Os processos de erosão-corrosão são comumente encontrados em tubulações, válvulas e outros componentes usados na indústria química, petroquímica e na exploração de minérios. Quando a corrosão e a erosão atuam conjuntamente, os mecanismos de dano são complexos e em geral as perdas de massa associadas com esta combinação de processos são maiores do que a soma das perdas geradas pela erosão ou a corrosão atuando separadamente. Os aços inoxidáveis são materiais amplamente usados neste tipo de indústrias. A série martensítica é usada quando se necessita de boas propriedades mecânicas e moderada resistência à corrosão, enquanto que a austenítica é usada para condições onde é necessária uma boa resistência à corrosão, ainda que as propriedades mecânicas deste tipo de aço não sejam muito altas. Adições de nitrogênio aos aços inoxidáveis melhoram tanto a resistência à corrosão quanto a resistência mecânica, no entanto, poucos trabalhos têm sido desenvolvidos sobre o sinergismo erosão-corrosão dos aços inoxidáveis de alto nitrogênio. Neste trabalho, estuda-se o efeito da adição de nitrogênio, em solução sólida, na resistência à erosão-corrosão de um aço inoxidável martensítico AISI 410 e um austenítico AISI 304L em lama composta por 3,5% de NaCl e partículas de quartzo. Para tanto foram nitretadas, em alta temperatura, amostras destes aços sob diferentes pressões. Foram obtidas amostras martensíticas com 0,2 e 0,4% de nitrogênio e austeníticas com 0,25 e 0,55% de nitrogênio em solução sólida. Amostras sem nitrogênio foram usadas como material de referência. Foram desenvolvidos dois tipos de ensaios em dispositivo tipo jato: medidas de perda de massa e de polarização potenciodinâmica. A topografia das superfícies testadas foi observada usando microscopia óptica e eletrônica de varredura. Essa informação, conjuntamente com os resultados de perda de massa e dos ensaios eletroquímicos, foi usada para estabelecer os mecanismos de degradação dos materiais estudados, nas diferentes condições de ensaio, e os efeitos da introdução de nitrogênio na estrutura dos aços. Dos resultados obtidos neste trabalho, observa-se que as curvas de polarização potenciodinâmica são sensíveis às variações nas condições de ensaio, como a presença de fluxo e a introdução de partículas. Em geral, o potencial de corrosão e de pite diminuíram e a densidade de corrente passiva aumentou com o aumento da agressividade do ensaio, deslocando as curvas para potenciais menos nobres e densidades de corrente maiores. A introdução de nitrogênio aumentou a dureza da superfície em ambos os aços inoxidáveis. A adição de nitrogênio melhorou a resistência à corrosão do aço inoxidável martensítico AISI 410, para as duas condições de nitretação usadas, medida através de polarização potenciodinâmica. Esse efeito foi avaliado através de um novo parâmetro chamado ?, dado pela diferença entre as densidades de corrente com erosão-corrosão e na condição estática (iCE-iS), para o aço nitretado, e essa mesma diferença para a condição de referência (aço solubilizado ou temperado e revenido). A adição de 0,2% de nitrogênio diminuiu em 88% a corrosão aumentada por erosão. Aumentando a 0,4% o teor de nitrogênio, esta diminuição também ocorre, sendo de 87%. O processo de remoção de material da superfície do aço inoxidável martensítico temperado e revenido é dominado pela corrosão aumentada por erosão, enquanto que no aço nitretado, o nitrogênio promove a mudança de regime para uma condição de erosão aumentada por corrosão. Observou-se que a adição de nitrogênio melhorou a resistência à corrosão, a resistência à erosão e a resistência à erosão-corrosão do aço inoxidável austenítico AISI 304L. Notou-se, também, o aumento significativo do potencial de pite com a elevação do teor de nitrogênio. As superfícies das marcas de desgaste das amostras nitretadas mostraram-se menos rugosas, mostrando o efeito benéfico do nitrogênio na resistência à corrosão do aço austenítico. A adição de 0,25% de nitrogênio diminuiu em 25% a corrosão aumentada por erosão. Aumentando o teor de nitrogênio para 0,55%, esta diminuição também foi observada, sendo de 56%. O processo de remoção de material da superfície do aço inoxidável austenítico é dominado pelo desgaste erosivo. Finalmente, a introdução de nitrogênio parece não ter influência notável no potencial de corrosão para nenhum dos aços aqui estudados. O mecanismo fundamental para a melhora na resistência à corrosão com a introdução de nitrogênio na estrutura dos aços inoxidáveis estudados, está relacionado com a produção de íons amônio durante a dissolução da superfície, produzindo um aumento de pH da solução e possibilitando uma repassivação mais fácil da superfície. / Corrosion-erosion processes are commonly found in pipes, valves and many other components for chemical, petrochemical and marine applications. When corrosion and erosion act together the damage mechanisms are complex and usually the mass losses are higher than the sum of the separate material losses due to corrosion and erosion. Stainless steels have been widely used in different components working in systems under combined corrosive and erosive effects. Martensitic stainless steels are suitable for manufacturing components with high mechanical properties and moderate corrosion resistance, while austenitic stainless steels are chosen for conditions where a better corrosion resistance is needed, even though their mechanical properties are poor. It has been shown that nitrogen addition to conventional stainless steels can improve both mechanical and corrosion properties. Very few research papers have been published about the corrosion-erosion synergism of high nitrogen stainless steels. In this research, the effect of nitrogen, introduced by solid state alloying, on the corrosionerosion resistance of a martensitic and an austenitic stainless steel tested in 3.5% NaClquartz slurry was studied. For this purpose, AISI 304L and AISI 410 samples were high temperature gas nitrided under different nitrogen pressures. 