Influência dos parâmetros de corte na integridade superficial de um aço inoxidável austenítico AISI 316L submetido à processo de torneamento cilíndrico externo

Abstract

A integridade superficial de peças usinadas tem sido uma constante preocupação na indústria metalmecânica, impulsionada pelo fato de que grande parte de produtos acabados contém peças usinadas. Viemos testemunhando uma maior procura por materiais para fabricação de componentes críticos, tais como as ligas de aço inoxidável austenítico, principalmente devido à alta resistência mecânica e à capacidade de manter propriedades mecânicas em temperaturas elevadas e em ambientes corrosivos. No entanto, a usinagem desse material representa um desafio por suas características adversas ao corte, sendo que, a alta taxa de encruamento e a alta dureza relativa reduzem sua usinabilidade. Os processos de fabricação são capazes de deformar plasticamente e induzir tensões nos materiais de diferentes formas, afetando a integridade superficial dos mesmos. Além da natureza do processo, os parâmetros utilizados na operação também são capazes de influenciar a integridade superficial e a resistência à fadiga mecânica do material. Com o objetivo de estudar e entender o comportamento do material, este trabalho avaliou a influência dos parâmetros de corte sobre a rugosidade superficial, microestrutura, perfil de dureza, e tensões residuais superficiais do aço inoxidável austenítico AISI 316L. O material foi usinado variando-se os valores de velocidade de corte, avanço e raio de ponta da ferramenta. Como era de se esperar, os resultados observados nos ensaios demostram que o avanço foi o parâmetro que exerceu a maior influência sobre a rugosidade Ra e Rz, seguido do raio de ponta da ferramenta. A variação da velocidade de corte apresentou pouca significância para os resultados da rugosidade nas situações testadas neste trabalho. Em relação à região de medição da rugosidade, verificou-se que quanto mais próximo da placa de fixação do torno, menores são os valores de rugosidade. Os resultados da dureza subsuperficial indicaram que a combinação da menor velocidade de corte com o maior raio de ponta da ferramenta resultou numa maior camada endurecida. Entretanto, a maior velocidade de corte combinada com o menor raio de ponta da ferramenta gerou a menor dureza na superfície do material. As análises de tensões residuais apresentaram maiores variações no sentido axial, sendo as mesmas percebidas ao variar o avanço e o raio de ponta da ferramenta. Ao utilizar o menor raio de ponta de ferramenta e com o incremento do avanço, as tensões residuais que eram compressivas, passam a se tornar trativas no sentido axial. Já para o aumento do raio de ponta, há incremento nas tensões residuais de tração axial. Já a variação da velocidade de corte influenciou as tensões residuais radiais, as quais apresentaram redução com o aumento da velocidade.

The surface integrity of machined parts has been a constant concern in the metal-mechanical industry, driven by the fact that a large part of finished products contains machined parts. We have witnessed a greater demand for materials for the manufacturing of critical componentes, such as austenitic stainless steel alloys, mainly due to the high mechanical strength and the ability to maintain mechanical properties at elevated temperatures and in corrosive environments. However, the machining of this material represents a challenge due to its adverse characteristics when cutting, and the high hardening rate and high relative hardness that decrease its usinability. The manufacturing processes are capable of plastically deforming and inducing stresses in materials in different ways, affecting their surface integrity. In addition to the nature of the process, the parameters used in the operation are also able to influence the surface integrity and resistance to mechanical fatigue of the material. In order to study and understand the behavior of the material, this work evaluated the influence of the cutting parameters on the surface roughness, microstructure, hardness profile and surface residual stresses of AISI 316L austenitic stainless steel. The material was machined by varying the cutting speed, feed rate and tip radius of the tool. As expected, the results observed in the tests show that the feed rate was the parameter that exerted the greatest influence on the Ra and Rz roughness, followed by the tool tip radius. The variation in the cutting speed has little significance for the results of the roughness in the situations tested in this work. Regarding the roughness measurement region, it was found that the closer to the lathe clamping plate, the lower the roughness values. The subsurface hardness results indicated that the combination of the lowest cutting speed with the highest tool tip radius resulted in a larger hardened layer. However, the highest cutting speed combined with the smallest tool tip radius generated the lowest hardeness on the material surface. The residual stress analysis showed greater variation for the axial direction, the same being observed when varying the advanced and the tool tip radius. When using the smallest tool tip radius and feed rate increment, axial residual stress become tensile. Increasing the tool tip radius, there is also an increase in the axial residual stresses.