Avaliação de insertos de metal duro revestidos com TiN pelo processo de gaiola catódica rotatória

The demand for increased production in machining industry has led to research that promote the improvement of cutting tools performance. Thus, increasingly, they support the harsh conditions imposed by the machining process. However, as good as the adopted cutting parameters are set, the tool will w...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Lima, Ramsés Otto Cunha
Outros Autores: Melo, Anderson Clayton Alves de
Formato: doctoralThesis
Idioma:por
Publicado em: Brasil
Assuntos:
Gaiola catódica rotatória
Revestimento
Metal duro
Plasma
Caracterização
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/21544
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Avaliação de insertos de metal duro revestidos com TiN pelo processo de gaiola catódica rotatória
description The demand for increased production in machining industry has led to research that promote the improvement of cutting tools performance. Thus, increasingly, they support the harsh conditions imposed by the machining process. However, as good as the adopted cutting parameters are set, the tool will wear out due to tribological applications of the system and will need replacement, interrupting production. This motivated the coating process of the cutting tools with films that confer them properties that, together with the material of its substrate, extends its useful life. Such coatings are generally performed in a static manner, resulting in the need for more than one deposition treatment to assure that an insert is completely coated.Plasma deposition techniques as ASPN (Active Screen Plasma Nitriding) solve these drawbacks and still allow optimal control of deposited phases. The Cathodic Cage Plasma Nitriding (CCPN) process, developed based on ASPN, promotes better adhesion of the coating to the substrate without the need for pre-cleaning and besides allow good control of the deposited phases for the production of ions and, consequently, the hollow cathode effect. But this technique still has the limitation of not allowing the tridimentional application of the coating on all surfaces of the sample, a practice commonly applied to carbide inserts for machining process. This research aims to propose a new way of coating deposition to these tools by the application of Rotary Cathodic Cage Plasma Nitriding (RCCPN). This novel deposition technique based on CCPN, enables all sample surfaces to receive the film during the same treatment, due to rotation of cage around the reactor axis, which promotes better uniformity to the deposited layer, besides it enables the treatment in batches. Therefore, cemented carbide inserts were coated by RCCPN process, keeping current, voltage, pressure, and proportion of gas fixed and varying only the treatment time. These were led to turning tests, as well as characterization by microhardness Vickers, XRD with oblique incidence angle and SEM/EDS to evaluate the mechanical properties of the coating and its adhesion to the substrate, as well as the uniformity of deposited film. As a result it was possible to obtain layers of more uniform deposited films than those observed in CCPN treatment, with hardness values 40% higher that the measures in uncoated inserts.
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This motivated the coating process of the cutting tools with films that confer them properties that, together with the material of its substrate, extends its useful life. Such coatings are generally performed in a static manner, resulting in the need for more than one deposition treatment to assure that an insert is completely coated.Plasma deposition techniques as ASPN (Active Screen Plasma Nitriding) solve these drawbacks and still allow optimal control of deposited phases. The Cathodic Cage Plasma Nitriding (CCPN) process, developed based on ASPN, promotes better adhesion of the coating to the substrate without the need for pre-cleaning and besides allow good control of the deposited phases for the production of ions and, consequently, the hollow cathode effect. But this technique still has the limitation of not allowing the tridimentional application of the coating on all surfaces of the sample, a practice commonly applied to carbide inserts for machining process. This research aims to propose a new way of coating deposition to these tools by the application of Rotary Cathodic Cage Plasma Nitriding (RCCPN). This novel deposition technique based on CCPN, enables all sample surfaces to receive the film during the same treatment, due to rotation of cage around the reactor axis, which promotes better uniformity to the deposited layer, besides it enables the treatment in batches. Therefore, cemented carbide inserts were coated by RCCPN process, keeping current, voltage, pressure, and proportion of gas fixed and varying only the treatment time. These were led to turning tests, as well as characterization by microhardness Vickers, XRD with oblique incidence angle and SEM/EDS to evaluate the mechanical properties of the coating and its adhesion to the substrate, as well as the uniformity of deposited film. As a result it was possible to obtain layers of more uniform deposited films than those observed in CCPN treatment, with hardness values 40% higher that the measures in uncoated inserts. A demanda pelo aumento da produção na indústria de fabricação por usinagem tem conduzido a pesquisas que promovam a melhoria do desempenho das ferramentas de corte. Assim, cada vez mais, estas suportam as condições severas impostas pelo processo de usinagem. Entretanto, por melhor que estejam definidos os parâmetros de corte adotados, a ferramenta irá sofrer desgaste devido às solicitações tribológicas do sistema e terá que ser substituída, interrompendo a produção. Isto motivou o processo de revestimentos das mesmas com filmes duros que conferem às ferramentas propriedades que, somadas às do material do seu substrato, prolongam sua vida útil. Estes revestimentos, geralmente são realizados de maneira estática, resultando na necessidade de mais de um tratamento de deposição para que um inserto seja completamente revestido. Técnicas de deposição por plasma como ASPN (Nitretação à Plasma em Tela Ativa) tem sido bem aceitas industrialmente por conseguirem resolver estes inconvenientes. A Nitretação a Plasma em Gaiola Catódica (CCPN), desenvolvida com base na ASPN, promovem melhor adesão do revestimento no substrato sem a necessidade de uma limpeza prévia rígida e ainda permitem bom controle das fases depositadas pela produção de íons e, consequentemente, do efeito de cátodo oco. Porém esta técnica ainda mantém a limitação de não permitir a aplicação tridimensional do revestimento, ou seja, em todas as superfícies da amostra, prática comumente aplicada a insertos de metal duro para usinagem. Este trabalho tem por objetivo propor uma nova forma de deposição de revestimentos para estas ferramentas pela aplicação da técnica de Nitretação a Plasma em Gaiola Catódica Rotatória (RCCPN). Esta nova técnica de deposição, baseada na CCPN, possibilita que todas as faces da amostra recebam o filme durante o mesmo tratamento, devido à rotação da gaiola em torno do eixo do reator, o que promove maior uniformidade à camada depositada, além de permitir o tratamento em lotes de peças. Para tanto, insertos de metal duro para torneamento foram revestidos por pela técnica RCCPN, mantendo-se corrente, tensão, pressão e proporção dos gases fixos, e variando-se apenas o tempo do tratamento. Estes, foram conduzidos a ensaios de torneamento, bem como de caracterização por microdureza Vickers, DRX com incidência rasante e MEV/EDS para avaliação das propriedades mecânicas do revestimento e sua adesão ao substrato, bem com uniformidade do filme depositado. Como resultado foi possível obter camadas dos filmes depositados mais uniformes do que as verificadas em tratamento com CCPN, com valores de dureza 40% maiores do que as medidas em insertos sem revestimentos. 2017-01-02T19:01:32Z 2017-01-02T19:01:32Z 2016-06-10 doctoralThesis LIMA, Ramsés Otto Cunha. Avaliação de insertos de metal duro revestidos com TiN pelo processo de gaiola catódica rotatória. 2016. 115f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016. https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/21544 por Acesso Aberto application/pdf Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

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