Análise de tensões residuais pelo método do furo cego em materiais endurecidos

Abstract

Os últimos anos vêm sendo marcados pelo rápido crescimento do mercado de veículos elétricos. Neste meio, os sistemas de transmissão de potência são exigidos, em média, seis vezes mais do que em veículos a combustão, como é o caso do eixo de transmissão. Para garantir a longevidade destes sistemas, materiais com maiores resistências à fadiga estão em constante procura, sendo que uma forma de avaliar este parâmetro é por meio da análise de tensões residuais, as quais permitem uma melhor compreensão sobre os efeitos dos processos de usinagem no estado de tensões do material. A avaliação das tensões residuais utilizando o Método do Furo Cego se apresenta como uma alternativa de ótima precisão e baixo custo, que envolve, essencialmente, a usinagem de um furo cego, onde as tensões ao redor deste são redistribuídas e analisadas. Como resultado, ocorre uma deformação na superfície que se ajusta a essa nova condição. Essa deformação, por sua vez, oferece informações indiretas sobre o estado das tensões a que o componente ou peça estão submetidos. Neste cenário, este trabalho estuda a medição de tensões residuais pelo Método do Furo Cego em três materiais de elevada dureza (SAE 8620, SAE 52100 e SAE 4340) em três diferentes condições geradas a partir de torneamento: mecânicas, termomecânicas e térmicas. A estratégia de furação dos furos cegos empregada foi o Fresamento Incremental Orbital (FIO), através de fresas de topo reto com 1 mm de diâmetro operadas por um centro de usinagem Romi D600. Os resultados mostram que os materiais, quando sob condições mecânicas, apresentam tensões residuais de compressão com maiores intensidades, sendo essas preferíveis pelo fato de que as tensões de compressão são menos suscetíveis a propagarem trincas e terem melhor performance sob fadiga. Em cenário oposto, as condições térmicas se mostram com maior tendência a induzir tensões residuais de tração em maior intensidade, sendo que a condição termomecânica apresenta resultados transitando entre as duas anteriores, variando de acordo com as análises.

Abstract: In recent years, the rapid growth of the electric vehicle market has been notable. In this context, power transmission systems are typically subjected to stresses approximately six times greater than in combustion engine vehicles, as is the case of transmission shafts. To ensure the longevity of these systems, materials with higher fatigue resistance are constantly seeked. One way to evaluate this parameter is through residual stress analysis, which provides better insight into the effects of machining processes on the material's stress state. The assessment of residual stresses using the Blind Hole Method presents an excellent precision and costeffective alternative, involving the machining of a blind hole, where the stresses around it are redistributed and analyzed. As a result, surface deformation occurs that adjusts to this new condition. This deformation, in turn, provides indirect information about the stress state the component or part is subjected to. In this context, this study investigates residual stress measurement using the Blind Hole Method in three highhardness materials (SAE 8620, SAE 52100, and SAE 4340) under three different conditions made by turning: mechanical, thermo-mechanical, and thermal. The blind hole drilling strategy employed was the Incremental Orbital Milling, using end mills with a diameter of 1 millimeter operated by a Romi D600 machining center. The results show that materials under mechanical conditions exhibit residual compressive stresses with greater intensities, which are preferable because compressive stresses are less likely to propagate cracks and perform better under fatigue. Conversely, thermal conditions tend to induce higher intensity residual tensile stresses, while thermomechanical conditions show results transitioning between the two previous ones, varying according to the analyses.