0.2 and 0.4% N martensitic samples and 0.25 and 0.55% N austenitic samples were obtained. Samples without nitrogen, but submitted to the same thermal cycle, were used as comparison materials in the tests. Corrosion, erosion and corrosion-erosion tests were conducted in a jet-like device. Two kinds of tests were developed: mass loss measurements and electrochemical polarization. The topography of the surface was observed after the wear tests using optical and scanning electron microscopy. This information, together with the results of mass losses and electrochemical tests were used to establish the degradation mechanisms of the tested materials under the different testing conditions and the effect of the introduction of nitrogen in the steel structure. The results showed that the polarization curves change a lot with the testing conditions. The corrosion and pitting potential decreased and the passive current density increased with the increase of aggressiveness of the testing conditions, shifting the curves to less noble potentials and higher current densities. Nitrogen additions increased the hardness of the nitrided surfaces in both steels. Nitrogen also improved the corrosion resistance of the AISI 410 stainless steel for both nitriding conditions. The effect of nitrogen was analyzed through a new parameter ?, given by the difference between the current densities under erosion-corrosion and the static condition (iCEiS), for the nitrided steels and the same difference for the standard condition (solubilized or quenched and tempered steels). The increase of the nitrogen content of the martensitic surface up to 0.2% reduced 88% the corrosion augmented by erosion. When the nitrogen content at the surface is 0.4%, the reduction of the corrosion augmented by erosion term was 87%. The mass removal process for the quenched and tempered condition is controlled by corrosion assisted by erosion, while for the nitrided surface is erosion assisted by corrosion. Nitrogen additions improved the corrosion, erosion and erosion-corrosion resistance of the austenitic stainless steel AISI 304L. The pitting potential noticeably increased with the increase of the nitrogen content. Smoother wear mark contours on the nitrided surface indicate a favorable effect of nitrogen on the corrosion-erosion synergism. Adding 0.25% N to the alloy decreased the corrosion augmented by erosion in the passive region by 25%, and adding 0.55% N reduced it by 56%. The mass removal process, in this case, was controlled by erosion. Finally, nitrogen addition does not seem to affect the corrosion potential of both steels studied in this work. The main mechanism to increase the corrosion resistance of the studied steels with the introduction of nitrogen is related to production of ammonia during the dissolution of the steel surface. The pH of the solution increases, and the surface can easily repassivate.

As lesões cervicais não cariosas (LCNCs) são caracterizadas pela perda de estrutura dental no terço cervical dos dentes, que se origina a partir de mecanismos não relacionados com o processo de cárie. Este trabalho buscou investigar a correlação das LCNCs (severidade e acometimento), com os seguintes fatores: idade, sexo, dieta, hábitos parafuncionais, hábitos de higiene dental, distúrbios gástricos e aspectos oclusais. Foram estudados cinquenta pacientes (36 mulheres e 14 homens), com idades entre 20 e 62 anos (média de 40.9 anos). A avaliação consistiu na aplicação de questionários e exame clínico intraoral. Um índice de desgaste dental foi utilizado para classificação da severidade das LCNCs e do desgaste da borda incisal/face oclusal. Os resultados mostraram que os primeiros pré-molares (20,5%), segundos pré-molares (19,5%), caninos (14%), primeiros molares (13,9%) e segundos molares (11,6%) foram os dentes mais acometidos pelas LCNCs. Foi constatada correlação positiva entre idade e o percentual de dentes acometidos, ou seja, quanto maior a idade do paciente, maior foi o percentual de dentes acometidos com LCNC (p=0,003). Foi constatado que os pacientes com ingestão diária de alimentos e bebidas ácidas apresentaram relação significante com a severidade das LCNCs (p=0,038) e também apresentaram maior percentual de dentes acometidos pelas LCNCs (p=0,014). Não foi verificada relação significante entre as LCNCs (severidade e percentual de dentes acometidos) com o sexo dos pacientes, número de escovações diárias, apertamento dental, bruxismo, distúrbios gástricos, força durante a escovação e tipo de cerdas da escova. Quanto aos aspectos relacionados à oclusão, foi observada pequena correlação (r=0,079) entre o desgaste cervical e o desgaste da borda incisal/face oclusal. Em nenhum caso foi observada diferença estatística significante da severidade das LCNCs entre dentes que participam ou não do movimento de lateralidade. / Noncarious cervical lesions (NCCL) are characterized by loss of tooth structure in the cervical area, and originated by mechanisms unrelated to dental caries process. This study investigated the correlation of NCCL (severity and involvement) with the following factors: age, gender, diet, parafunctional habits, dental hygiene, gastric disorders and occlusal aspects. Fifty patients (36 female and 14 male) aged between 20 and 62 years (mean age of 40.9 years) were evaluated. The evaluation consisted of questionnaires and intraoral clinical examination. A Tooth Wear Index was used to classify the severity of NCCL and wear of the incisal/ occlusal surface. Results indicate that first premolars (20,5%), second premolars (19,5%), canine (14%), first molars (13,9%) and second molars (11,6%) were the teeth most affected by NCCL. There was correlation between the age of patients and the percentage of teeth affected, meaning that the older the patient, the higher the percentage of teeth affected with NCCL (p=0,003). Patients with daily intake of acidic foods and beverages presented a significant relationship with the severity of NCCL (p=0,038) and also a higher percentage of teeth affected by NCCL (p=0,014). There was no significant relationship between NCCL (severity and percentage of affected teeth) and gender of patients, number of daily brushings, teeth clenching, bruxism, gastric disorders, force applied during toothbrushing and characteristics of the toothbrushes. There was a small correlation (r=0,079) between NCCL and the wear of incisal/occlusal surface. Regarding the severity of NCCL, no significant statistical differences were observed between the teeth involved or not in the lateral excursive movement.

