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MICHEL REJANI MIYAZAKI - RESISTÊNCIA À FADIGA DE CONTATO DE FERROS FUNDIDOS EM SUPERFÍCIES FRESADAS.
RESISTÊNCIA À FADIGA DE CONTATO DE FERROS FUNDIDOS EM SUPERFÍCIES FRESADAS
Laboratório de Fenômenos de SuperfícieDepartamento de Engenharia Mecânica
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
Aluno : Michel Rejani MiyazakiOrientadora: Profa. Dra. Izabel Fernanda Machado
MICHEL REJANI MIYAZAKI - RESISTÊNCIA À FADIGA DE CONTATO DE FERROS FUNDIDOS EM SUPERFÍCIES FRESADAS.
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).
MICHEL REJANI MIYAZAKI - RESISTÊNCIA À FADIGA DE CONTATO DE FERROS FUNDIDOS EM SUPERFÍCIES FRESADAS.
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.
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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
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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
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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
Figura 3 –a) Esquema do equipamento utilizado b) Foto do equipamento utilizado (NEVES, 2005)
a) b)
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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)
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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
1 20 2200 rpm 0,1 mm Discordante
2 20 3300 rpm 0,1 mm Discordante
3 20 4400 rpm 0,1 mm Discordante
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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
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• Para produzir os corpos-de-prova utilizados nos ensaios finais foram utilizados os parâmetros exibidos na tabela 2.
MÉTODOS FINAIS
Ensaio Avanço (f) Rotação Profundidade de corteTipo de corte
1 20 mm/min 4400 rpm 0,2 mmConcordante
2 20 mm/min 4400 rpm 0,2 mmConcordante
3 20 mm/min 4400 rpm 0,2 mmDiscordante
4 20 mm/min 4400 rpm 0,2 mm Discordante
Tabela 2 – Parâmetros de corte utilizados nos ensaios finais
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• Com os corpos-de-prova em mãos, os parâmetros utilizados nos ensaios de fadiga de contato foram os exibidos na tabela 3.
MÉTODOS FINAIS
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
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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)
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RESULTADOS FINAIS
• Analisando as superfícies, pode-se notar características diferentes entre as superfícies, como mostra a figura 6.
Figura 6 –Perfil típico de um corpo fresado de modo a) concordante e b) discordante
a)
b)
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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
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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
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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
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RESULTADOS FINAIS
• Após a produção das superfícies, os corpos-de-prova foram submetidos àensaios 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
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RESULTADOS FINAIS
•Um ponto de spalling sobre a superfície do material está ilustrada na figura 9
Figura 9 – Ponto de spalling sobre o material
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RESULTADOS FINAIS
• Os corpos-de-prova fresados de modo concordante e discordante apresentaram resultados diferentes perante os ensaios de fadiga de contato
Figura 10 – Distribuição de spalling sobre um material fresado de modo a) concordante e b) discordante
a) b)
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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
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CONCLUSÕES
• As rugosidades Ra, Ry, Rz e Rq são aproximadamente iguais em corpos fresados forma concordante e forma discordante.
• No fresamento concordante a rugosidade RT tende a ser maior e no fresamento discordante a rugosidade RP 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.
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