 600, Inconel 617 e Inconel 625 por soluo slida e por precipitao. As

ligas endurecidas por precipitao contm alumnio, titnio ou nibio, para causar a

precipitao de uma segunda fase durante um tratamento trmico apropriado (SUGAHARA

et al., 2009).

O Inconel 718 destaca-se entre as ligas de nquel no setor aeroespacial devido s suas

propriedades peculiares tais como a elevada resistncia mecnica, boa resistncia fadiga e

fluncia, elevada resistncia corroso e capacidade de operar continuamente em elevadas

temperaturas (ASM Handbook Vol.2, 1990). Segundo Ezugwu; Bonney; Yamane (2002) a fase

de sua matriz (gama) possui estabilidade trmica at 900 C. Com isso, elas so apropriadas

para a fabricao de eixos de compressores de turbinas, palhetas, reversores dentre outros,

como tambm em aplicaes do setor nuclear, de criogenia e petrolfera (EZUGWU et al.,

1999, RESENDE et al., 2009 e SUGAHARA et al., 2009).

O Inconel 718 possui como principal elemento o nquel, com teores variando entre 45%

e 50%, alm de cromo (17% a 21%), nibio mais tntalo (4,75% a 5,5%) e pequenas

quantidades de titnio e de alumnio, alm do ferro que completa a sua composio (EZUGWU

et al., 1999 e API, 2004). Estes elementos resultam em uma matriz austentica endurecida por

precipitao fase com elevadas fraes volumtricas de precipitados coerentes do tipo Ni

(Ti, Nb, Ta) Al fase que por sua vez so responsveis pelas propriedades mecnicas e

qumicas j citadas anteriormente, com destaque para a elevada resistncia mecnica e

fluncia que se mantem tanto em elevadas temperaturas, superiores a 500 oC, quanto em

7

temperaturas criognicas. Estas propriedades so requisitos essenciais para componentes

que operam em ambientes com temperaturas elevadas (KITAGAWA et al., 1997).

Na Tabela 2.1 so apresentadas as principais propriedades fsicas do Inconel 718 em

comparao com aquelas de um ao inoxidvel AISI 304. Este ao possui algumas

propriedades que o caracterizam tambm como sendo de pobre usinabilidade em relao aos

aos comuns, principalmente pela sua grande tendncia de encruamento durante a usinagem,

o que tambm observado no Inconel 718.

Tabela 2.1 Propriedades mecnicas do Inconel 718 e do ao inoxidvel AISI 304 (Adaptado

de MAHER (2016), NORTH AMERICAN STAINLESS (2016) e G-STYLE S.A. (2016)).

Propriedade Material

Inconel 718 Ao inoxidvel AISI 304

Resistncia trao (MPa) 1275 585

Limite de escoamento (MPa) 1034 35

Mdulo de Elasticidade (GPa) 200 193

Dureza (HRc) 40 29

Densidade (g/cm) 8,22 7,90

Ponto de Fuso C 1260 a 1336 1400 a1450

Condutividade trmica (W/mK) 11,4 16,2

Se de um lado as propriedades peculiares do Inconel 718, tais como a capacidade de

manter sua resistncia mecnica a elevadas temperaturas e da grande inrcia qumica em

ambientes de corroso, fazem deste material ideal para as aplicaes em componentes da

indstria aeroespacial, de outro, elas representam desafios no momento da usinagem,

caracterizando-a como liga de pobre ou baixa usinabilidade em relao a outros materiais,

como o ao comum ao carbono e ferro fundidos grafticos (EZUGWU et al., 1999). Foi baseado

neste desafio de usinar esta liga que esta pesquisa encontrou sua motivao.

2.2 Processo de retificao

Os processos de usinagem com ferramentas abrasivas, com destaque para o processo

de retificao, tm importncia para indstria metal mecnica, pois conferem s peas

usinadas a combinao entre tolerncias dimensionais e geomtricas mais apertadas que

aquelas proporcionadas pelos processos convencionais com ferramenta de geometria

definida, como o fresamento, por exemplo.

8

De acordo com Malkin e Guo (2008), o processo de retificao pode ser definido como

processo mecnico de fabricao em que um rebolo gira em altas velocidades de corte

(normalmente igual ou superior a 30 m/s) e pequenas penetraes de trabalho so

empregadas, configurando, portanto, um processo de baixa taxa de remoo de material. Os

rebolos so ferramentas compostas de gros abrasivos, ligante e poros que podem ser da

classe de cermicos (convencionais como aqueles base de alumina e de carbeto de silcio,

por exemplo) ou da classe dos superabrasivos (Nitreto de Boro Cbico (CBN) e diamante).

Os rebolos convencionais so aqueles mais comumente empregados e seus gros abrasivos

so de elevada dureza, possuem arestas afiadas, mas com forma e orientao irregulares.

(Figura 2.2).

Figura 2.2 Elementos de um rebolo abrasivo convencional (MACHADO et al., 2011).

O processo de retificao visa conferir tolerncias geomtricas, principalmente em

termos de rugosidade (Ra) inferiores a 1,6 m e dimensionais mais apertadas (qualidade de

trabalho que varia na faixa IT6-IT3) sem causar prejuzos s integridades superficial e

subsuperficial do componente usinado (MACHADO et al., 2013). De acordo com Marinescu

et al. (2007) as principais empregabilidades do processo de retificao so: obteno de alta

preciso dimensional e tolerncias geomtricas mais estreitas, como tambm usinagem de

materiais de elevada dureza.

Existem peculiaridades do processo de retificao, tais como elevado nmero de gros

abrasivos com aresta de corte de geometrias diferentes, altura e orientao aleatria dos

abrasivos dentro do rebolo e altas velocidades de corte, h tambm um nmero maior de

9

parmetros a serem controlados, por exemplo, a condio de dressagem do rebolo um

processo que exige maior ateno na seleo correta dos parmetros de corte, conhecimento

das grandezas fsicas e das peculiaridades da interface rebolo-cavaco-pea. Por ser a

retificao geralmente uma das ltimas etapas na cadeia produtiva de um componente

usinado, qualquer negligncia nesta etapa pode levar perda da pea e, consequentemente,

a prejuzos econmicos. Para a melhor compreenso do processo de retificao, preciso

estudar o processo de formao de cavaco em peas retificadas.

