CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Neste trabalho um novo microtribômetro capaz de fazer uma análise visual da superfície de desgaste foi desenvolvido a fim de estudar atrito e desgaste em ensaios de deslizamento com movimento alternado em baixas cargas. Um atuador piezelétrico e um sistema programável permitem o controle da força normal durante o ensaio, uma célula de carga tridimensional é responsável pela medição contínua de carga normal e da força de atrito e um sensor LVDT acoplado ao equipamento mede a posição da amostra durante os ensaios. A alta taxa de aquisição de dados, característica desse sistema, permite a geração de mapas de triboscopia 3D, onde as cores quantificam o coeficiente de atrito em função da posição dentro da marca de desgaste e do número de ciclos. Adicionalmente, um microscópio óptico, montado no pórtico, captura periodicamente imagens em uma determinada posição da marca de desgaste, mostrando a evolução dos eventos observados durante o processo. A frequência do movimento pode variar entre 0,03 - 2,0 Hz e a força normal aplicada 0,3 - 13 N. Com a finalidade de validar esse dispositivo, o coeficiente de atrito, os mecanismos de desgaste e o volume desgastado foram comparados com os ensaios realizados em um tribômetro comercial e, para tanto, foi utilizado um aço VC10 revestido quimicamente cm níquel químico como amostra. Em ambos os tribômetros, os parâmetros de frequência, força normal e amplitude foram definidos com 2,0 Hz, 9,81 N e 10 mm, respectivamente. O contracorpo utilizado foi uma esfera de aço SAE 52100 com 5,0 mm de diâmetro. Os resultados mostraram que este novo microtribômetro fornece mecanismos de desgaste, coeficiente de atrito e volume desgastado semelhantes quando comparado ao tribômetro comercial, garantindo uma boa confiabilidade para ensaios tribológicos. Após a validação do equipamento, mapas de triboscopia e capturas de imagens foram utilizados para monitorar e analisar a evolução das trilhas de desgaste produzidas durante os ensaios de deslizamento alternado. / A new microtribometer capable of performing an optical analysis of the wear interface was developed in order to study friction and wear in low load reciprocating sliding wear tests. A piezoelectric actuator and a programmable system allow normal force control during the test. A tridimensional load cell is responsible for continuous measurement of normal load and frictional force. An LVDT sensor coupled to the sample driving apparatus measures the position of the sample during testing. This system’s characteristic high data acquisition rate allows the generation of 3D triboscopy maps, in which the colours quantify the friction coefficient according to the position within the wear mark and the number of cycles. Furthermore, an optical microscope mounted in the portico periodically captures images in a particular wear mark position showing the evolution of the events observed during the wear process. The frequency of the movement may vary between 0.03 to 2.0 Hz and the normal load applied from 0.3 to 13 N. In order to validate this device the friction coefficient, the wear mechanisms and the worn volume were compared with tests performed in a commercial tribometer. A VC10 steel chemically coated with nickel was used as sample. In both tribometers the frequency, load and amplitude parameters were set as 2.0 Hz, 9.81 N and 10 mm respectively. The counterbody was an AISI 52100 steel ball with 5.0 mm diameter. Results showed that this new microtribometer provides similar wear mechanisms, friction coefficient and worn volume when compared to the commercial tribometer, ensuring good reliability for tribological tests. After the equipment validation, triboscopy maps and image captures were used to monitor and analyze the evolution of the wear tracks produced during the sliding reciprocating tests. / Dissertação (Mestrado)

O presente trabalho avalia o impacto da utilização de misturas de álcool e gasohol no desgaste e corrosão de bombas elétricas de combustível. / Assessement of alcohol and gasohol fuel blends impact on wear and corrosion of electric fuel pumps.

