Estudo experimental e numérico sobre o roleteamento do aço ABNT 4140 endurecido

• Autor(a) principal: Augusto Moura Martins
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/62742; https://orcid.org/0000-0003-1456-087X
• topic: Torneamento; Roleteamento; Qualidade superficial; Rugosidade; Vida em fadiga; Aço ABNT 4140; Elementos finitos; Engenharia mecânica; Siderurgia; Aço - Indústria; Cilindros; Resistência de materiais; Aço - Propriedades mecânicas; Aço - Ductilidade; Aço - Fadiga

O roleteamento é um tratamento mecânico superficial capaz de diminuir a rugosidade, aumentar a dureza e induzir tensões residuais compressivas na superfície da peça, ampliando a resistência do componente à fadiga mecânica. Esse comportamento somente é alcançado com a utilização de uma combinação adequada dos parâmetros, normalmente obtida por meio de análises experimentais, procedimento que pode ser de custo elevado já que depende da realização de novos experimentos para cada valor dos parâmetros de entrada. Neste caso, a utilização de uma análise por elementos finitos se faz interessante porque pode reduzir o custo para a definição de parâmetros apropriados. Neste trabalho foi avaliada a influência da rugosidade após torneamento e dos parâmetros do roleteamento subsequente sobre a rugosidade final, topografia, microestrutura e microdureza superficial, vida em fadiga e fratura por fadiga do aço ABNT 4140 endurecido (41 HRC). Inicialmente os corpos de prova foram torneados obtendo-se diferentes rugosidades. Em seguida, o material foi roleteado, variando-se os valores de pressão e avanço de roleteamento. A simulação por elementos finitos foi realizada considerando uma condição próxima ao processo real de roleteamento de peças cilíndricas de pequeno diâmetro, utilizando ferramenta de roletear com mais de um elemento rolante, situação que ainda não havia sido abordada na literatura. O roleteamento foi capaz de reduzir a amplitude dos parâmetros de rugosidade para todas as situações. Além disso, foi observada para a rugosidade uma interação entre o avanço e pressão de roleteamento, indicando comportamentos diferentes dependendo dos níveis utilizados. A análise de densidade espectral de potência de área (APSD) foi capaz indicar a incapacidade do valor inferior de pressão de mitigar os efeitos do torneamento na topografia, além da capacidade dos valores superiores dos parâmetros de roleteamento em gerar um novo padrão na superfície, que também foi identificado pela morfologia. O roleteamento foi capaz de aumentar a microdureza e promover uma deformação na microestrutura superficial. A vida em fadiga foi ampliada pelo roleteamento, promovendo número de ciclos mais elevados para as amostras com rugosidade mais elevada após o torneamento. A fratura por fadiga também foi afetada, com menor número de regiões de nucleação nas amostras roleteadas. Com a simulação numérica foi avaliada a influência dos parâmetros de roleteamento. Notou-se deformações plásticas e tensões residuais compressivas mais intensas para pressões superiores e tensões residuais mais uniformes para menores avanços de roleteamento.