Orientador: Paulo Roberto Mei / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T10:29:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cambiucci_AntonioFernando_M.pdf: 22676343 bytes, checksum: 219931524e5121689e62bc3bc4c13298 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Este trabalho estudou o comportamento do aço rápido M2 durante a laminação a quente. Para tanto foi efetuada a caracterização qualitativa e quantitativa dos carbonetos existentes antes e imediatamente após as deformações verdadeiras sofridas pelo material através da laminação a quente. Nesta caracterização foram empregadas técnicas de microscopia ótica e eletrônica de varredura, difração de raio-X e metalografia quantitativa. Também foram medidas as cargas de laminação correspondentes a cada ensaio e as tensões de escoamento foram calculadas usando o modelo de Sims. Foram, então determinadas as equações das curvas das tensões de escoamento versus deformação verdadeira para cada temperatura de ensaio, visando assim, facilitar o dimensionamento de equipamentos industriais e melhorar o desempenho do processo de laminação do aço rápido M2. Foram também correlacionados os aspectos dessas curvas com as microestruturas. Cada amostra laminada foi examinada procurando-se correlacionar os fenômenos de encruamento e amolecimento (representados pela curva tensão de escoamento versus deformação verdadeira) com a microestrutura da mesma / Abstract: In this work, the behaviour of M2 high speed steel during hot rolling, was studied. Both qualitative and quantitative characterization was undertaken of the carbides present before and immediatelyafter true strains sufferedby the material due to hot rolling. For this characterization the techniques of optical and scanning electron microscopy, X-ray diffraction and quantitative metallography were used. The loads corresponding to each test and the flow stresses were calculated using Sims model. Equations were derived from plots of flow stress versus true strain for each test temperature, with the aim of allowing projection of the dimensions of industrial equipment and to improve the design of the rolling of M2 high speed steel. The shapes of these curves were also correlated with the microstructure of the steel. Each sample was examined to allow correlation of the hardening and softening phenomena (represented by the curves offlow stress versus true strain) with its microstructure / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Anselmo Eduardo Diniz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-08T23:12:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_AdilsonJosede_D.pdf: 5045036 bytes, checksum: f173982d932402dfe8a6935cdb29b638 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Normalmente, os componentes dos moldes e matrizes responsáveis pela forma das peças manufaturadas têm complexas geometrias e são confeccionados em materiais de elevada dureza, o que torna a atividade de usinagem mais difícil. A utilização do Fresamento com Altas Velocidades tem sido um caminho para a usinagem destes componentes. Esta pesquisa tem como objetivo melhorar a compreensão do desempenho e dos mecanismos de desgaste das ferramentas no Fresamento com Altas Velocidades de aços endurecidos utilizados nos moldes e matrizes. Em operação de semi-acabamento, avaliou-se a utilização de fresas de topo toroidal de metal duro e de cermet em diferentes condições de fresamento no aço ABNT H13 com 50 HRC de dureza. Em operação de acabamento, avaliou-se a utilização de fresas de topo esférico de metal duro sólido e de pastilhas intercambiáveis montadas em porta-ferramentas de aço e de metal duro no fresamento do aço ABNT D2 com 61 HRC de dureza. Os principais resultados em operação de semi-acabamento demonstram que a utilização de ferramentas de metal duro com cobertura promove uma maior vida de ferramenta, a inclinação da parede usinada tem forte influência na vida da ferramenta e que o desgaste das ferramentas envolve diferentes mecanismos: no início da vida, principalmente a abrasão, a difusão e/ou ¿attrition¿; e no final da vida, as adesões e os microlascamentos. Em operação de acabamento, os resultados demonstram que a utilização de porta-ferramentas de metal duro proporciona os melhores resultados de vida de ferramenta quando comparada à utilização de porta-ferramentas de aço. Entretanto, os resultados de vida de ferramentas com a utilização de porta-ferramentas de metal duro são inferiores à utilização de fresas de metal duro sólido. O desgaste das ferramentas nas operações de acabamento foi caracterizado por adesões de material da peça na aresta de corte e por microlascamentos / Abstract: Usually, the die and moulds components, which are responsible for the part forms, have complex geometries and are made of high hardness materials, what cause difficulties for their machining. High Speed Milling has become an alternative for machining these components. This work aims to broaden the performance understanding and the wear mechanisms on tools used in High Speed Milling of hardened steels for dies and moulds. In semi-finishing operation, it was analyzed the use of cemented carbide and cermet tools in different cutting conditions in milling of ABNT H13 steel with 50 HRC of hardness. In finishing operation, it was analysed the use of ball nose solid tools