Análise da fragmentação de cavacos de usinagem de aço SAE 1045 e AISI H13 submetidos à moagem em moinhos de bolas

Abstract

Um dos processos mais utilizados na manufatura industrial é a usinagem. Devido a impossibilidade de eliminar a produção de resíduos industriais deste processo na forma de cavaco, com objetivo de agregar valor a estes e promovendo produções mais sustentáveis, torna-se interessante o reprocessamento dos resíduos. Estes cavacos apresentam a possibilidade de serem reprocessados e transformados em pós metálicos, possibilitando seu reaproveitamento na produção de novas peças e componentes, através do processo de metalurgia do pó, por exemplo. Esta pesquisa teve por finalidade analisar a fragmentação dos cavacos de usinagem submetidos ao processo de moagem em moinho de bolas. Porções de cavacos de usinagem de materiais do tipo aço SAE 1045 e AISI H13 foram submetidos ao processo de moagem por períodos de 20, 40 e 80 horas. Após a moagem, os cavacos residuais foram separados e caracterizados quanto à morfologia, distribuição de tamanhos, microdureza e microestrutura. Além das caracterizações, aplicou-se aos cavacos residuais o cálculo de eficiência de moagem para o processo. Em relação aos cavacos residuais, percebeu-se que, para ambos os materiais, o processo de moagem utilizado foi capaz de fragmentá-los e torná-los partículas menores. Percebeu-se que, para o aço SAE 1045, houve alteração significativa no formato dos grãos microestruturais e no aumento da microdureza. Já para o H13, não houve alterações nestes aspectos. Quanto aos pós produzidos, verificou-se a obtenção de pós finos e superfinos, com faixa granulométrica predominante de 1 a 25 μm e com morfologia heterogênea. Para o Aço SAE 1045 foram observadas partículas no formato de flocos para 20 horas de moagem e morfologia poligonal para os demais tempos e para o Aço AISI H13 as partículas variavam entre os tipos esféricos e poligonais. A análise de escoabilidade caracterizou os pós dos dois materiais com regime de escoamento do tipo livre e, por fim, o teste compressibilidade demonstrou que os pós apresentam comportamentos semelhantes durante a compressão das amostras. Conclui-se com esta pesquisa que, mesmo representando baixa eficiência, o processo de moagem com utilização de moinho de bolas é capaz de processar os cavacos de usinagem e torná-los partículas menores a ponto de obter-se pós metálicos com dimensões superfinas e que estas partículas podem servir como matéria-prima para o processo de metalurgia do pó, principalmente para o processo de moldagem por injeção metálica, dada as características do material obtido.

One of the most commonly used processes in industrial manufacturing is machining. Due to the impossibility of eliminating the production of industrial waste in the form of chips from this process, with the aim of adding value to them and promoting more sustainable productions, the reprocessing of the waste becomes interesting. These chips have the possibility of being reprocessed and transformed into metal powders, allowing their reuse in the production of new parts and components, through processes such as powder metallurgy, for example. The purpose of this research was to analyze the fragmentation of machining chips subjected to the milling process in a ball mill. Portions of machining chips from materials such as SAE 1045 steel and AISI H13 were subjected to milling for periods of 20, 40, and 80 hours. After milling, the residual chips were separated and characterized regarding morphology, size distribution, microhardness, and microstructure. In addition to these characterizations, the milling efficiency calculation was applied to the residual chips. Regarding the residual chips, it was observed that, for both materials, the milling process used was capable of fragmenting them into smaller particles. It was noted that for SAE 1045 steel, there was a significant change in the shape of the microstructural grains and an increase in microhardness. However, for H13 steel, there were no changes in these aspects. Regarding the produced powders, the obtaining of fine and superfine powders was verified, with a predominant particle size range of 1 to 25 μm and heterogeneous morphology. For SAE 1045 steel, flake-shaped particles were observed after 20 hours of milling, while polygonal morphology was observed for the other times. For AISI H13 steel, the particles varied between spherical and polygonal shapes. Flowability analysis characterized the powders of both materials with a free-flowing regime, and finally, the compressibility test demonstrated that the powders exhibit similar behaviors during the compression of the samples. In conclusion, this research shows that, despite representing low efficiency, the milling process using a ball mill is capable of processing machining chips and turning them into smaller particles to obtain metal powders with superfine dimensions. These particles can serve as raw material for the powder metallurgy process, especially for metal injection molding, given the characteristics of the material obtained.