SAE 1045 - Melhora Usinabilidade

The 4th International Congress on University-Industry Cooperation Taubate, SP Brazil December 5th through 7th, 2012 ISBN 978-85-62326-96-7

ESTUDO DA MICROESTRUTURA DO AO SAE 1045 PARA A MELHORIA DA USINABILIDADE. UMA PROPOSTA PARA A GESTO DOS PROCESSOS DE USINAGEM.

Ricardo Angelo da Silva

Antonio Faria Neto

[email protected]

[email protected]

Departamento de Engenharia Mecnica da Universidade de Taubat (UNITAU) Rua Daniel Danelli, s / n - 12060-440, Taubat-SP, Brasil

Resumo

A usinabilidade depende dos parmetros de corte adotados para o processo

e das caractersticas fsicas e qumicas do material da pea. As

condicionantes da mquina, lquido refrigerante e geometria do material

podem afetar a usinabilidade, ms no esto considerados neste trabalho,

que concentrou a pesquisa no levantamento de dados para reunir aspectos do

tratamento trmico do ao SAE1045 em trs condies: Recozido,

esferoidizado e sem tratamento trmico, relacionando estas informaes com

a mudana da caracterstica da microestrutura e capacidade de quebra do

cavaco, a fim de reduzir a perda de produo em razo do desgaste excessivo

das ferramentas de corte. A composio qumica, e os tratamentos trmicos,

tem um efeito acentuado na usinabilidade por alterarem a microestrutura desta

classe de materiais metlicos. Este trabalho apresentado sem os resultados

conclusivos quanto a influencia dos tratamentos trmicos citados acima sobre

a capacidade de usinagem, em decorrncia da vida til da ferramenta de

corte. Apresenta inicialmente a motivao pelo assunto de pesquisa e seus

objetivos, apoiados na pesquisa de reviso, citando o mtodo e os critrios de

avaliao adotados para a concluso futura deste, atravs de pesquisa

aplicada.

Palavras-chave: Usinabilidade; Tratamento trmico; microestrutura; Ao.


Abstract

The machinability depends of the cutting parameters adopted for the process

and the physical and chemical characteristics of the material of the workpiece.

The constraints of the machine coolant and geometry of the material can affect

the machinability, poor are not considered in this study, which focused on the

research survey to gather aspects of heat treatment of steel SAE1045 three

conditions: Annealed, esferoidizado and untreated thermal correlating this

information with the characteristic change of the microstructure and the chip

breaking capacity in order to reduce loss of production because of excessive

wear of cutting tools. The chemical and thermal treatments has a marked effect

on the machinability by altering the microstructure of this class of metallic

materials. This work is presented without conclusive results regarding the

influence of heat treatment on the aforementioned machining capability, due to

the life of the cutting tool. It first presents the motivation for the research topic

and its objectives, supported the research review, citing the method and the

evaluation criteria for the completion of this future, through applied research.