of cemented carbide and indexable inserts assembled on steel and cemented carbide toolholder in milling of ABNT D2 steel with 61 HRC of hardness. The main results in semi-finishing operation showed that the use of coated cemented carbide tool exhibited longer life, the machined surface inclination has a strong influence on tool life, and the tool wear involves different mechanisms: in the beginning of tool life, mainly abrasion and diffusion and/or attrition, and in end of tool life, adhesions and micro chipping. In finishing operation, the results showed that the use of cemented carbide toolholder causes longer tool life than the use of steel toolholder. However, tool life using cemented carbide toolholder is shorter than the using solid tools of cemented carbide. The tool wear in finishing operation was characterized by adhesions of part material and by microchipping / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

A falha devido à ocorrência de fadiga térmica de materiais utilizados como ferramentas para trabalho a quente é identificada durante serviço e ocorre devido ao acúmulo de dano localizado. O aço AISI H13 é comumente utilizado em ferramentas para a conformação a quente devido à sua boa tenacidade à fratura e resistência ao desgaste, e considerável resistência à perda de dureza a quente. Este trabalho teve como motivação estudar a relação entre a microestrutura do aço H13 e os carregamentos térmicos e mecânicos, que possam levar à falha de ferramentas para forjamento a quente. Para este estudo, fez-se uso de meios computacionais (simulação numérica) aliados aos conhecimentos de caracterização microestrutural e do comportamento mecânico dos materiais. Nesta abordagem, elabora-se uma malha na microestrutura do referido aço no software OOF2®, do NIST, e as análises são feitas a partir da aplicação do método dos elementos finitos com o emprego do software Abaqus®. Com isso, torna-se possível examinar o efeito de aspectos microestruturais, como a influência dos precipitados, na ocorrência de tensões e de deformações na microestrutura de forma a obter um mapeamento de regiões críticas ao dano e à falha na ferramenta de forjar a quente. Os estudos são baseados e comparados com trabalhos já publicados, e simulam carregamentos e variações de temperatura no material em questão de modo a verificar as condições que favorecem a nucleação de trincas por fadiga térmica. Como principais conclusões e contribuições obtidas da análise realizada, podem ser destacadas: (i-) as regiões críticas que vêm a propiciar a nucleação de trincas térmicas são os precipitados e as interfaces; (ii-) no campo de tensões, a propriedade das fases que exerce a maior influência é o módulo de elasticidade; (iii-) os diferentes coeficientes de expansão térmica das fases geram deformações térmicas mais elevadas e tensões compressivas nas interfaces; (iv-) as deformações térmicas nos precipitados são superiores às da matriz devido à influência no campo de tensões; (v-) em termos de tensões térmicas, o momento do ciclo térmico mais crítico para a matriz é o resfriamento; e (vi-) ao passo que, nos precipitados, a etapa mais crítica é o aquecimento. / Failure due to thermal fatigue can occur in hot working tool materials and its onset takes place in the regions where the highest stress and strain are reached. AISI H13 steel is often used as a hot working tool since it has good toughness and wear resistance, and also a sensible resistance to loss of hot hardness. This study was carried out by means of finite element method (FEM) combined with microstructural characterization and mechanical behavior of materials analysis. According to this approach, H13 steel microstructure, in which carbides could be observed, was meshed by means of OOF2® (NIST). Moreover, the ABAQUS® commercial FEM software was used to simulate thermal and mechanical loading applied in the tool throughout mechanical processing. The conducted analysis allowed to observe the effect of precipitates on stress-strain distribution at different temperatures and loads. Hence, critical regions, in which damage could be favored as well failure onset in the microstructure of the hot forging tool, are displayed. The investigation was based on and compared to literature results and it showed that it can be possible to design the microstructure of hot forging materials, in which an improvement in the thermal fatigue resistance could be improved. The main remarks and conclusions of this work are as follows: (i-) precipitates and interfaces are preferential regions to nucleation and growth of cracks, and they seem to work as stress concentrators; (ii-) modulus of elasticity of phases has the strongest influence in the stress fields of the microstructure; (iii-) the mismatch between thermal expansion coefficients of the phases leads to compressive stresses on interfaces and also the highest thermal strain; (iv-) thermal strains are higher on the precipitates than on the steel matrix; (v-) elastic-plastic properties of steel matrix influenced on thermal cycles. In addition, cooling is the most critical condition of thermal stresses by analyzing each thermal cycle in this phase; and (vi-) whereas the precipitates have elastic behavior, and the most critical step is the heating, in which the maximum temperature of the cycle is reached.

