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PROJETO DE GRADUAO II

Ttulo do Projeto:

ESTUDO DAS TENSES RESIDUAIS NA RETIFICAO

DE AO AISI 4340

Autor:

CHAYANN BICALHO GONZALEZ

Orientadora:

PROF MARIA DA PENHA CINDRA FONSECA

Niteri, 12 de julho de 2017

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

TCE - Escola de Engenharia

TEM - Departamento de Engenharia Mecnica

CHAYANN BICALHO GONZALEZ

ESTUDO DAS TENSES RESIDUAIS NA RETIFICAO DE AO AISI 4340

Trabalho de Concluso de Curso apresentado ao Curso de Engenharia

Mecnica da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obteno

do grau de Engenheiro Mecnico.

Orientadora:

Profa. MARIA DA PENHA CINDRA FONSECA

Niteri

2017

Ficha Catalogrfica elaborada pela Biblioteca da Escola de Engenharia e Instituto de Computao da UFF

G643 Gonzalez, Chayann Bicalho

Estudo das tenses residuais na retificao de ao AISI 4340 /

Chayann Bicalho Gonzalez. Niteri, RJ : [s.n.], 2017.

59 f.

Projeto Final (Bacharelado em Engenharia Mecnica)

Universidade Federal Fluminense, 2017.

Orientadora: Maria da Penha Cindra Fonseca.

1. Tenso residual. 2. Ao AISI. 3. Difrao de raios X. 4.

Usinagem. I. Ttulo.

CDD 620.11241

DEDICATRIA

minha me: Valria Bicalho.

minha irm: Bruna Bicalho.

Aos meus avs: Joo e Ndia Bicalho.

minha namorada e melhor amiga: Raffaelle Alonso.

AGRADECIMENTOS

Agradeo minha professora orientadora Dr. Maria Cindra, por toda a ajuda, pacincia,

ateno, experincia e competncia. Por todo o conhecimento compartilhado.

Agradeo ao professor Juan Pardal, pela ajuda concedida durante o tratamento trmico das

amostras.

Agradeo ao tcnico Alex Souza, pelo auxlio durante o processo de retificao.

Agradeo ao Laboratrio de Metrologia Dimensional do Departamento de Engenharia

Mecnica da Uff, por conceder o equipamento utilizado na medio de rugosidade das

amostras.

Agradeo a todos os integrantes do Laboratrio de Anlise de Tenses, em especial aos

colegas Marcel Freitas, Mateus Campos, Raphael Jos, Victor Tadashi, Katarine Domingues,

talo do Valle, Bernardo Moniz. Este trabalho no seria possvel sem a ajuda e contribuio de

cada um.

Agradeo a todos os professores, com os quais tive inmeros aprendizados durante o curso

de graduao.

Agradeo aos meus amigos de curso e de infncia, de grande importncia na minha vida

acadmica e pessoal.

Agradeo minha me, irm e avs, por todo o apoio, incentivo, dedicao e zelo que me

proporcionaram durante toda a vida.

Agradeo minha namorada, Raffaelle Alonso, por sempre estar ao meu lado, por todo o

afeto, amor, carinho e amizade. Obrigado por me fazer feliz.

Agradeo a todos que contriburam direta ou indiretamente para este trabalho.

RESUMO

Os aos AISI 4340 so aos de alta resistncia empregados nos mais diversos segmentos da

indstria metal-mecnica. O processo de usinagem por retificao, sendo a ltima operao

qual os componentes usinados so submetidos, tem grande importncia no estado final de

tenses residuais que ir influenciar a vida em servio destes componentes. Assim sendo, o

conhecimento do estado de tenses desempenha importante papel, pois, dependendo da

natureza e da magnitude destas tenses, elas sero benficas ou deletrias vida til dos

componentes retificados. O presente trabalho tem por objetivo o estudo da influncia dos

parmetros de retificao na gerao de tenses residuais em amostras retificadas de ao

AISI 4340, pela tcnica de difrao de raios-X e mtodo do sen2

. As avaliaes de

rugosidade das amostras retificadas e a anlise da microdureza complementam o estudo. Os

resultados mostraram que a influncia da variao da velocidade da pea nas tenses residuais

se mostrou significativamente maior que o impacto causado pela alterao da profundidade de

corte.

Palavras-Chave: ao AISI 4340, usinagem, retificao, tenses residuais, difrao de

raios-X.

ABSTRACT

AISI 4340 is a high strength steel used in many parts of the mechanical industry. Grinding is

generally the final machining process, and has a great influence on the residual stress state,

which directly affects the component service life. Therefore, comprehending these stresses is

important and necessary, as depending on its nature and magnitude, they can be either

harmful or advantageous. In this paper, the residual stress of AISI 4340 grinded samples

were measured and analyzed by X-ray diffraction technique with sen2

method. The influence

of the cutting parameters was evaluated, and the roughness and microhardness of the samples

were also measured. The results demonstrated that the residual stress is more affected by the

variation of the workspeed than by the modification of the grinding depth.

Key-Words: 4340 steel, machining, grinding, residual stress, X-ray diffraction.

LISTA DE ILUSTRAES

Figura 2.1 Superposio das TR tipos I, II e III, f. 16.

Figura 2.2 Reduo da tenso resultante aplicada no componente devido presena de

tenso residual de natureza compressiva, f. 17.

Figura 2.3 Espalhamento e difrao de raios-X, f. 19.