Foram realizados ensaios tribológicos de deslizamento do par Si3N4-Al2O3, lubrificado com água, na configuração esfera contra disco, sendo a esfera de nitreto de silício e o disco de alumina para investigar a influência da velocidade de deslizamento, da carga aplicada e da temperatura no coeficiente de atrito. As esferas de nitreto de silício e os discos de alumina foram caracterizados determinando-se: densidades, dureza Vickers, módulo de elasticidade e tenacidade à fratura. Os ensaios foram realizados com rugosidade inicial nos discos de Rrms = 352 nm. O regime de ultra baixo coeficiente de atrito (UBCA, &#956; < 0,01) foi atingido após um período de running-in de aproximadamente uma hora e o coeficiente de atrito ficou na faixa de &#956; = 0,008 a &#956; = 0,002. Os resultados mostraram que este sistema deslizante tem características hidrodinâmicas, pois o coeficiente de atrito diminuiu com o aumento da velocidade de deslizamento. Uma variação suave da carga aplicada fez com que o coeficiente de atrito permanecesse no regime de UBCA, com a carga aplicada variando de 54 N até 94 N. Em temperaturas menores ou iguais a 11°C o sistema não atingiu o regime de UBCA e o coeficiente de atrito final ficou da ordem de centésimos. Foi observado o fenômeno de UBCA em temperaturas de 30 e 40°C. No entanto, nestas temperaturas, a baixa viscosidade da água não deveria permitir que o sistema atingisse o regime de UBCA. A análise dos dados possibilitou inferir que durante o regime de UBCA o sistema desliza num regime de lubrificação mista, sendo lubrificação hidrodinâmica, devido ao filme de água, somada a lubrificação limite, devido às camadas hidratadas formadas nas superfícies das cerâmicas. Os resultados mostraram que a temperatura influencia no desgaste das cerâmicas. A determinação do volume desgastado possibilitou observar que durante os ensaios a alumina sofre menos desgaste que o nitreto de silício e que o desgaste de ambas cerâmicas aumenta com o aumento da temperatura. / Tribological tests were conducted in a ball on disk setup, using water as lubricant. Were used a silicon nitride ball and alumina disk. The tests were conducted to investigate the effects of sliding speed, applied load and temperature on friction coefficient. The silicon nitride balls and alumina disks were characterized by determining density, Vickers hardness, elastic modulus and fracture toughness. The tests were conducted with initial roughness on the disk surface of 352 nm. The ultra low friction coefficient regime (ULFC, &#956; < 0.01) was reached after a running-in period of approximately one hour and the friction coefficient remains in the range of &#956; = 0.008 a &#956; = 0.002 during this steady state regime. The results showed that this sliding system has hydrodynamic characteristics, because the friction coefficient decreased with increasing of the sliding speed. With an smooth variation of the applied load the system remained in the ULFC regime, when the applied load varied from 54 N up to 94 N. At temperatures below or equal to 11°C the system did not reach the ULFC regime and the final friction coefficient was the order of hundredths. We observed the ULFC phenomenon at temperatures of 30 and 40°C. However, at these temperatures, the water viscosity is low and should not allow the system to reach the ULFC regime. The data analysis allowed infer that during the ULFC regime the system slides with a mixed lubrication regime, hydrodynamic plus limitrofe, the first due to water film and the second due to the hydrated layer formed on the ceramics surfaces. The results showed a influences of temperature in the ceramics wear. The results of the worn volume allowed to observe that during the tests alumina suffers less wear than the silicon nitride, and the ceramics wear increases with increasing temperature.