Marinescu et al. (2007) dividiram a formao do cavaco no processo de retificao em

trs fases ou regies (Figura 2.3) que sero comentadas a seguir. Alm disso, alguns autores

ainda fazem uma distino entre o processo de formao de cavaco em materiais dcteis e

os materiais frgeis. No entanto, por no ser o foco deste estudo, ser abordado apenas o

mecanismo de formao de cavaco em materiais dcteis, classe na qual se enquadra o

Inconel 718.

Figura 2.3 Formao do cavaco na retificao de material dctil (MARINESCU et al., 2004).

As fases da formao de cavaco ilustradas na Fig 2.3 so descritas a seguir

(MARINESCU et al,2004):

Regio I: quando o rebolo toca a pea, no incio do contato entre os primeiros

abrasivos e a pea, o abrasivo promove um sulco, causando apenas deformao

elstica.

Regio II: conforme o gro abrasivo penetra na pea, a espessura de cavaco

no deformado (hcu) tambm aumenta e assim causando elevao das tenses

compressivas, e ento o material da pea empurrado frente e para as laterais

hcu

10

do gro abrasivo, causando deformao plstica em uma poro do material. A

deformao plstica caracterizada pelo riscamento da superfcie. Alm disso,

medida que os gros adentraram mais na pea, maior a rea de contato e com

isso maior atrito ser gerado e, portanto, grande parte da energia continua sendo

dissipada por deformaes, atrito e calor.

Regio III: nesta regio, a aresta de corte do gro atinge um valor de penetrao

crtico, que por consequncia gera uma presso tambm crtica, definida como

a presso mnima para que ocorra a ruptura do material. neste ponto que se

inicia a formao do cavaco e grande parte da energia passa a ser consumida

no cisalhamento do material.

Na Tabela 2.2 so apresentados alguns dos principais materiais abrasivos para

fabricao de rebolos com suas respectivas propriedades e aplicaes. Os abrasivos

convencionais so classificados em dois grupos, base de alumina (Al2O3) e de carbeto de

silcio (SiC). Alm destes abrasivos h ainda os chamados superabrasivos cujos principais

representantes so o Nitreto de Boro Cbico (CBN) e o diamante, que possuem dureza bem

superior que a dos abrasivos convencionais. Nesta tabela possvel ainda observar que

vrios tipos de rebolos podem ser utilizados para a usinagem de ligas aeronuticas, como

o caso do Inconel 718 (MACHADO, 2011 e MARINESCU et al., 2004). Observa-se ainda que,

entre os abrasivos convencionais, o SiC possui maior condutividade e estabilidade trmicas

que a alumina, fazendo dele a primeira escolha para a usinagem de materiais que so pobres

condutores de calor, como o caso do Inconel 718. A estabilidade trmica propriedade dos

materiais de resistir s temperaturas de corte e de manter sua integridade qumica (Marinescu

et. al., 2004).

11

Tabela 2.2 Propriedades e aplicaes de abrasivos para rebolos (adaptado de MACHADO

et al., 2011).

Ab

rasiv

o

Estr

utu

ra

crista

lina Dureza

Knoop

(

)

Conduti-vidade trmica relativa

Estabilidade Trmica

(C)

Possui afinidade

qumica com Aplicao

Al 2

O3

He

xag

on

al

2100 1 1750 Cermicas

Aos em geral (cementados ou no), afiao de ferramentas de ao rpido (HSS) ligas aeronuticas

SiC

He

xag

on

al

2400 10 1500 Materiais que

assimilam carbono

Materiais e ligas no metlicas como (ligas base de nquel e base de titnio), vidro, ferros fundidos, e afiao de ferramentas de metal duro.

CB

N

C

bic

a

4700 35-120 1400 Nenhuma Aos temperados, ligas aeronuticas e ferrosos de alta dureza

Dia

ma

nte

C

bic

a

8000 100-35 800 Materiais que

assimilam carbono

Cermicas, materiais no metlicos, no ferrosos, afiao de ferramentas metal duro, dressagem e perfilamento de rebolos de Al2O3 e SiC

De acordo com Malkin e Guo (2008) uma forma de se avaliar o desempenho de rebolos

atravs do parmetro ou razo G. Este parmetro relaciona o volume de material removido

da pea com o desgaste no rebolo, de forma que rebolos com alta razo G so usualmente

desejados por promoverem maior taxa de remoo de material da pea para um menor

desgaste do rebolo.

No entanto, sabe-se que em retificao, dependendo da operao e aplicao,

importante que os gros gastos ou sem cunhas se soltem do ligante e que haja renovao

das arestas de corte dos abrasivos. Esta propriedade de renovao tpica dos abrasivos, por

serem frgeis, conhecida como friabilidade. Em geral, rebolos com alta resistncia ao

desgaste ou perda do gro abrasivo tendem a gerar maiores foras e podem prejudicar o

acabamento, como tambm torna a pea mais susceptvel a danos trmicos. Assim, uma

forma melhor de avaliar a qualidade de um rebolo avaliar no somente seu desgaste, mas

tambm as foras de corte geradas durante o processo.

Segundo Klocke (2009), necessrio que os rebolos tenham simultaneamente

elevada dureza para que possa retirar material da pea com um menor desgaste, friabilidade,

12

elevada tenacidade para que os gros suportem as tenses do contato com a pea,

estabilidade trmica j que a retificao est sujeita a elevadas temperaturas na interface e

estabilidade qumica o que evita o desgaste dos gros por difuso com a pea.

