A fabricação de moldes e matrizes são ricas em detalhes e geometrias complexas, exigindo tecnologias mais inovadoras e precisas. Um dos processos que se destaca na fabricação de moldes e matrizes, é o de eletroerosão por penetração (Electrical Discharge Machining - EDM). A usinagem por descargas elétricas é classificada como um processo de fabricação de geometria não definida, onde a remoção de material é realizada por repetidas descargas elétricas entre dois eletrodos eletricamente condutores. O desgaste da ferramenta é um dos principais parâmetros de medida no desempenho da usinagem por EDM. O maior problema ocasionado pelo desgaste de canto do eletrodo é a mudança de geometria da ferramenta no decorrer da usinagem, alterando a tolerância geométrica e o dimensional da cavidade. O presente trabalho propõe avaliação dimensional do desgaste de canto do eletrodo, no decorrer da usinagem do processo de EDM, variando o ângulo de superfície frontal do eletrodo. Outro propósito é a criação de um índice, chamado de taxa de arredondamento, que leva em consideração as áreas de desgaste de canto do eletrodo em função da área removida de material da peça. Os resultados mostraram que os eletrodos de cobre, cobre tungstênio e grafite, tem um grande crescimento de raio de canto no inicio da usinagem, estabilizando esses valores com tempo maiores de processo. O ângulo de superfície frontal do eletrodo influência diretamente no desgaste de canto do eletrodo. Os eletrodos de grafite não apresentaram comportamento de arredondamento de desgaste de canto durante os ensaios. Para o índice de taxa de arredondamento os eletrodos de cobre tungstênio tiveram o menor valor apresentado na usinagem do AISI H13. / The manufacture of molds and dies are rich in detail and complex geometries, requiring more innovative and precise technologes. One of the processes that stands out in the manufacture of molds and dies, is to EDM by penetration (Electrical Discharge Machining - EDM). The cutting by electrical discharge is classified as a non-defined geometry manufacturing process where material removal is carried out by repeated electrical discharge between two electrodes electrically conductive. The tool wear is a major measurement parameters in machining performance by EDM. The biggest problem caused by the electrode corner wear is the tool geometry change during the machining by changing the geometric tolerance and dimensional cavity. This paper proposes dimensional evaluation of the electrode corner wear, during the machining of the EDM process, varying the front surface of the electrode angle. Another purpose is to create an index, called rounding rate, which takes into account the areas of electrode corner wear due to the removed area of the workpiece material. The results showed that the copper electrode, copper tungsten and graphite, has a large corner radius growth at the beginning of machining, stabilizing these values with higher process time. The front surface of the electrode angle influence directly on the electrode corner wear. Graphite electrodes showed no corner wear rounding behavior during the tests. For rounding rate index tungsten copper electrodes had the lowest value presented in the machining of AISI H13.

No projeto desenvolvido, ligações cruzadas foram formadas no polietileno de alta densidade e alto peso molecular, grade HS5103, através dos processos reticulação por peróxidos e silanos, com o objetivo de se avaliar o efeito da introdução de ligações cruzadas nas propriedades térmicas e mecânicas deste PEAD. Misturas entre o HS5103 e os peróxidos orgânicos, 2,5-Dimetil-2,5-di(terc-butilperoxi)hexano (DHBP) e peróxido de dicumila (DCP), foram produzidas e analisadas para a avaliação do efeito dos tipos de peróxido na reticulação e propriedades do PEAD e para determinação da concentração e do tipo de peróxido a ser utilizado como agente iniciador de reticulação por silano. Ensaios de índice de fluidez (MFI), reometria capilar, extração de polímero por xileno (teor de gel), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e tração foram realizados para caracterização das misturas com peróxidos. Os resultados indicaram aumento da viscosidade com o aumento da concentração de peróxido, sendo o DHBP o que apresentou maior índice de aumento; não houve mudanças relevantes nas propriedades mecânicas e, ocorreu aumento do grau de cristalinidade, sendo mais significativo nas amostras com DCP. Após avaliação dos resultados citados, para as amostras a serem reticuladas via silano, foi promovida a graftização de diferentes concentrações de viniltrimetóxisilano (VTMS) na presença de 0,01%p/p de DCP com a adição de 0,05%p/p de catalisador, posteriormente a reticulação foi promovida em água. As amostras produzidas foram caracterizadas por ensaios de teor de gel, análise dinâmico-mecânica (DMA), espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR), TGA, ensaios de desgaste por deslizamento