O desgaste erosivo provocado pelo impacto de partículas sólidas contra uma superfície é um fenômeno tribológico presente em muitos segmentos da indústria, como o de transporte, o aeronáutico, o de mineração, de geração de energia, entre outros. A metodologia mais usual para a determinação da taxa de desgaste é através da medição da perda de massa do material. Com o objetivo de aplicar uma técnica com potencial para a determinação da taxa de desgaste, este trabalho desenvolveu um equipamento dedicado e realizou ensaios preliminares de desgaste erosivo monitorados pela técnica de ensaio não destrutivo de emissão acústica (EA). Esta pode ser definida como uma técnica capaz de detectar ondas mecânicas geradas pela liberação de energia elástica acumulada no material. Foram realizados ensaios de desgaste erosivo com o objetivo de avaliar a capacidade do equipamento coletar os dados de EA e de correlacionar estes dados com o desgaste dos corpos de prova. Amostras de aço com baixo teor de carbono foram desgastadas pelo impacto de partículas angulares de óxido de alumínio suspensas em ar comprimido a três velocidades diferentes: 45, 57 e 67 m/s. O ângulo de impacto entre as partículas e a amostra foi ajustado em 30 graus e a temperatura de ensaio em aproximadamente 20°C. A taxa de desgaste apresentou variação com a velocidade de impacto em concordância com a energia cinética das partículas erodentes e o parâmetro RMS de EA mostrou sensibilidade à variação da velocidade de impacto das partículas e ao desgaste da amostra erodida. A taxa de sinais de EA coletados no tempo apresentou correlação com o fluxo de partículas colidindo com a amostra, bem como os parâmetros de energia, tempo de subida e duração do sinal. / The erosive wear caused by impact of solid particles against a surface is a tribological phenomenon present in many segments of the industry, such as transportation, aerospace, mining, power generation, among others. The most usual method to set the wear rate is by measuring the mass loss of the material. In order to apply one technique with potential to determine the rate of erosion wear, this study developed a dedicated equipment and conducted preliminary erosion tests monitored by nondestructive testing known as acoustic emission technique (AE). This can be defined as a technique able to detect mechanical waves generated by the release of elastic energy accumulated in the material. Erosion testes were performed in order to evaluate the ability of equipment to collect data from AE and to correlate these data with the wear of the specimens. Samples of low carbon steel eroded by the impact of angular aluminum oxide particles suspended in air at three different velocities: 45, 57 and 67 m/s. The impact angle between the particles and the sample was set at 30 degrees and the test temperature at approximately 20°C. The wear rate has changed with the velocity in accordance with the kinetic energy of the particles and the AE parameter RMS showed sensitivity to the variation of particle impact velocity and to the wear of the sample eroded. The rate of AE signals collected over time correlated with the flow of particles striking the sample, and with the parameters of energy, rise time and duration of the signal.

O presente trabalho discute o comportamento tribológico do politetrafluoretileno (PTFE), polímero amplamente utilizado na indústria em inúmeras aplicações tribológicas sem lubrificação, de onde se pode destacar sua utilização em mancais de deslizamento. Fez-se uma revisão bibliográfica buscando entender quais os principais parâmetros que influenciam o atrito cinético e os mecanismos que operam em polímeros. Foram realizados, ensaios de longa duração, em uma máquina de atrito cinético, desenvolvida e construída no Laboratório de Superfícies e Contato (LASC) da UTFPR, na qual uma bucha polimérica desliza, sem lubrificação, sobre um eixo metálico. Esta condição simula a aplicação real do PTFE como mancal de deslizamento. Tais procedimentos experimentais são fundamentais para a completa análise das características e do desempenho dos materiais poliméricos em aplicações tribológicas, que normalmente se mostram de maneira complexa. Nos ensaios observou-se que os parâmetros de coeficiente de atrito cinético e de temperatura estabilizam após 80 minutos. Sendo que o primeiro parâmetro diminuiu com incrementos de carregamento normal. Já a temperatura manteve proporcionalidade com o produto do coeficiente de atrito cinético e da raiz quadrada da força normal aplicada. Realizaram-se análises das superfícies, antes e após ensaios, através de técnicas de Interferometria de luz branca, microscopia eletrônica de varredura, FTIR e DSC. Observou-se que os mecanismos de desgaste que operaram foram: o adesivo e o