2.3 Fluidos de corte

Um dos principais fatores limitantes do processo de retificao com rebolos abrasivos

convencionais so os danos trmicos que podem ser causados pea. Os fluidos de corte

possuem um papel importante para reduzir a possibilidade de queima e outras alteraes na

pea, pois permitem remover parte do calor que dirigido para a pea como tambm,

dependendo do tipo de fluido de corte, atuam na reduo do atrito na interface entre rebolo e

pea. Com isso, haver reduo das foras de corte o que causa menores vibraes e

consequentemente, uma operao com condies tribolgicas mais favorveis (IRANI,

BAUER, WARKENTIN, 2005). Tudo isso favorece um melhor acabamento e menores desvios

dimensionais na pea. Marinescu et al. (2007) apresentaram as seguintes funes do fluido

de corte no processo de retificao:

i. O efeito lubrificante do fluido de retificao tende a reduzir o atrito entre o gro abrasivo

e a pea;

ii. O efeito refrigerante resfria a zona de contato entre gro e pea atravs de absoro

e transporte do calor gerado;

iii. Limpeza da rea de retificao e transporte dos cavacos;

iv. Resfria todo o sistema evitando dilataes;

v. Oferece proteo do equipamento contra oxidao.

De maneira geral pode-se dividir os fluidos de corte em trs categorias: leos,

emulses e solues aquosas, suas principais caractersticas, segundo KLOCKE, 2009;

MACHADO et al., 2011, so listadas a seguir:

i. leos: so os melhores fluidos de corte em termos de lubrificao (alta viscosidade) e

podem ser de base mineral ou vegetal. No entanto, este tipo de fluido encontra maior

dificuldade de penetrar na interface rebolo-pea devido sua alta viscosidade. Esta

classe recomendada para operaes em que h maior rea de contato entre o rebolo

e a pea e ainda quando so produzidos cavacos longos;

ii. Emulses: possuem um bom poder de refrigerao devido sua elevada

condutividade trmica e so compostas basicamente de gua (cerca de 90%) e leo

mineral ou vegetal (10% restantes), com isto elas conferem menor capacidade de

13

lubrificao que os leos. A composio homognea de pequenas gotculas de leo

na agua conseguida atravs de agentes emulsificadores adicionados no fluido;

iii. Solues aquosas: assim, como as emulses, estes fluidos tambm conferem uma

boa refrigerao e so compostos 90% por gua. Elas se diferenciam das emulses

pelo fato de conter leo do tipo sinttico o qual se dissolve completamente na gua,

portanto, no sendo necessria a adio de agentes emulsificantes. Contudo, este tipo

de fluido possui menores propriedades lubrificantes que as emulses.

Outros fatores exercem influncia na eficincia dos fluidos de corte: a presena de

aditivos e a forma de aplicao do fluido at a zona de corte.

Segundo Klocke (2009), os aditivos podem modificar tanto as propriedades fsicas, por

exemplo, aumentar a viscosidade, como as propriedades qumicas (como inibidores de

oxidao) dos fluidos de corte. H ainda aditivos considerados tribologicamente ativos, ou

seja, que alteram as condies de atrito (podem ser polares, anti-desgaste, modificadores de

frico ou de extrema presso). Atualmente podem ser encontrados diversos tipos de fluidos

de corte, com os mais variados aditivos. Kalpakjian e Schmid (2009) listam alguns tipos de

fluidos de corte recomendados para o processo de retificao e suas aplicaes, Tab. 2.3.

Tabela 2.3 Fluidos de corte recomendados para o processo de retificao (adaptado de

KALPAKJIAN e SCHMID, 2009).

Material da pea Fluido de corte

Aos E

Alumnio E

Cobre E, FS, OM

Magnsio S, OM

Nquel EP, FS

Titnio E, FS

Metais Refratrios EP

Onde: E= Emulso, EP = Extrema Presso, FS=

Sinttico e OM= leo Mineral

Quanto forma de aplicao de fluido de corte, em retificao so empregadas apenas

duas variaes: a tcnica convencional e a MQL.

No primeiro caso, o fluido aplicado em abundncia baixa presso e vazo elevada.

Normalmente, esta tcnica, quando o bocal eficiente e a vazo ajustada, a que menos

oferece risco da ocorrncia de danos trmicos e problemas como distoro na pea durante

14

a retificao. Contudo o emprego da tcnica convencional tem sido questionado por diversos

fatores que so listados a seguir (Sanchez et al., 2010):

i. As elevadas vazes de fluido, que variam entre 4 e 300 L/min (240 a 18.000 L/h exigem

bombas mais potentes para garantir que o fluido chegue zona de corte, exigem

reposio peridica devido a perdas com arrasto, vazamentos e evaporao, os quais

aumentam o custo do processo;

ii. Os fluidos de corte podem causar problemas de sade nos operadores (dermatites,

alergias e cncer), quando manuseados inadequadamente;

iii. Os fluidos exigem tratamento adequado e, se no descartados corretamente, agridem

o meio ambiente.

Como j comentado, o fator custo chama bastante ateno ao selecionar o fluido e

sua tcnica de aplicao, pois conforme mostrado na Fig. 2.4, a parcela dos fluidos de corte

representa em mdia 18% do custo geral do processo de fabricao de um componente.

Portanto, qualquer esforo no sentido de reduzir este percentual representa um ganho

econmico. Devido a estes problemas, h esforos acadmicos e industriais para que sejam

aprimoradas as tcnicas existentes ou desenvolvidas tcnicas de retificao que permitam

eliminar e/ou minimizar o uso de fluidos de corte, sem causar prejuzos para o processo como

um todo (Sanchez et al., 2010).

Figura 2.4 Diviso de custos durante o processo de produo de uma pea retificada com

detalhe para os gastos com fluido de corte (adaptado de Sanchez et al., 2010).

No entanto, ainda um desafio encontrar uma forma de aplicao de fluido que permita

uma elevada produo, mas com um baixo impacto ambiental (IRANI, BAUER, WARKENTIN,

2005). Nesse sentido, a tcnica MQL considerada ambientalmente adequada e, de forma

que merece ateno e deve ser explorada. Os seus benefcios dependero das peculiaridades

15

de cada par ferramenta-pea e do grau de exigncia de projeto. O prximo tpico aborda as

peculiaridades desta metodologia de aplicao de fluido de corte.