Keywords: Machinability, Heat treatment, microstructure; Steel


1 INTRODUO

Os estudos na melhoria dos processos para o aumento da produtividade e a reduo dos custos uma preocupao constante nas empresas de um modo geral. A competitividade das empresas est diretamente atrelada a sua capacidade de inovar e produzir mais com menos recursos. A qualidade do produto no mais um diferencial, que assegure um determinado volume de vendas, apesar de ainda associarmos algumas marcas a produtos de qualidade. A qualidade no mais um fator esperado, ms sim, exigido pelo consumidor, que procura pelo preo mais barato. Est mudana de comportamento tambm ocorre na relao cliente e fornecedor nas indstrias. Para se manter no mercado no basta ter tradio de fornecimento, com qualidade e pontualidade nas entregas. Estes fatores j no podem ser vistos como diferencial, quem no consegue cumprir prazos e no garantir a qualidade dos produtos, tende a perder o mercado para a concorrncia. A busca pela melhor condio de usinabilidade, onde se permita a mxima produo como o menor custo de operao possvel, uma tarefa difcil e incessantemente perseguida ao longo do processo de usinagem. Caractersticas do produto, como por exemplo, o acabamento superficial, tolerncias dimensionais e a matria prima, entre outros, so fatores que devem ser cuidadosamente definidos na fase do desenvolvimento, por serem caractersticas decisivas para a eficincia do processo e, portanto para a manuteno dos custos de usinagem. A definio da matria prima mais adequada ao projeto/processo, alm dos meios produtivos (mquinas e equipamentos) so determinantes para se obter um resultado produtivo eficiente. (produzir mais com menos). A proposta deste trabalho est vinculada necessidade de inovar os procedimentos de melhoria da usinabilidade. No basta apenas investir em ferramentas de corte mais eficientes e normalmente mais caras. Inovar, neste caso, trs a ideia de mudana na rotina de anlise de melhoria da usinabilidade, adotando tambm a necessidade de conhecer e manter as caractersticas mecnicas, qumicas e microestruturais do material, a fim de que haja menos oscilao dos resultados da produtividade. Segundo SANTARRIAGA, Pablo A.C, 2008, os aos carbono possuem uma faixa de usinabilidade ampla e dependem de suas propriedades mecnicas. Os mais dcteis favorecem na reduo da vida til da ferramenta de corte em razo da formao da aresta postia atravs do cavaco. Por outro lado, um ao muito resistente ao corte, pode causar o desgaste excessivo da ferramenta de corte pela presena de carbonetos (ferro e carbono). Segundo ainda Santarriaga, o encruamento dos aos favorece a usinabilidade por permitir a quebra do cavaco, reduzindo a tendncia da formao de aresta postia. Precisamos produzir mais e melhor; Precisamos ser mais competitivos, portanto precisamos analisar um mesmo problema de vrios ngulos. Este trabalho tem como propsito inicial, reunir dados de pesquisas anteriores que estabeleam a influencia das caractersticas mecnicas e da microestrutura do ao1045 sobre a usinabilidade, quando usinado na condio comum de mercado (sem tratamento trmico), na condio de


recozimento para esferoidizao da perlita e na condio de recozimento para o alvio de tenses. Aps esta anlise inicial sobre o comportamento da usinabilidade nas trs condies de fornecimento do ao 1045 citados acima, ser desenvolvido um segundo trabalho que traduzir esta relao entre a microestrutura transformada por esferoidizao da perlita e no transformada, sobre a vida til da ferramenta de corte. Neste segundo trabalho ser analisado ainda a relao dos custos gerados na usinagem do ao 1045 esferoidizado, determinando: * Se houve reduo significativa de custos com a compra de ferramentas de corte. * Se o custo total do processo atual (usinagem do ao 1045 no tratado termicamente) maior que o processo de usinagem com a adoo do ao 1045 esferoidizado. O segundo trabalho ter a expectativa de demonstrar que possvel reduzir os custos de produo de itens usinados mediante a aquisio de materiais estruturalmente controlados, mesmo que o custo de aquisio deste material seja maior, desde que este material possibilite a compra de ferramentas de corte mais baratas e/ou permitam o aumento da capacidade produtiva horria, sem a reduo do tempo de vida til da ferramenta de corte. Este estudo foi motivado por observar que os maiores esforos para a otimizao dos processos, so direcionados quase que unicamente para a reviso dos parmetros de corte. O estudo de melhoria fica limitado pela troca de ferramentas de corte, com base nos avanos, profundidade e velocidade de corte. comum observar nas indstrias de pequeno e mdio porte, a aquisio de ferramentas de corte mais caras na tentativa do aumento da produtividade, ms comum observar tambm a falta de registro de avaliao do custo/benefcio desta nova aquisio. No raro verificar nas planilhas de custos de produo de itens usinados, as perdas de lucratividade por falta da analise de viabilidade para a adoo de novas ferramentas de corte. A melhoria da capacidade de produo em um processo de usinagem depende da vida til do ferramental, ms no se pode esquecer que a durabilidade dessas ferramentas diretamente influenciada pela matria prima empregada. Quando se est trabalhando com grandes lotes de produo e por perodos longos de fornecimento, importante analisar a condio deste material, quanto a sua microestrutura, caractersticas mecnicas e qumicas. Normalmente a matria prima exerce influencia significativa sobre a formao do preo de venda, e sendo assim, importante que as empresas procurem no s comprar a matria prima pelo menor preo, ms tambm desenvolver junto aos seus fornecedores, materiais que possam contribuir para a reduo do desgaste das ferramentas de corte, e, por conseguinte favorecer a otimizao dos processos quanto ao uso de ferramentas de corte mais baratas, possibilidade, portanto o aumento do nmero de peas produzidas por hora, a reduo da frequncia de troca das ferramentas de corte e, portanto a reduo dos custos de produo.