abrasivo, sendo que houve domínio do primeiro. As superfícies do aço inoxidável tiveram alterações sutis, enquanto as superfícies do PTFE sofreram modificações drásticas. Os valores da taxa de desgaste mássico média do PTFE foi proporcional à raiz quadrada da força normal aplicada e o coeficiente adimensional de desgaste de Archard para o sistema teve aproximação satisfatória com os valores disponíveis na literatura. Verificou-se que as partículas de desgaste geradas se mesclaram formando filmes multicamadas, os quais foram expulsos do contato com a sequência do ensaio. Estes filmes multicamadas apresentam aspecto translúcido, aumento do grau de cristalinidade em relação ao material original e alterações nos espectros de infravermelho. Estas alterações sugerem a ocorrência de substituições de flúor por hidrogênio na estrutura do PTFE durante os ensaios. / This work discusses the tribological behavior of polytetrafluoroethylene (PTFE), a polymer widely used in industry for many tribological applications without lubrication, from where you can highlight its use as plain bearings. A literature review was done to understand the main parameters that influence kinetic friction and wear of polymers and the wear mechanisms that operate in these materials. Long tests duration were conducted on a machine of kinetic friction, developed and built at the Laboratory for Surface and Contact (LASC) UTFPR, in which a polymer bushing slides without lubrication on a metal shaft. This condition simulates a real application of PTFE as bearing. These experimental procedures are fundamental to the complete analysis of the characteristics and performance of polymeric materials in tribological applications, which usually show a complex behavior. In the tests was observed that the parameters of kinetic friction coefficient and temperature stabilized after 80 minutes. The first parameter decreased with the normal load and the temperature, in its turn, kept proportional with the product of kinetic coefficient of friction and the square root of the applied normal force. Analyses were performed on the surfaces, before and after tests, using techniques of white light interferometry, scanning electron microscopy, FTIR and DSC. It was found that the wear mechanisms which operated were: adhesive and abrasive, and the first one was dominant. The stainless steel surfaces had subtle changes, while the PTFE surfaces had drastic changes. The values for the PTFE mass wear rate were proportional to the square root of the applied normal force and the dimensionless coefficient of wear for the system had satisfactory approximation to the values available in the literature. It was found that the wear particles merged in multilayer films. These multilayer films were expelled from contact with the test sequence and exhibit translucent appearance, increasing the degree of crystallinity than the material and changes in the infrared spectra. These changes suggest the substitutions occurrence of fluorine for hydrogen in the structure of PTFE during tests.

Capes / Neste trabalho estudou-se a influência de parâmetros de rugosidade e propriedades mecânicas de um aço AISI H13 no coeficiente de atrito estático, ensaiado no sistema plano inclinado. Como contra corpo foi utilizado um recobrimento de cromo duro, considerado idealmente liso. O coeficiente de atrito foi relacionado com a área real de contato, tendo como dados de entrada parâmetros de rugosidade bidimensionais. A rotina de cálculo proposta por McCool (1987) foi aplicada para obtenção de uma estimativa de área de contato, utilizando os parâmetros Rq (rugosidade média quadrática) e RDq (inclinação média quadrática). Foram estudados três conjuntos de amostras, com acabamento superficial produzido por retificação plana e durezas distintas, produzidas por tratamentos térmicos aos corpos de prova. A variação da dureza foi obtida por meio de diferentes temperaturas de duplo revenimento: 540, 600 e 640 °C. Os ensaios de plano inclinado foram conduzidos em uma velocidade de 0,33°/s e uma carga aplicada produzida pelo peso próprio da amostra. Um sensor de movimento é acoplado ao equipamento para detectar o início do deslizamento e permitir a medida de ângulo neste instante. Para análise dos resultados, cada conjunto de amostras foi considerado como sendo diferente em função do tratamento térmico. Além disso, subconjuntos de amostras foram distinguidos em função do parâmetro Rq, por se tratar de um parâmetro médio e que é utilizado diretamente no cálculo da área real de contato. Dessa forma, para cada condição metalúrgica, pode-se verificar a variação do coeficiente de atrito estático com as propriedades mecânicas e superficiais. Foi verificado que, a dureza não apresentou influência no coeficiente de atrito