2.4 Tcnica MQL em processo de retificao

A aplicao da tcnica da Mnima Quantidade de Lubrificante (MQL) em processos de

usinagem surgiu na dcada de 1990 com a necessidade de desenvolvimento de processos

de fabricao mais sustentveis em termos ambientais, aliado reduo no volume de fluido

de corte em relao tcnica convencional de aplicao de fluido, popularmente conhecida

como fluido em abundncia ou ainda jorro. Na tcnica da Mnima Quantidade de Lubrificao

(MQL) em geral o volume de leo utilizado muito baixo ( 250 mL/h) em relao aos grandes

volumes utilizados pela tcnica convencional de aplicao de fluido de corte (30 000 a 60 000

mL/h) (WALKER, 2013).

Na tcnica MQL o leo transportado at a zona de corte por meio do ar comprimido

a presso em torno de 0,6 MPa, o que assegura lubrificao da zona de corte e ao mesmo

tempo arrefecimento da pea, promovidos pelo leo e ar comprimido, respectivamente.

Durante a usinagem em geral formada uma fina camada de lubrificante que ir cobrir toda

a superfcie perifrica do rebolo antes do contato com a pea (MARINESCU et al., 2007).

Os leos empregados nesta tcnica so em geral do tipo integral de base vegetal ou

de origem mineral. Contudo, mais recentemente tem sido relatado na literatura especfica

estudos em retificao com a tcnica MQL que empregaram fluido de corte miscveis em gua

(WALKER, 2013).

A fim de contribuir para a reviso bibliogrfica desta pesquisa e reunir dados para

auxiliar na discusso dos resultados obtidos que ser apresentada no captulo IV, so

apresentados a seguir os principais trabalhos que tm relatado o bom desempenho da tcnica

MQL em processo de retificao.

Barczak et al. (2010) testaram vrias atmosferas de usinagem durante o processo de

retificao de trs diferentes aos (BS970080M40 (32 HRC), M2 (52 HRC), 534A99 (62 HRC)

com rebolo de alumina e verificaram o comportamento das foras de retificao e acabamento

das peas usinadas. Eles utilizaram o mesmo leo, Castrol ES1, que foi aplicado via a tcnica

MQL e em outra condio foi diludo em gua (5%) e aplicado via tcnica convencional. Eles

tambm realizaram ensaios na condio a seco. Eles observaram que o fluido aplicado via

tcnica MQL conseguiu competir e em algumas condies at superou a tcnica

convencional. Segundo eles, a tcnica MQL proporcionou foras de retificao mais estveis

e o melhor acabamento.

16

Em outro estudo, Hadad (2012) determinou a temperatura no processo de retificao

do ao endurecido 100Cr6 (50 HRC) com rebolo de alumina e diferentes tcnicas de aplicao

de fluido de corte, dentre elas o MQL, e concluiu que, apesar da boa lubrificao

proporcionada pela tcnica MQL, a funo de refrigerao no foi satisfatria. A capacidade

de remoo de calor da mistura de leo + ar desta tcnica foi inferior quela observada com

fluido de corte aplicado pela tcnica convencional (abundante), conforme pode ser

comprovado pelos resultados do estudo deste autor apresentados na Fig. 2.5. No entanto, o

autor sugere o uso de aditivos no fluido de corte para aumentar a lubrificao na interface

rebolo-pea e, consequentemente, reduzir as foras de retificao e a gerao de calor na

rea de contato.

Figura 2.5 Temperatura na superfcie em funo do tempo de usinagem para diferentes

atmosferas durante retificao de ao endurecido 100Cr6 (50 HRC) com rebolo de alumina

(HADAD, 2012).

Castro (2015) realizou recentemente um estudo em retificao de Inconel 718 com

rebolo de alumina para avaliar a eficincia da tcnica MQL em relao tcnica convencional

(abundncia) e avaliou o acabamento e microdureza das superfcies aps a retificao. O

autor observou que o acabamento piorou com o aumento da penetrao de trabalho e que a

microdureza no sofreu grande variao quando a tcnica MQL foi empregada.

Em outro trabalho, Rabiei et al. (2015) investigaram a influncia da atmosfera lubri-

refrigerante nas foras do processo de retificao de quatro aos, CK45 (90 HRB), S305 (25

HRC), 100Cr6 (58 HRC) e HSS (62 HRC) com rebolo de alumina. As atmosferas testadas foram:

convencional, a seco e MQL. Eles variaram ainda a penetrao de trabalho em 5, 20, 35 e 50

17

m. Eles concluram que a tcnica MQL no apenas vantajosa para a reduo na quantidade

de fluido, como tambm pode proporcionar melhor capacidade de lubrificao quando

comparada com a tcnica convencional para todos os aos. Isto ocorre, pois esta tcnica

favorece a penetrao do fluido na zona de contato. Alm disso, eles observaram uma

reduo na fora tangencial aps a usinagem com a tcnica convencional.

Mais recentemente, Wang et al. (2016) tambm retificaram a liga de nquel GH4169

com rebolo de alumina (grana mesh 80) com diferentes tipos de fluidos de corte que foram

aplicados pela tcnica MQL. Eles testaram um nico leo mineral (parafina) e outros 7 leos

de origem vegetal (soja, amendoim, milho, colza, palma, mamona e girassol), bem como um

fluido sinttico solvel (CCF-04T), na concentrao de 4% em gua. Este ltimo foi aplicado

pela tcnica convencional para fins de comparao. Estes autores relataram que usinagem

com a tcnica MQL proporcionou os menores esforos de corte devido s suas propriedades

lubrificantes e maior eficincia em garantir que o fluido alcance a zona de corte em relao

tcnica convencional, independente do fluido de corte testado. Alm disso, segundo os

autores, os valores de rugosidade foram menores para as peas usinadas com leos vegetais

e que o menor valor (Ra=0,36 m) foi registrado ao empregar o leo de mamona Por fim, os

autores avaliaram as superfcies das amostras retificadas atravs de Microscpio Eletrnico

de Varredura (MEV) e observaram sulcos mais proeminentes na amostra que foi usinada com

o fluido sinttico aplicado pela tcnica convencional, enquanto que evidncia de material

aderido foi observada na amostra que foi usinada com leo de soja aplicado via a tcnica

MQL.