Diversos componentes mecânicos como engrenagens, rolamentos, cilindros de laminação, trilhos e rodas de trem sofrem uma determinada solicitação conhecida por fadiga de contato, que consiste em uma solicitação causada pela tensão gerada entre o contato de dois corpos sob a ação de uma carga cíclica. Este trabalho teve como objetivo avaliar a resistência a esta solicitação para um aço ferramenta com microestruturas martensíticas e bainíticas. Para isto, foi utilizado um equipamento na configuração esfera contra plano, onde as esferas foram confeccionadas em material comercial ABNT 52100 e os discos em aço ferramenta tratados termicamente para obtenção de microestruturas martensíticas e bainíticas. Os ensaios foram realizados com a aplicação de uma pressão máxima de contato de 4,8 GPa até que ocorresse a falha por microlascamento da superfície do disco. Os resultados de vida em fadiga destes materiais foram apresentados por uma distribuição de Weibull que demonstraram uma maior resistência do material bainítico. Os resultados apresentados para ambas as microestruturas demonstraram que as falhas se iniciaram predominantemente na sub-superfície, atendendo as premissas iniciais do trabalho que buscava uma baixa ocorrência de falhas superficiais prematuras ocasionadas por possíveis inclusões, defeitos ou poros superficiais que agiriam como um concentrador de tensões, levando a uma falha antes que efetivamente as características físicas e metalúrgicas das microestruturas sejam testadas. / Several mechanical components such as gears, bearings, rolling mill rolls, rails and train wheels suffer a particular request known to contact fatigue, which consists of a request caused by the tension generated between the contact of two bodies subjected to a cyclic loading. This study aimed to evaluate the resistance to this request for tool steel with bainitic and martensitic microstructures. For this, was used a machine in the configuration ball against flat washer, where balls were made of commercial material ABNT 52100 and flat washer in tool steel heat-treated to obtain martensitic and bainitic microstructures. The tests were performed by applying a maximum contact pressure of 4.8 GPa until the failure by micro-spalling on the disk surface or subsurface. The results of the fatigue life of those materials were presented by a Weibull distribution that showed a better resistance to the bainitic material to this request. The results presented for both microstructures showed that the failures were initiated predominantly sub-surface, given the initial goals of the work, as evidenced by the low occurrence of premature superficial failures possibly caused by inclusions, pores or surface defects that would act as a stress concentrator leading to a premature failure before the physical and metallurgical microstructures characteristics were really tested.

