RESISTÊNCIA À FADIGA DE CONTATO DE FERROS FUNDIDOS EM SUPERFÍCIES FRESADAS

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1 RESISTÊNCIA À FADIGA DE CONTATO DE FERROS FUNDIDOS EM SUPERFÍCIES FRESADAS Aluno : Michel Rejani Miyazaki Orientadora: Profa. Dra. Izabel Fernanda Machado Laboratório de Fenômenos de Superfície Departamento de Engenharia Mecânica Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

2 INTRODUÇÃO A produção de uma superfície, com bom acabamento superficial é importante. No entanto, a integridade superficial também é relevante em termos de aplicação. As tensões desenvolvidas abaixo da superfície podem interagir com alguma inclusão e este se tornar o ponto inicial de deformação localizada a partir de onde uma trinca será nucleada. (ALVAREZ, 2006).

3 INTRODUÇÃO Segundo Alvarez (2006): A fadiga de contato é o fenômeno em que existem esforços em áreas que são muito pequenas. A fadiga de contato decorre do carregamento cíclico sobre contatos não-conformes. No movimento de rolamento puro de uma esfera sobre uma superfície plana, a máxima tensão de cisalhamento está posicionada abaixo da superfície de contato.

4 INTRODUÇÃO Ferros fundidos são ligas que contêm basicamente ferro, carbono e silício. Os ferros fundidos cinzentos são formados por austenita e grafita. Nessas ligas obtém-se grafita em forma de veios Figura 1 Ferro fundido cinzento com grafita em forma de veios

5 MATERIAIS E MÉTODOS No fresamento de topo, o material por ser trabalhado de duas maneiras: de modo concordante ou de modo discordante, como ilustra a figura 2. Figura 2 Fresamento a) Concordante e b) Discordante

6 MATERIAIS E MÉTODOS Nos ensaios de fadiga de contato foi utilizado o equipamento exibido na figura 3, que utiliza a geometria de contato esfera sobre plano a) b) Figura 3 a) Esquema do equipamento utilizado b) Foto do equipamento utilizado (NEVES, 2005)

7 MATERIAIS E MÉTODOS Para os ensaios no equipamento exibido, é utilizado um corpo-de-prova com a geometria exibida na figura 4. Figura 4 Geometria do corpo-de-prova (NEVES, 2005)

8 MÉTODOS PRELIMINARES Para definir os parâmetros de usinagem dos ensaios definitivos, foram fabricados três corpos-de-prova com os parâmetros exibidos na tabela 1; Tabela 1 Parâmetros de corte utilizados nos ensaios preliminares Ensaio Avanço (f) Rotação Profundidade de corte Tipo de corte rpm 0,1 mm Discordante rpm 0,1 mm Discordante rpm 0,1 mm Discordante

9 RESULTADOS PRELIMINARES Os parâmetros de corte como profundidade de corte e rotação da ferramenta não alteraram significativamente a rugosidade da superfície trabalhada Então os parâmetros escolhidos foram os seguintes: Avanço 20 mm/min Profundidade de corte 0,2 mm Rotação 4400 rpm Os ensaios finais foram feitos em cortes concordantes e discordantes

10 MÉTODOS FINAIS Para produzir os corpos-de-prova utilizados nos ensaios finais foram utilizados os parâmetros exibidos na tabela 2. Tabela 2 Parâmetros de corte utilizados nos ensaios finais Ensaio Avanço (f) Rotação Profundidade de corte Tipo de corte 1 20 mm/min 4400 rpm 0,2 mm 2 20 mm/min 4400 rpm 0,2 mm 3 20 mm/min 4400 rpm 0,2 mm Concordante Concordante Discordante 4 20 mm/min 4400 rpm 0,2 mm Discordante

11 MÉTODOS FINAIS Com os corpos-de-prova em mãos, os parâmetros utilizados nos ensaios de fadiga de contato foram os exibidos na tabela 3. Tabela 3 Parâmetros de corte utilizados nos ensaios de fadiga de contato Amostra Carga Lubrificante Temperatura de ensaio Freqüencia de rotação 1 10 kg Óleo Tutela W90/M 50 ºC 55 Hz 2 10 kg Óleo Tutela W90/M 50 ºC 55 Hz 3 20 kg Óleo Tutela W90/M 50 ºC 55 Hz 4 10 kg Óleo Tutela W90/M 50 ºC 55 Hz

12 RESULTADOS FINAIS A diferença na superfície de corpos de prova fresados de modo concordante e discordante pode ser vista na figura 5. a) b) Figura 5 Superfície de um corpo fresado de modo a) concordante e b) discordante (fotos com aumento de 20 vezes)

13 RESULTADOS FINAIS Analisando as superfícies, pode-se notar características diferentes entre as superfícies, como mostra a figura 6. a) b) Figura 6 Perfil típico de um corpo fresado de modo a) concordante e b) discordante

14 RESULTADOS FINAIS Os dados obtidos pelo rugosímetro nos informam que os valores de Ra, Ry, Rz e Rq são muito proximos entre ambos os modos de usinagem Rp tende a ser maior em corpos fresados de modo discordante Rt tende a ser maior em corpos fresados de modo concordante

15 RESULTADOS FINAIS Unindo os dados obtidos pelo rugosímetro e as imagens tiradas com a lupa, nota-se diferenças na superfície do material: No fresamento concordante pequenas crateras são formadas na superfície do material No fresamento discordante pequenas farpas permanecem sobre a superfície do material

16 RESULTADOS FINAIS A diferença no acabamento dos fresamentos concordante e discordante está ilustrada na figura 7, ilustrando tanto as crateras como as farpas. a) b) Figura 7 a) Crateras e b) Farpas sobre a superfície usinada

17 RESULTADOS FINAIS Após a produção das superfícies, os corpos-deprova foram submetidos à ensaios de fadiga de contato A figura 8 ilustra a trilha de desgaste resultante após o ensaio Figura 8 Trilha de desgaste após ensaio de fadiga de contato

18 RESULTADOS FINAIS Um ponto de spalling sobre a superfície do material está ilustrada na figura 9 Figura 9 Ponto de spalling sobre o material

19 RESULTADOS FINAIS Os corpos-de-prova fresados de modo concordante e discordante apresentaram resultados diferentes perante os ensaios de fadiga de contato a) b) Figura 10 Distribuição de spalling sobre um material fresado de modo a) concordante e b) discordante

20 RESULTADOS FINAIS Ao analisar a seção transversal em um ponto de spalling, foi possível verificar o mecanismo de falha do material Figura 11 Seção transversal de um spalling

21 CONCLUSÕES As rugosidades Ra, Ry, Rz e Rq são aproximadamente iguais em corpos fresados forma concordante e forma discordante. No fresamento concordante a rugosidade R T tende a ser maior e no fresamento discordante a rugosidade R P tende a ser maior. O desgaste por fadiga de contato é melhor distribuído em superfícies fresadas de modo concordante. A falha nos ferros fundidos cinzentos ocorre preferencialmente nos veios de grafita.

22 OBRIGADO A TODOS