Em todos estes trabalhos pode-se concluir que a tcnica MQL uma vertente

promissora para a aplicao de fluido de corte no processo de retificao, sendo assim

diferentes abordagens podem ser adotadas para sua anlise, compreenso e aprimoramento.

Desta forma, estas abordagens podem envolver estudos desde aspectos relacionados sua

tcnica de aplicao (na presso de aplicao, vazo, posicionamento dos bocais de sada)

at na modificao das propriedades do fluido, que pode ser feita variando o fluido, sua

diluio ou mesmo adicionando partculas a este fluido para conferir propriedades distintas. E

este ltimo aspecto, motivao desta pesquisa, ser abordado no item a seguir.

2.5 Partculas slidas aplicveis em fluidos de corte

Diversos tipos de partculas podem ser adicionados ao fluido de corte, seu tamanho

reduzido e elas so micromtricas ou, mais recentemente elas so disponveis tambm em

escala nanomtrica. Para diferenciar a terminologia dos fluidos com partculas nanomtricas

18

dos outros convencionais, o termo nanofluido vem sendo utilizado com frequncia pelos

pesquisadores. Wang et al. (2016) definem nanofluido como misturas coloidais de partculas

com tamanho nano em um fluido base. As partculas podem ser metlicas (ex. Fe, Cu, Ag),

no metlicas (ex. diamante), xidos (ex. Al2O3, SiO2, ZrO2), carboneto (ex. nanotubos de

carbono), sulfetos (ex. MoS2), cermicas e hbridos (composto por mais de um tipo de

material).

Hadad (2012) afirma que uma forma de aprimorar as propriedades do fluido de corte

adicionando partculas slidas que alterem suas propriedades tribolgicas conforme a

necessidade de cada projeto. Wang et al. 2016 complementam que, devido grande

quantidade de materiais que podem ser utilizados como partculas slidas em fluido de corte,

bem como seu formato e estrutura molecular, os fluidos e partculas slidas podem ser

combinados, gerando assim diversas propriedades, sejam elas lubrificantes ou trmicas. Na

Tab. 2.4 apresentado um resumo de alguns dos estudos cientficos que empregaram

partculas slidas em fluidos de corte nos ltimos anos.

19

Tabela 2.4 Compilao de partculas slidas para uso em fluidos de corte de retificao.

Partculas

Slida Tamanho Fluido base

Concentrao

(% em peso) Rebolo Pea Autores

Grafite

(nanoplate

lets)

1 e 15 m

Semi-

sinttico

Trim SC200

0,5, 1,0 e 2,0 Al2O3

Ao

ferramenta

D-2

Alberts et

al (2009)

MoS2 3 a 5 m Parafina e

leo de soja 2 e 8 Al2O3 Ao EN 24

Kalita et al.

(2012)

MG - ME3 0,03 SiC Ti6Al4V De Melo

(2015)

CNT

50 nm

(dimetro)

10-30 m

(comprime

nto)

leo 2, 4, 6, 8, 10 e

12 Al2O3

Inconel

718

Zhang et

al. (2016)

MoS2 30 nm

MoS2

( 100

nm)

leo de

palma 6 Al2O3 GH4169

Wang et

al. (2016)

SiO2

ND

CNT

Al2O3

ZrO2

Onde: CNT a sigla derivada das palavras em Ingls carbon nanotubes, que significa

nanotubos de carbono, ND representa Nano Diamantes e MG Multicamadas de grafeno.

Alberts et al. (2009) realizaram uma pesquisa em retificao com grafite adicionado em

diferentes concentraes ao fluido de corte que foi aplicado via tcnica MQL. O material

usinado foi o ao ferramenta D-2 e rebolo de alumina. Eles analisaram os sinais de fora de

corte e rugosidade da pea. Os autores constaram que a concentrao de grafite igual a 1%

em peso atuou de forma mais eficiente na reduo do atrito entre rebolo e pea e assim

permitiu reduzir as foras de corte

Kalita et al. (2010) realizaram ensaios pino sobre disco para tentar reproduzir os

fenmenos tribolgicos do processo de retificao de ferro fundido com rebolo de alumina e

tambm utilizaram os mesmos fluidos e as formas de aplicao em usinagem. Eles adaptaram

o sistema pino-disco para aplicar os fluidos em diferentes tcnicas: convencional, MQL com

leo somente e MQL com leo contendo nanopartculas de MoS2. O pino e o disco foram

20

respectivamente de ferro fundido e alumina respectivamente. Como resultados, os autores

observaram que menores valores de coeficiente de atrito foram registrados ao empregarem a

tcnica MQL com adio de partculas, esta condio tambm resultou em reduo na fora

tangencial. Por meio das anlises microestruturais e qumicas, os autores concluram que a

combinao entre as nanopartculas de MoS2 dispersas no fluido aplicadas pela tcnica MQL

possibilita a criao de um tribofilme sobre a superfcie sendo retificada formado pela sntese

Mo-S-P, que melhora as condies tribolgicas, reduz o atrito e, consequentemente, favorece

o cisalhamento e remoo de cavaco. Com isso, obtm-se um melhor acabamento da pea

assim como tambm menor demanda de energia do processo.

Em outro estudo recente desenvolvido por De Mello (2015) em processo de retificao

de Ti6Al4V com partculas de multicamadas de grafeno dispersas em fluido sinttico aplicadas

via tcnica MQL, o autor investigou, dentre vrios parmetros, a rugosidade e integridade sub-

superficial das peas. O autor realizou ensaios com o fluido de corte sem grafeno (apenas

emulso) aplicado pela tcnica MQL e pela tcnica convencional (fluido em abundncia). Para

todos os ensaios foi utilizado o mesmo fluido de corte, sinttico ME3 (Tapmatic) emulsionvel

na diluio de 1:19. Em relao s multicamadas de grafeno (MG), a razo foi de 60 mg de

MG para 200 mL de fluido de corte. Como resultados mais expressivos, o autor observou que

a presena do grafeno garantiu um melhor acabamento e menor variao na microdureza

abaixo da superfcie retificada em relao ao fluido sem grafeno e tambm em relao ao

fluido aplicado em abundncia, mesmo em condies mais severas de usinagem.