Figura 2.4 Sistema de coordenadas polares, f.20.

Figura 2.5 Estado de tenso no material em funo de 2 e sen, f. 21.

Figura 2.6 Rebolos utilizados na retificao plana, f. 23.

Figura 2.7 - Rebolo de xido de alumnio (Al2O3) branco para retificao plana, f. 23.

Figura 2.8: Endentador piramidal Vickers, f. 27.

Figura 3.1 Amostras, f. 28.

Figura 3.2 Retificadora, f. 30.

Figura 3.3 Retificadora plana tangencial Benner rvk-4515, f.30.

Figura 3.4 Analisador de tenses XStress300, f. 31.

Figura 3.5 Direes de medio das tenses residuais na superfcie das amostras, f. 32.

Figura 3.6 Rugosmetro Taylor Robson, f.33.

Figura 3.7 Vista superior da amostra para anlise da rugosidade, f.33.

Figura 3.8: Microdurmetro digital Time Group HVS-1000, f.34.

Figura 4.1 Tenses residuais longitudinais e transversais amostras 1, 2 e 3, f. 37.

Figura 4.2 - Tenses residuais longitudinais e transversais amostras 4, 5 e 6, f. 37.

Figura 4.3 - Tenses residuais longitudinais e transversais amostras 7, 8 e 9, f. 38.

Figura 4.4 - Tenses residuais longitudinais e transversais amostras 10, 11 e 12, f. 39.

Figura 4.5 Tenses residuais transversais em funo da velocidade da pea e da

profundidade de corte, f. 41.

Figura 4.6 Tenses residuais transversais em funo da velocidade da pea e da

profundidade de corte separadamente, f. 42.

Figura 4.7 Tenses residuais longitudinaisem funo da velocidade da pea e da

profundidade de corte, f. 43.

Figura 4.8 - Tenses residuais longitudinais em funo da velocidade da pea e da

profundidade de corte separadamente, f.44.

Figura 4.9 Mapa da rugosidade nas superfcies retificadas amostra 1 e 4, f. 46.

Figura 4.10 Mapa da rugosidade nas superfcies retificadas amostra 2 e 5, f. 46.

Figura 4.11 Mapa da rugosidade nas superfcies retificadas amostra 3 e 6, f.46.

Figura 4.12 Mapa da rugosidade nas superfcies retificadas amostra 7 e 10, f. 46.

Figura 4.13 Mapa da rugosidade nas superfcies retificadas amostra 8 e 11, f. 47.

Figura 4.14 Mapa da rugosidade nas superfcies retificadas amostra 9 e 12, f. 47.

Figura 4.15 Rugosidade em funo da velocidade da pea e da profundidade de corte, f. 49.

Figura 4.16 - Rugosidade em funo da velocidade da pea e da profundidade de corte

separadamente, f. 50.

Figura 4.17: Microdureza Vickers amostras 1, 2 e 3, f. 51.

Figura 4.18: Microdureza Vickers amostras 4, 5 e 6, f. 52.

Figura 4.19: Microdureza Vickers amostras 7, 8 e 9, f. 52.

Figura 4.20: Microdureza Vickers amostras 10, 11 e 12, f. 53.

LISTA DE TABELAS

Tabela 3.1 Composio qumica do ao AISI 4340 (% em peso), f. 28.

Tabela 3.2 Propriedades mecnicas do ao AISI 4340 (% em peso), f. 28.

Tabela 3.3 Parmetros de corte, f. 31.

Tabela 3.4 Parmetros de medio das tenses residuais, f. 32.

Tabela 4.1 Tenses residuais transversais e longitudinais, f. 35.

Tabela 4.2 - Tenses residuais transversais e longitudinais mdias, f. 36.

Tabela 4.3 Testes estatsticos para as tenses residuais, f. 40.

Tabela 4.4 Teste paramtrico de anlise das varincias para as tenses residuais, f. 41.

Tabela 4.5 - Testes estatsticos da rugosidade Ra, f. 48.

Tabela 4.6 - Teste paramtrico de anlise de varincias para a rugosidade Ra, f. 48.

Tabela 4.7 - Microdureza Vickers (HV) das amostras, f. 51.

SUMRIO

1 INTRODUO, P.13

2 REVISO BIBLIOGRFICA, P.14

2.1 AO AISI 4340, P.14

2.2 TENSES RESIDUAIS, P.14

2.2.1 TCNICAS DE MEDIO DE TENSES RESIDUAIS, P.17

2.2.1.1 Mtodo da Difrao de Raios-X, P.18

2.3 PROCESSO DE USINAGEM POR RETIFICAO, P.22

3 MATERIAIS E MTODOS, P.28 3.1 MATERIAIS, P.28

3.2 PREPARAO DAS AMOSTRAS, P.29

3.2.1 TRATAMENTO TRMICO DE ALVIO DE TENSES, P. 29

3.2.2 RETIFICAO, P. 29

3.3 ANLISE DAS TENSES RESIDUAIS, P.31

3.4 ANLISE DA RUGOSIDADE, P.32

3.5 ENSAIOS DE MICRODUREZA, P.34

4 RESULTADOS, P.35

4.1 ANLISE DAS TENSES RESIDUAIS, P.35

4.2 ANLISE DA RUGOSIDADE, P.45

4.3 ANLISE DA MICRODUREZA, P.51

5 CONCLUSES, P.5