A constante busca por motores com maior eficiência energética, requer a introdução de novos materiais ou inovações nas rotas de fabricação dos materiais existentes. O presente trabalho busca, a partir de rotas de tratamento térmico, soluções para minimizar o desgaste originado no contato entre corpos metálicos em componentes submetidos a altas pressões de contato em regime lubrificado. A modificação microestrutural a partir de tratamentos térmicos originou matriz martensítica relativamente dura com uma dispersão refinada de nódulos esféricos de grafita, que atuariam como lubrificantes sólidos. O estudo baseou-se em dois ferros fundidos (cinzento e branco) submetidos a tratamentos de austenitização seguidos de tempera em óleo e revenimento em diferentes tempos. Ensaios de dilatometria foram efetuados nos dois materiais para estudar a cinética de grafitização secundaria sob diferentes condições de tratamento térmico. As propriedades mecânicas foram avaliadas por medidas de dureza Vickers das amostras tratadas termicamente. Amostras de ferro fundido cinzento e de branco modificado por tratamentos térmicos foram ensaiadas em teste de desgaste por deslizamento, com intuito de avaliar a influência de modificações na superfície no coeficiente de atrito. / The constant search for engines with higher energy efficiency requires the development of new materials or manufacturing innovations on the routes of existing materials. In the present work, heat treatment routs were investigated to minimize wear originated at the contact between metallic bodies into components subjected to high contact pressures in lubricated regime. Microstructural modification from heat treatments yielded relatively hard martensitic matrix with a fine dispersion of spherical graphite nodules, which act as solid lubricants. The study was based on two cast iron (gray and white) undergoing treatments of soaking (austenitizing) followed by quenching in oil and tempering at different times. Dilatometry tests were performed on both materials to study the kinetics of secondary graphitization under different heat treatment conditions. Mechanical properties were evaluated from Vickers hardness of the thermally treated samples. Samples of gray cast iron and white modified by heat treatments were tested in sliding wear test, in order to assess the influence of changes in the surface friction coefficient.

O presente trabalho descreve a utilização do jato d\'água abrasivo como ferramenta de gravação em ladrilhos de Mármore Branco de Cachoeiro de Itapemirim e em placas de vidro plano comum. São apresentadas as variações de desempenho do processo de gravação, assim como as várias geometrias de ranhuras obtidas com a variação de diversos parâmetros do equipamento. Os resultados da gravação em diversas amostras foram digitalizadas e fotografadas. Além disso apresenta o resultado da gravação, em mármore e vidro de um desenho de geometria complexa. Finalmente discussões e conclusões a respeito dos resultados obtidos são apresentadas. / The current thesis describes the use of abrasive water jet as an etching tool in Branco de Cachoeiro de Itapemirim Marble plate and in float glass plate. Etching process performance variations are introduced as well as different kerf geometries obtained with variation of many processes parameters. The results of the etching in several samples have been photographed and scanned. Furthermore the results of the etching of a complex drawing in marble and glass is shown. Finally conclusions and discussions over the achieved results are described.

Este trabalho estudou o efeito de tratamentos de gume e a interação com a aplicação de mínima quantidade de lubrirrefrigerante (MQL) sobre a integridade superficial da peça e desgaste no fresamento. A necessidade de alta produtividade das industrias aliada a alta eficiência que estas necessitam impulsionam avanços tecnológicos na área da usinagem. Processos de tratamento de gume vem para atender estas necessidades, aumentando a durabilidade e confiabilidade das ferramentas. Por outro lado, a necessidade de economia em fluidos de usinagem, sem perder em desempenho impulsiona a utilização de alternativas como o MQL. Tanto o tratamento de gume quanto a utilização de MQL na usinagem acabam impactando no processo. Estes apresentam ligação com mudanças na qualidade superficial e desgaste, como também em aspectos econômicos do processo. Com estes pontos em vista foram realizados ensaios experimentais utilizando fresas tratadas pelo método de acabamento por arraste e polimento com cerdas abrasivas. Os experimentos também avaliaram a aplicação de MQL com e sem aditivos de extrema pressão. Os ensaios consistiram em gerar superfícies, retratando diferentes estágios de vida da ferramenta. Foram realizadas, nas ferramentas, análises da rugosidade, textura e características dimensionais das ferramentas após os tratamentos. A textura e a rugosidade