estático, porem, a combinação das propriedades mecânicas e superficiais representada pelo índice de plasticidade apresenta uma relação direta. / In this work was studied the influence of roughness parameters and mechanical properties of the steel AISI H13 in the coefficient of static friction tested in the inclined plane method. The counterbody used was a coating of hard chrome, considered ideally smooth. The coefficient of friction was related to the real area of contact, taking as input bi-dimensional roughness parameters. The routine calculation proposed by McCool (1987) was applied to obtain an estimate of contact area, using the parameters Rq (root mean square roughness) and Rdq (mean square slope). Three sets of samples were studied, with surface finish produced by grinding flat and different hardness, produced by heat treatments to the samples. The variation of hardness was obtained by different double tempering temperatures: 540, 600 and 640 ° C. The inclined plane tests were conducted at a speed of 0.33 °/s and an applied load produced by the self weight of the body. A motion sensor is attached to the equipment to detect the onset of slip and allow the measure of angle instantly. To analyze the results, each set of samples was considered different depending on the heat treatment. In addition, subsets of samples were distinguished in accordance with Rq parameter, because it is an average parameter and it is used directly to calculate the real area of contact. Thus, for each metallurgical condition was possible to see, the variation of the coefficient of static friction with mechanical and surface properties. It was verified that the hardness had no effect on the coefficient of static friction, however, the combination of mechanical and surface properties represented by the plasticity index has a direct relationship.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:57:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarcosSA_TESE.pdf: 2204560 bytes, checksum: f5d73bc23810f679641a247536d26b8a (MD5) Previous issue date: 2012-01-30 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The present work consists in the analysis of tribologycal properties of basic and multifunctional knitted fabrics. This knowledge has fundamental importance for the textile industry since it can quantify, in an objective way, the tactil. The fabrics used were characterized by friction and mechanical tests for determining the viscoelastic region, wear resistance and friction coefficient of the fabrics used. The stress-strain curve was obtained by the method Kawabata, KES-FB1. Wear tests performed with the aid of equipment Martindale. The measurement of friction coefficient, two methods were used and analyzed comparatively. The first was a method already established worldwide known as KES-FB4 and the second was an innovative method called FRICTORQ, developed by the University of Minho. These two methods were compared taking into account the relative motion between the tribologycal pairs are different from each method. While the first motion is translational, the second is rotational. It was formal that the knitted had a multifunctional fabrics tribologycal performance which was better than the basic knitted fabrics, as the viscoelastic region, was laager highlighting a multifunctional structure, with greater wear resistance mainly on the back side of the knitted fabrics and lower friction coefficient. Performing a comparative analysis between two methods used to measure the friction coefficient, it was formal that both methods were consistent in terms of results. In operational terms, the FRICTORQ showed ease of operation and increased reproducibility of results / O presente trabalho consiste nas an?lises das propriedades tribol?gicas de tecidos de malhas b?sicas e de malhas multifuncionais. Esse conhecimento ? de fundamental import?ncia para a ind?stria t?xtil uma vez que pode quantificar, de forma objetiva, o sentido do toque. Os tecidos utilizados foram caracterizados atrav?s de ensaios mec?nicos e de atrito, para determina??o da regi?o viscoel?stica, resist?ncia ao desgaste e coeficiente de atrito. A curva tens?o-deforma??o foi obtida pelo m?todo Kawabata, KES-FB1. Ensaios de desgaste foram realizados com aux?lio do equipamento Martindale. Para a medida do coeficiente de atrito, nos dois m?todos que foram utilizados e analisados comparativamente. O primeiro m?todo j? consolidado mundialmente, denominado KES-FB4 e o segundo m?todo inovador, denominado FRICTORQ, desenvolvido pela Universidade do Minho. Esses dois m?todos foram comparados levando-se em considera??o que os movimentos relativos entre os pares tribol?gicos s?o diferentes em cada m?todo. Enquanto no primeiro o movimento ? translacional, no segundo ? rotacional. Verificou-se que as malhas multifuncionais apresentaram um desempenho tribol?gico superior ?s malhas b?sicas, determinadas pela maior regi?o viscoel?stica, destacando a estrutura multifuncional, maior resist?ncia ao desgaste principalmente no lado avesso das malhas e menor coeficiente de atrito. Analisando comparativamente os dois m?todos utilizados para medi??o do coeficiente de atrito, verificouse que ambos foram consistentes em termos de resultados. Em termos operacionais, o FRICTORQ foi o que apresentou maior facilidade de opera??o e maior reprodutibilidade dos resultados