No presente trabalho são relatados os resultados obtidos através de tratamentos térmicos e de ensaios de abrasão, em uma liga de ferro fundido branco alto cromo contendo nióbio, obtida por fundição. Os tratamentos térmicos de têmpera foram efetuados nas temperaturas de 950, 1000, 1050 e 1100ºC e o meio de resfriamento utilizado foi o ar soprado. Os tratamentos de revenidos foram efetuados nas temperaturas de 450, 500 e 550ºC. A liga no estado termicamente tratado foi comparada, nos ensaios de abrasão, com ligas comerciais utilizadas como revestimento duro por soldagem em peças desgastadas. Os ensaios de abrasão do tipo pino sobre lixa. Adicionalmente, também foram efetuados estudos de caracterização microestrutural para a identificação das diferentes fases presentes nas ligas. De maneira geral, a liga estudada apresentou as melhores taxas de desgaste para os tratamentos térmicos que resultaram em maiores durezas e o seu desempenho foi superior ao das ligas comerciais. / This work presents the heat treatments and abrasion tests results of a wnite cast iron with niobium alloy. The hardening heat treatment were made from 950, 1000, 1050 and 1100°C temperatures cooled by forced air. The tempering treatment were made at 450, 500 and 550°C temperatures. The heat treating alloy were compared, in the abrasive tests, with commercial alloys used as hardfacing by welding process in wear pieces. The abrasion tests was realized in pin on disk test. Additional tests were carried out for microstructural characterization to identify the differents phases presents in the alloys. In a general way, the alloy studied showed the best wear rate for the heat treatments that resulted in higher hardness. Its performance was superior than that of the commercial alloys.

Os mecanismos do desgaste e atrito que ocorrem durante o desgaste por deslizamento, bem como, a transição do regime do desgaste moderado para o desgaste severo, são influenciados pela força aplicada, rugosidade, temperatura e umidade, sendo estas variáveis frequentemente estudadas. Entretanto, a avaliação da remoção de debris durante o deslizamento e a influência do aditivo lubrificante, em regime limítrofe/quase seco (e.g. Ácido Esteárico C18H32O2) ainda são necessários maiores entendimentos sobre os mecanismos de desgaste e também a força na qual ocorre a transição do regime do desgaste moderado para o desgaste severo durante o deslizamento. Para os testes a seco, com e sem a remoção dos debris, foram realizados ensaios tribológicos convencionais com as duas durezas de disco, 435 e 530 HV30. Os resultados mostraram que a transição do regime de desgaste é influenciada pela dureza e pela remoção dos debris. A influência da dureza é observada apenas quando os ensaios convencionais são realizados, nos quais foi observado que o aumento da dureza do contra corpo estende a transição do desgaste moderado para o severo em forças maiores. A remoção dos debris aumenta a extensão da força para ocorrer a transição moderado/severo. Para os testes lubrificados, foram realizados ensaios com a dureza de disco de 530 HV, variando a concentração do ácido esteárico. Os resultados mostram que o aumento da concentração do aditivo e da força normal aplicada são varáveis determinantes para a redução do coeficiente de atrito. A ação do aditivo lubrificante é fundamental nas forças baixas, sendo que nas forças elevadas apenas o aumento da força normal é suficiente para manter o baixo coeficiente de atrito. Adicionalmente, para as elevadas forças aplicadas, o filme lubrificante falha em função do tempo de deslizamento, e maiores concentrações de aditivo são necessárias para manter o coeficiente de atrito constante. / The wear and friction mechanisms that occur during the sliding wear, as well as the transition from mild to severe wear regimes are influenced by the normal load applied, roughness, temperature and humidity, the variables more frequently studied. However, the assessment of debris removal during the sliding wear and oil influence with lubricant additive (e.g. Stearic Acid C18H32O2) in the boundary/dry lubrication needs further understanding of the mechanisms and the load that occur a wear transition from mild to severe wear. The aim in this work is the characterization and evaluation the contact surface without debris in sliding surface (cleaning of the wear track) and the wear surface in boundary lubrication tests. The materials studied are: the pin AISI 4140 - 435 HV30 steel and the disc AISI H13 - 435 e 530 HV30 steel. Firstly were made conventional tribological tests with two disc hardness. Then, tests with the cleaning of the wear track were made. The results showed that the hardness and the absence of debris influence in the wear transition regime. The hardness influence is observed only when the conventional tests were made. When the counter body hardness increased, the transition from mild to severe wear extends to greater loads. The debris influence was evidenced in tests with the cleaning of the wear track, and showed that greater loads are needed from mild to severe wear transition. For the lubricated tests, the hardness of the disk was 530 HV. The results shown that the concentration of the lubricant additive and the normal load applied are determinant variables to decreasing the friction coefficient. The lubricant additive action is critical in low loads, and in high loads only the increasing of the load is needed to maintain the low friction. In addition, in the high load applied, the failure of the lubricant film occurs with the increase of the sliding time, and higher additive concentrations are needed to maintain constant the friction coefficient.

