Como a forma da grafita afeta a usinabilidade do ferro fundido vermicular

Fonte: II Assembléia Geral do IFM - 17/09/08

Christian Doré, Lourival Boehs
Universidade Federal de Santa Catarina. Dep. de Eng. Mecânica – Florianópolis, SC, Brasil
chrisdore_2@yahoo.com.br


Palavras-chave: Ferro fundido vermicular, usinabilidade, Nodularidade, Torneamento.

Introdução
Atualmente,  o  uso  do  ferro  fundido  vermicular  em  diversas áreas, deve-se principalmente ao tipo de sua microestrutura, que oferece propriedades  como: boa  resistência mecânica, boa resistência à abrasão e a fadiga e boa  condutividade térmica, mas que em contra partida diminui consideravelmente o  tempo de vida das  ferramentas de corte. Essa diiculdade está relacionada a fatores como: a necessidade de grandes forças de corte na usinagem, ausência de  sulfeto de manganês  em  sua microestrutura  e a nodularização da grafita [1, 2]. É sabido também, que o  ferro  fundido  vermicular  inclui  invariavelmente  algumas partículas (esferoidais) de grafita nodular. Enquanto a nodularidade aumenta, aumentam também a força e a rigidez diminuindo a usinabilidade e a condutividade térmica [2]. Portanto, peças que exigem usinagem extensiva, requerem um controle maior da microestrutura, permanecendo a nodularidade dentro de uma escala de 0-20% [2]. O trabalho se da pela avaliação dos tempos de vida gerados por ferramentas de metal-duro na usinagem de ligas de ferro fundido vermicular com diferentes nodularidades da grafita, chegando à conclusão de qual microestrutura traz propriedades benéficas a usinagem.

Objetivos
Este trabalho visa avaliar a  influência que a variação na forma da grafita no ferro fundido vermicular tem sobre o desgaste e  tempo de vida de ferramentas de corte de metal-duro, através de ensaios de torneamento  longitudinal.

Metodologia
Para  realização dos ensaios  foi escolhido o processo de torneamento por ser um dos processos mais utilizados e por apresentar condições práticas da  indústria. Foram utilizadas  também,  ferramentas  de  metal-duro  revestidas com nitreto de titânio (TiN) e carbonitreto de titânio (TiCN)  e óxido de  alumínio  (Al2O3). Os parâmetros de  corte utilizados foram definidos com base na literatura e
fornecedores de ferramentas e são: Velocidade de corte Vc [m/min] = 160, avanço f [mm] = 0,2, e profundidade de corte ap  [mm] = 0,5. O  critério de fim de vida das  ferramentas  foi adotado  como  sendo VB=0,3mm. As  ligas foram caracterizadas, e  suas principais propriedades  são apresentadas na Figura 1.


Figura 1. Propriedades das ligas ensaiadas.

Resultados e discussão
Independente  da  liga  que  foi  ensaiada  o  trabalho deixou  claro  que  ferramentas  de metal-duro  são  a melhor  escolha  na  usinagem  do  ferro  fundido  vermicular, em função do desempenho obtido nos ensaios. As ferramentas neste trabalho foram deinidas como MD- 3215, MD-3005 e MD-AC700, de acordo com o revestimento e fabricante. Na usinagem da liga com baixa nodularização da grafita, VER-1, houve pequenas variações nos resultados, sendo a ferramenta MD-3215 a que teve maior tempo de vida e a ferramenta MD-AC700 foi a de melhor desempenho na usinagem da liga VER-3, com nodularização da grafita acima do recomendado na literatura, sendo  também  seu desempenho pouco melhor que a MD-3005. Essa diferença de resultados pode ser associada aos diferentes tipos de revestimentos das ferramentas. Outro fator veriicado foi que com o aumento da nodularização da grafita de 6% na  liga VER-1 para 36% na  liga VER-3 houve um aumento na vida das  ferramentas MDAC700 e MD-3005, contrariando a literatura [2] que afirma que o aumento na nodularização diminui a usinabilidade do material pelo aumento da resistência a tração e diminuição da condutividade  térmica. O desgaste observado nas ferramentas  é puramente  abrasivo,  como pode  ser  visto na Figura 2. Para  ter uma visão geral dos resultados obtidos nos ensaios das ligas de ferro fundido vermicular a Figura 3 mostra um comparativo geral entre as ferramentas de metal-duro.

Figura 2. Desgaste da ferramenta de metal-duro.



Figura 3. Resultados obtidos na usinagem do vermicular com ferramentas de metal-duro.

Conclusões
Pode-se  concluir  que  a  liga  que  ofereceu maior  resistência  na  usinagem  com  ferramentas  de metal-duro  foi a VER-1, principalmente às  ferramentas MD-AC700 e MD-3005. A baixa usinabilidade da liga VER-1 apesar de sua baixa nodularização da grafita pode ser atribuída a inclusões duras como a cementita presentes na liga devida a diminuição da inoculação para obtenção de uma liga com menor quantidade de nódulos.  Já na liga VER-3 o desgaste deve-se ao maior tempo de contato entre o cavaco e a ferramenta de corte. O mecanismo de desgaste foi predominantemente abrasivo, causado pelo contato entre a  ferramenta e peça e pelo aumento da  temperatura na região de contato.

Agradecimentos
Ao MCT/CNPq/IFM II e aos fornecedores das ferramentas de metal-duro e do material utilizado para a realização da pesquisa.

Referências
[1] DORÉ, Christian, Influência da Variação da Nodularidade na Usinabilidade do Ferro Fundido Vermicular. Dissertação de mestrado, UFSC, Outubro de 2007
[2] REUTER, U., SCHULZ, H., DAWSON, S., HOLLINGER, I., ROBBINS,M., DAETH, J. The Effect of Metallurgical Variables on the Machinability of Compacted Graphite Iron. Society of automotive engineers, Inc, Alemanha, 2001, p 1-18.

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