Recentemente, avaliando retificao de Inconel 718 com partculas slidas dispersas

em fluido de corte, Zhang et al. (2016) utilizaram o bissulfeto de molibdnio (MoS2) e

nanotubos de carbono (CNT) que foram aplicados via tcnica MQL e analisaram o

comportamento da rugosidade e os desvios dimensionais. Eles relataram que ao tocar a pea,

o fluido com partculas slidas se expande e, consequentemente, deixa pequenas reas da

pea secas durante a usinagem. Com isso, a rugosidade Ra tende a aumentar com a

concentrao de nanopartculas no fluido base. Este autor afirma ainda que a utilizao dos

nanofluidos aplicados via tcnica MQL garante maior exatido dimensional da pea e melhor

acabamento que podem ser atribudos s timas propriedades lubrificantes das

nanopartculas.

Outro trabalho em retificao da liga de nquel, GH4169, foi conduzido por Wang et al.

(2016). Eles empregaram um rebolo de alumina e utilizaram diferentes nanopartculas: nano

diamante (ND), bissulfeto de molibdnio (MoS2), nanotubos de carbono (CNT), alumina

(Al2O3) dixido de silcio (SiO2) e dixido de zircnia ZrO2) dispersas em fluido de corte

(composto por leo de palma e gua). Eles relataram ainda que o fluido contendo

nanopartculas de Al2O3 proporcionou os menores valores de coeficiente de atrito (0,348),

21

energia especifica de retificao (82,13 J/mm3) e rugosidade da superfcie Ra (0,3 m). Alm

disso, os autores ranquearam as partculas slidas em ordem de desempenho: Al2O3, SiO2,

MoS2, ND, CNT e ZrO2.

2.6 Multicamadas de Grafeno

Por grafeno entende-se um plano atmico de carbono com ligao sp. De acordo

com Shahil e Balandin (2012), difcil diferenciar multicamadas de grafeno, de filmes de

grafite e ainda de nano partculas de grafite. Porm, pode-se considerar que flocos isolados

com 1 a 20 nm de espessura (ou at aproximadamente 40 camadas de grafeno) so a

multicamada de grafeno (ROUXINOL et al., 2010). Wong e Akinwande (2011), a fim de facilitar

a diferenciao entre estes materiais altropos do carbono, elaboraram uma tabela com as

propriedades que so apresentadas na Tab. 2.5. Segundo estes autores, o grafeno pode

servir de base para formao de outras estruturas de carbono, como mostra a Fig. 2.6.

Tabela 2.5 Propriedades que diferenciam os materiais formados por carbono (adaptado de

WONG e AKINWANDE, 2011).

Altropo

Caracterstica

C60 buckyball Nanotubos de

carbono Grafeno Grafite

Dimenso 0D 1D 2D 3D

Estrutura Esfrica Cilndrica Plana Planar

empilhada

Hibridao sp sp sp sp

Propriedades eletrnicas

Semi-condutor Metal ou semi-

condutor Semi-metal Metal

Onde D entende-se por dimenso e sp o orbital atmico.

22

Figura 2.6 Estruturas alotrpicas do carbono a partir do grafeno e suas formas: a) bulckyball

(forma de esfera oca formada por vrias faces hexagonais ligadas entre si), b) nanotubos e c)

grafite (adaptado de WONG e AKINWANDE, 2011).

A fim de facilitar a visualizao da estrutura de multicamadas de grafeno, Li et al.

(2017) elaboraram o esquema que mostrado na Fig. 2.7.

Figura 2.7 Esquema de uma estrutura de multicamadas de grafeno (LI et al., 2017).

a) b) c)

23

Em meio aos vrios trabalhos que vem empregando grafite, grafeno e nanotubos de

carbono, um dos grandes desafios tem sido determinar as propriedades trmicas e

tribolgicas destes materiais dispersos em fluido de corte em condies que sejam prximas

daquelas do processo de usinagem, por exemplo, nas temperaturas atingidas entre a interface

ferramenta-pea durante a usinagem. A literatura especfica ainda escassa quanto a estas

informaes. A seguir sero apresentados alguns dos principais trabalhos em caracterizao

e determinao de propriedades destes materiais disponveis na literatura at o momento.

Shahil e Balandin (2012) investigaram as propriedades trmicas de mistura de

monocamada com multicamadas de grafeno e relataram que a condutividade trmica da

mistura determinada no estudo foi 1400 W/mK, valor prximo ao do diamante que

considerado um excelente condutor trmico, que varia de 600 a 2000 W/mK (Marinescu et al.

2004). Alm disso, os autores constaram que a mistura apresentava baixa expanso trmica

e alta resistncia mecnica.

Em relao ao nmero de camadas de grafeno, Wei et al. (2011) realizaram ensaios

para determinar a condutividade trmica de grafeno com diferentes multicamadas em

diferentes temperaturas. Eles informam que a resistncia trmica interfacial (entre as

camadas) das multicamadas de grafeno fortemente dependente do nmero de camadas,

este valor est relacionado dificuldade de ele transferir calor. Ela ir diminuir com o

aumento do nmero de camadas podendo chegar a um limite se este nmero for elevado o

bastante. Os autores constataram ainda que a condutividade trmica tambm foi afetada pela

quantidade de camadas do grafeno e que at 18 camadas h uma tendncia de aumento na

condutividade trmica com a temperatura. J para valores de camadas superiores a este, a

condutividade trmica tambm aumenta at a temperatura em torno de 227 C, em seguida a

condutividade trmica tende a cair com tendncia a se estabilizar quando a temperatura

ultrapassa 727 C.

