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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

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