Análise de desgaste da ferramenta de metal duro revestida por TiAlN no torneamento do aço inoxidável AISI 420C endurecido

Abstract

O aço inoxidável AISI 420C endurecido é utilizado em materiais cirúrgicos e odontológicos devido a suas propriedades mecânicas, aliado a resistência a corrosão. No entanto, apesar de suas vantagens, esse material apresenta baixa usinabilidade. Além disso, se encontram dificuldades em utilizar este material devido à falta de informação sobre seu comportamento em processos de fabricação, especialmente após tratamento térmico. O presente trabalho analisa os desgastes e os mecanismos de desgaste envolvidos no torneamento do aço inoxidável AISI 420C endurecido utilizando um inserto de metal duro de grãos ultrafinos revestido por TiAlN sob diferentes condições de corte. Testes de vida útil foram desenvolvidos utilizando diferentes velocidades de corte e avanço. Os testes foram interrompidos periodicamente para se avaliar o desgaste de flanco. A superfície usinada foi avaliada ao longo da vida da ferramenta utilizando microscópio óptico, e as ferramentas foram analisadas por microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura (MEV/EDS). Os resultados dos testes indicaram que existe a influência da velocidade de corte na vida da ferramenta. Após alcançar o critério de 0,2 mm de desgaste de flanco, o MEV evidenciou desgaste abrasivo e desprendimento de fragmentos da ferramenta para todas as condições de teste. A análise de EDS revelou quantidades significantes de ferro e cromo aderido nas superfícies das ferramentas. Ambos, adesão de material e abrasão, indicam desgaste por attrition como o mais influente mecanismo de desgaste sobre a vida da ferramenta.

Hardened AISI 420 stainless steel is a material used in surgical and dental tools due to its mechanical properties, allied with corrosion resistance. However, despite its advantages, this material presents poor machinability. Also, practitioners have often found difficulties using this material due to the lack of information concerning its behavior in machining processes, especially after heat treatment. The present paper investigates tool wear and wear mechanisms involved in hard turning of AISI 420C stainless steel with TiAlN coated ultra-fine grain carbide tool under different cutting conditions. Tool life tests were carried out using different feed rate and cutting speed levels. Machining tests were periodically interrupted in order to evaluate flank wear. Machined surfaces were evaluated throughout tool life using optical microscopy, and the tools were analyzed through both optical and scanning electronic microscopy (SEM/EDS). Test results indicate influence of cutting speed on tool life. After reaching the tool life criterion of 0.2 mm flank wear, SEM microscopy evidenced abrasive wear and tool spalling for all tested conditions. EDS analysis revealed significant amounts of iron and chrome adhered on all tool surfaces. Both material adhesion and tool spalling indicate attrition wear as a significant wear mechanism over tool life.