ABSTRACT Friction at the tool-chip and tool-workpiece interfaces is complex, making it difficult to determine the coefficient of friction in machining processes. Thus, several tribological tests were developed to simulate the cutting conditions and determine the coefficient of friction. This work presents a comparative analysis of the coefficient of friction between ABNT 1045 steel and WC-10Co coated with AlCrN using two methods: machining test and hot ring compression test. The machining test was carried out with an oblique cut at the cutting speeds used in the test were 150 and 220 m/min. The acquisition of the signals of the machining force components by means of a dynamometer. The ring compression test was carried out at temperatures of 200 and 400 °C. Friction coefficients were obtained through a mathematicals models. The statistical analysis of the coefficient of friction showed equivalence of the coefficient of friction in the oblique machining test at a cutting speed of 150 m/min with the hot ring compression test at 200 °C. As well as in the machining test at a cutting speed of 220 m/min with the hot ring compression test at 400 °C. The macrographic analysis of the ring after deformation in the ring compression test observed the influence of the test temperature on the displacement of the neutral radius. The surface analysis of the rings and matrices of the compression test was performed using optical microscopy (OM) and roughness Ra, where an increase in roughness was observed after the test and the presence of abrasive wear.

RESUMO O atrito nas interfaces ferramenta/cavaco e ferramenta/peça é complexo dificultando a determinação do coeficiente de atrito nos processos de usinagem. Assim, vários ensaios tribológicos foram desenvolvidos para simular as condições de corte e determinar o coeficiente de atrito. Este trabalho apresentou análise comparativa do coeficiente de atrito entre o aço ABNT 1045 e WC-10Co revestido com AlCrN por meio de dois métodos: ensaio de torneamento e ensaio de compressão de anel à quente. O ensaio de torneamento foi realizado com corte oblíquo nas velocidades de corte 150 e 220 m/min. A aquisição dos sinais das componentes de força da usinagem por meio de um dinamômetro. O ensaio de compressão de anel foi realizado nas temperaturas de 200 e 400 °C. Os coeficientes de atrito foram obtidos por meio de modelos matemáticos. A análise estatística do coeficiente de atrito apontou equivalência do coeficiente de atrito no ensaio de torneamento na velocidade de corte 150 m/min com o ensaio de compressão de anel à quente 200 °C. Assim como no ensaio de torneamento na velocidade de corte 220 m/min com o ensaio de compressão de anel à quente 400 °C. A análise macrográfica do anel após a deformação no ensaio de compressão de anel observou a influência da temperatura de ensaio no deslocamento do raio neutro. A análise superficial dos anéis e das matrizes do ensaio de compressão foi realizada por meio de microscopia óptica (MO) e rugosidade Ra, onde observou-se o aumento da rugosidade após o ensaio e a presença de desgaste abrasivo.

RESUMO Os componentes de equipamentos estão muitas vezes sujeitos a esforços cíclicos, os quais são capazes de provocar falhas, mesmo apenas quando deformações elásticas estão envolvidas. Os processos de fabricação são capazes de afetar a rugosidade e induzir tensões residuais de diferentes intensidades e profundidades, podendo influenciar o desempenho e a vida em serviço de peças manufaturadas. Neste trabalho, foi avaliada a influência dos parâmetros de torneamento (velocidade de corte, avanço e profundidade de usinagem) sobre a rugosidade, tensões residuais e vida em fadiga do aço ABNT 4140 temperado e revenido (40 HRC). A maior influência sobre a rugosidade foi devido à variação do avanço, que gerou maiores rugosidades para valores mais altos de avanço. Observou-se também que os parâmetros de usinagem foram capazes de alterar o perfil das tensões residuais, induzindo tensões de tração e de maior intensidade à medida que a velocidade de corte foi elevada e de tração em profundidades maiores para a combinação de avanço mais elevado e profundidade de usinagem mais baixa. A vida em fadiga do material foi avaliada por meio do teste por flexão rotativa, o qual acusou influência combinada do avanço com a profundidade de usinagem. Para menores avanços, o aumento da profundidade prolongou a vida em fadiga, já para avanços mais elevados o comportamento foi oposto. A vida em fadiga mais longa foi observada após o torneamento sob velocidade de corte e profundidade de usinagem elevadas e aliadas ao menor avanço.