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SuelsonDFM_DISSERT.pdf: 3898058 bytes, checksum: 85578e98eca2ae4f89d7ebd20d9c5e06 (MD5) Previous issue date: 2010-09-23 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / It is analyzed through the concepts of tribology and mechanical contact and damage the suggestion of implementing a backup system for traction and passage of Pipeline Inspection Gauge (Pig) from the inside of pipelines. In order to verify the integrity of the pipelines, it is suggested the possibility of displacement of such equipment by pulling wires with steel wires. The physical and mechanical characteristics of this method were verified by accelerated tests in the laboratory in a tribological pair, wire versus a curve 90. It also considered the main mechanisms of wear of a sliding system with and without lubricant, in the absence and presence of contaminants. To try this, It was constructed a test bench able to reproduce a slip system, work on mode back-and-forth ("reciprocation"). It was used two kinds of wires, a galvanized steel and other stainless steel and the results achieved using the two kinds of steel cables were compared. For result comparative means, it was used steel cables with and without coating of Poly Vinyl Chloride (PVC). The wires and the curves of the products were characterized using metallographic analysis, microhardness Vickers tests, X-ray diffraction (XRD), X-Ray Refraction (XRF) and tensile tests. After the experiments were analyzed some parameters that have been measurable, it demonstrates to the impracticality of this proposed method, since the friction force and the concept of alternating request at the contact between the strands of wire and the inner curves that are part ducts caused severe wear. These types of wear are likely to cause possible failures in future products and cause fluid leaks / Analisa-se, por interm?dio dos conceitos da tribologia e da mec?nica do contato e do dano, a sugest?o de implanta??o de um sistema alternativo para tracionamento e passagem de Pipeline Inspection Gauge (Pig) pelo interior de dutos. Com o intuito de verificar a integridade dos dutos, sugere-se a possibilidade de realizar o deslocamento destes equipamentos atrav?s de tracionamento com fios de arames de a?o. ?s caracter?sticas mec?nicas e f?sicas deste m?todo proposto foram verificadas atrav?s de ensaios acelerados em laborat?rio, em um par tribol?gico, arame versus uma curva de 90?. Estudam-se tamb?m, os principais mecanismos de desgastes de um sistema deslizante, com e sem lubrificante, na aus?ncia e na presen?a de contaminantes. Para esse fim foi constru?da uma bancada de ensaio para testes em laborat?rio, capaz de reproduzir um sistema de deslizamento, com movimento alternado em modo de vai-e-vem ( reciprocation ). Foram utilizados dois tipos de fios de arame, um de a?o galvanizado e outro de a?o inoxid?vel. Utilizou-se como forma comparativa de resultados cabos de a?os com e sem revestimento de Poli Cloreto de Vinila (PVC). Os fios de arame e as curvas dos dutos foram caracterizados atrav?s de an?lise metalogr?fica, an?lise de microdureza Vickers, dos ensaios de difra??o de raios-x (XRD), refra??o de raios-x (XRF), e de ensaios de tra??o. Ap?s a realiza??o dos ensaios analisam-se alguns par?metros que foram mensur?veis e evidencia-se o processo de desgaste por Delamina??o entre os pares tribol?gicos envolvidos. Associa-se essa forma de desgaste a for?a de atrito e a concep??o da solicita??o alternada no contato entre os fios de arames e a parede interna das curvas que fazem parte dos dutos. Estes tipos de desgastes ir?o ocasionar poss?veis falhas nos dutos e originar futuros vazamentos de fluidos

