Avaliação do tipo de desgaste de ferramenta de um compósito cerâmico de alumina-zircônia para usinagem de ligas metálicas de uso aeroespacial
Documento
Grande parte das pesquisas na área aeroespacial, no que diz respeito à aplicação de materiais para fabricação de componentes de foguetes e satélites, tem como objetivo a otimização das tecnologias envolvidas para a obtenção de materiais com peso baixo e resistência mecânica alta. Diversos materiais são utilizados, tais como os ferros fundidos, os aços endurecidos, alumínios, ligas de níquel e materiais compósitos. Estes materiais são escolhidos por apresentarem ótimas propriedades mecânicas, como alta resistência à fratura, dureza e tenacidade à fratura. Estas propriedades causam influência na usinagem destes materiais, tornando um desafio para as indústrias aeroespaciais para a produção dessas peças. Nos últimos anos, muitos estudos na tecnologia de processamento de materiais cerâmicos têm sido realizados, permitindo que estes materiais fossem utilizados na confecção de ferramentas de corte. Estas ferramentas de compósitos cerâmicos de alta performance exibem melhorias em suas propriedades mecânicas, tais como tensão de ruptura, dureza e tenacidade à fratura. Este trabalho de dissertação teve como objetivo estudar os tipos de desgastes e o comportamento de ferramentas de compósitos cerâmicos de alumina-zircônia com composição química (em peso) de 81.5 \% de Al$_{2}$O$_{3}$ e 18,5 \% de ZrO$_{2}$, em processos de usinagem por torneamento de ligas metálicas como o ferro fundido cinzento GG20, o aço 4340 e o alumínio 6351. Foram realizados testes de usinagem com diferentes parâmetros de corte, variando-se a velocidade de corte (V$_{c}$) em 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 e 450 m/min, e mantendo constante o avanço para acabamento (f) de 0,05 mm/rot e profundidade de corte (A$_{p}$) de 0,2 mm. Foi estudado o desempenho da ferramenta cerâmica e os tipos de desgastes a partir de análises de caracterizações da morfologia da aresta de corte. Também foram avaliados os cavacos gerados. Além disso, foi determinada a tensão de ruptura da ferramenta cerâmica, cujo valor médio foi 412 MPa. Os resultados mostraram que entre os materiais testados, a usinagem do ferro fundido cinzento GG20 foi a que apresentou menos desgastes na superfície da aresta de corte da ferramenta cerâmica, sendo do tipo abrasivo. Os resultados dos testes de usinagem do aço 4340 apresentaram desgastes do tipo adesivo e abrasivo. E os testes de usinagem do alumínio 6351, apresentaram a formação de aresta postiça de corte na ponta da ferramenta. Deste modo, a ferramenta de compósito cerâmico de Al$_{2}$O$_{3}$-ZrO$_{2}$ estudada neste trabalho, demonstrou potencial para aplicação no torneamento do ferro fundido cinzento GG20.
Much of the research in the aerospace area, regarding the application of materials for the manufacture of rocket and satellites components, has the objective of optimizing the technologies involved in obtaining materials with low weight and high mechanical resistance. Various materials are used, such as casts iron, hardened steels, aluminum, nickel alloys and composite materials. These materials are chosen because they have excellent mechanical properties, such as high fracture strength, hardness and fracture toughness. These properties influence machining of these materials, making it a challenge for the aerospace industries to produce these parts. In recent years, many studies in the technology of processing of ceramic materials have been carried out, allowing these materials to be used in the confection of cutting tools. These high performance ceramic composite tools exhibit improvements in their mechanical properties, such as fracture stress, hardness and fracture toughness. This work aimed to study the types of wear and the behavior of tools of alumina-zirconia ceramic composites (by weight) of 81.5\% Al$-{2}$O$_{3}$ and 18.5\% of ZrO$_{2}$, in machining processes by turning metal alloys such as gray cast iron GG20, steel 4340 and aluminum 6351. Machining tests were performed with different cutting parameters, varying the cutting speed (V$_{c}$) at 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 and 450 m/min, and maintaining the feed rate constant (f) at 0.05 mm/rot and depth of cut (A$_{p}$) at 0.2 mm. The performance of the ceramic cutting tool and the types of wears from analyzes of characterization of the cutting edge morphology was studied. The generated chips were also evaluated. In addition, the fracture stress of the ceramic tool, whose average value was 412 MPa, was determined. The results showed that among the tested materials, the machining of gray cast iron GG20 showed the least wear on the surface of the ceramic cutting edge tool, being the abrasive wear. The results of the steel machining tests 4340 showed wear of the adhesive and abrasive type. And the machining tests of the 6351 aluminum, presented the cut edge formation at the tip of the tool. Thus, the Al$_{2}$O$_{3}$-ZrO$_{2}$ ceramic composite tool studied in this work demonstrated potential for application in the turning of gray cast iron GG20.