e tração. Nas amostras com silano a formação de ligações cruzadas foi gradativa, apresentando de 8% de gel para amostra com 0,5%p/p de VTMS a 57 % para amostra com1,5% p/p de silano, maior concentração utilizada. A análise dinâmico-mecânica (DMA) realizada evidenciou que houve um aumento densidade de ligações cruzadas e do módulo de armazenamento após temperatura de fusão com o teor de silano, concordando com os resultados de teor de gel. As análises de FTIR mostraram que houve a graftização e a formação de ligações cruzadas no PEAD HS5103. Não se observou um aumento significativo para o limite de resistência para o PEAD modificado. E os testes de desgaste por deslizamento indicaram um aumento da resistência ao desgaste das amostras reagidas com VTMS. / In the project carried out, crosslinks were formed in high density and high molecular weight polyethylene, grade HS5103, through peroxide and silane reticulation processes, aiming to evaluate the effects of the introduction of crosslinks in thermal and mechanical properties of this PEAD. Mixtures between HS103 and organic peroxides, 2,5-Bis(t-butylperoxy)-2,5-dimethylhexane (DHBP) and dicumyl peroxide (DCP) have been produced and analyzed for the evaluation of the effect of types of peroxide in reticulation and PEAD properties and to determine both concentration and type of the peroxide to be used as silane reticulation initiation agent. Melt flow index (MFI), capillary rheometry, xylem polymer extraction (gel content), thermogravimetric analysis (TGA), differential canning calorimetry (DSC) and traction tests were carried out for peroxide mixtures characterization. The results indicated increase of viscosity with the increase of the concentration of peroxide, being DHBP the one with the highest increase level; there have been no relevant changes concerning mechanical properties and there has been an increase in the crystallinity levels, mostly in DCP samples. After the assessment of the former results, for the samples to be reticulated through silane, graphitization of different concentrations of Vinyltrimethoxysilane (VTMS) was carried out, together with 0.01%p/p of DCP, adding 0.05%p/p of a catalyst; later, reticulation was carried out in water. The samples produced were characterized by gel content tests, dynamic-mechanical analysis (DMA), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), TGA, sliding and traction wear tests. In the silane samples, formation of crosslinks was gradual, showing 8% of gel to the sample with com 0.5%p/p of VTMS to 57 % to the sample with 1.5% p/p of silane, the highest concentration used. The dynamic-mechanical analysis (DMA) showed an increase of density in crosslinks and storing mode after fusion temperature with silane content, converging with gel content results. FTIR analysis showed there has been graphitization and crosslink formations in PEAD HS5103. A significant increase has not been observed concerning the limit of resistance for the modified PEAD. Besides, sliding wear tests indicated an increase of resistance to the wear of samples reacted to VTMS.

A maneira mais usual de estudar desgaste de componentes mecânicos e avaliar os parâmetros que o afetam é através de ensaios experimentais. Adicionalmente, estudos utilizando simulações numéricas com o Método dos Elementos Finitos em conjunto com modelos matemáticos têm ajudado a entender alguns princípios físicos, bem como estimar os efeitos do desgaste. Dentro desse contexto está inserida a presente dissertação, cujo objetivo é estudar o comportamento tribológico do sistema pistão-corpo de uma bomba de injeção a diesel através de ensaios experimentais e simulações numéricas. Um dispositivo é desenvolvido e construído para a realização dos ensaios experimentais por deslizamento em um tribômetro. Os ensaios são realizados a seco, com variações de forças normais e distâncias deslizadas. Os resultados obtidos são integrados a um modelo numérico através de uma sub-rotina que aplica o desgaste ao longo da simulação. O modelo numérico é desenvolvido através do método dos elementos finitos com o intuito de representar os experimentos e reproduzir o desgaste na superfície do pistão. Os resultados experimentais mostram diferentes comportamentos e mecanismos de desgaste atuantes. No início dos ensaios, o comportamento é estável, como menor taxa de desgaste e mecanismos com predominância de deformação plástica. No final desse período, aumenta-se o número de partículas de desgaste na interface e aderidas na superfície oposta, gerando abrasão, aumentando a taxa de desgaste, até o rompimento total do revestimento de nitreto de titânio do pistão. A sub-rotina aplica o desgaste com boa concordância com os experimentos. Com os resultados do modelo numérico é possível avaliar o comportamento dos componentes, levando-se em consideração a evolução do desgaste no pistão, além de estimar o coeficiente de desgaste para o par de contato avaliado. / The