O objetivo deste trabalho é realizar um estudo comparativo da recristalização de dois aços rápidos, AISI M2 (Werkstoffnummer 1.3343) e ABC III (Werkstoffnummer 1.3333), após o encruamento resultante do processo de laminação a frio de chapas planas utilizadas para a confecção de serras fitas. Estudar a recristalização estática nesta classe de aços é relevante, pois eles freqüentemente são laminados a frio e recozidos na etapa final de processamento, antes da confecção da peça ou componente. Inicialmente, foi realizada a caracterização das amostras no estado como recebido, ou seja \'\'laminado a quente\'\'. A caracterização envolveu análise química, ensaios mecânicos, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, medidas de dureza e dilatometria. Em seguida, as amostras sofreram deformação a frio da ordem de até 50% de redução em espessura para determinação das curvas de endurecimento por deformação. Amostras com 25% de redução foram recozidas entre 100ºC e 750ºC, durante 1 hora e os resultados de dureza foram utilizadas para determinar as curvas isócronas de amolecimento. Amostras com 25% redução foram recozidas entre 600ºC e 750ºC, entre 15 e 480 minutos para cada uma das temperaturas, para determinação curvas isotérmicas de amolecimento. Resultados da análise microestrutural mostraram que o aço rápido AISI M2 apresenta uma distribuição mais homogênea de carbonetos. Esses carbonetos são mais finos em relação aos do aço ABC III, que apresenta uma distribuição mais heterogênea. Os dois aços apresentaram curvas muito similares de endurecimento por deformação. Após recozimento das amostras encruadas, foi verificado que o aço AISI M2 apresenta recuperação e recristalização levemente mais rápidas quando comparado com o ABC III. Ainda na etapa de recuperação e antes da recristalização, notou-se nos dois aços um pequeno aumento de dureza, principalmente entre 30 e 60 minutos de recozimento, na faixa de 650 ºC e 700ºC. Utilizando-se análises por difração de elétrons retroespalhados (microtextura e mesotextura) observou-se que o aço ABC III apresenta maior resistência para a recristalização se completar que o aço AISI M2. / This work aims at the comparative study of the recrystallization of two high-speed steels, namely AISI M2 (Werkstoffnummer 1.3343) and ABC III (Werkstoffnummer 1.3333), hardened by cold rolling of sheets employed in the production of band saws. Studying static recrystallization in this class of steels is relevant, since frequently they are cold rolled and annealed in their final processing stage, prior to the actual work piece manufacturing. Initially, samples have been characterized in the as-received condition, i.e. hot rolled. Characterization involved chemical analysis, tensile testing, optical metallography, scanning electron microscopy, hardness measurements and dilatometry. Following, samples have been cold worked with a 50% thickness reduction in order to evaluate the cold work hardening curves. Samples with 25% reduction have been annealed at temperatures in the 100oC to 750oC range, for one hour and hardness results have been used to determine the isochronous softening curves. Samples with 25% reduction have been annealed between 600 oC and 750oC for 15 to 480 minutes, for each one of the temperatures, to determine the isothermal softening curves. The microstructural analysis has shown that the AISI M2 steel presents a homogeneous carbide distribution. These carbides were fine when compared to those of the ABCIII steel that presented a heterogeneous distribution. Both steels presented similar work-hardening curves. After annealing the cold worked samples, it has been observed that the AISI M2 steel presented a slightly faster recovery and recrystallization than the ABCIII steel. Still in the recovery stage, prior to recrystallization, both steels showed a small hardness increase, mainly on annealing during 30 to 60 minutes in the 650oC to 700oC temperature range. Using electron backscattered diffraction analysis (microtexture and mesotexture) it has been observed that the ABCIII steel presented higher resistance to complete recrystallization than the AISI M2 steel.