na seça foram analisadas em diferentes estágios da vida da ferramenta. Por fim, deformações plásticas e dureza por micro endentação no corpo de prova foram medidas para um estágio intermediário da vida da ferramenta. Os resultados apontam que os tratamentos resultam em características distintas na ferramenta. Tanto os tratamentos como a aplicação de MQL apresentaram influência significativa sobre a textura, rugosidade e camada afetada, assim como sobre o desgaste. As ferramentas que passaram pelo polimento apresentaram boa estabilidade quanto utilizadas com MQL, alcançando um comprimento usinado até 20% superior em comparação com as ferramentas originais usinando a seco. / Bolsa Empresa, BE. / This work studied the effect of edge preparation and its interaction with minimum quantity of lubricant (MQL) application over the surface integrity of the workpiece and wear in milling. The necessity of high productivity of the industry allied with high efficiency that they need drives technological advances in the machining area. Edge preparation processes come to attend those needs, increasing the durability and reliability of the tools. Moreover, the necessity for economy in metalworking fluids, without losing in performance impels the use of alternatives such as MQL. Both the edge preparation and the use of MQL in machining end up impacting the process. These have connection with changes in surface quality and wear, as well as on economic aspects of the process. In regarding of this, experimental tests were conducted by using tools treated with drag finishing and polishing with abrasive brushes. The experiments also evaluated the use of MQL with and without extreme pressure additives. The tests consisted in generating surfaces, picturing different stages of the tools life. Roughness analysis, texture and dimensional measurements of the tools were performed after treatment. Texture and roughness on the workpiece were analyzed at different stages of the tool life. Finally, microhardness and plastic deformation were measured on the workpiece for an intermediate stage of tool life. The results show that the treatments result in different characteristics on the tool. Both treatments as the application of MQL have significant effect on the texture, roughness and affected layer as well as on the wear. The tools that went trough polishing presented good stability when used with MQL, reaching a machining length up to 20% higher in comparison with the original tools in dry milling.

Orientador : Celia Marina de Alvarenga Freire / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T16:45:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_MariaElizianePiresde_D.pdf: 6548696 bytes, checksum: a583e3d7f5ab6c842a79ec6878142db1 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: As características protetoras das superfícies de aços galvanizados são geralmente intensificadas através da passivação por cromo hexavalente (Cr+6). Porém, por ser este um elemento tóxico, vários estudos visando a substituição do procedimento de cromatização vêm sendo realizados. As resinas de polissiloxanos e materiais híbridos organo-inorgânicos preparados pelo processo sol-gel, podem vir a ser um excelente substituinte ao processo de cromatização. Neste trabalho, filmes híbridos organo-inorgânico e filmes de silicone foram aplicados em aço galvanizado e em camadas de Zn-Fe. Os revestimentos foram então avaliados através de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica. Os dados obtidos pela Espectroscopia foram modelados através de um circuito equivalente, permitindo a obtenção dos parâmetros eletroquímicos para os sistemas avaliados. Além disso, o potencial em circuito aberto, para os diferentes sistemas, foi monitorado durante processo de desgaste em sistema pino-disco em solução de NaCI 3%. Os revestimentos foram comparados em termos de resistência à corrosão e coeficiente de fricção. Os resultados mostram um bom desempenho para os revestimentos como protetores de corrosão e o comportamento destes mostraram-se dependente do tipo de revestimento metálico que foi aplicado no aço / Abstract: Chromating pre-treatments have been widely used to improve galvanized steel corrosion resistance. However, due to the high toxicity of chromate ions, chromatation pre-treatments tend to be banned and, in last years, alternative coating systems are under investigation. Recently, polysiloxanes and hybrids materiais by the sol-gel process have been extensively investigated. These materiais may be considered as promising substitutes for chromatation pre-treatments. In this work organic-inorganic hybrid materiais and silicone films have been prepared and applied on galvanized steel and on steeJ electroplated with a Zn-Fe alloy. