Efeitos da rota de processamento na integridade da superfície de compósitos autolubrificantes

Abstract

Para evitar perdas energéticas e melhorar o desempenho dos componentes de engenharia, novas tecnologias que otimizem a lubrificação, engenharia de superfícies, alta qualidade de fabricação e propriedade dos materiais têm sido priorizadas. O desenvolvimento de materiais autolubrificantes que reduzam o consumo de energia e aumentem a vida dos componentes são uma alternativa que tem atraído a indústria devido à lubrificação sem a utilização de líquidos, aliados a boas propriedades mecânicas e tribológicas. O processo de fabricação de materiais autolubrificantes pela metalurgia do pó possibilita produzir peças com forma muito próxima à final. Contudo, esse processo apresenta limitações para a obtenção de superfícies com alta qualidade de acabamento e com características geométricas e dimensionais específicas. O objetivo deste trabalho é investigar os efeitos da sequência de processos de usinagem (furação e alargamento), e da variação dos parâmetros do pós-processamento, via roleteamento, na superfície de um material compósito de matriz metálica autolubrificante produzido por metalurgia do pó. No processamento por roleteamento, variou-se a penetração de trabalho (Pw) em 30 e 120 µm e o avanço (f) em 0,05 e 0,15 mm/rolete. As superfícies foram analisadas após cada processo quanto às características dimensionais e desvios de forma e acerca da morfologia, textura, integridade e, após roleteamento, quanto ao comportamento tribológico. Verificou-se que o tipo de processo utilizado e a variação de Pw e f modificam as componentes da Força de Avanço (Ff) e do Momento Torçor (Mz), assim como a qualidade das superfícies obtidas. Os maiores desvios de forma foram gerados pelos processos de usinagem e reduzidos após roleteamento apenas para as duas condições com Pw = 120 µm. Verificou-se que existe uma grande modificação nas superfícies processadas por roleteamento com Pw = 120 µm em comparação às superfícies usinadas quanto à rugosidade, de forma que superfícies menos rugosas são obtidas com maior Pw e menor f. O roleteamento com Pw = 120 µm reduziu em até 90% os parâmetros de altura da rugosidade após os processos de usinagem e apenas para essa condição a fração de apoio (Smr%) abaixo de 3 µm ficou dentro do limite de projeto mínimo estabelecido de 80%. As superfícies pós-processadas com Pw = 30 µm, independentemente do avanço utilizado, não apresentaram redução da rugosidade após o alargamento. Os poros presentes nas superfícies são, em sua maioria, fechados após cada processo em função da deformação plástica imposta por estes. As superfícies processadas, mesmo com o fechamento dos poros e apresentando espessura de camada afetada mínima de 18 µm, ainda apresentaram lubrificantes sólidos expostos. Contudo, estes não foram suficientes para atingirem valores de coeficiente de atrito dentro do limite de lubricidade (µ < 0,2). As superfícies com roleteamento provocaram aumento do desgaste do sistema até 35 vezes maior do que os demais analisados. O roleteamento reduziu os erros de forma, a rugosidade, a camada afetada e aumentou a oferta de lubrificantes sólidos após a usinagem quando utilizado Pw = 120 µm, obtendo um melhor acabamento e qualidade da superfície. Entretanto, as amostras processadas não apresentaram bom comportamento tribológico quando comparadas às superfícies sinterizadas.

Abstract: To avoid energy losses and improve the performance of engineering components, new technologies that optimize lubrication, surface engineering, high manufacturing quality and material properties have been prioritized. The development of self-lubricating materials that reduce energy consumption and increase component life is an alternative that has attracted the industry due to lubrication without the use of liquids, combined with good mechanical and tribological properties. The manufacturing process of self-lubricating materials by powder metallurgy makes it possible to produce parts with a shape very close to the final. However, this process has limitations to obtain surfaces with high quality of finish and specific geometric and dimensional characteristics. The objective of this work is to investigate the effects of the sequence of machining processes (drilling and reaming), and the variation of the post-processing parameters, with burnishing, on the surface of a self-lubricating metallic matrix composite produced by powder metallurgy. In burnishing processing, the work penetration (Pw) was varied in 30 and 120 µm and the condition for feed (f) in 0.05 and 0.15 mm/roller. The surfaces were analyzed after each process regarding dimensional characteristics and shape deviations and regarding morphology, texture, integrity and, after burnishing, regarding tribological behavior. It was verified that the type of process used and the variation of Pw and f modify the components of the Advance Force (Ff) and Moment Torçor (Mz), as well as the quality of the surfaces obtained. The largest shape deviations were generated by the machining processes and reduced after burnishing only for the two conditions with Pw = 120 µm. There is a large modification in surfaces processed by burnishing with Pw = 120 µm compared to machined surfaces in terms of roughness, so that less rough surfaces are obtained with higher Pw and lower f. Burnishing with Pw = 120 µm reduced the roughness height parameters by up to 90% after machining processes and only for this condition the support fraction (Smr%) below 3 µm was within the established minimum design limit of 80 %. Post-processed surfaces with Pw = 30 µm, regardless of the feed used, did not show a reduction in roughness after reaming. The pores present on the surfaces are mostly closed after each process due to the plastic deformation imposed by them. The processed surfaces, even with the closure of the pores and presenting a minimum affected layer thickness of 18 µm, still had exposed solid lubricants. However, these were not enough to reach friction coefficient values within the lubricity limit (µ < 0.2). The burnished surfaces caused an increase in wear µm, obtaining a better finish and surface quality. However, the processed samples did not show good tribological behavior when compared to the sintered surfaces.