1.1 Viabilidade para desenvolvimento de materiais que permitam a mxima eficincia do processo.

A viabilidade para o desenvolvimento de materiais que possam contribuir para a otimizao dos processos se dar quanto houver produo seriada em grandes volumes e por perodo longo de tempo.

1.2 Objetivo imediato

Reunir informaes atravs de pesquisa bibliogrfica sobre as caractersticas da microestrutura do ao 1045 na condio de no tratado e tratado termicamente para transformao da microestrutura a partir da esferoidizao da perlita.

Determinar as condies para a pesquisa aplicada em trabalho futuro (segundo trabalho), que submeter o ao 1045 nas duas condies de tratamento trmico, ao processo de usinagem em torno CNC, para correlao da usinabilidade entre os materiais e a condio de viabilidade de reduo de custos de produo, com a reduo do volume de compras de ferramentas de corte.

1.3 Objetivos para trabalho futuro.

Relacionar o tipo de tratamento trmico adotado para o ao SAE1045 com a capacidade de usinabilidade adquirida para uma mesma ferramenta de corte.

Identificar a influencia da microestrutura do ao SAE1045 na condio de tratado termicamente para esferoidizao da perlita e no estado de no tratado, determinando a influncia sobre a vida til das ferramentas.

Analisar o resultado econmico obtido na usinagem, relacionando os custos envolvidos por pea, para cada um dos materiais (tratado e no tratado). A espectativa demonstrar que se podem reduzir custos, investindo numa matria prima com microestrutura transformada, que resulte na reduo do desgaste das ferramentas de corte.

2 REFERENCIAL TEORICO

2.1 Usinabilidade

A dificuldade na definio da usinabilidade dos materiais ocorre em razo da dependncia de diversos fatores inerentes aos prprios processos de usinagem, ou seja: velocidade de corte, avano, profundidade de corte e ferramentas, das mquinas operatrizes e dos fluidos de corte. Cada material apresenta condies particulares que ditam as normas mais adequadas de usinagem. (BAPTISTA, 2002).

Fatores de influncia na usinabilidade dos materiais metlicos:


A composio qumica. A microestrutura. Resistncia do material. Parmetros de corte (avano, velocidade de corte, profundidade de corte) Fluido de corte.

(BEZERRA, D.C. E MACHADO, I.F., 2009).

A usinabilidade pode ser definida como uma grandeza tecnolgica que expressa o efeito do metal sobre o processo de usinagem, sendo o elemento que define a fora de usinagem e o desgaste da ferramenta de corte. A resistncia do material da pea depender de suas propriedades mecnicas e qumicas. Se for muito dctil, a formao do cavaco poder gerar aresta postia, que prejudica o acabamento da pea e reduz o tempo de vida til da ferramenta, por permitir que fraguimentos do material fiquem aderidos na superfcie da ferramenta. O que melhor caracteriza a usinabilidade do ao sua microestrutura. (SALTARRIAGA, PABLO, A.C.,2008)

2.2 Avaliao da Usinabilidade

Na avaliao so geralmente utilizados quatro critrios, podendo ser adotados em conjunto ou isoladamente (BAPTISTA, 2009),

Vida da ferramenta.

Fora de usinagem.

Qualidade superficial da pea.

Formao de cavaco (forma e tamanho dos cavacos)

2.2.1 Fatores de interesse deste estudo que podero influenciar na usinabilidade

Microestrutura.

Propriedades mecnicas.

Composio qumica

2.3 Matria prima

2.3.1 Aos

Os aos so ligas metlicas de ferro e carbono, com percentagens deste ltimo variveis entre 0,008 e 2,11%. Distinguem-se dos ferros fundidos, que tambm so ligas de ferro e carbono, mas com teor de carbono entre 2,06% e 6,67%. Em razo da ductibilidade, os aos so facilmente deformveis por forja, laminao e extruso, enquanto que peas em ferros fundidos so fabricadas pelo processo de fundio.


Os aos so compostos de outros elementos qumicos, alguns prejudiciais, provenientes da sucata, do mineral ou do combustvel empregue no processo de fabricao, como o enxofre e o fsforo. Outros elementos so adicionados para melhorar algumas caractersticas do ao, como sua resistncia, ductibilidade, dureza ou para melhorar a usinabilidade, como o caso de elementos de liga como o nquel, o cromo, o molibdnio e outros. (BEZERRA, D.C. E MACHADO, I.F., 2009).

