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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2021.tde-16072021-141142
Document
Auteur
Nom complet
Laerte José Fernandes
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2021
Directeur
Jury
Batalha, Gilmar Ferreira (Président)
Costa, Cesar Edil da
Neves, Maurício David Martins das
Schroeter, Rolf Bertrand
Ventura, Carlos Eiji Hirata
Titre en portugais
Ferramentas de corte a base de carbonetos cimentados (metais duros) aplicadas ao torneamento de aço AISI 4340 endurecido: contribuição ao estudo de substituição ao sistema WC-Co por uma alternativa NbC-Ni.
Mots-clés en portugais
Metalurgia do pó
Nióbio
Níquel
Sinterização
Torneamento
Usinagem
Resumé en portugais
O desenvolvimento de ferramentas de corte é desafio constante, que visa melhorar o desempenho e reduzir a dependência de matérias-primas como WC e Co. A demanda por Co, já escasso, vem aumentando com uso em baterias para carros elétricos, ocasionando flutuação de preços. Além disto, matérias-primas usadas na produção de WC-Co são associadas a doenças de trabalho (toxicidade). O objetivo deste estudo é investigar a alternativa para ferramentas de corte, NbC, investigando relações entre fabricação-microestrutura-propriedades no desempenho durante torneamento do aço AISI 4340, possibilitando a substituição de ferramentas tradicionais, WC. Foram desenvolvidas cinco classes de insertos (testes de torneamento), NbC-Ni, variando formulação e condições de sinterização. Estas foram caracterizadas (dureza, tenacidade a fratura e densidade), mecanismos de desgaste foram abordados, e o tempo médio de vida da aresta de corte determinado. Como referência quanto ao desempenho, incluiu-se um inserto de metal-duro comercial, classe ISO P10. A classe NbC_Ni-967 (10%p Ni) apresentou resultado superior se comparado com os obtidos para outras classes NbC-Ni e para o ISO P10. Entretanto, a vida da aresta apresentou dispersão (15%) superior à obtida para a referência (3%), fato que deve estar ligado a heterogeneidades microestruturais, como porosidade e contiguidade entre carbonetos, que foram mitigadas com uma moagem mais intensa (dobro do tempo) e com uma ressinterização sob pressão (SinterHip), dando origem as classes SH1 e SH2. O desempenho para a classe SH2 foi estatisticamente igual ao da classe NbC_Ni-967, portanto superior ao WC-Co referência, porém com uma redução na dispersão do tempo de vida da aresta (4%). Houve redução da porosidade, mas a microestrutura continuou heterogênea. Concluiu-se que há potencial para ferramentas de corte à base de NbC-Ni, podendo estas substituírem parcialmente as convencionais.
Titre en anglais
Cemented carbide cutting tools used for turning hardened AISI 4340 steel: contribution to the study of substitution of WC-Co system by a NbC-Ni alternative system.
Mots-clés en anglais
AISI 4340 steel
Cermet
Cutting tools
Hardmetal
Machining
NbC
Nickel
Powder metallurgy
SinterHip
Sintering
Turning
Wear
Resumé en anglais
The development of cutting tools is a constant challenge and aims to improve performance and reduce dependence on raw materials such as WC and Co. Demand for Co, already scarce, has been increasing with use in batteries for electric cars, causing price fluctuations. In addition, raw materials used in the production of WC-Co are associated with occupational diseases (toxicity). The objective of this work was to develop a new alternative material for cutting tools (NbC), investigating relationships between manufacturing process, microstructure and properties in the performance of cutting tools in the turning of AISI 4340 steel, allowing the analysis of these as a substitute for traditional cutting tools (WC). Five classes of material for cutting tools were developed (NbC-Ni), with varying composition and sintering conditions. These grades were characterized (hardness, fracture toughness and density), wear mechanisms were approached, and the average life of the cutting edge was determined. As a reference for performance, a commercial carbide insert, class ISO P10, was included. NbC_967 class (Ni-10Wt%) showed superior performance when compared to those obtained for other NbC-Ni classes and for ISO P10. However, the edge life showed a dispersion (15%) higher than that obtained for the reference (3%), a fact that must be linked to microstructural heterogeneities, such as porosity and contiguity between carbides, which were mitigated with a more intense milling (double the time) and with a re-sintering under pressure (SinterHip), originating the SH1 and SH2 classes. The performance obtained in the SH2 class were statistically equal to the NbC_967, therefore superior to the reference WC-Co grade, but with a reduction in the dispersion of the edge life (4%). Although there was a reduction in porosity, the microstructure remained heterogeneous. It was concluded that there is potential for cutting tools based on NbC-Ni, which can partially replace conventional ones.
 
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Date de Publication
2021-07-16
 
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