Neste trabalho, estudaram-se os mecanismos de desgaste por deslizamento dos aços AISI 304 e AISI 316 em função da carga normal (de 6 N a 20 N) e da velocidade tangencial (de 0,07 m/s a 0,81 m/s). De acordo com o planejamento fatorial 23, realizaram-se ensaios de desgaste em equipamento convencional, do tipo pino-contra-disco. Foram usadas técnicas de análise das superfícies e das partículas após o desgaste: microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X, espectroscopia Mössbauer, rugosidade, temperatura e dureza instrumentada. Concluiu-se que os mecanismos de desgaste por deslizamento para os aços AISI 304 e AISI 316 são dominados pela deformação plástica (desgaste por oxidação de partículas metálicas, desgaste adesivo e desgaste misto). A variação da taxa de desgaste dos dois materiais dependeu do efeito da interação entre os níveis de carga normal e velocidade tangencial. Por meio do planejamento composto central, foi possível obter um modelo empírico da variação da taxa de desgaste em função da carga normal e da velocidade. / In this work, sliding wear mechanism of AISI 304 and AISI 316 austenitic stainless steels were studied as a function of the applied load (from 6 N to 20 N) and the tangential velocity (from 0.07 m/s to 0.81 m/s). Following the 23 factorial design, wear experiments were performed using a conventional pin-on-disc machine. Worn surfaces and wear debris analysis techniques were used: scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy, stylus profiling, surface temperature measurement and instrumented indentation. Plasticity-dominated wear (metallic debris oxidation, adhesive wear and mixed wear) are the sliding wear mechanisms for AISI 304 and AISI 316 steels. The wear rate behavior depended on interaction effect between applied load and tangential velocity. An empirical model of wear rate as a function of applied load and tangential velocity was obtained by means of the central composite design.

Neste trabalho, estudou-se a viabilidade da aplicação de revestimentos de ferro fundido branco multicomponente (FFBMC) pelo processo de aspersão térmica por chama hipersônica (HVOF). A melhor condição de aspersão, variando-se a vazão e razão dos gases oxigênio e propano, a distância de aspersão e a granulometria do pó, foi utilizada para aplicação dos revestimentos em substratos de aço e de FFBMC com e sem preaquecimento. Caracterizaramse os revestimentos de FFBMC em relação ao teor de carbono, temperatura final, espessura, porosidade, dureza, aderência, perda de massa, coeficiente de atrito e mecanismo de desgaste abrasivo. Os revestimentos com menor porosidade e maior dureza foram aqueles depositados com razão oxigênio/propano de 4,6, 200 mm de distância de aspersão e granulometria entre 20 e 45 μm. Com esses parâmetros obtiveram-se revestimentos com aderência de 84 MPa, em substratos de aço sem preaquecimento e temperatura final de 200 °C, sendo que o fator mais importante no valor da aderência foi a temperatura final do revestimento. Além disso, a perda de massa foi semelhante aos valores obtidos para amostras de FFBMC fundidas, temperadas e revenidas. Os fatores responsáveis por estes valores foram a eliminação da austenita retida e a sinterização das partículas do revestimento quando as amostras foram temperadas e revenidas. O mecanismo de desgaste predominante foi o microcorte associado à fratura das lamelas próximas das partículas não fundidas, poros de aspersão e dos vazios formados no processo de desgaste. Considerando os níveis de aderência e perda de massa obtidas neste trabalho é viável a aplicação de FFBM por aspersão térmica HVOF. / In this work, the viability of the application of multicomponent white cast iron coatings was studied using high velocity oxygen fuel thermal spray process. The best spray condition, varying the oxygen and propane flow rate, the oxygen/propane ratio, the spraying distance and the powder size, was used for the application of coatings in steel and multicomponent white cast iron substrates with and without preheating. Carbon content, final temperature, thickness, porosity, hardness, adherence, mass loss, friction coefficient and abrasive wear mechanism of the coatings were characterized. The coatings that presented lower porosity and greater hardness were those deposited with oxygen/propane ratio of 4.6, spraying distance of 200 mm and powder size between 20 and 45 μm. With these parameters, coatings with adherence of 84 MPa in steel substrate, without preheating and final temperature of 200 °C, were obtained. The final temperature was identified as the most important factor for the adherence value. Moreover, the coating mass loss was similar to the multi-component white cast iron substrate tempered and annealed. The factors responsible for the high adherence and lower mass loss were the elimination of the retained austenite and the sintering of particles of the coating when the samples were tempered and annealed. The predominant wear mechanism was microcutting associated with the fracture of the lamellae near to unmelted particles, pores of spraying process and the voids formed in the wear process. Considering the levels of adherence and mass loss verified in this work, the application of multicomponent white cast iron coatings using high velocity oxygen fuel thermal spray process is viable.