2.3.1.1 Ductibilidade

Propriedade que tem o material de sofrer deformao permanente por trao, sem que ocorra a sua ruptura. De um modo geral, o grau de dificuldade de se usinar um determinado material. (Apostila de tecnologia mecnica III, Centro universitrio de Itajub).

2.3.2 Ao SAE 1045

O ao SAE 1045 classificado como ao de mdio teor de carbono com

0,45% de carbono em sua composio. Possui boas propriedades mecnicas,

como boa usinabilidade quando laminado a quente ou normalizado. Muito

aplicado na construo mecnica, em peas forjadas e usinadas para o setor

de mquinas e automveis, entre outros. (Burguer, G.R; Domingos, T.G; Jos,

D.R; Manske, G.A; Oliveira, R.D; Vieira, L, 2009)

TABELA 1 Composio qumica dos aos carbono (em %), (GALLO, GIULLIANO, A. 2006)

SAE-AISI C P Si S Mn

1040 0,37 0,44 0,04mx. 0,60mx. 0,05mx. 0,60 0,90

1042 0,40 0,47 0,04mx. 0,60mx. 0,05mx. 0,60 0,90

1043 0,40 0,47 0,04mx. 0,60mx. 0,05mx. 0,70 1,00

1044 0,43 0,50 0,04mx. 0,60mx. 0,05mx. 0,30 0,60

1045 0,43 0,50 0,04mx. 0,60mx. 0,05mx. 0,60 0,90

1046 0,43 0,50 0,04mx. 0,60mx. 0,05mx. 0,70 1,00

1049 0,46 0,53 0,04mx. 0,60mx. 0,05mx. 0,60 0,90

1050 0,48 0,55 0,04mx. 0,60mx. 0,05mx. 0,60 0,90


TABELA 2 Caracterizao da usinabilidade do ao em funo da microestrutura. Tabela resumida. (SALTARRIAGA, PABLO, A.C. 2008).

Teor de carbono

Caracterstica da usinabilidade

(baixo carbono) 0,2%

Usinados em estado laminado. Quando submetidos ao encruamento.(exemplo: trefilao a frio) a dureza aumenta e produz um gro ferrtico pequeno, melhorando sua usinabilidade.

(mdio carbono) 0,2% a 3%

Apresentam melhor usinabilidade quando apresentam estrutura Perltica em sees acima de 75 mm de dimetro. A melhor microestrutura obtida atravs do tratamento trmico de normalizao

(mdio carbono) 0,3% a 0,4%

Possuem boa usinabilidade quando apresentam uma microestrutura Perltica grosseira, com um mnimo de Ferrita obtida por recozimento.

(mdio e alto carbono)

0,3% a 0,6%

Apresentam melhor usinabilidade quando sua microestrutura Perltica lamelar e esferoidizada.

(alto carbono)

> 0,6%

Apresenta melhor usinabilidade com estrutura esferoidizada.


Aos com tamanho de gro austentico pequeno (inferior a cinco na escala ASTM) so mais difceis de usinar que outros de maior tamanho de gro. Gro menores so preferveis para a obteno de um melhor acabamento superficial.

2.4 Microestrutura x Tratamento trmico

2.4.1 Tratamento trmico

Aos mdio carbono, quando necessitam mxima ductilidade para trabalhos que exigem muito esforo tanto da ferramenta quanto do material, tambm devem ser recozidos para esferoidizao da microestrutura. A esferoidizao aumenta a concentrao de tenso na rea de cisalhamento do cavaco durante as operaes de usinagem, reduzindo o desgaste das ferramentas e facilitando as operaes de conformao mecnica. A influencia do tratamento trmico de recozimento na estrutura ferrtica, perlita do ao apresentada na figuras 2, 3 e 4.

2.4.1.1 Recozimento de esferoidizao

O recozimento de esferoidizao objetiva transformar a rede de lminas de

cementita em carbonetos mais ou menos esfricos ou esferoiditas. Esse

tratamento melhora a usinabilidade e a ductilidade dos aos mdio e alto teor

de carbono.

Realizado, principalmente, para aumentar a usinabilidade ou para aumentar a

capacidade de conformao a frio dependendo do ao. Aos com baixo

carbono so raramente esferoidizados para melhorar usinagem, porque estes

ficam muito macios e pastosos, produzindo cavacos muito longos. Estes

aos s sero esferoidizados quando uma severa deformao plstica a frio

necessria.