most common way to study wear of mechanical components and evaluate the parameters that affect it is through experimental tests. In addition, studies using numerical simulations with the Finite Element Method in combination with mathematical models have helped to understand some physical principles, as well to estimate the effects of wear. Within this context it is inserted this thesis, which goal is to study the tribological behavior of the plunger-pump body of a diesel injection system through experimental tests and numerical simulations. A device is developed and built for experimental sliding tests on a tribometer. Dry tests are performed with variation of normal forces and sliding distances. Results are integrated with a numerical model through a sub-routine that applies the wear along the simulation. The numerical model is developed by finite element method in order to represent the experimental tests and reproduce the wear in the plunger surface. The experimental results show different wear behaviors and mechanisms. In the beginning of the tests, the behavior is stable, with smaller wear rate and mechanisms with predominance of plastic deformation. At the end of this period, the number of wear particles in the interface and attached to the opposing surface is increased, generating abrasion, increasing the wear rate, up to the total break of the plunger titanium-nitride coating. The sub-routine applies the wear with good agreement with experimental tests. With the results of the numerical model, it is possible to evaluate the components behavior, taking into account the wear evolution in the plunger, besides estimating the wear coefficient for the evaluated contact pair.

A fabricação de moldes e matrizes são ricas em detalhes e geometrias complexas, exigindo tecnologias mais inovadoras e precisas. Um dos processos que se destaca na fabricação de moldes e matrizes, é o de eletroerosão por penetração (Electrical Discharge Machining - EDM). A usinagem por descargas elétricas é classificada como um processo de fabricação de geometria não definida, onde a remoção de material é realizada por repetidas descargas elétricas entre dois eletrodos eletricamente condutores. O desgaste da ferramenta é um dos principais parâmetros de medida no desempenho da usinagem por EDM. O maior problema ocasionado pelo desgaste de canto do eletrodo é a mudança de geometria da ferramenta no decorrer da usinagem, alterando a tolerância geométrica e o dimensional da cavidade. O presente trabalho propõe avaliação dimensional do desgaste de canto do eletrodo, no decorrer da usinagem do processo de EDM, variando o ângulo de superfície frontal do eletrodo. Outro propósito é a criação de um índice, chamado de taxa de arredondamento, que leva em consideração as áreas de desgaste de canto do eletrodo em função da área removida de material da peça. Os resultados mostraram que os eletrodos de cobre, cobre tungstênio e grafite, tem um grande crescimento de raio de canto no inicio da usinagem, estabilizando esses valores com tempo maiores de processo. O ângulo de superfície frontal do eletrodo influência diretamente no desgaste de canto do eletrodo. Os eletrodos de grafite não apresentaram comportamento de arredondamento de desgaste de canto durante os ensaios. Para o índice de taxa de arredondamento os eletrodos de cobre tungstênio tiveram o menor valor apresentado na usinagem do AISI H13. / The manufacture of molds and dies are rich in detail and complex geometries, requiring more innovative and precise technologes. One of the processes that stands out in the manufacture of molds and dies, is to EDM by penetration (Electrical Discharge Machining - EDM). The cutting by electrical discharge is classified as a non-defined geometry manufacturing process where material removal is carried out by repeated electrical discharge between two electrodes electrically conductive. The tool wear is a major measurement parameters in machining performance by EDM. The biggest problem caused by the electrode corner wear is the tool geometry change during the machining by changing the geometric tolerance and dimensional cavity. This paper proposes dimensional evaluation of the electrode corner wear, during the machining of the EDM process, varying the front surface of the electrode angle. Another purpose is to create an index, called rounding rate, which takes into account the areas of electrode corner wear due to the removed area of the workpiece material. The results showed that the copper electrode, copper tungsten and graphite, has a large corner radius growth at the beginning of machining, stabilizing these values with higher process time. The front surface of the electrode angle influence directly on the electrode corner wear. Graphite electrodes showed no corner wear rounding behavior during the tests. For rounding rate index tungsten copper electrodes had the lowest value presented in the machining of AISI H13.