ABSTRACT Machine components are usually subjected to cyclic loads, which may lead to failure, even when the component is subjected to elastic deformations only. Manufacturing processes are capable of affecting roughness and inducing residual stresses of distinct levels and depths, being able to affect the component performance and lifespan. This work investigates the influence of turning parameters (cutting speed, feed and depth of cut) on surface roughness, residual stress and fatigue life of hardened AISI 4140 steel (40 HRC). Feed is the most influential parameter affecting surface roughness. It was noticed that the cutting parameters did affect the residual stress profile, i.e., tensile residual stresses of higher intensity were induced when higher cutting speeds were employed and reaching deeper layers when higher feed and lower depth of cut values were used. The fatigue life was evaluated under rotating bending tests, which indicated a combined influence of feed and depth of cut. At lower feeds, the increase of depth of cut resulted in longer lives, however, an opposite behavior was noted at higher feeds. Longer fatigue lives were observed after turning at higher cutting speeds and depths of cut combined with lower feeds.

RESUMO A exploração de petróleo e gás na camada denominada Pré-sal tem apresentado grandes desafios para a cadeia de fornecedores de alguns itens inoxidáveis, particularmente no que se refere às operações de usinagem destes componentes. A seleção de ligas com elevada resistência à corrosão, tenacidade e propriedades mecânicas é um processo complexo, uma vez que as condições sob as quais estes materiais estão expostos nos campos de exploração são cada vez mais severas, principalmente em águas profundas. Apesar de todo o investimento no setor, ainda existe a necessidade de estudos sobre o processo de usinagem destas ligas. O objetivo principal deste trabalho é o estudo do torneamento do aço inoxidável supermartensítico da classe CA6NM com ferramentas de metal duro correspondentes às classes ISO M10 e ISO M10-20 revestidas com TiCN + Al2O3 + TiN e à classe ISO M30-40 revestida por (Ti, Al)N com alto teor de Al. Além do material da ferramenta, foi avaliada a influência da velocidade de corte e da pressão de aplicação do fluido de corte (baixa pressão de 0,1 bar e alta pressão de 80 bar) sobre a rugosidade da superfície usinada (desvio médio aritmético Ra), vida da ferramenta de corte e mecanismos de desgaste predominantes. Os resultados indicaram que o material da ferramenta, velocidade de corte e pressão de aplicação do fluido de corte não apresentaram influência estatística sobre a rugosidade. Quanto ao desgaste de flanco e vida dos insertos, estes foram afetados por todos parâmetros investigados e o inserto da classe ISO M10 revestido com TiCN + Al2O3 + TiN foi o que apresentou melhor desempenho.

ABSTRACT The supply chain for oil and gas extraction currently faces great challenges with regard to the machinability of stainless steels for such applications. The selection of alloys with high corrosion resistance, toughness and mechanical properties is a complex process, since the conditions under which these materials are exposed are increasingly severe, especially under deep waters. Despite the investment in the sector, the need for studies on the machinability of these alloys remains. The principal goal of this work is the study the behavior of CA6NM supermartensitic stainless steel when turning with coated carbide tools corresponding to ISO grades M10 and M10-20 coated with TiCN + Al2O3 + TiN and to grade ISO M30-40 coated with (Ti, Al) N possessing high Al content. Additionally, the influence of cutting fluid pressure (0.1 and 80 bar, respectively) and cutting speed on machined surface roughness (Ra parameter), tool life and wear mechanisms was assessed. The findings indicated that tool material, cutting fluid pressure and cutting speed did not present statistical influence on roughness. In contrast, all the investigated factors affected tool life and wear and the ISO grade M10 insert coated with TiCN + Al2O3 + TiN presented best overall performance.