Figura 1 Diagrama do perodo de esferoidizao do ao SAE 1045 (Burguer, G.R; Domingos, T.G; Jos, D.R; Manske, G.A; Oliveira, R.D; Vieira, L,2009) Segundo Oliveira, C. A. Silva; Rocha, M.R; UFSC, o tratamento trmico de esferoidizao empregado onde se deseja maior conformabilidade e usinabilidade, ou para desenvolver uma estrutura adequada para subseqentes tratamentos de endurecimento.

2.4.2 Microestrutura

Em funo da possibilidade da transformao da microestrutura do ao, sem alterao da composio qumica, a microestrutura um importante fator de influncia na usinabilidade. Os elementos da microestrutura alteram as caractersticas de ductilidade e de fragilidade em funo da sua presena, quantidade e forma, promovendo diferentes condies de quebra de cavaco, abrasividade, fora e temperatura de corte. A presena de fases aciculares tipo bainita e martensita, em funo do efeito extremamente abrasivo, tambm so indesejveis na usinagem.

O tamanho de gro um dos parmetros a ser controlado, devido ao efeito de fragilizao do cavaco, produzido em funo de uma estrutura de gros grosseiros. Porm, com uma estrutura mais refinada, menores so as fronteiras intergranulares e maiores so os contatos de natureza qumica e eletrosttica, melhorando o comportamento da ferramenta de corte. (APOSTILA TECNOLOGIA MECNICA, UNIV. ITAJUBA, 2010)


2.4.2.2 Perlita

Agregado de ferrita e cementita que entra na composio de certos aos. A perlita, nome devido a nuance de cores de madreprola que esse constituinte freqentemente apresenta ao microscpio, a mistura mecnica de 88,5% de ferrita e 11,5% de cementita, na forma de lamelas finas (de espessura raramente superior a um milsimo de milmetro) dispostas alternadamente. As propriedades mecnicas da perlita so intermedirias entre as da ferrita e da cementita, dependendo, entretanto, do tamanho das partculas de cementita. Seu limite de resistncia trao , em mdia, de 75 kgf/mm (740 MPa). A proporo de perlita num ao cresce de 0% para o ferro puro at 100% para aos eutetides (0,77% de carbono), de modo que um ao com 0,5% de carbono, por exemplo, apresentar cerca de 65% de perlita. A decomposio isotrmica da austenita em um ao carbono eutetide, leva formao de perlita. A evoluo da fase lamelar de ferrita e carbonetos recozidos, envolvem o processo de esmagamento das camadas, esferoidizao dos fragmentos obtidos e sua coalescncia. O processo de esferoidizao e coalescncia, so explicados pela tendncia do sistema para diminuio da rea da interface na superfcie das partculas dos carbonetos (GALLO, GIULIANO,B., 2006).

2.4.2.3 Exemplo de microestrutura transformada.

Resultado da anlise metalogrfica do ao SAE1045 elaborado pelos autores:

(Burguer, G.R; Domingos, T.G; Jos, D.R; Manske, G.A; Oliveira, R.D; Vieira,

L,2009).

As figuras 2, 3 e 4 nos do uma idia da mudana da microestrutura do ao

1045 no estado bruto e ps-recozimento.

Figura 2 Amostra de SAE 1045 no estado bruto, atacada em Nital 1%. Ampliao de 500x.


Pode-se ver a matriz ferrtica (parte clara), e os gros de perlita, a parte

escura. A equiaxidade dos gros mostra que no houve trabalho mecnico a

frio nessa direo.

Figura 3 Ao SAE 1045 recozido, atacado em Nital 1%. Aumento de 500x.

Figura 4 Ao SAE 1045 recozido, conformado a frio, atacado em Nital 1%.

Aumento de 500x.

Confirmando o grande encruamento presente nas amostras recozidas pode-

se ver a orientao dos gros na figura 4, enquanto que na figura 3 os gros

esto, de uma maneira geral, equiaxiais. Comparando as microestruturas das

amostras recozidas e sem tratamento (figuras 3 e 2), respectivamente

percebe-se que os gros obtidos no recozimento so menores que no estado

bruto. Isso se deve recristalizao que acontece ao fim da austenitizao do

processo de recozimento. O surgimento de novos e pequenos gros faz com


que se tenham gros menores que no estado bruto. Um subsequente

crescimento de gros aconteceria caso o tempo de recozimento fosse

estendido alm do empregado. (Burguer, G.R; Domingos, T.G; Jos, D.R;

Manske, G.A; Oliveira, R.D; Vieira, L,2009)

TABELA 3 Rusultado dos ensaios realizados no AO SAE1045, mostrando a relao quantitativa no gro de Perlta e da dureza do material, em 03 condies de fornecimento. (BEZERRA, D.C. E MACHADO, I.F., 2009).