O desgaste é um dos fatores que causam a maior parte das falhas e redução na vida útil de ferramentas, além de resultar em produtos com condições superficiais inadequadas. A crescente demanda da indústria por menores custos, maior produtividade e melhor qualidade estão entre as justificativas para que se busquem maneiras de incrementar o desempenho dessas ferramentas. Neste contexto, o trabalho tem como objetivo avaliar e caracterizar superfícies projetadas para resistência ao desgaste utilizando o processo de aspersão térmica oxicombustível de alta velocidade (HVOF). Fez-se um estudo comparativo de caracterização e comportamento tribológico de um aço ferramenta com deposição por aspersão térmica de dois diferentes revestimentos. O estudo abrange o aço ABNT H13, utilizando o tratamento superficial de aspersão térmica HVOF com revestimentos de Cr3C2-25(NiCr) e WC-10Co-4Cr. A avaliação da superfície e do comportamento tribológico envolveu perfis de microdureza, análise de fases por difração de raios X, metalografias, obtenção da composição química, caracterização da rugosidade, ensaio de abrasão e adesão, pino-disco e ensaio do anel. O objetivo de conseguir aumentar a resistência ao desgaste utilizando um aço ferramenta com deposição via processo de HVOF, bem como o de caracterizar este processo foi alcançado. A utilização do aço ABNT H13 com deposição via aspersão térmica HVOF e revestimentos à base de carboneto de cromo e tungstênio demonstrou-se recomendável para proteção de substratos, fornecendo alta dureza e boa resistência ao desgaste. O revestimento de WC-10Co-4Cr obteve o melhor desempenho geral, apresentando uma microdureza 192% maior frente ao aço sem revestimento, uma redução de 315% do coeficiente de atrito, além de uma adesão maior ao substrato quando comparado com o revestimento Cr3C2-25(NiCr). / Wear is one of the factors that cause most of the failures and reduction of lifespan for tools, it also results in products with no quality in the surface conditions. The increasing demand of the industry for lower costs, higher productivity and better quality are among the justifications for finding ways to increase the performance of these tools. In this context, the objective of this work is to evaluate and characterize surfaces designed for wear resistance using the high velocity oxyfuel (HVOF) thermal spray process. A comparative study of characterization and tribological behavior of a tool steel with thermal spray deposition was performed for two different coatings. The study covers the ABNT H13 steel, using the surface treatment of HVOF thermal spray with coatings of Cr3C2-25(NiCr) and WC-10Co-4Cr. The surface and the tribological behavior evaluation involved microhardness profiles, phase analysis by x-ray diffraction, metallography, chemical composition, roughness characterization, abrasion and adhesion test, pin-on-disk and ring test. The objective of increasing the wear resistance using a tool steel with deposition through HVOF process, as well as to characterize this process was achieved. The use of ABNT H13 steel with chrome and tungsten carbide coatings deposited by thermal spray HVOF has proved to be recommended for substrates protection, providing high hardness and good wear resistance. The WC-10Co-4Crcoating had the best overall performance, presenting a microhardness 192% higher than the steel with no coating, a reduction of 315% of the coefficient of friction, and a higher adhesion to the substrate compared to the Cr3C2-25(NiCr) coating.

Durante o desgaste por deslizamento há a ocorrência de calor gerado por atrito, que favorece a oxidação nas superfícies de contato dos metais. O resultado deste fenômeno pode provocar uma diminuição da taxa de desgaste, a qual usualmente é associada com transições no tipo de contato: metal-metal, metal-óxido ou óxido-óxido. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo teórico do desgaste oxidativo. O modelo tenta correlacionar parâmetros termodinâmicos e tribológicos dos materiais, como energia de Gibbs, carga, área real de contato, velocidade e temperatura do contato. Para testar o modelo, realizaram-se ensaios do tipo pino-sobre-disco convencional, para análise da influência dos parâmetros tribológicos, de forma a obter diversas relações entre temperatura de contato, carga, velocidade e as propriedades físico-químicas dos materiais. Os ensaios foram realizados com variação contínua de carga, em intervalos de 20 a 120 N, 20 a 80 N e de 20 a 40 N. Os materiais escolhidos para serem ensaiados foram pino de aço ferramenta M2 temperado e revenido, enquanto que o disco foi de aço 1045 austemperado com microestrutura do tipo bainítica. A caracterização superficial antes e depois dos ensaios foi feita usando-se diferentes técnicas auxiliares, tais como microscopia óptica e eletrônica de varredura. Analisando as curvas obtidas a partir do modelo, assim como as obtidas pelas análise das experiências feitas para sua avaliação, pôde-se concluir que força motriz que causa a taxa de desgaste é a energia de contato, a qual depende das condições físico-químicas, do meio e das solicitações impostas às condições de contato, sendo também as propriedades do material essenciais para a influência