O sistema tribológico anel/cilindro é considerado de elevada complexidade. Condições de regime de lubrificação limítrofe, mista e hidrodinâmica se intercalam devido às cargas alternadas e velocidades variáveis do sistema. As elevadas temperaturas envolvidas e a presença de substâncias corrosivas e de outros contaminantes também contribuem para a ocorrência de diferentes intensidades e mecanismos de desgaste ao longo do cilindro. Apesar dos significativos avanços na avaliação do desgaste em cilindros de motores, algumas questões permanecem em aberto, tais como: Quais são os principais causadores do desgaste por abrasão em motores flex-fuel? Quais são os principais mecanismos de endurecimento atuantes em cilindros de motores flex-fuel? É possível que o ponto morto superior (PMS) não seja a região do cilindro com maior desgaste? É possível estimar o desgaste de cilindros de motores considerando apenas alterações topográficas em nível de rugosidade? O folded metal pode afetar significativamente o desgaste de cilindros de motores? Como este defeito é formado? Estas e outras perguntas são respondidas ao longo deste trabalho. Para tanto, o presente trabalho avalia o desgaste em cilindros de motores de combustão interna por meio de duas vertentes, sendo elas: o mapeamento de modos e mecanismos de desgaste e a quantificação do desgaste via perda volumétrica. Além disso, são investigadas eventuais causas de intensificação do desgaste e possíveis modos de minimização do desgaste. Os efeitos das alterações topográficas decorrentes do desgaste no desempenho do motor também são analisados. O método da perfilometria óptica foi utilizado nas análises de quantificação do desgaste com o propósito de avaliar a perda volumétrica de material em diferentes regiões do cilindro. Para tanto, dez diferentes métodos para estimativa de desgaste foram propostos. Embora a maior parte dos trabalhos publicados utilize os vales como altura de referência para comparação entre superfícies antes e após o desgaste, o presente trabalho mostrou que melhores resultados para estimativa de desgaste de cilindros com acabamento do tipo plateau honing podem ser obtidos utilizando-se a altura correspondente ao Smr2 como referência absoluta. Contudo, a mesma altura de referência não apresentou resultados satisfatórios na quantificação de desgaste em cilindros com acabamento do tipo standard honing. Deste modo, constatou-se que a escolha do melhor método para estimativa do desgaste via perda volumétrica é altamente dependente do acabamento do cilindro. Verificou-se também no trabalho que os principais mecanismos de desgaste atuantes nos cilindros do motor flex-fuel são desgaste por abrasão e por reações triboquímicas, com participação menos expressiva de desgaste por fadiga de contato e por adesão. Neste mesmo motor, verificou-se também que o desgaste por abrasão ocorreu principalmente devido à ação abrasiva de debris e/ou pela interação direta entre anel e cilindro, sendo que os produtos de combustão tiveram menor importância. Contudo, fatores como mau funcionamento do motor ou acabamento do cilindro podem afetar na contribuição da ação de resíduos do processo de combustão sobre o desgaste abrasivo total do cilindro. Verificou-se que o desgaste de cilindros de motores ocorre preferencialmente nas bordas dos sulcos de brunimento, de modo que a redução da quantia de folded metal pode contribuir significativamente para a redução do desgaste. Estudou-se também o efeito dual da grafita: como lubrificante sólido (o que contribui para a diminuição de atrito e desgaste do cilindro) e como concentradora de tensões (o que contribui para o aumento do desgaste). Além disso, verificou-se que grafitas também podem contribuir para o surgimento do defeito folded metal. Assim, sugere-se que a morfologia da grafita pode ser alterada de modo a se obter não apenas um material com maior resistência à fadiga, mas também uma superfície com menos defeitos superficiais e, consequentemente, com menor propensão ao desgaste. Constatou-se também que o tipo de óxido formado na superfície do cilindro pode afetar consideravelmente sua taxa de desgaste e, portanto, dependendo da composição do cilindro e das condições operacionais do motor, é possível que o PMS não seja a região do cilindro com desgaste mais acentuado. O trabalho também mostrou que os mecanismos de endurecimento atuantes em cilindros de motores flex-fuel são decorrentes de recristalização com refino de grão e encruamento. Finalmente, verificou-se por meio de simulações computacionais que o alisamento da topografia do cilindro (resultante do processo de desgaste) tende a aumentar o coeficiente de atrito na região de meio de curso do pistão e a diminuí-lo nos pontos de reversão. / The tribological system piston ring/cylinder bore is considered to be of high complexity. Due to the presence of alternate loads and variable speeds, boundary, mixed and hydrodynamic lubrication regimes occur at each stroke of the engine. High temperature and corrosive substances also contribute to the occurrence of different wear intensities and mechanisms in cylinder bores. Despite significant advances in the wear assessment of cylinder bores, some issues still remain, like: What are the main causes of abrasion in cylinder bores from flex-fuel engines? What are the main strengthening mechanisms in cylinder bores from flex-fuel engines? Is it possible that the top dead center (TDC) of the engine is not the region with highest wear? Is it possible to estimate wear of cylinder bores considering just topographic changes in roughness level? Can folded metal significantly affect the amount of wear in cylinder bores? How is this defect generated? These and other questions will be answered in this work. Therefore, the present work is focused on the analysis of wear in cylinder bores based upon two different approaches: the assessment of wear modes and mechanisms and the quantification of wear volume losses. Also, possible causes of wear intensification and possible ways of minimizing wear in cylinder bores will be investigated. The effects of topographic changes due to wear in engine performance will also be analyzed. The method of optical profilometry was used in the wear quantification of cylinder bores to assess wear volume losses in different regions of the cylinder. Therefore, ten different methods for wear estimation were proposed. Although most publications consider valleys as the reference height for comparison between surfaces before and after wear, the present work has shown that better results for wear estimation of plateau honed cylinder bores can be obtained by using the height corresponding to the Smr2 as absolute reference. However, the same reference height did not present satisfactory results in the wear quantification of cylinder bores honed with a standard honing. Therefore, this work has shown that the choice of the best method for wear estimation based on wear volume losses is highly dependent upon the cylinder bore surface finish. In this work, it was also verified that the main wear mechanisms in cylinder bores from flex-fuel engines are abrasion and tribochemical reaction, with less significant contribution of fatigue and adhesive wear. In the same engine, it was verified that abrasive wear was more affected by wear debris and/or by two body abrasion than from combustion products. However, some factors, like engine malfunction or cylinder bore surface finish can affect the contribution of residues from the combustion process in the total abrasive wear of the cylinder. It was also verified that wear occurs preferentially at the edges of honing grooves, so that the reduction in the amount of folded metal can significantly contribute to the wear reduction in cylinder bores. The dual effect of graphite was also studied: as solid lubricant (which contributes to decrease friction and wear) and as stress concentrator (which contributes to increase wear). Also, it was verified that graphite can contribute to the occurrence of folded metal. Therefore, it is suggested that graphite morphology can be changed in order to obtain not only higher fatigue life, but also a cylinder finish with lower amount of honing defects and, therefore, less prone to wear. The present work has also verified that the oxide composition in the cylinder surface can considerably affect its wear rate and, therefore, depending on cylinder chemical composition and engine operating conditions, it is possible that the TDC is not the region of the cylinder with the highest wear rates. It was also noticed that the strengthening mechanisms in cylinder bores from flex-fuel engines are resulting from recrystallization with grain refinement and strain hardening. Finally, it was verified by computational simulations that the surface smoothing of the cylinder (from engine wear) tends to increase the coefficient of friction (COF) in the middle region on the cylinder and to decrease it in top and bottom dead centers.

