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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.85.2007.tde-13062008-162120
Document
Author
Full name
Ivan Alves de Almeida
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2007
Supervisor
Committee
Rossi, Wagner de (President)
Mirage, Armando
Oliveira, Joao Fernando Gomes de
Riva, Rudimar
Vieira Junior, Nilson Dias
Title in Portuguese
Otimização do processo de usinagem de titânio com laser pulsado de neodímio
Keywords in Portuguese
DOE projeto de experimentos.
laer pulsado Nd:YAG
Titanio
Abstract in Portuguese
Um requisito do processo de manufatura é a necessidade de se obter peças processadas, caracterizadas pela boa qualidade de acabamento superficial, baixa rugosidade e a conservação de suas propriedades metalúrgicas. Essas condições motivaram o desenvolvimento deste estudo, no qual selecionou-se o processamento de materiais a laser para o corte do titânio, unindo uma tecnologia a um metal de recente aplicação. Além disso, a versatilidade e as vantagens, como também a tendência global do setor industrial, tornaram-se fatores preponderantes na utilização do laser como ferramenta de usinagem. Neste presente trabalho foram investigados os efeitos da usinagem por laser pulsado de Nd:YAG sobre a qualidade, como também a formação de fases na superfície de corte e analisados pela aplicação do planejamento experimental. Para isso, chapas de titânio comercialmente puro (grau 2) e da liga Ti-6Al-4V (grau 5), com espessuras de 0,5 e 1,0 milímetros, foram empregadas na realização dos ensaios sob ação do laser. As amostras obtidas foram analisadas por microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica por varredura (MEV), ensaios de microdureza e inspeção superficial da rugosidade. Capturaram-se digitalmente as imagens do material ressolidificado, aderido na superfície de corte para determinação da formação de rebarbas. Com base nestes dados construíram-se arranjos fatoriais, por meio da metodologia de planejamento experimental (DOE), a fim de avaliar o grau de influência dos parâmetros e suas possíveis interações e assim averiguar sua significância estatística. Verificou-se um endurecimento superficial na região do corte a laser com nitrogênio, em virtude da formação de nitretos (TiN) sob uma fina camada da zona de ressolidificação. Apesar da complexidade das interações entre os diversos parâmetros envolvidos no processamento a laser, os resultados corroboram que a otimização do processo de corte a laser do titânio pode ser factível.
Title in English
I. A. ALMEIDA. Optimization of Titanium Machining by Pulsed Nd:Yag Laser. 2007. Thesis (Doctoral) - Tecnologia Nuclear Materiais - IPEN, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2007.
Keywords in English
DOE Projeto de Experimentos.
laser pulsado Nd:YAG
Titanio
Abstract in English
The main goal of this work was to establish the requirements for laser processed parts to satisfy uniform surface finish, low roughness and preservation of the mechanical and functional properties of the parts. Lasers became a versatile machining tool that satisfies the modern trends in material processing. In this study, the cutting quality factors of sheets of pure titanium and its alloys, by pulsed Nd:Yag laser, were investigated according to the Design and Analysis of Experiments. Laser pulse energy, laser pulse length, pressure of the protective/reactive gas, cutting speed, were considered the key laser parameter processing factors. In this Design, a factorial arrangement, regarding several combinations of these different processing factors, was performed and the influence of each one was also taken into consideration. The cutting process was performed on commercially pure titanium (grade 2) and the alloy Ti-6Al-4V (grade 5) sheets. The obtained samples were analyzed through optical microscopy in order to determine the edge roughness formations. The samples were also analyzed by scanning electron microscopy and submitted to micro hardness tests and surface roughness inspections. An increase on the surface hardness on the cut region and the formation of nitrogen precipitates under a thin layer of a melted zone were verified. In spite of the complexity of the interactions between this diversity of parameters, it is possible to optimize the titanium laser cutting.
 
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Publishing Date
2008-06-30
 
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