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ManoelFOF_DISSERTCP.pdf: 4342544 bytes, checksum: aea44959b05b87d14d463b3b07cde70c (MD5) Previous issue date: 2011-01-31 / The aim of this study was investigate the consolidation of the biodiesel fuel used in (a) engines of urban and intercity bus companies, (b) a stationary engine. It was necessary to investigate and analyze, technologically, if the biodiesel fuels were presenting troubleshooting relative to wear of parts lied to fuel and to evaluate the consumption fluctuations of this fuel. The urban and intercity bus companies, localized in Natal, Rio Grande do Norte state, Brazil, had 41 and 12 vehicles, respectively. It were analyzed datasheet of each one vehicle during three years, since 2008 until 2010 and were interviewed the management of the maintenance team of bus companies relative to aspects concerning the substitution of the diesel fuel by the B5 biodiesel. The second aim of this study was visually inspect the wear of the parts directly lied to combustion process. For this reason, it was investigated a stationary engine, manufactured by Branco BD5, 5 HP of power, fueled by (a) diesel, (b) biodiesel B5, (c) biodiesel B20 and (d) diesel or biodiesel, both contaminated by distilled water. In this engine, its power utilizing biodiesel B5 versus diesel was lower about 5.2% and, in the investigated case of B20 versus diesel, it was lower around 11.5% / Investigou-se a consolida??o do uso do biodiesel em (a) motores de duas frotas de ?nibus, uma urbana e uma intermunicipal e (b) um motor estacion?rio. Entende-se serem necess?rios estudos para se observar, do ponto de vista tecnol?gico, se o uso do biodiesel apresenta problemas quanto ao desgaste das pe?as diretamente envolvidas com o combust?vel e tamb?m observar as flutua??es, para mais ou para menos, do consumo espec?fico desse combust?vel. As frotas de ?nibus urbana e intermunicipal, sediadas em Natal RN - Brasil, possu?am 41 e 13 ve?culos, respectivamente. Foram analisadas as planilhas de cada ve?culo no per?odo de tr?s anos, de 2008 a 2010 e entrevistados os respons?veis pela manuten??o e condu??o da frota para observar os relatos dos mesmos quanto aos aspectos resultantes da substitui??o do ?leo diesel pelo B5. O segundo objetivo deste estudo foi inspecionar visualmente o desgaste das pe?as diretamente envolvidas no processo da combust?o. Para isso, utilizou-se um motor estacion?rio da marca Branco BD5, pot?ncia de 5 CV, abastecido por (a) diesel, (b) biodiesel B5, (c) biodiesel B20 e (d) diesel ou biodiesel contaminado com ?gua destilada. Nesse motor, sua pot?ncia utilizando B5 versus diesel demonstrou ser inferior em 5,2% e, no caso investigado de B20 versus diesel, inferior em 11,5%

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RamsesOCL_DISSERT.pdf: 6940131 bytes, checksum: ccaad3b0fc7afbcfa4cdd535d7f2c612 (MD5) Previous issue date: 2011-07-29 / This work presents the results, analyses and conclusions about a study carried out with objective of minimizing the thermal cracks formation on cemented carbide inserts during face milling. The main focus of investigation was based on the observation that milling process is an interrupted machining process, which imposes cyclic thermal loads to the cutting tool, causing frequent stresses changes in its superficial and sub-superficial layers. These characteristics cause the formation of perpendicular cracks from cutting edge which aid the cutting tool wear, reducing its life. Several works on this subject emphasizing the thermal cyclic behavior imposed by the milling process as the main responsible for thermal cracks formation have been published. In these cases, the phenomenon appears as a consequence of the difference in temperature experienced by the cutting tool with each rotation of the cutter, usually defined as the difference between the temperatures in the cutting tool wedge at the end of the cutting and idle periods (T factor). Thus, a technique to minimize this cyclic behavior with objective of transforming the milling in an almost-continuous process in terms of temperature was proposed. In this case, a hot air stream was applied into the idle period, during the machining process. This procedure aimed to minimize the T factor. This technique was applied using three values of temperature from the hot air stream (100, 350 e 580 oC) with no cutting fluid (dry condition) and with cutting fluid mist (wet condition) using the hot air stream at 580oC. Besides, trials at room temperature were carried out. Afterwards the inserts were analyzed using a scanning electron microscope, where the quantity of thermal cracks generated in each condition, the wear and others damages was analyzed. In a general way, it was found that the heating of the idle period was positive for reducing the number of thermal cracks during face milling with cemented carbide inserts. Further, the cutting fluid mist application was effective in reducing the wear of the cutting tools. / Este trabalho apresenta os resultados, an?lises e conclus?es de um estudo realizado com objetivo de minimizar o processo de forma??o e evolu??o de trincas de origem t?rmica em insertos de metal duro usados no fresamento frontal. O foco principal da pesquisa