Neste trabalho, foi investigado o efeito do tamanho do abrasivo na resistência ao desgaste de cinco ligas metálicas. Foi usado, para este estudo, o equipamento pino contra lixa e alumina como abrasivo, com tamanho médio entre 16 µm e 192 µm. A microestrutura das ligas metálicas foi caracterizada com microscopia ótica e os mecanismos de desgaste abrasivo e os microcavacos (partículas de desgaste) foram caracterizados usando microscopia eletrônica de varredura (MEV). Em uma primeira série de experimentos, foi usado ferro fundido mesclado com carbonetos M3C (temperado e revenido a temperaturas entre 300 e 600°C). Para abrasivos pequenos, a perda de massa elevou-se com o aumento do tamanho do abrasivo. Entretanto, para abrasivos grandes, a perda de massa aumenta com inclinação menor e o mecanismo prevalente de desgaste é o microcorte. Para abrasivos maiores, o mecanismo prevalente de desgaste é microsulcamento. Em uma segunda série de experimentos, foi usado ferro fundido branco (FFB), com matrizes austenítica e martensítica. O FFB com matriz austenítica apresentou um tamanho crítico de abrasivo (TCA) de 36 µm e, para o ferro fundido martensítico, foi aproximadamente de 116 µm. A perda de massa do ferro fundido com matriz austenítica aumentou linearmente com o aumento do tamanho dos abrasivos, após o TCA a perda de massa aumenta com inclinação menor. O FFB martensítico, com menores tamanhos do abrasivo, apresentou um comportamento linear. Existe, porém, uma região de transição não-linear e achatada, quando o tamanho de partícula crítico é atingido, tornando-se independente do tamanho do abrasivo. Antes do TCA, o micromecanismo prevalente de desgaste foi microcorte e a lixa apresentou cavacos contínuos e finos e, após o TCA, o mecanismo prevalente de desgaste foi microsulcamento e apresentou cavacos descontínuos e deformados. O efeito do tamanho de abrasivo observado na perda de massa foi apresentado na energia especifica de corte e no coeficiente de atrito. Em uma terceira série de experimentos, foi usado alumínio e aço AISI 1045. O alumínio (estrutura cristalina cúbica de fase centrada) apresentou um comportamento similar ao observado no FFB com matriz austenítica, e o aço AISI 1045 apresentou um comportamento similar ao FFB com matriz martensítica. Verificou-se que, no alumínio e no aço AISI 1045, também se apresenta mudança na morfologia dos cavacos e nos micromecanismos de desgaste, observados nos materiais com segunda fase dura. Em uma quarta série de experimentos, foi usado o ferro fundido cinzento para corroborar a mudança dos micromecanismos de desgaste abrasivo e dos microcavacos com o TCA. O ferro fundido cinzento não apresentou uma transição (TCA) na curva de tamanho de abrasivo contra perda de massa. A morfologia dos cavacos foi similar para os diferentes tamanhos de abrasivos (descontínua). Para abrasivos menores, porém, apresentaram-se alguns cavacos contínuos e finos. O micromecanismo prevalente de desgaste abrasivo foi de microcorte para os diferentes abrasivos usados. Portanto, nesta pesquisa, foi demonstrado que o tamanho crítico de abrasivo está relacionado com os micromecanismos de desgaste e com a morfologia dos microcavacos. / In this research, the effect of abrasive size on the wear resistance of five metallic materials was investigated. Abrasive wear tests using a pin test on alumina paper were carried out using abrasive sizes between 16 µm and 192 µm. The wear surface of the specimens was examined by scanning electron microscopy for identifying the wear micromechanism and the type of microchips formed on the abrasive paper (wear debris). In a first series of experiments mottled cast iron samples with M 3 C carbides were tested. The samples were quenched and tempered in temperatures ranging from 300°C to 600°C. For small abrasive particles, the wear mass loss increased linearly with the increase of particle size. However, for higher abrasive sizes the wear mass loss increased much more slowly. For lower abrasive sizes the main wear mechanism was microcutting. For higher abrasive sizes, the main wear mechanism was microploughing. In a second series of experiments white cast iron with M 3 C carbide with austenitic and martensitic matrix were tested. The results show that the mass loss for cast irons with austenitic and martensitic matrices increases linearly with the increase of particle size until the critical particle size is reached. The cast iron with austenitic matrix presented a critical abrasive size of 36 µm and for the martensitic cast iron, the critical particle size was about 116 µm. After the critical particle size is reached, the rate of mass loss of the cast iron with austenitic matrix diminishes to a lower linear rate, and for cast irons with martensitic matrix the curve of mass loss is non-linear and flattens when the critical particle size is reached. It becomes, then, constant, independent of additional size increases. The abrasive paper in contact with the iron of both austenitic and martensitic matrices presents fine continuous microchips and the main wear mechanism was microcutting before reaching critical particle size, and after that it presents deformed discontinuous microchips and the main wear mechanism was microploughing. This behavior of change in rates after reaching a critical size happened not only for mass loss versus abrasive size, but it was also observed both in curves of friction coefficient and specific cutting energy versus abrasive size. In a third series of experiments aluminum and AISI 1045 steel were tested. The first (FCC structure) showed similar behavior to that observed in the white cast iron with austenitic matrix and the latter showed similar behavior to that observed in white cast iron with martensitic matrix. Both aluminum and AISI 1045 steel show similar changes in the microchips morphology and in the wear micromechanisms, something that had been observed before in materials with hard second phase. In a fourth series of experiments gray cast iron was tested in order to demonstrate the relationship between the abrasive wear micromechanisms and the type of microchips, before and after achieving critical abrasive size. The grey cast iron did not show a transition in the curve of abrasive size against mass loss. The morphology of the chips was similar for the different sizes of abrasive (discontinuous). However, smaller abrasive sizes some thin continuous microchips were formed. The main abrasive wear micromechanism was microcutting for the different abrasives sizes tested. Therefore, it was shown that the critical abrasive size is related to the wear micromechanisms and the microchips morphology.