Ramon-Raygoza et al. (2016) realizaram ensaios tribolgicos para verificar a influncia

de partculas slidas (multicamadas de grafeno, multicamadas de grafeno com nano cobre

esfrico (denominado Cu) e multicamadas de grafeno com nano polmeros em formato de

tubos (denominado PANI)), adicionadas em leo lubrificante para motor de combusto interna

(SAE 25 W-50) no coeficiente de atrito em aplicaes automotivas. Os autores testaram 6

condies diferentes utilizando os trs lubrificantes slidos em duas concentraes diferentes,

0,5 % e 2%, em peso. Eles verificaram que, para o caso do leo com multicamadas de grafeno

(Figura 2.8), houve reduo no coeficiente de atrito para a concentrao 2,0% em peso, em

torno de 5%, enquanto que um aumento de 2,8% no coeficiente de atrito foi obtido para a

concentrao de 0,5%. Os autores afirmam que o aumento no coeficiente de atrito com a

baixa concentrao de multicamadas de grafeno foi devido pequena dimenso (10

24

nanometros) destas camadas. Eles apontam que no foi possvel formar uma tribo-camada

na interface para que o atrito fosse reduzido. J para a concentrao de 2,0% em peso, esta

camada teria sido formada e o deslizamento das camadas de grafeno (uma sobre a outra)

seria o motivo da reduo do coeficiente de atrito. Os autores descreveram alguns nmeros:

a reduo no atrito foi de 33% e 43% para a mistura multicamadas de grafeno e Cu com

concentraes de 0,5% e 2,0% em peso, respectivamente. Eles informaram que esta reduo

ocorreu porque as nanopartculas de cobre permitem a formao de tribo-camadas mais

espessas do que as formadas apenas por grafeno. J o grafeno PANI teve o mesmo efeito de

aumento da camada, ela foi menos espessa devido sua menor dureza e resistncia quando

comparado ao cobre, fazendo ligaes mais fracas.

Figura 2.8 Reduo percentual do atrito em aplicao automotiva do uso de multicamadas

de grafeno adicionado em funo da concentrao e tipo de aditivo (adaptado de RAMON-

RAYGOZA et al., 2016).

2.7 Usinabilidade do Inconel 718

Conforme j mencionado previamente na sesso 2.1 so vrias as propriedades

peculiares do Inconel 718 que representam desafios no momento da usinagem, tornando-o

conhecido como uma liga de baixa usinabilidade. Bonney (2004), Ezugwu (2005) e

DUDZINSKI et al. (2004) relataram as principais razes da baixa usinabilidade do Inconel 718

com a maioria das ferramentas de corte:

i. muito suscetvel ao encruamento, diminuindo a vida til da ferramenta;

ii. As partculas de carbonetos abrasivos contidos em sua microestrutura causam

desgaste abrasivo;

Multicamadas de Grafeno (0,5% em peso)

Multicamadas de Grafeno (2% em peso)

Multicamadas de Grafeno - Pani (0,5% em peso)

Grafeno - Pani (2% em peso)

Grafeno - Cu (0,5% em peso)

Grafeno - Cu (2% em peso)

25

iii. A sua baixa condutividade trmica (11 Wm-1K-1 contra 50 Wm-1K-1 do ao ABNT

1045, segundo Ezugwu (2015) eleva a temperatura na interface cavaco-ferramenta

chegando a 1200C;

iv. Ele possui grande afinidade qumica com o material da maioria das ferramentas de

corte, o que aumenta a probabilidade de desgaste por difuso na ferramenta de

corte;

v. Devido sua elevada resistncia mecnica, as foras de corte que se mantm

elevadas, o que excita a mquina gerando vibraes que, por sua vez podem

comprometer a qualidade superficial.

Na Figura 2.10 apresentada a usinabilidade relativa para vrios materiais de

engenharia (Ezugwu, 2005). Quanto mais prximo do valor 5, melhor usinabilidade do

material. Observa-se que o Inconel 718 possui a mais baixa usinabilidade em relao aos

outros materiais, representando em torno de 75% e 94% pior de ser usinado que o ao

inoxidvel e alumnio, respectivamente.

Figura 2.9 - Usinabilidade relativa de metais (adaptado de EZUGWU, 2005).

Alm dos desafios j citados, a baixa condutividade trmica que dificulta a dissipao

do calor gerado no processo, a tendncia de encruamento durante a usinagem do Inconel 718

e os cavacos segmentados fazem com que altas temperaturas sejam desenvolvidas na

interface cavaco-ferramenta (EZUGWU, 2002), de forma que necessrio reduzir as

velocidades de corte a fim de evitar o desgaste acelerado das ferramentas de corte. Com isso,

a usinabilidade do Inconel 718 torna-se reduzida. No caso da retificao, o que piora a

usinabilidade do Inconel 718 so os baixos valores de condutividade trmica tanto dele

(11 W/mK) quanto dos rebolos abrasivos convencionais, como o caso do rebolo de xido de

26

alumnio branco (17W/mK) para temperaturas superiores a 527 oC (Ohbuchi e Obikawa,

2005,).

Aliado a isso, a natureza do processo de retificao (baixos valores de penetrao de

trabalho que resultam em cavacos com sesses menores que aqueles gerados pelos

processos convencionais com ferramentas de geometria definida, como o caso do processo

de fresamento, por exemplo) faz com que pouco calor seja absorvido pelo cavaco. Com isso,

a maior parte do calor gerado ser direcionada para a pea, o que pode afetar as suas

propriedades como dureza e resistncia mecnica e assim comprometer a funcionalidade do

componente.

Segundo EZUGWU; TANG (1995), a elevada gerao de calor e a deformao plstica

induzida durante o processo de usinagem afetam negativamente a superfcie e sub-superfcie

da pea usinada. As alteraes mais comuns em peas retificadas provenientes da elevao

do calor e temperatura de usinagem so a perda da microdureza, deformao plstica prxima

superfcie usinada, tenses residuais de trao, distores e trincas. Dependendo da

severidade e da aplicao do componente, ele poder ter sua utilizao comprometida se

uma ou mais combinaes destas alteraes forem observadas.

Outro desafio na usinagem do Inconel 718 est relacionado com a garantia de pontas

afiadas dos gros abrasivos durante a retificao, pois esta liga apresenta partculas duras

que podem arredondar as arestas cortantes dos gros. A manuteno da aresta de corte

depende do abrasivo, ligante e estrutura de rebolo e das condies de corte empregadas.