Aspectos da microestrutura

Condio de tratamento trmico para o estudo

Sem tratamento

Recozido

Esferoidizado

Frao vol. Perlita

(%) 61,2 68 67,8

Tamanho do gro de

perlita 12,1 18 13,1

Dureza Vickers

184,4 154 168

Metodologia do ensaio

Frao volumtric

a Metalografia quantitativa (grade de 100 pontos)

Tamanho do gro da

Perlita

Gabarito circular de raio 4 cm de raio, relao:

xt

.6,1

20.8

Dureza Vickers

Aplicada a carga de 30 Kgf na seo transversal e longitudinal das barras

Os autores Bezerra e Machado, verificaram que:

Houve diferena no volume de perlita entre o material sem tratamento e o recozido, e entre o sem tratamento e o esferoidizado.

Houve diferena no tamanho da perlita do material sem tratamento e o recozido, e entre o sem tratamento e o esferoidizado.

Houve diferena na dureza entre o material sem tratamento e o recozido, e entre o sem tratamento e o esferoidizado.

Com significncia de 1%, concluiro que para todos os tratamentos trmicos a dureza pode ser considerada igual


2.5 Formao do cavaco

Um dos fatores que mais limita a velocidade de usinagem a forma dos cavacos. As pesquisas demonstraram que os metais, ao serem usinados, devem produzir um cavaco frgil e, portanto, quebradio, o que propicia uma maior facilidade de manuseio e operao. Paralelamente, os cavacos devem ter um raio de curvatura pequeno, para haver menor rea de contato e, conseqentemente, menor atrito com a ferramenta de corte, proporcionando maior vida til. A forma e o tamanho do cavaco so muito importantes, principalmente para os processos de usinagem onde h pouco espao para os cavacos ou em mquinas-ferramentas com pouco espao de trabalho. Cavacos helicoidais planos preferencialmente apresentam a sua sada tangenciando o flanco da ferramenta e, em decorrncia disso, danificam o suporte e a quina da ferramenta. Cavacos em fita, cavacos emaranhados e cavacos fragmentados apresentam um perigo para o operador da mquina. (APOSTILA TECNOLOGIA MECNICA, UNIV. ITAJUBA, 2010)

2.5.1 Tipos de cavaco

Tipo A Tipo B Tipo C

Tipo D Tipo E Tipo F

Figura 5 Adaptado do relatrio tcnico de produtividade Mitsubishi, 2012.

O cavaco do tipo D e E so ideais para reduzir o desgaste da ferramenta em razo de sua fcil fragmentao, reduzindo o aquecimento da ferramenta e a ocorrncia da aderncia do material na face de corte da ferramenta (aresta postia). Espera-se que o ao esferoidizado permita a quebra de cavaco como em D e E.


3 MTODOS / PROCEDIMENTOS

A metodologia descrita a seguir refere-se a adotada pelos autores pesquisados e servir de orientao para o desenvolvimento do segundo trabalho como j citado na introduo e explicitado em objetivos.

3.1 Material.

O material analisado foi o ao SAE 1045 na forma de barras redondas, e em trs situaes estruturais:

Com a microestrutura transformada para esferoidizao da perlita.

Recozido para o alvio de tenses.

Sem tratamento trmico (na condio de fornecimento de mercado).

3.2 Ensaios realizados.

Metalografia, para medio do tamanho do gro de perlita e do percentual da frao volumtrica.

Dureza Vickers.

3.2.1 Consideraes sobre a influencia do cavaco na vida til da ferramenta de corte. O item 2.4.2 cita a importncia da transformao da microestrutura e controle do tamanho do gro para a melhoria da usinabilidade.

3.3 Tratamento dos dados.

Os resultados dos ensaios foram planilhados e comparados entre si, nas trs condies de fornecimento do ao estudado. (tabela 3)

3.4 Vida til da ferramenta

Ser determinada a capacidade de vida til da ferramenta de nmero 02 e 06 ( desbaste e ferramenta de rosca interna) respectivamente (vide Figura 6) correlacionando este resultado com a microestrutura e dureza do material em estudo. O critrio para determinao do desgaste da ferramenta de corte ser de forma visual, atravs da observao do acabamento da pea sendo limitado ao desgaste do gume de corte da ferramenta em 0,3 mm, podendo ser alterado a pedido do fabricante da ferramenta antes da finalizao dos estudos.