A crescente preocupação com a poluição ambiental nos centros urbanos tem motivado a adoção de medidas que visam a reduzir o impacto que os agentes poluidores causam. Na cidade de Curitiba, PR, esta preocupação levou os órgãos reguladores do transporte urbano a fomentar o uso do biodiesel B100 como combustível para um conjunto de 34 ônibus da frota da cidade. Entretanto, a adoção desta medida trouxe a necessidade de garantir a vida útil dos motores, o que foi feito definindo-se um plano de manutenção muito mais conservador que o usual, e que previa a troca do óleo lubrificante com o dobro da frequência normalmente praticada. A proposta deste trabalho de mestrado foi a de fazer um estudo que possa subsidiar cientificamente a definição da frequência de troca do lubrificante nos veículos abastecidos com biodiesel B100 no transporte urbano de Curitiba. Para isto, ao longo de um período de 18 meses, o lubrificante desses veículos foi periodicamente analisado, a fim de caracterizar a evolução de seu estado, bem como a degradação de seu desempenho pelo o uso em conjunto com o biodiesel B100. Para obter uma representatividade estatística, tais análises foram feitas em uma população de sete veículos, quatro dos quais eram alimentados com biodiesel B100 e três com óleo diesel convencional, sendo que estes últimos serviam como referência para comparação. As características do lubrificante que foram levadas em conta durante o estudo incluem a viscosidade, a basicidade, a acidez, a oxidação, a contaminação por fuligem, a contaminação por compostos nitrogenados, a contaminação por água, bem como os teores de ferro, chumbo, alumínio, cobre, cromo, silício e molibdênio, elementos estes que tipicamente provêm do desgaste de componentes do motor. O estudo permitiu identificar a viscosidade como a característica que mais se degrada com o envelhecimento do lubrificante pelo seu uso concomitante com o combustível B100. Assim, este parâmetro foi o fator determinante para caracterizar, com base nos resultados obtidos no estudo, que a vida útil do lubrificante deve ser de 9.900 km para o caso de veículos biarticulados, e de 13.100 km para os veículos articulados. Cumpre ressaltar que a realização deste estudo só foi possível pelo interesse e pela colaboração das empresas que juntamente com a UTFPR fizeram parte do projeto LUB-B100: Chevron Brasil Lubrificantes (fabricante de óleos lubrificantes), Volvo do Brasil (montadora de ônibus), Auto Viação Redentor (permissionária do transporte urbano de Curitiba), Nórdica Veículos S. A. (concessionária de veículos) e URBS – Urbanização de Curitiba S. A. (fiscalizadora e reguladora do transporte urbano coletivo de Curitiba). / The increasing levels of pollution in urban centers have induced the adoption of mitigating measures in order to reduce negative consequences. In Curitiba, Southern Brazil, the office that regulates urban passenger transport in the city has promoted the use of pure biodiesel (B100) as fuel for a fleet of 34 buses. However, as this measure was put into practice, concerns related to a possible reduction of engine service life were raised, thus forcing the vehicles-owner companies to adopt a conservative maintenance plan, which doubled the frequency of lubricant oil replacement. This was the opportunity for the present study, which aimed to define on a scientific basis the frequency of lubricant oil replacement in engines fueled with biodiesel B100. In order to characterize both the evolution of lubricant oil degradation, as well as the deterioration of lubricant performance due to the use of biodiesel B100, samples of engine lubricant were collected and analyzed along 18 months. Additionally, aiming to confer statistical representativeness to collected data, a population of 7 buses was considered, four of these being fueled with biodiesel B100, while the other 3 with conventional diesel fuel, thus the latter group served as a reference for comparisons. The following parameters of the lubricant oil were measured and analyzed: viscosity, basicity, acidity, oxidation, contamination by soot, contamination by nitrogenous substances, contamination by water, as well as contents of iron, lead, aluminum, copper, chrome, silicon and molybdenum, which are elements typically originated from the wear of metallic components. The conducted study allowed to point out the viscosity as the lubricant parameter that is most sensitive to concomitant use with biodiesel B100. Thus, this parameter was decisive to conclude that based on measured data the service life of the lubricant should be 9900 km for bi-articulated buses, and 13100 km for the articulated ones. It is worth mentioning that the completion of this study became possible by virtue of the collaboration with those companies that took part of the project named LUB-B100, together with the Federal University of Technology - Parana. These companies are Chevron Brasil Lubrificantes (a lubricant maker company), Volvo do Brasil (a bus manufacturer company), Auto Viação Redentor (a company that operates the passenger urban transport in Curitiba), Nórdica Veículos S. A. (a Volvo dealership company) and URBS – Urbanização de Curitiba S. A. (the office that regulates the urban passenger transport in Curitiba).