Esta tese de Doutorado apresenta três estudos in vitro independentes. Na parte 1, avaliou-se a permeabilidade dentinária após tratamentos dessensibilizantes de consultório e a resistência destes à ciclagem erosiva-abrasiva de 5 dias; na parte 2, avaliou-se a permeabilidade dentinária após aplicação de cremes dentais dessensibilizantes e/ou anti-erosivos durante uma ciclagem erosiva-abrasiva de 5 dias; e na parte 3, avaliou-se a perda de superfície dentinária resultante da utilização dos cremes dentais dessensibilizantes e/ou anti-erosivos em um modelo de ciclagem erosiva-abrasiva inicial. Nas partes 1 e 2 os túbulos dentinários dos espécimes de dentina foram abertos com solução de EDTA e a permeabilidade máxima inicial foi analisada (considerada 100%). Na parte 1, os tratamentos dessensibilizantes de consultório foram realizados e a permeabilidade dentinária reavaliada (%Lp-após tratamento). Em ambos estudos, os espécimes passaram por uma ciclagem erosivaabrasiva de 5 dias. Cada dia consistiu em 4 imersões em ácido cítrico (2 min, 1%, pH ~2,6), com exposição à saliva humana clarificada por 60 min entre os desafios erosivos. Trinta minutos após o primeiro e último desafios erosivos, os espécimes foram escovados em máquina de escovação (2 N, 45 ciclos) totalizando 2 minutos de exposição às suspensões formadas por creme dental e saliva humana. Na parte 1, foi utilizado um creme dental fluoretado convencional para todos os grupos e na parte 2, cremes dentais de acordo com cada grupo. Ao final dos 5 dias de ciclagem, a permeabilidade dentinária final (%Lp-após ciclagem) foi avaliada. Os mesmos cremes dentais testados na parte 2 também foram testados quanto à perda de superfície (PS) na parte 3. Para isso, os espécimes tiveram duas partes das superfícies protegidas com uma fita adesiva de forma a deixar uma área central exposta e, então, foram submetidos a 5 ciclos de erosão-abrasão iniciais. Em cada ciclo os espécimes foram imersos em saliva artificial (60 minutos; pH 7), e em ácido cítrico (3 minutos; 1%; pH 3,6). Então, os espécimes foram escovados em máquina de escovação (2 N; 25 ciclos) com as suspensões formadas pela mistura dos cremes dentais com saliva artificial, totalizando 2 minutos de exposição às suspensões. Para cada estudo, os dados de %Lp e PS foram estatisticamente analisados. Parte 1: Os grupos NUPRO e Gluma Desensitizer foram os únicos que apresentaram menor %Lp quando comparados com controle negativo (p=0,026 e p=0,022; respectivamente), em ambos os tempos analisados. Parte 2: Os cremes dentais Regenerate e Sensodyne Pronamel apresentaram menor %Lp em comparação com o grupo controle negativo (p<0,05). Parte 3: Os grupos apresentaram diferentes graus de PS independente da indicação comercial, sendo o Elmex Erosion Protection, o único grupo com baixa PS que se diferenciou do controle positivo (p=0,031). Pode-se concluir que os tratamentos de consultório NUPRO e Gluma Desensitizer e os cremes dentais Regenerate e Sensodyne Pronamel foram os melhores em diminuir a %Lp, no modelo estudado. Em relação à PS, em um modelo de ciclagem erosiva-abrasiva inicial, os cremes dentais apresentaram diferentes graus de PS, independente da indicação comercial, tendo o Elmex Erosion Protection mostrado o resultado mais promissor. / This PhD thesis presents three independent in vitro studies. At part 1, dentine permeability was evaluated after in-office desensitizing treatments and their resistance to an erosive-abrasive cycling of 5 days; at part 2, dentine permeability was evaluated after application of desensitizing and/or anti-erosive toothpastes during an erosive-abrasive cycling of 5-day; and at part 3, dentine surface loss resulting from the use of desensitizing and/or anti-erosive toothpastes in an initial erosive-abrasive cycling model was evaluated. At parts 1 and 2 the dentinal tubules were opened with EDTA solution and the initial maximum permeability was analyzed (considered 100%). At part 1, the in-office desensitizing treatments were performed and the dentine permeability was reevaluated (%Lp-after treatment). In both studies, the specimens underwent a 5-day erosive-abrasive cycling. Each day consisted of 4 immersions in citric acid (2 minutes, 1%, pH ~ 2.6), and exposure to clarified human saliva for 60 minutes between the erosive challenges. Thirty minutes after the first and the last erosive challenge, the specimens were brushed in a brushing machine (2 N, 45 cycles) totalizing 2 minutes of exposure to the slurries formed by the mixture of toothpaste and human saliva. At part 1, a regular fluoride toothpaste was used for all groups and at part 2, the toothpastes were used according to each group. After the 5 days of cycling, the final dentine permeability (%Lp-after cycling) was evaluated. The same toothpastes tested at part 2 were also analyzed for surface loss (SL) at part 3. For this, the specimens had two parts of the surfaces protected with an adhesive tape leaving a central area exposed, and then were submitted to 5 cycles of