baseou-se na observa??o de que, por ser um processo de corte interrompido, o fresamento imp?e um carregamento t?rmico c?clico ? ferramenta de corte, conduzindo a frequentes varia??es de tens?es nas camadas superficial e sub-superficial de seu gume cortante. Tal caracter?stica leva ? forma??o de trincas no substrato, perpendiculares a aresta de corte, as quais auxiliam na acelera??o do desgaste e no fim de vida da ferramenta. Muitos trabalhos foram publicados sobre o assunto enfatizando a ciclagem t?rmica imposta pelo processo de fresamento como a principal causa da forma??o das trincas t?rmicas. Neste caso, o fen?meno surge como conseq??ncia da diferen?a de temperatura sofrida pela ferramenta de corte a cada giro da fresa, normalmente definida pela diferen?a entre as temperaturas no gume cortante imediatamente ao final das fases ativa e inativa (fator T). Assim, prop?s-se neste trabalho uma t?cnica que visa amenizar esta ciclagem t?rmica caracter?stica, por aproximar o fresamento frontal de um processo quase cont?nuo do ponto de vista t?rmico. Neste caso, um jato de ar quente foi aplicado na fase inativa da fresa durante todo o processo de usinagem, com objetivo de minimizar o fator T. Esta t?cnica foi aplicada usando tr?s valores de temperatura do jato de ar, 100, 350 e 580 ?C na condi??o a seco e 580?C na condi??o com fluido de corte aplicado por n?voa. Al?m disso, tamb?m foram realizados ensaios a temperatura ambiente. Ao final dos ensaios de fresamento, os insertos foram conduzidos a um microsc?pio eletr?nico de varredura, onde a quantidade de trincas t?rmicas geradas em cada condi??o, o desgaste e demais avarias foram analisadas. De maneira geral, observou-se que o aquecimento da fase inativa forneceu resultados positivos na redu??o da quantidade de trincas t?rmicas no fresamento frontal com insertos de metal duro. Al?m disso, a aplica??o de fluido de corte por n?voa foi eficaz na diminui??o do desgaste das ferramentas de corte ensaiadas.

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.

In this thesis, the behavior of pearlitic steel was characterized under controlled wear conditions in the laboratory and service conditions in two ore mining stages, comminution and transportation. The thesis consists in three experimental chapters, divided according to the tribosystems analyzed. On all the chapters Electro Microscopy techniques for the microstructural analysis were employed. Scanning Electron Microscopy (SEM), Focused Ion Beam (FIB-SEM), Electron Backscatter Diffraction (EBSD) and Transmission Electron Microscopy (TEM) were used. The first experimental chapter shows the analysis of the pearlite under abrasive wear with loose abrasive particles in multi-events conditions. The sample was taken from Semi-Autogenous Grinding mills (SAG) and experimental simulation was carried out in laboratory using the Dry Sand Rubber Wheel Abrasion Test (DSRW). The results show a polycrystalline layer formation in both cases, characterized by ultra-fine grains of ferrite in the layer closer to the surface. It was also concluded that the DSRW can simulate the wear produced on field (superficial and microstructural features) in conditions of higher normal load than recommended by the ASTM Standard G65. The second experimental chapter explores the characterization of the microstructure after the indenter pass in scratch test using two conditions of normal load applied and five sequences of scratch. The microstructural analysis shows the formation of two subsuperficial layers identified by the level of the microstructural alterations. In the subsuperficial layer (close to the surface), the formation of new ultra-fine grains of ferrite was observed. A second layer was observed deeper in the sample and denominated as layer of the microstructure transition, characterized by the combination of deformed (reduction of the interlamellar spacing) and pearlite colonies not affected plastically by the mechanical loading. On this layer, the crystallographic texture in RD // in samples tested at 4 N (normal load) and one-pass scratch was determined. Later, on this chapter, the microstructure in a ground rail (industrial procedure characterized as a multi-event scratch test) was analyzed. Two grinding conditions were used for the analysis with variation of the grinding linear speed and load on the grinding stones (discs). The combination of low grinding speed and high load promotes a higher deformed layer formation beneath the patch zone and low randomized orientation of the pearlite colonies. Finally, in the third experimental chapter, the pearlitic characterization was concluded with the study of samples of railway wheel and rail under wear in service and Rolling Contact Fatigue (RCF) in laboratory. The laboratorial simulation