O presente trabalho discute a influência da microestrutura dos ferros fundidos, cinzento (FFC) e vermicular (FFV), na ocorrência de metal dobrado (FM) em superfícies brunidas e no comportamento tribológico em ensaio lubrificado do tipo anel sobre cilindro. As amostras de ferro fundido foram extraídas diretamente de um bloco de motor de combustão interna, em regiões de diferentes espessuras. O anel de pistão utilizado foi de aço inoxidável martensítico nitretado com perfil assimétrico e o óleo lubrificante foi o SAE 30 CF monoviscoso. A quantificação de sulcos e de metal dobrado (FM) foi realizada empregando-se uma metodologia baseada na literatura. Para a execução dos ensaios tribológicos foi projetada e construída uma adaptação para a montagem das amostras e controle de temperatura do óleo lubrificante. Um parâmetro para avaliação do desempenho tribológico foi proposto – índice de mérito tribológico (IMT) – que leva em conta coeficiente de atrito (COF) e alterações de topografia. Os ferros fundidos apresentaram microestruturas típicas. Contudo, observaram-se diferenças de morfologia e distribuição da grafita; com maior número de grafitas e menor fração de grafita para os materiais de parede fina. Observou-se FM nos platôs e nos sulcos das superfícies brunidas em todas as amostras. Quantificações mostraram que as larguras dos sulcos foram estatisticamente iguais e com alto percentual de obstrução. A quantificação de FM dos materiais mostrou maiores valores presentes na região do Spk (FMspk) para os FFC's. Os materiais de parede grossa apresentaram maiores valores de % FM dentro do sulco (%FM/Sulco) e este parâmetro teve forte e positiva correlação estatística com a fração de grafita. Evidências, obtidas em avaliações de seções transversais, corroboraram a relação entre FM e grafita. Constatou-se que o FM pode ser formado diretamente sobre a grafita ou, ainda, de forma indireta devido à extrusão desta fase. Ademais, verificou-se que a morfologia e orientação da grafita têm influência na formação do FM. Realizaram-se ensaios preliminares de curta duração de anel sobre cilindro para a avaliação da repetibilidade dos resultados de COF, os quais indicaram menor dispersão para condições com menores frequências e maiores forças normais. Avaliações da dinâmica do ensaio tribológico permitiram apontar relações de redução de COF durante os semi-ciclos de movimento e associá-las à teoria de lubrificação hidrodinâmica. O COF para ensaios de longa duração apresentou comportamento cíclico com transições. Estas transições foram associadas a mecanismos de formação-remoção-formação de tribofilmes de ZDDP. Os ensaios impuseram alterações nos parâmetros de rugosidade (principalmente com alisamento das superfícies) e redução do parâmetro de filme. O IMT evidenciou pouca influência da espessura do material; e melhor desempenho tribológico para os FFV's. A rotina de quantificação de FM mostrou limitação técnica devido ao alisamento da superfície, o que causa mudança na referência de alturas das superfícies brunidas. Ainda assim, verificou-se redução do %FM/Sulco e tendência de desobstrução do sulco. Contatou-se pouca influência do FM no comportamento do COF devido à similaridade dos parâmetros de FM entre os materiais. Contudo, o FM foi associado a um agente de abrasão à três corpos e apresentou forte correlação positiva do parâmetro de FMspk (no início do ensaio) com o parâmetro do IMT relacionado com a alteração de topografia. / The present work discusses the influence of the microstructure of gray cast iron (GCI) and compacted graphite iron (CGI) on the occurrence of folded metal (FM) on honed surfaces and its tribological behavior in ring-on-cylinder test under lubrication. The cast iron samples were taken directly from an internal combustion engine block in regions of different thicknesses. The piston ring used was a nitrided martensitic stainless steel with asymmetrical profile and the lubricant oil was the SAE 30 CF. The quantification of grooves and folded metal (FM) was carried out using a methodology based on the literature. For the execution of the tribological tests an adaptation was designed and built for assembling the samples and for controlling the oil temperature. One parameter to evaluate the tribological performance was proposed - tribological merit index (TMI) - which considers the coefficient of friction (COF) and changes in topography. Each cast iron presented typical microstructures. However, differences in morphology and graphite distribution were observed; the samples from thinner wall presented higher number of graphite and less fraction of graphite. FM was observed on the plateaus and grooves of