RESUMO O conhecimento acerca das propriedades mecânicas dos materiais é de grande importância para aplicações de engenharia. O estudo dessas propriedades é necessário para o desenvolvimento de novos equipamentos ou produtos e uma importante propriedade é a resistência à fadiga. O objetivo deste trabalho é apresentar o projeto e construção de uma máquina para ensaio de fadiga por flexão. O projeto da máquina foi dividido em subconjuntos distintos denominados estrutural, dinâmico e de controle e coleta de dados, sendo cada subconjunto formado por peças e acessórios necessários para a realização dos ensaios de fadiga. Neste contexto, merece destaque a concepção de um novo sistema que permite a variação da tensão aplicada durante o ensaio, o qual é mais simples e não menos eficiente em comparação àqueles tradicionalmente utilizados em máquinas comerciais do mesmo porte. Ensaios preliminares foram realizados utilizando corpos de prova de aço ABNT 1020 no estado recozido e os resultados indicaram que a máquina apresenta desempenho satisfatório, pois foi possível a realização dos testes, o registro dos resultados e a consequente obtenção de dados confiáveis para elaboração da curva de Wöhler.

ASBTRACT Knowledge regarding properties of materials is of utmost importance for engineering applications. The study of these properties is crucial for the development of new equipment or products and an important property is the fatigue resistance of materials. The goal of this work is to design and build a fatigue machine for bending tests. Machine design has been split in different groups, namely structural, dynamic and control and data acquisition, each of them consisting of parts and accessories required to perform fatigue tests. A novel system for variation of the applied stress was developed, which is simpler and as effective as those traditionally used in commercial machines. Validation tests were performed using annealed AISI 1020 steel specimens and indicated that the machine presents satisfactory performance, thus allowing the generation of reliable data for plotting Wöhler curve.

RESUMO No presente trabalho procurou-se compreender os fenômenos associados à usinagem do aço ABNT 4340 utilizando ferramentas de corte de metal duro e cermet, ambas com geometria do quebra-cavaco para usinagem leve (LP) e média (MP). Nesse sentido, analisou-se a influência da variação do avanço, quebracavaco e o material da ferramenta de corte nos parâmetros de resposta do processo, força de corte, rugosidade, forma do cavaco e análise das superfícies de saída e de folga dos insertos durante a operação de torneamento. Inicialmente, um planejamento fatorial completo 23 foi empregado para análise da força de corte e rugosidade. Em relação à análise da força de corte, a análise de variância (ANOVA) indicou que o material da ferramenta de corte e o avanço afetaram significativamente a força de corte, sendo os menores valores alcançados com a ferramenta de corte cermet e o menor nível de avanço. Quanto à rugosidade Rq, diferentes níveis de materiais de ferramenta ou quebra-cavacos não foram suficientes para alterar significativamente o valor de Rq. Em relação ao cavaco, o avanço e o tipo de quebra-cavaco influenciaram na sua forma. Como última análise, para os parâmetros de corte estabelecidos e percurso de corte, não foi possível identificar desgaste nas ferramentas de corte, no entanto, a análise por EDS apontou a adesão de material nas superfícies de folga e de saída para ambas ferramentas avaliadas.

ABSTRACT In the present work the aim was to understand the phenomena associated with the machining of ABNT 4340 steel using carbide and cermet cutting tools, both with chipper geometry for light (LP) and medium machining (MP). In this sense, the influence of the variation of the feed rate, the chip breaker and the cutting tool material on the parameters of process response, shear force, shear strength, chip form and analysis of the outlet and gap surfaces of the inserts during the turning operation. Initially, a complete factorial design 23 was used for analysis of shear strength and roughness. In relation to the shear force analysis, the analysis of variance (ANOVA) indicated that the cutting tool material and the feed significantly affected the cutting force, the lowest values being obtained with the cermet cutting tool and the lowest level of advancement. As for Rq roughness, different levels of tool materials or chip breakers were not sufficient to significantly alter the value of Rq. In relation to the chip, the advance and the type of chipbreaker influenced its shape. As a last analysis, it was not possible to identify wear on the cutting tools, for the established cutting parameters and cut path, however, the EDS analysis pointed to the adhesion of material to the clearance and exit surfaces for both tools evaluated.