was carried out using the twin-disc rolling contact tribometer with a variation of number of cycles. The characterization of railway wheel shows that the WEL is characterized by levels of breaking and aligned cementite and zones with dissolution of the carbon atom in the ferrite to form the supersaturated carbon ferrite. The polycrystalline ferrite formation (ultra-fine grains) in the sub-superficial layer and it was identified a preferential orientation of RD // in the layer of microstructural transition. The results of the laboratory test show surface crack nucleation and propagation at low angle in the more severe deformed layer. The microstructure of the layer consists in polycrystalline ferrite and the cementite dissolution. / Nesta tese foi caracterizado o comportamento do aço perlítico em condições controladas de desgaste em laboratório e em serviço em dois estágios do processo de mineração de minério, cominução e transporte ferroviário. A tese consiste em três capítulos experimentais divididos segundo o tribosistema analisado. Em todos os capítulos do trabalho foi utilizada a técnica de microscopia eletrônica para análise microestrutural. Foi utilizado Microscopia eletrônica de varredura (MEV), Focused Ion Beam (FIB-SEM), Electron Backscatter Diffraction (EBSD) e Microscopia eletrônica de transmissão (MET). O primeiro capítulo experimental mostra a análise da perlita in condições de desgaste abrasivo com partículas soltas em eventos múltiplos. As amostras foram tiradas de um moinho semi-autógeno (SAG) e realizada uma simulação experimental do desgaste em condições controladas usando o tribômetro de roda de borracha (RWAT). Os resultados mostraram a formação de camada branca em ambas as condições de análise, consistindo em uma camada poli cristalina caracterizada pela formação de grãos ultrafinos na camada mais próxima da superfície de desgaste. Também foi concluído que a roda de borracha pode simular o desgaste produzido nos moinhos SAG tanto nas características superficiais quanto microestruturais em condições de maior severidade as comumente utilizadas na norma ASTM G65 (procedimento B). O Segundo capítulo experimental explora a caracterização da microestrutura depois da passagem do endentador no ensaio de riscamento (scratch test) utilizando duas condições de carga normal aplicada e 5 sequências de riscamento. A análise microestrutural mostrou a formação de duas camadas subsuperficiais identificadas pelo nível de alteração microestrutural. Na camada mais próxima da superfície de desgaste foi observada a formação de grãos ultrafinos de ferrita. A segunda camada identificada mais profundamente na amostra, denominada como camada de transição, é caracterizada pela combinação de colônias deformadas (redução do espaçamento interlamelar) e camadas não afetadas pelos esforços produzidos no contato. Nesta camada foi determinada a texturização em direção RD // nas amostras testadas a 4 N (carga normal aplicada) e uma passada. Posteriormente à análise de riscamento foi caracterizada a microestrutura de uma amostra tirada de um trilho esmerilhado (processo industrial que pode ser considerado como aplicação do ensaio de riscamento). Foram consideradas duas condições de esmerilhamento com variação de velocidade de esmerilhamento (deslocamento linear do veículo esmerilhador) e potência dos motores dos rebolos usada no procedimento. A combinação de baixa velocidade de esmerilhamento e alta potência nos motores controladores dos rebolos promoveu uma grande deformação nas camadas subsuperficiais na região de contato e uma baixa aleatoriedade das orientações cristalográficas das colônias de perlita. Finalmente, no capítulo três, a caracterização da microestrutura perlitica foi finalizada com o estudo de amostras de roda e trilho em condições de desgaste em campo e de Rolling Contact Fatigue (RCF) em ensaios de laboratório. A simulação experimental foi realizada utilizando o tribômetro twin-disc rolling (configuração disco-disco) com variação do número de ciclos. A caracterização da roda ferroviária mostrou a formação da camada branca caracterizada por níveis de cementita fraturada e alinhada em direção do movimento de rolamento/deslizamento com áreas de dissolução do átomo de carbono na ferrita formando uma ferrita supersaturada. Foi identificado a formação de policristais de ferrita (grãos ultrafinos) na camada mais superficial e uma orientação preferencial RD // na camada de transição. Os resultados dos ensaios de laboratório mostraram a nucleação de trincas superficiais se propagando a baixo ângulo na camada branca. A transformação microestrutural dessa camada após ensaios de laboratório consiste em policristais de ferrita e dissolução da cementita.

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.