na taxa de desgaste, propriedades que estão intrínsecas no modelo, assumindo a energia de Gibbs do material. / During sliding wear, heat generated friction occurs, which favors oxidation occurrence on the contacting surfaces of metallic materials. The oxidation phenomenon can result in wear rate attenuation due to transitions in the contact feature from metal-metal to either metal-oxide or oxide-oxide. This work aimed to develop a theoretical modeling on oxidational wear. In the obtained model, both thermodynamic and tribological parameters were used, such as Gibbs energy, load, actual area of contact, velocity and contact temperature. In order to obtain experimental data for the model assessment, usual pin-on-disk tests were conducted under some load and velocity conditions. Relations among the variables, such as contact temperature, load, velocity and physical-chemical properties of the materials, were attained. The tests were performed under continuous rising on load. Intervals from 20 to 120 N, 20 to 80 N and 20 to 40 N were tested. The pin material was made of quenched and tempered M2 tool steel and the disks were of austempered AISI 1045 steel with bainitic microstructure. Surface characterization was carried out before and after the tests, through optical and scanning electronic microscopes. Analyzing the results obtained from the model and from the experimental tests, it was possible to conclude that the wear phenomenon is related to the contact energy, which depends on the physical-chemical conditions of the surfaces, the environment and the mechanical loading the surfaces undergo. The material properties, which do also influence the wear rate, were taken into consideration in the model as the Gibbs energy of the materials.

Durante o desgaste por deslizamento há a ocorrência de calor gerado por atrito, que favorece a oxidação nas superfícies de contato dos metais. O resultado deste fenômeno pode provocar uma diminuição da taxa de desgaste, a qual usualmente é associada com transições no tipo de contato: metal-metal, metal-óxido ou óxido-óxido. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo teórico do desgaste oxidativo. O modelo tenta correlacionar parâmetros termodinâmicos e tribológicos dos materiais, como energia de Gibbs, carga, área real de contato, velocidade e temperatura do contato. Para testar o modelo, realizaram-se ensaios do tipo pino-sobre-disco convencional, para análise da influência dos parâmetros tribológicos, de forma a obter diversas relações entre temperatura de contato, carga, velocidade e as propriedades físico-químicas dos materiais. Os ensaios foram realizados com variação contínua de carga, em intervalos de 20 a 120 N, 20 a 80 N e de 20 a 40 N. Os materiais escolhidos para serem ensaiados foram pino de aço ferramenta M2 temperado e revenido, enquanto que o disco foi de aço 1045 austemperado com microestrutura do tipo bainítica. A caracterização superficial antes e depois dos ensaios foi feita usando-se diferentes técnicas auxiliares, tais como microscopia óptica e eletrônica de varredura. Analisando as curvas obtidas a partir do modelo, assim como as obtidas pelas análise das experiências feitas para sua avaliação, pôde-se concluir que força motriz que causa a taxa de desgaste é a energia de contato, a qual depende das condições físico-químicas, do meio e das solicitações impostas às condições de contato, sendo também as propriedades do material essenciais para a influência na taxa de desgaste, propriedades que estão intrínsecas no modelo, assumindo a energia de Gibbs do material. / During sliding wear, heat generated friction occurs, which favors oxidation occurrence on the contacting surfaces of metallic materials. The oxidation phenomenon can result in wear rate attenuation due to transitions in the contact feature from metal-metal to either metal-oxide or oxide-oxide. This work aimed to develop a theoretical modeling on oxidational wear. In the obtained model, both thermodynamic and tribological parameters were used, such as Gibbs energy, load, actual area of contact, velocity and contact temperature. In order to obtain experimental data for the model assessment, usual pin-on-disk tests were conducted under some load and velocity conditions. Relations among the variables, such as contact temperature, load, velocity and physical-chemical properties of the materials, were attained. The tests were performed under continuous rising on load. Intervals from 20 to 120 N, 20 to 80 N and 20 to 40 N were tested. The pin material was made of quenched and tempered M2 tool steel and the disks were of austempered AISI 1045 steel with bainitic microstructure. Surface characterization was carried out before and after the tests, through optical and scanning electronic microscopes. Analyzing the results obtained from the model and from the experimental tests, it was possible to conclude that the wear phenomenon is related to the contact energy, which depends on the physical-chemical conditions of the surfaces, the environment and the mechanical loading the surfaces undergo. The material properties, which do also influence the wear rate, were taken into consideration in the model as the Gibbs energy of the materials.