the honed surfaces in all samples. Quantification showed that the widths of the grooves were statistically similar and with a high percentage of obstruction. GCIs present a higher amount of FM in the Spk region (FMspk).The thicker wall samples presented a higher amount of FM in the grooves (% FM / Groove) and this parameter had a strong and positive statistical correlation with the graphite fraction. Evidences, obtained in cross section evaluations, corroborated the relationship between FM and graphite. It was verified that FM can be formed directly on graphite or indirectly due to the extrusion of this phase. In addition, its morphology and orientation influenced the occurrence of FM. Preliminary short-term tests were performed to evaluate the repeatability of COF results. These tests indicated less dispersion for conditions with lower frequencies and higher normal forces. Evaluations of the dynamics of the tribological test allowed to point out conditions to reduce the COF during the half-cycles of movement and to associate them to the theory of hydrodynamic lubrication. The COF for long-term tests presented cyclical behavior with transitions. These transitions were associated with formation-removal-formation mechanisms of ZDDP tribofilms. The tribological tests imposed changes on the roughness parameters (mainly with smoothness of the surfaces) and reductions on the film parameter. The thickness of samples affected little the TMI; and a better tribological performance of CGIs was detected. The FM quantification routine showed a technical limitation due to surface smoothing, which causes a change in the reference of heights of honed surfaces. Nevertheless, there was a reduction in %FM/Groove and tendency to clear the grooves. There was little influence of FM in COF behavior due to the similarity of FM parameters among the materials. However, FM was associated as a three-body abrasive agent and a strong positive correlation between the FMspk parameter (at the beginning of the test) and the TMI parameter was described.

A crescente preocupação com a poluição ambiental nos centros urbanos tem motivado a adoção de medidas que visam a reduzir o impacto que os agentes poluidores causam. Na cidade de Curitiba, PR, esta preocupação levou os órgãos reguladores do transporte urbano a fomentar o uso do biodiesel B100 como combustível para um conjunto de 34 ônibus da frota da cidade. Entretanto, a adoção desta medida trouxe a necessidade de garantir a vida útil dos motores, o que foi feito definindo-se um plano de manutenção muito mais conservador que o usual, e que previa a troca do óleo lubrificante com o dobro da frequência normalmente praticada. A proposta deste trabalho de mestrado foi a de fazer um estudo que possa subsidiar cientificamente a definição da frequência de troca do lubrificante nos veículos abastecidos com biodiesel B100 no transporte urbano de Curitiba. Para isto, ao longo de um período de 18 meses, o lubrificante desses veículos foi periodicamente analisado, a fim de caracterizar a evolução de seu estado, bem como a degradação de seu desempenho pelo o uso em conjunto com o biodiesel B100. Para obter uma representatividade estatística, tais análises foram feitas em uma população de sete veículos, quatro dos quais eram alimentados com biodiesel B100 e três com óleo diesel convencional, sendo que estes últimos serviam como referência para comparação. As características do lubrificante que foram levadas em conta durante o estudo incluem a viscosidade, a basicidade, a acidez, a oxidação, a contaminação por fuligem, a contaminação por compostos nitrogenados, a contaminação por água, bem como os teores de ferro, chumbo, alumínio, cobre, cromo, silício e molibdênio, elementos estes que tipicamente provêm do desgaste de componentes do motor. O estudo permitiu identificar a viscosidade como a característica que mais se degrada com o envelhecimento do lubrificante pelo seu uso concomitante com o combustível B100. Assim, este parâmetro foi o fator determinante para caracterizar, com base nos resultados obtidos no estudo, que a vida útil do lubrificante deve ser de 9.900 km para o caso de veículos biarticulados, e de 13.100 km para os veículos articulados. Cumpre ressaltar que a realização deste estudo só foi possível pelo interesse e pela colaboração das empresas que juntamente com a UTFPR fizeram parte do projeto LUB-B100: Chevron Brasil Lubrificantes (fabricante de óleos lubrificantes), Volvo do Brasil (montadora de ônibus), Auto Viação Redentor (permissionária do transporte urbano de Curitiba), Nórdica Veículos S. A. (concessionária de veículos) e URBS – Urbanização de Curitiba S. A. (fiscalizadora e