Surface integrity of inconel 718 milled with carbide tool under different cutting conditions

Nickel alloys have good oxidation resistance, excellent mechanical resistance at high temperatures, high creep resistance and high fatigue resistance. For this reason, they are used in the manufacture of structural components in the aerospace industry. These characteristics are responsible for their low machinability. Surface integrity analyzes and residual stresses are topics widely studied to avoid structural failures of the aircraft. Residual stresses are present in all mechanical components subjected to manufacturing processes (thermal and mechanical). This work contributes to the advancement of research related to the influence of the evolution of the wear of carbide tools on the surface integrity of the Inconel 718 alloy in the end milling process. Tests were carried out under finishing, moderate and roughing machining conditions. Tools with different stages of flank wear were used. During the tests, the machining force, power consumption and cutting temperature were measured, the latter using a thermal camera and thermocouples welded in the vicinity of the cutting zone. In the machined parts were measured the surface roughness, hardness, microhardness, and residual stress analyzes obtained through X-Ray diffraction. Two mathematical models were developed to quantitatively describe the surface integrity of the Inconel 718 alloy. Optical microscopy, scanning electron microscopy and dispersive energy analyses were performed on the tools. The analysis of the results showed that the tool wear negatively influences the surface integrity, with the residual stresses varying between compressive and tensile stresses. The results of this work showed a direct relationship between tool wear and increased strength and temperature in the cutting zone. In conclusion, the thermal effect is related to the wear level of the tools that modifies the surface integrity of the material.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisTese (Doutorado)As ligas de níquel possuem boa resistência à oxidação, ótima resistência mecânica em elevadas temperaturas, alta resistência à fluência e alta resistência à fadiga. Por isto, elas são utilizadas na fabricação de componentes estruturais na indústria aeroespacial. Entretanto, a composição química destas ligas gera baixa usinabilidade. Análise de integridade superficial e estudos das tensões residuais são temas amplamente estudados para se evitar falhas estruturais em aeronaves. As tensões residuais estão presentes em todos os componentes mecânicos submetidos a processos de fabricação (térmicos e mecânicos). Este trabalho contribui para o avanço das pesquisas relacionadas a influência da evolução do desgaste de ferramentas de metal duro na integridade superficial da liga Inconel 718 em duas versões (envelhecida e solubilizada) no processo de fresamento de topo. Foram realizados ensaios em condições de usinagem de acabamento, moderadas e desbaste. Foram utilizadas ferramentas com diferentes estágios de desgaste de flanco. Durante os ensaios foram realizadas medições de força, potência de usinagem e temperatura de corte via câmera térmica e termopar soldado nas proximidades da zona de corte da peça. Nas peças usinadas foram realizadas medições de rugosidade, dureza, microdureza Vickers e Knoop, além de análises de tensões residuais obtidos por difração de raios-X. Nas ferramentas foram realizadas análises de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e análise de energia dispersiva. Foram criados dois modelos matemáticos para descrever quantitativamente a integridade superficial da liga Inconel 718, os modelos relacionam as condições de desgaste das ferramentas à Integridade superficial das peças usinadas. A análise dos resultados mostrou que o desgaste da ferramenta influencia negativamente na integridade da superfície usinada, sendo que as tensões residuais variaram entre tensões de compressão e tensões de tração, onde esta última prevalece. Houve uma relação direta entre desgaste da ferramenta e o aumento das forças e da temperatura na zona de corte. Conclui-se que o efeito térmico está ligado ao nível de desgaste da ferramenta de corte e este efeito gera modificações em todos os aspectos ligados à integridade superficial da liga