initial erosion-abrasion. In each cycle, the specimens were immersed in artificial saliva (60 minutes, pH 7) and in citric acid (3 minutes, 1%, pH 3.6). Then, the specimens were brushed in a brushing machine (2 N, 25 cycles) with the slurries formed by the mixture of the toothpastes with artificial saliva, also totalizing 2 minutes of exposure to the slurries. For each study, the data of %Lp and SL were statistically analyzed. Part 1: The groups NUPRO and Gluma Desensitizer were the only ones that presented lower %Lp when compared to the negative control (p=0.026 and p=0.022, respectively), at both periods analyzed. Part 2: Regenerate and Sensodyne Pronamel toothpastes presented lower %Lp compared to the negative control group (p<0.05). Part 3: The groups showed different degrees of SL regardless of the claim of the toothpaste. Elmex Erosion Protection was the only group with low SL that differed from the positive control (p=0.031). It can be concluded that the in-office treatments NUPRO and Gluma Desensitizer, and the toothpastes Regenerate and Sensodyne Pronamel were able to significantly reduce the %Lp, in the model studied. Considering the SL, analyzed with an initial erosive-abrasive cycling model, toothpastes presented different degrees of SL, regardless of their claim, and Elmex Erosion Protection showed the most promising results.

Estudou-se o comportamento de desgaste sob deslizamento em múltiplos passes de pinos fixos de liga metálica friccionados contra discos rotativos de laminados compósitos de matriz polimérica fortalecidos com fibras contínuas de carbono (C), para distintas cargas aplicadas e temperaturas de ensaio. Determinou-se a perda de volume por desgaste dos diversos pares tribológicos, e avaliaram-se os principais aspectos das superfícies e dos produtos gerados durante o processo de desgaste. Concluiu-se que o par formado pelo aço inoxidável martensítico PH 15-5 e o laminado compósito termoplástico C-PPS (poli-sulfeto de fenileno) apresentou o menor desgaste na maioria das circunstâncias avaliadas. A liga Ti6Al4V foi a pior opção dentre os pinos metálicos, independentemente do laminado compósito empregado, devido à baixa resistência ao cisalhamento e alta rugosidade superficial do metal, a qual prejudicou o ancoramento de filmes poliméricos de transferência. O ótimo desempenho do aço PH resultou de sua alta dureza e da adequada rugosidade superficial para o efetivo ancoramento do filme de transferência. O laminado compósito C-PPS se mostrou mais susceptível às variações na carga de contato, enquanto que o C-EPX (Epóxi) foi mais sensível à temperatura de ensaio. Filmes poliméricos de transferência atuaram como lubrificante do sistema tribológico, preservando ambos o pino metálico e o disco compósito de um desgaste excessivo. A natureza dos produtos de desgaste, sua geometria, seu tamanho médio e sua distribuição de tamanhos dependeram fortemente do disco rotativo de laminado compósito e das condições de ensaio de desgaste, e afetaram sobremaneira, como terceiro corpo abrasivo, o subseqüente processo de desgaste dos pares de fricção metal-compósito. Os resultados obtidos são potencialmente úteis na especificação de juntas mecânicas aeronáuticas mais apropriadas de laminados compósitos de matriz polimérica unidos por intermédio de prendedores metálicos. / Multipass sliding wear behavior of static metal alloy pins rubbing against rotating carbon fiber reinforcing polymer matrix composite laminate disks has been studied for different applied loads and test temperatures. The volume loss due wear has been determined for several tribological metal / composite systems, and the main aspects of wear surfaces and debris have been evaluated. It has been concluded that the best performance was achieved in very most cases by the PH15-5 steel pin contacting the C-PPS (poly-phenylene sulphide) disk. The Ti6Al4V alloy displayed the worst performance among the metal pins, regardless the employed composite laminate, as a result of the metal´s low shear strength and high surface roughness, which impaired the formation of polymer transfer films. The outstanding performance of PH steel pins derived from its high hardness and proper surface roughness that favored the transfer film formation. The C-PPS composite laminate was more sensitive to contact load variations, whereas the C-EPX laminate was more susceptible to the test temperature. Polymer transfer films acted as lubricant in the tribological system, preserving both the metallic pin and the composite disk from wearing in excess. The nature of wear debris, their geometry, mean size, and size distribution strongly depended on the composite laminate disk as well as on testing conditions, and affected overwhelmingly, as third body abrasive particles, the subsequent wear process of metal / composite friction pairs. The obtained results are potentially useful for the specification of more equalized aircraft mechanical joints comprising polymer matrix composite laminates and metallic fasteners.