O desgaste é um dos fatores que causam a maior parte das falhas e redução na vida útil de ferramentas, além de resultar em produtos com condições superficiais inadequadas. A crescente demanda da indústria por menores custos, maior produtividade e melhor qualidade estão entre as justificativas para que se busquem maneiras de incrementar o desempenho dessas ferramentas. Neste contexto, o trabalho tem como objetivo avaliar e caracterizar superfícies projetadas para resistência ao desgaste utilizando o processo de aspersão térmica oxicombustível de alta velocidade (HVOF). Fez-se um estudo comparativo de caracterização e comportamento tribológico de um aço ferramenta com deposição por aspersão térmica de dois diferentes revestimentos. O estudo abrange o aço ABNT H13, utilizando o tratamento superficial de aspersão térmica HVOF com revestimentos de Cr3C2-25(NiCr) e WC-10Co-4Cr. A avaliação da superfície e do comportamento tribológico envolveu perfis de microdureza, análise de fases por difração de raios X, metalografias, obtenção da composição química, caracterização da rugosidade, ensaio de abrasão e adesão, pino-disco e ensaio do anel. O objetivo de conseguir aumentar a resistência ao desgaste utilizando um aço ferramenta com deposição via processo de HVOF, bem como o de caracterizar este processo foi alcançado. A utilização do aço ABNT H13 com deposição via aspersão térmica HVOF e revestimentos à base de carboneto de cromo e tungstênio demonstrou-se recomendável para proteção de substratos, fornecendo alta dureza e boa resistência ao desgaste. O revestimento de WC-10Co-4Cr obteve o melhor desempenho geral, apresentando uma microdureza 192% maior frente ao aço sem revestimento, uma redução de 315% do coeficiente de atrito, além de uma adesão maior ao substrato quando comparado com o revestimento Cr3C2-25(NiCr). / Wear is one of the factors that cause most of the failures and reduction of lifespan for tools, it also results in products with no quality in the surface conditions. The increasing demand of the industry for lower costs, higher productivity and better quality are among the justifications for finding ways to increase the performance of these tools. In this context, the objective of this work is to evaluate and characterize surfaces designed for wear resistance using the high velocity oxyfuel (HVOF) thermal spray process. A comparative study of characterization and tribological behavior of a tool steel with thermal spray deposition was performed for two different coatings. The study covers the ABNT H13 steel, using the surface treatment of HVOF thermal spray with coatings of Cr3C2-25(NiCr) and WC-10Co-4Cr. The surface and the tribological behavior evaluation involved microhardness profiles, phase analysis by x-ray diffraction, metallography, chemical composition, roughness characterization, abrasion and adhesion test, pin-on-disk and ring test. The objective of increasing the wear resistance using a tool steel with deposition through HVOF process, as well as to characterize this process was achieved. The use of ABNT H13 steel with chrome and tungsten carbide coatings deposited by thermal spray HVOF has proved to be recommended for substrates protection, providing high hardness and good wear resistance. The WC-10Co-4Crcoating had the best overall performance, presenting a microhardness 192% higher than the steel with no coating, a reduction of 315% of the coefficient of friction, and a higher adhesion to the substrate compared to the Cr3C2-25(NiCr) coating.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Resumo- Roberto Schopf.pdf: 68740 bytes, checksum: e924a606232a1a88be1cad5824793b1a (MD5) Previous issue date: 2011-02-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Among several mechanisms of wear of materials, abrasive and adhesive wear respond for the largest contribution in tools and equipment failures at the mechanical industry. Tooling used in the manufacture of stators, known as lamella, fails due to these types of wear. The failures have origin in sliding wear and remove the enamel from the wire of the stator during the injection process. The removal of enamel results in short circuit between turns and consequent risk for the final consumer. It is common to correlate the wear resistance as a function