3.5 Referencial para ensaios.

Sero ensaiados com base nos resultados demonstrados na Tabela 3. Os ensaios realizados pelo autor BEZERRA, D.C. e MACHADO, I.F, demonstraram uma diferena significativa entre as microestruturas do ao 1045 tratado termicamente para esferoidizao e no tratado termicamente. Sendo assim, o ao 1045 ser analisado nas duas situaes de tratamento trmico conforme abaixo: Sero retiradas 03 amostras das barras de ao sem tratamento e 03 amostras do material esferoidizado e submetidos ao ensaio metalogrfico e de dureza. As amostras sero lixadas e polidas de modo convencional para exame metalogrfico, sendo utilizado como reagente, nital 1%. As microestruturas ferrtica e perltica sero observadas por microscopia tica. A norma a ser adotada ser a ASTM E562 para anlise quantitativa das fases e ASTM E112 para a determinao do tamanho de gro ferrtico. 3.6 Parmetros de avaliao Os parmetros a serem avaliados nas duas situaes do material sero: Frao volumtrica, o tamanho do gro de perlita e dureza do material. 3.7 Ensaio de trao. Para ensaio de trao sero retirados 03 corpos de prova de cada tipo de barra e usinados conforme critrio de dimensionamento. Os ensaios de trao, sero realizados segundo a norma NBR ISO 6892, 11/2002 e atravs da mquina de trao Kratos com capacidade de 10 toneladas. Estes dados serviro para uma possvel avaliao comparativa entre os materiais quanto s caractersticas mecnicas ainda no citadas, supondo que ao final do estudo no se tenha dados conclusivos quando a relevncia das diferenas microestruturais encontradas das duas situaes de tratamento trmico (tratado para esferoidizao e no tratado termicamente). 3.8 Ensaio de dureza. Os ensaios de dureza foram realizados utilizando-se um durmetro Vickers (HV30), sendo os resultados uma mdia de 5 medidas. 3.9 Obtenso dos Resultados.


Os resultados dos ensaios de metalografia e mecnicos tero o valor da mdia de trs ensaios lanados na Tabela 4, exemplificada abaixo, para possibilitar o tratamento estatstico. Sero avaliados: Frao volumtrica da perlita; Tamanho do gro; dureza

Vickers; Limite de escoamento ( y) e o limite de resistncia ( r).

Para o tratamento estatstico ser adotado o mtodo Taguchi. Os fatores a serem correlacionados esto indicados da tabela 4, estabelecendo 2 nveis e 05 fatores, gerando um arranjo ortogonal atravs do software MINITAB.

TABELA 4 Matriz determinante dos principais efeitos na variao da

microestrutura do ao 1045. Fatores e nveis para realizao do experimento.

O autor

FATORES

/INTERAES M.P.01 M.P.02

01 Frao vol. perlita (%)

02 Tamanho do gro

03 Dureza Vickers (30Kgf)

04 Resist. Trao( r).

05 Limite de

escoamento( y)

M.P. 01 Ao 1045 no tratado termicamente.

M.P.02 Ao 1045 recozido para esferoidizao da microestrutura


Formulrio para preenchimento dos parmetros de ferramentas de corte para

avaliao da usinabilidade dos dois materiais. Fornece o resultado do nmero

de peas produzidas por aresta de corte.

FIGURA 6 Modelo de formulrio para de registro de ensaios de usinagem.

Adaptado do formulrio de teste de ferramentas de corte da Mitsubish.


Modelo de Plano de setup de ferramentas. Localizao com numerao

sequencial de entrada das ferramentas.

FIGURA 7 Identificao das ferramentas de corte de forma numrica e pela

seqncia de operaes instaladas no torno CNC ERGOMAT- G2. O autor.

N Descrio Operao R.F*

1 Stop da barra Alimentar N/A

2 DNMG150408 MA UE6020 Desbastar 300

3 DNMG150404 FH UE6020 Acabamento 250

4 Broca Furar 250

5 TPMH090204 MV US735 Acabamento interno 280

6 SNT6012R3XMM Rosquear 180

7 DGM30CE US735 Cortar 300

8

9

10

11

12


4 RESULTADOS

A pesquisa realisada por (Burguer, G.R; Domingos, T.G; Jos, D.R; Manske,

G.A; Oliveira, R.D; Vieira, L,2009) estabeleceu um comparativo na

microestrutura do ao 1045, na condio de fornecimento em bruto (sem

tratamento) e recozido, percebe-se que os gros obtidos no recozimento so

menores que no estado bruto. Isso se deveu pelo fato de no ter havido

tempo suficiente para o crescimento de gros. Um subsequente crescimento

de gros aconteceria caso o tempo de recozimento fosse estendido alm do

empregado.

