Aplicação de métodos alternativos de lubrirrefrigeração no torneamento da liga de níquel Hastelloy C-276

Abstract

Propriedades mecânicas e térmicas, combinadas com alta resistência à fadiga e boa durabilidade à corrosão, tornam o Hastelloy® C-276 apropriado para aplicações nas indústrias aeronáutica, aeroespacial, marinha, química, petroquímica e nuclear que exigem temperaturas elevadas. Devido às propriedades apresentadas, este material apresenta alto grau de encruamento, alta ductilidade e baixa condutividade térmica, resultando em baixa usinabilidade. Ademais, uma usinagem ambientalmente correta busca reduzir e/ou eliminar o fluido de corte. Desta forma, diferentes métodos de lubrirrefrigeração vem sendo utilizadas, porém pouco abordadas no torneamento desta liga de níquel. Assim, este trabalho investiga o efeito de técnicas alternativas de lubrirrefrigeração no desgaste e na vida da ferramenta, nas componentes ortogonais da força de usinagem e na rugosidade gerada durante o torneamento de acabamento do Hastelloy® C- 276 utilizando insertos de metal-duro com revestimento PVD-TiAlN. Os ensaios foram realizados considerando duas velocidades de corte (vc = 80 e 120 m/min) e cinco condições de lubrirrefrigeração: fluido de corte em abundância (WET), mínima quantidade de lubrificação refrigerada (MQCL), nanofluido à base de grafeno multicamadas em MQCL (NF-MQCL), mínima quantidade de lubrificação (MQL) e usinagem a seco (DRY). Como resultado, o torneamento com MQL proporcionou uma vida mais longa para a ferramenta com vc = 80 m/min (8,4 min). Para vc = 120 m/min, o torneamento com NF-MQCL resultou na maior vida (4,4 min). Em todas as situações, foram observados aresta postiça de corte (APC) e desgastes de flanco, e de cratera. Os mecanismos de desgaste observados foram adesão (attrition) e abrasão (principalmente) além de fadiga, difusão e oxidação (menor ocorrência). Em relação às componentes ortogonais da força, os valores aumentaram com o aumento do desgaste de flanco para ambas vc, e os métodos MQCL e NF-MQCL mostraram resultados promissores. O MQCL também gerou o melhor acabamento da superfície usinada (Ra < 0,8 μm) para um desgaste de flanco de 200 μm obtido com vc = 120 m/min.

Mechanical and thermal properties, combined with high fatigue strength and good corrosion durability, make Hastelloy® C-276 suitable for aeronautical, aerospace, marine, chemical, petrochemical, and nuclear applications (situations that require high temperatures). Due to the properties presented, this material has a high work hardening rate, high ductibility, and low thermal conductivity, resulting in low machinability. Furthermore, environmentally-friendly machining seeks to reduce and/or eliminate the cutting fluid. In this way, different lubricating/cooling methods have been used, but little addressed in this nickel-based alloy turning. Therefore, this work investigates the effect of alternative lubricating/cooling techniques on the tool wear, tool life, orthogonal force components, and surface roughness generated during the Hastelloy® C-276 finish turning with PVD-TiAlN-coated carbide inserts. Tests were carried out considering two cutting speeds (vc = 80 e 120 m/min) and five lubricating/cooling conditions: wet machining, minimum quantity coolled lubrication (MQCL), multilayer graphene-based nanofluid in MQCL (NF-MQCL), minimum quantity lubrication (MQL), and dry cutting. As a result, the MQL turning provided a longer lifetime at vc = 80 m/min (8.4 min). At vc = 120 m/min, the NF-MQCL turning resulted in the most extended tool life (4.4 min). In all situations, built-up edge (BUE), flank wear and crater wear, were observed. The wear mechanisms observed were attrition, and abrasion (mainly) plus fatigue, diffusion, and oxidation (less occurrence). Regarding the orthogonal force components, the values increased when increasing the flank wear for both vc, and the MQCL and NF-MQCL methods showed promising results. MQCL also generated the best surface finish (Ra < 0.8 μm) for 200 μm flank wear obtained with vc = 120 m/min.