Evolução da topografia superficial e fenômenos tribológicos em chapas laminadas a frio submetidas a ensaio de atrito plano com ferramentas revestidas com PVD

Abstract

O processo de estampagem implica em contato direto metal-metal entre ferramenta e peça sendo essencial a presença do atrito para que a conformação ocorra. Com isto, o desgaste peça-ferramenta torna- se inevitável, mesmo que natural, para que o processo aconteça. De forma auxiliar no controle do atrito e do desgaste no processo de estampagem, ferramentas de conformação a frio foram retificadas e submetidas à 3 tipos de revestimentos: Revestimento 1(VN), Revestimento 2 (TiCrN) e Revestimento 3 (TiAlN). O presente trabalho teve o intuito de analisar os fenômenos tribológicos ocorridos nas chapas ensaiadas contra ferramentas com e sem revestimento. Primeiramente, foi constatada através de espectrofotômetro, ensaio de dureza Vickers e imagem obtida via microscopia ótica o tipo de chapa laminada que foi extraída da bobina laminada NBR5915 utilizada para a realização dos ensaios de atrito, sendo sugerido pelos resultados obtidos que a chapa é um aço carbono SAE 1020. Foi realizada a caracterização inicial das amostras de chapas não ensaiadas, retiradas diretamente da bobina e das chapas ensaiadas contra as ferramentas com e sem revestimento via microscopia eletrônica de varredura (MEV) e via espectroscopia de dispersão de raio-X (EDS), sendo confirmada a hipótese de que as imagens observadas para as chapas ensaiadas contra ferramentas sem revestimento acompanhariam as características dos substratos das ferramentas, ocorrendo galling em algumas chapas. Arrancamento e transferência de material também foram observados. Já as chapas ensaiadas contra as ferramentas revestidas tiveram como desgaste características mais provenientes dos revestimentos, sendo o desgaste não tão severo quando das chapas ensaiadas contra as ferramentas não revestidas. Entretanto, para as chapas ensaiadas contra revestimento 1, observou-se arrancamento de material e presença de pequenos debris, assim como para os revestimentos 2 e 3, em menor proporção. A topografia superficial das chapas também foi quantificada por microscopia confocal invertida de varredura a laser. Os parâmetros de superfície evidenciaram, no geral, uma condição mais rugosa (parâmetro Sq) para as chapas ensaiadas contra ferramentas sinterizadas e posteriormente retificadas (não revestidas). O parâmetro Sz não apresentou variações estatitisticamente significativas para as chapas, bem como os valores de Sbi. Os parâmetros Sku e Ssk apresentaram valores maiores para as chapas ensaiadas sem revestimento retificadas por processo de fundição. Resumindo, tanto a microscopia eletrônica de varredura quanto a microscopia confocal evidenciaram algum efeito do substrato das ferramentas não revestidas na morfologia das chapas ensaiadas, mas para as ferramentas revestidas as diferenças de morfologia nas chapas não foram significativas.

The stamping process involves direct metal-to-metal contact between tool and part, making the presence of friction essential for forming to occur. As a result, part-tool wear becomes inevitable, even if natural, for the process to take place. To help control friction and wear in the stamping process, cold forming tools were ground and subjected to 3 types of coatings: Coating 1 (VN), Coating 2 (TiCrN) and Coating 3 (TiAlN). The present work aimed to analyze the tribological phenomena occurring in the sheets tested against tools with and without coating. Firstly, the type of laminated sheet that was extracted from the NBR5915 laminated coil used to carry out the friction tests was verified using a spectrophotometer, Vickers hardness test and an image obtained via optical microscopy SAE 1020 carbon. The initial characterization of the untested sheet samples, taken directly from the coil and the sheets tested against the tools with and without coating, was carried out via scanning electron microscopy (SEM) and via X-ray dispersion spectroscopy (EDS ), confirming the hypothesis that the images observed for the sheets tested against uncoated tools would follow the characteristics of the tool substrates, with galling occurring in some sheets. Pulling out and material transfer were also observed. The sheets tested against coated tools had wear characteristics that are more likely to come from the coatings, with the wear not being as severe as that of the sheets tested against uncoated tools. However, for the sheets tested against coating 1, material pulling out and the presence of small debris were observed, as well as for coatings 2 and 3, to a lesser extent. The surface topography of the sheets was also quantified by inverted confocal laser scanning microscopy. The surface parameters showed, in general, a rougher condition (parameter Sq) for the sheets tested against sintered and subsequently ground (uncoated) tools. The Sz parameter did not present statistically significant variations for the plates, as well as the Sbi values. The Sku and Ssk parameters presented higher values for the tested sheets without coating rectified by the casting process. In summary, both scanning electron microscopy and confocal microscopy showed some effect of the substrate of the uncoated tools on the morphology of the tested sheets, but for the coated tools the differences in morphology on the sheets were not significant.