Com a progresso da usinagem, os gros abrasivos perdem a sua capacidade de corte e,

com isso, tem-se a elevao das foras de retificao que por sua vez reflete no acabamento

da pea. Neste caso preciso realizar a dressagem do rebolo. Em outros casos, o aumento

da carga sobre o rebolo pode provocar a auto-fratura e afiao do abrasivo ou at mesmo sua

extrao completa (MACHADO et al., 2011, e JACKSON e DAVIM, 2011).

No caso da retificao das ligas de nquel, a grande afinidade qumica entre os

materiais da pea e do rebolo dificulta ainda mais a permanncia de arestas de corte afiadas

dos gros abrasivos. Portanto, preciso atentar-se para a correta seleo de parmetros de

corte.

Ao realizar o estudo de qualquer processo de usinagem, preciso conhecer a

influncia das principais grandezas fsicas que regem o processo sobre as principais variveis

de sada que so analisadas e assim selecionar as condies adequadas que priorizem um

balano entre as tolerncias de projeto e os fatores econmicos. Os principais parmetros de

corte em retificao so: velocidade de corte (vs), velocidade da pea (vw), penetrao de

trabalho (ae), profundidade de corte (ap) e penetrao de trabalho.

27

Velocidade de corte, que a velocidade tangencial instantnea resultante da

rotao da ferramenta em torno da pea (MACHADO, 2013), varia entre 10m/s e 45 m/s para

rebolos com abrasivos convencionais, mas pode chegar a 90 m/s ou 120 m/s no caso de

rebolos superabrasivos, o que pode implicar valores de rotao do eixo-rvore superiores a

10.000 rpm. O emprego de velocidades de corte baixas reduz o aquecimento e a probabilidade

de trincas na pea. Mesas alternativas so preferveis s rotativas por diminurem o contato

da pea com o rebolo causando tambm um menor aquecimento da pea (CAMPBELL, 2006).

Velocidade da pea, que para retificao plana tangencial o deslocamento da

pea em relao ao rebolo no sentido longitudinal. Os valores de velocidade da pea em geral

variam entre 0,1 em 12 m/min e ir depender do material do rebolo, da pea e das condies

de lubri-refrigerao empregadas.

Penetrao de trabalho, penetrao da ferramenta na pea no sentido

perpendicular direo do avano (MACHADO, 2013): baixos valores de penetrao de

trabalho do rebolo, por exemplo, inferiores a 30 m reduzem os riscos de distores na pea

durante a retificao, principalmente para materiais recozidos. Em um estudo recente sobre

retificao de Inconel 718 com rebolo de alumina, De Oliveira (2015) empregou diferentes

penetraes de trabalho que variaram entre 10 m e 30 m e observou que menores valores

de penetrao de trabalho proporcionam menores valores de rugosidade e no provocaram

alterao microestrutural na pea.

Em outro trabalho, MARINESCU; ROWE; DIMITROV (2004) conduziram ensaios de

retificao do Inconel 718 com rebolo de CBN e relataram que a rugosidade em geral cai

medida que se empregam maiores velocidades de corte. Ao aumentar a velocidade de corte,

o rebolo se torna mais duro, de forma que h maior dificuldade de desprendimento dos gros.

Em vrios casos esta uma condio que aumenta e vida do rebolo e reduz as foras de

corte.

Osterle e Li (1997), por meio da retificao CREEP-FEED do Inconel 738LC com

rebolo de alumina com tamanho do gro igual a 245 m, relataram que o Inconel 738 ir

manter sua resistncia at prximo de 950 C e que os danos mais severos na pea s seriam

observados em caso de incapacidade do fluido de corte de alcanar a zona de retificao.

2.8 Qualidade de superfcies usinadas

De acordo com Malkin e Guo (2008), a qualidade superficial de peas usinadas

consiste de dois aspectos: integridade superficial (relacionada a alteraes mecnica) e

textura superficial (relacionada topografia, e consequentemente rugosidade).

28

A importncia do estudo do acabamento superficial de peas usinadas aumenta

medida que cresce a preciso de ajuste entre as peas, essencial para peas submetidas

a atrito, desgaste, corroso, resistncia a fadiga, transmisso de calor, propriedades pticas,

escoamento de fluidos (AGOSTINHO, RODRIGUES E LIRANI, 2004).

Segundo a norma NBR ISO 4287/2002, por rugosidade entende-se o conjunto de

desvios microgeomtricos caracterizado pelas pequenas salincias e reentrncias presentes

em uma superfcie (Figura 2.10 a)). So vrios os parmetros de rugosidade que podem ser

avaliados em uma superfcie e a utilizao de um ou de outro depender da aplicao da

pea. O sistema bsico de medida mais utilizado no Brasil, segundo as Normas ABNT

NBR6405/1988 e NBR 8404/1984, baseado na linha mdia ou sistema M. Neste sistema,

ilustrado na Fig. 2.10 (b), todas as grandezas da medio da rugosidade so definidas a partir

do seguinte conceito de linha mdia. Por linha mdia entende-se como sendo a linha paralela

direo geral do perfil, no comprimento da amostragem, de tal modo que a soma das reas

superiores, compreendidas entre ela e o perfil efetivo, seja igual soma das reas inferiores,

no comprimento da amostragem (le) (A1+A2=A3) (AGOSTINHO; RODRIGUES; LIRANI,

2004).

a) Diferenciao dos desvios

geomtricos.

b) Metodologia da linha mdia para a

medio da rugosidade.

Figura 2.10 Esquema de superfcie com rugosidade e metodologia de medio a)

Diferenciao dos desvios geomtricos, b) Metodologia da linha mdia para a medio da

rugosidade. (AGOSTINHO; RODRIGUES; LIRANI, 2004).

Machado et al. (2011) resumiram os principais parmetros de rugosidade na forma de

tabela que apresentada na Tab. 2.6.

29

Tabela 2.6 Principais parmetros de rugosidade (MACHADO et al.,2011).

Smbolo Nome Definio

Ra Desvio aritmtico

mdio

Mdia