reguladora do transporte urbano coletivo de Curitiba). / The increasing levels of pollution in urban centers have induced the adoption of mitigating measures in order to reduce negative consequences. In Curitiba, Southern Brazil, the office that regulates urban passenger transport in the city has promoted the use of pure biodiesel (B100) as fuel for a fleet of 34 buses. However, as this measure was put into practice, concerns related to a possible reduction of engine service life were raised, thus forcing the vehicles-owner companies to adopt a conservative maintenance plan, which doubled the frequency of lubricant oil replacement. This was the opportunity for the present study, which aimed to define on a scientific basis the frequency of lubricant oil replacement in engines fueled with biodiesel B100. In order to characterize both the evolution of lubricant oil degradation, as well as the deterioration of lubricant performance due to the use of biodiesel B100, samples of engine lubricant were collected and analyzed along 18 months. Additionally, aiming to confer statistical representativeness to collected data, a population of 7 buses was considered, four of these being fueled with biodiesel B100, while the other 3 with conventional diesel fuel, thus the latter group served as a reference for comparisons. The following parameters of the lubricant oil were measured and analyzed: viscosity, basicity, acidity, oxidation, contamination by soot, contamination by nitrogenous substances, contamination by water, as well as contents of iron, lead, aluminum, copper, chrome, silicon and molybdenum, which are elements typically originated from the wear of metallic components. The conducted study allowed to point out the viscosity as the lubricant parameter that is most sensitive to concomitant use with biodiesel B100. Thus, this parameter was decisive to conclude that based on measured data the service life of the lubricant should be 9900 km for bi-articulated buses, and 13100 km for the articulated ones. It is worth mentioning that the completion of this study became possible by virtue of the collaboration with those companies that took part of the project named LUB-B100, together with the Federal University of Technology - Parana. These companies are Chevron Brasil Lubrificantes (a lubricant maker company), Volvo do Brasil (a bus manufacturer company), Auto Viação Redentor (a company that operates the passenger urban transport in Curitiba), Nórdica Veículos S. A. (a Volvo dealership company) and URBS – Urbanização de Curitiba S. A. (the office that regulates the urban passenger transport in Curitiba).

O presente trabalho discute a influência da microestrutura dos ferros fundidos, cinzento (FFC) e vermicular (FFV), na ocorrência de metal dobrado (FM) em superfícies brunidas e no comportamento tribológico em ensaio lubrificado do tipo anel sobre cilindro. As amostras de ferro fundido foram extraídas diretamente de um bloco de motor de combustão interna, em regiões de diferentes espessuras. O anel de pistão utilizado foi de aço inoxidável martensítico nitretado com perfil assimétrico e o óleo lubrificante foi o SAE 30 CF monoviscoso. A quantificação de sulcos e de metal dobrado (FM) foi realizada empregando-se uma metodologia baseada na literatura. Para a execução dos ensaios tribológicos foi projetada e construída uma adaptação para a montagem das amostras e controle de temperatura do óleo lubrificante. Um parâmetro para avaliação do desempenho tribológico foi proposto – índice de mérito tribológico (IMT) – que leva em conta coeficiente de atrito (COF) e alterações de topografia. Os ferros fundidos apresentaram microestruturas típicas. Contudo, observaram-se diferenças de morfologia e distribuição da grafita; com maior número de grafitas e menor fração de grafita para os materiais de parede fina. Observou-se FM nos platôs e nos sulcos das superfícies brunidas em todas as amostras. Quantificações mostraram que as larguras dos sulcos foram estatisticamente iguais e com alto percentual de obstrução. A quantificação de FM dos materiais mostrou maiores valores presentes na região do Spk (FMspk) para os FFC's. Os materiais de parede grossa apresentaram maiores valores de % FM dentro do sulco (%FM/Sulco) e este parâmetro teve forte e positiva correlação estatística com a fração de grafita. Evidências, obtidas em avaliações de seções transversais, corroboraram a relação entre FM e grafita. Constatou-se que o FM pode ser formado diretamente sobre a grafita ou, ainda, de forma indireta devido à extrusão desta fase. Ademais, verificou-se que a morfologia e orientação da grafita têm influência na formação do FM. Realizaram-se