dependent only on hardness of the involved materials in contact, however, there are other characteristics that also influence the wear such as: the type of crystalline structure and the presence of precipitates in the metal matrix, as well as the nature of them. The present study has analyzed the wear mechanisms existent in tool wear. The pin-on-disc test was used to evaluate eight different tool steels, positioning them in the same scale and comparing with the steel currently used at the process. Two groups of tool steels were evaluated, those manufactured by powder metallurgy and those obtained by conventional metallurgical method. Two types of pin-on-disc tests were performed. In the first test, as counter-face or disc, a grinding wheel made with silicon carbide was used; the main objective of this test was to evaluate the abrasive wear resistance. In the second test, the discs were manufactured using low alloy electric steel; the wear resistance predominantly adhesive was the response variable for this test. The results were correlated with some characteristics of the steels studied: hardness, the energy absorbed during Charpy impact test, density and content of alloying elements that are hard carbide formers. The results have shown a better wear resistance for steels produced by the Powder Metallurgy process. Steels with higher levels of alloying elements achieve better results, particularly in the adhesive wear test. CPM9V and Sinter 30 tool steels presented the best performances for wear resistance. Considering the application of these results in operation conditions, the CPM9V steel has advantage of a lower hardness and consequently greater toughness which is an important characteristic as well. / Entre os diversos mecanismos de desgaste, os desgastes abrasivo e adesivo são os que respondem pela maior contribuição nas falhas em equipamentos e ferramentais da indústria mecânica. Ferramentas utilizadas na fabricação de estatores, conhecidas como lamelas, falham em decorrência destes tipos de desgaste. As falhas têm procedência no desgaste por deslizamento e provocam remoção do isolante dos fios do estator durante o processo de inserção. A remoção do esmalte resulta em curto circuito entre espiras e conseqüente risco ao usuário final. É comum relacionar a resistência ao desgaste como uma função dependente apenas da dureza dos materiais envolvidos, no entanto, existem outras características que também influenciam no desgaste, tais como: o tipo de estrutura cristalina, existência de precipitados na matriz metálica e sua homogeneidade, bem como, a natureza dos mesmos. Por meio do presente estudo, analisaram-se os mecanismos presentes no desgaste de aços ferramenta utilizados na fabricação de estatores. Utilizandose o teste pino-disco, avaliou-se a resistência ao desgaste de oito diferentes aços ferramenta, classificando-os quanto à resistência ao desgaste e situando-os frente ao aço atualmente utilizado neste processo. Dois grupos de aços foram avaliados, os fabricados pela metalurgia do pó e os obtidos pelo método convencional de metalurgia. Dois tipos de ensaios pino-disco foram realizados. No primeiro teste, como contra-face ou disco, foi utilizado um rebolo de carbeto de silício; neste teste o objetivo principal foi avaliar a resistência ao desgaste abrasivo. No segundo teste, o disco foi fabricado com aço de baixa liga, neste teste, a resistência ao desgaste predominantemente adesivo foi à variável resposta. Os resultados obtidos foram correlacionados com determinadas características dos aços estudados: dureza, energia absorvida no impacto do ensaio Charpy, densidade, percentual de elementos de liga formadores de carbonetos de alta dureza e microestrutura. Os resultados mostraram que os aços fabricados pelo processo de Metalurgia do Pó apresentaram maiores resistências ao desgaste. Os aços ferramenta com teores maiores de elementos de liga obtiveram melhores resultados, sobretudo no ensaio de resistência ao desgaste adesivo. Os aços ferramenta CPM9V e Sinter 30 foram os que apresentaram maior desempenho na resistência ao desgaste. Considerando a aplicação deste resultados nas condições de operação, o aço CPM9V possui como vantagem uma menor dureza e conseqüente maior tenacidade, característica também importante para a função.