Nestas condies a tendncia de melhoria na usinabilidade pequena ou

nula, podendo haver uma piora na relao de corte e vida til da ferramenta.

Em outro caso de estudo, os autores (BEZERRA, D.C. E MACHADO, I.F., 2009), divulgaram o resultado dos ensaios realizados no ao SAE1045, comparando a dureza do material, o tamanho e o volume dos gros de perlita em relao as trs condies de fornecimento ao qual o material foi submetido (sem tratamento, com recozimento e esfeirodizado). Concluiram haver uma diferena mais acentuada na comparao do material sem tratamento com o material esferoidizado. O material recozido manteve resultados muito prximos do esfeirodizado, observando porm que o material recozido obteve um maior tamanho de gro da perlita ms uma dureza menor.

5 CONCLUSO

A apresentao dos resultados dos trabalhos pesquisados me permitiu conhecer o comportamento do ao SAE 1045 para estabelecer o direcionamento para um futuro trabalho, que submeter o material em estudo, em duas das condies apresentadas (sem tratamento e esferoidizado), ao processo de usinagem em torno CNC, buscando demonstrar ao final, qual o ganho de usinabilidade utilizando-se o ao 1045 com a microestrutura transformada para esferoidizao.

Pode-se verificar que o tamanho do gro, o controle da adio de elementos qumicos como o enxofre, e a transformao da microestrutura dos materiais, podero gerar resultados positivos quanto a melhoria da usinabilidade, tendo como pontos de avaliao o aumento da vida til da ferramenta de corte, a reduo dos custos com compras de ferramentas e o aumento da produtividade.

A figura 8 sintetiza as caractersticas e resultados apresentados nas figuras 2 e 3. Indica que o tratamento por recozimento e esferoidizao reunem caractersticas semelhantes quanto ao volume, tamanho da perlita e a dureza do material, porm sinaliza um possvel resultado de usinabilidade mais favorvel na condio de esferoidizao.


As caractersticas resultantes do processo de esferoidizao reunem um melhor equilbrio de resultados, que facilitar a quebra do cavaco em razo de ter adquirido um almento percentual do volume e do tamanho da perlita, e uma dureza superior ao material recozido.

Nestas condies pode-se conseguir a quebra ideal de cavaco na forma D e E, como apresentado na figura 5.

Quadro de resultados dos ensaios da tabela 3.

FIGURA 8 Sintetizao dos resultados apresentados da tabela 3. O autor

O material esferoidizado apresentou um melhor equilbrio entre dureza, volume e tamanho da perlita.


REFERNCIAS GALLO, Giolliano, B. Influncia do tratamento trmico sobre a tenacidade de um ao AISI SAE 1045 com mdio teor de carbono, avaliada por ensaio de impacto, Dissertao de mestrado, Unesp, 2006. Cravenco, Eng Marcelo, P. Manual prtico do mecnico, Senai, ed. Hemus, 2006. Oliveira, C.A.S., Rocha, M.R. Estudo da Relao entre a variao microestrutural e as propriedades mecnicas de um ao SAE 1045 esferoidizado. UFSC, 2008. SILVA, Jos, A.M., Temperatividade e treinamento trmico,UFPG 2010. Burguer, G.R, Domingos, Burguer, T.G; Jos D.R; MANSZE; Oliveira, R.D., VIEIRA, L.N2; Udesc/cct. Fac. Tec. Senai Felix Gissard, 2009. Saldarriaga, Pablo, A. C. Estudo dos tempos de tenso gerados por incluses durante o processo de torneamento em aos ABNT 1045 utilizando o mtodo dos elementos finitos. USP, Tese, 2008. Bezerra, D. C. e M. I. F, Estudo da usinabilidade de ao AISI 1045 aps diferentes tratamentos trmicos. Poli, USP, 2008. Baptista, E.A. e Coppini, N.L. Alternativa de otimizao dos parmetros de corte para cenrios de fabricao em usinagem. artigo ENEGEP, Rio de Janeiro, 1998.

Documents

SAE 1045 - Melhora Usinabilidade