ensaios preliminares de curta duração de anel sobre cilindro para a avaliação da repetibilidade dos resultados de COF, os quais indicaram menor dispersão para condições com menores frequências e maiores forças normais. Avaliações da dinâmica do ensaio tribológico permitiram apontar relações de redução de COF durante os semi-ciclos de movimento e associá-las à teoria de lubrificação hidrodinâmica. O COF para ensaios de longa duração apresentou comportamento cíclico com transições. Estas transições foram associadas a mecanismos de formação-remoção-formação de tribofilmes de ZDDP. Os ensaios impuseram alterações nos parâmetros de rugosidade (principalmente com alisamento das superfícies) e redução do parâmetro de filme. O IMT evidenciou pouca influência da espessura do material; e melhor desempenho tribológico para os FFV's. A rotina de quantificação de FM mostrou limitação técnica devido ao alisamento da superfície, o que causa mudança na referência de alturas das superfícies brunidas. Ainda assim, verificou-se redução do %FM/Sulco e tendência de desobstrução do sulco. Contatou-se pouca influência do FM no comportamento do COF devido à similaridade dos parâmetros de FM entre os materiais. Contudo, o FM foi associado a um agente de abrasão à três corpos e apresentou forte correlação positiva do parâmetro de FMspk (no início do ensaio) com o parâmetro do IMT relacionado com a alteração de topografia. / The present work discusses the influence of the microstructure of gray cast iron (GCI) and compacted graphite iron (CGI) on the occurrence of folded metal (FM) on honed surfaces and its tribological behavior in ring-on-cylinder test under lubrication. The cast iron samples were taken directly from an internal combustion engine block in regions of different thicknesses. The piston ring used was a nitrided martensitic stainless steel with asymmetrical profile and the lubricant oil was the SAE 30 CF. The quantification of grooves and folded metal (FM) was carried out using a methodology based on the literature. For the execution of the tribological tests an adaptation was designed and built for assembling the samples and for controlling the oil temperature. One parameter to evaluate the tribological performance was proposed - tribological merit index (TMI) - which considers the coefficient of friction (COF) and changes in topography. Each cast iron presented typical microstructures. However, differences in morphology and graphite distribution were observed; the samples from thinner wall presented higher number of graphite and less fraction of graphite. FM was observed on the plateaus and grooves of the honed surfaces in all samples. Quantification showed that the widths of the grooves were statistically similar and with a high percentage of obstruction. GCIs present a higher amount of FM in the Spk region (FMspk).The thicker wall samples presented a higher amount of FM in the grooves (% FM / Groove) and this parameter had a strong and positive statistical correlation with the graphite fraction. Evidences, obtained in cross section evaluations, corroborated the relationship between FM and graphite. It was verified that FM can be formed directly on graphite or indirectly due to the extrusion of this phase. In addition, its morphology and orientation influenced the occurrence of FM. Preliminary short-term tests were performed to evaluate the repeatability of COF results. These tests indicated less dispersion for conditions with lower frequencies and higher normal forces. Evaluations of the dynamics of the tribological test allowed to point out conditions to reduce the COF during the half-cycles of movement and to associate them to the theory of hydrodynamic lubrication. The COF for long-term tests presented cyclical behavior with transitions. These transitions were associated with formation-removal-formation mechanisms of ZDDP tribofilms. The tribological tests imposed changes on the roughness parameters (mainly with smoothness of the surfaces) and reductions on the film parameter. The thickness of samples affected little the TMI; and a better tribological performance of CGIs was detected. The FM quantification routine showed a technical limitation due to surface smoothing, which causes a change in the reference of heights of honed surfaces. Nevertheless, there was a reduction in %FM/Groove and tendency to clear the grooves. There was little influence of FM in COF behavior due to the similarity of FM parameters among the materials. However, FM was associated as a three-body abrasive agent and a strong positive correlation between the FMspk parameter (at the beginning of the test) and the TMI parameter was described.