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) was used as a technique for the evaluation of the corrosion mechanisms of the coating systems and the EIS data was fitted to an equivalent circuit from which the electrochemical parameters were obtained. Additionally, the evolution of open circuit potential, for samples, was monitored during alternative reciprocating sliding against an alumina pin in a 3% NaCl solution. The behaviour of the coatings has been compared in terms of corrosion potential and friction coefficient. Results show the protective character of the hybrid films and silicon resin films, when compared with uncovered specimens. The overall performance of the coating systems appears to be highly dependent on the type of metallic coating applied to the steel / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Regina Maria Puppin Rontani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba / Made available in DSpace on 2018-08-08T10:33:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Correr-Nolasco_GiseleMaria_D.pdf: 6596776 bytes, checksum: 63d7c0e65d2597ab8ee9132bae660714 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A cavidade bucal é considerada um ambiente agressivo onde a estrutura dentária e os materiais restauradores estão constantemente sujeitos a desafios térmicos, mecânicos e químicos. A associação destes fatores está diretamente relacionada à longevidade/estabilidade das restaurações, bem como à preservação da estrutura dentária. A exposição da estrutura dentária e dos materiais restauradores resinosos aos agentes da dieta pode causar erosão dental, amolecimento e aumento da rugosidade de restaurações resinosas, deixando-as mais susceptíveis ao desgaste. Dessa forma, os objetivos desta tese fundamentada em três capítulos foram: (1) avaliar o efeito do armazenamento em longo prazo em diferentes soluções simuladoras da dieta na rugosidade superficial de materiais restauradores resinosos; (2) avaliar o efeito da associação dos desafios erosivo e abrasivo no desgaste do esmalte decíduo e permanente; (3) avaliar o efeito da associação dos desafios corrosivo e abrasivo no desgaste de materiais restauradores resinosos. No capítulo 1, sessenta amostras de diferentes materiais restauradores (Filtek Z250, Esthet X, Filtek Flow, Dyract AP e Vitremer) foram armazenadas em 5 líquidos simuladores da dieta (água destilada, ácido lático, ácido cítrico, refrigerante a base de cola (Coca-Cola) e álcool) por até 6 meses. A rugosidade superficial das amostras foi mensurada após o polimento (baseline), 1 semana, 1 mês, 3 meses e 6 meses de armazenamento. Houve aumento significativo na rugosidade superficial apenas para Esthet X armazenado em Coca-Cola e em ácido cítrico após 1 e 3 meses, respectivamente; e para Dyract AP armazenado em água destilada após 6 meses. No capítulo 2, foram obtidas amostras planas de esmalte decíduo e permanente (n=10), as quais foram submetidas ao desgaste (100.000 ciclos a 1,9 Hz) em meio neutro (água deionizada) e meio ácido (ácido cítrico). Antes e após o desgaste, as amostras foram analisadas em perfilÃ'metro (MTS 3D Profiler). A alteração do volume e a profundidade máxima do desgaste foram quantificadas utilizando o software Ansur 3D. O esmalte decíduo apresentou maior desgaste que o esmalte permanente, independentemente do meio. O meio ácido proporcionou maior desgaste do que o meio neutro (p<0,05). Diferença significativa entre meio neutro e ácido foi observada apenas para o esmalte decíduo. No capítulo 3, dez amostras de cada material [Filtek Supreme (S), Point 4 (P), Dyract AP (D) e Fuji II LC (F)] foram confeccionadas e submetidas ao desgaste (100.000 ciclos a 1,9 Hz) em meio neutro (água) e meio ácido (ácido cítrico). Antes e após o desgaste, as amostras foram analisadas em perfilÃ'metro (MTS 3D Profiler). A alteração do volume e a profundidade máxima do desgaste foram quantificadas utilizando o software Ansur 3D. Diferença significativa no desgaste dos materiais foi observada (S=P<D<F), independentemente do meio. O meio ácido gerou maior desgaste nos materiais comparado ao meio neutro (p<0,05). Não houve diferença significativa entre o meio neutro e meio ácido para todos os materiais quando analisados individualmente. Concluindo, a degradação química dos materiais restauradores resinosos é material e solução dependente. O desafio ácido aumenta a susceptibilidade ao desgaste dos materiais restauradores resinosos e do esmalte dental, especialmente esmalte decíduo / Abstract: The oral cavity can be considered a hostil environment. The dental structure and the restorative materials are constantly subjected to thermal, mechanical and chemical stresses. The interplay of these factors is directly related with the longevity/stability of the restorative treatment, and also with the dental structure preservation. The effect of diet constituents on dental structure and restorative materials can be dental erosion, softening and roughening of resin-based restorations. These phenomena increase the susceptibility of tooth and material wear. This way, the objectives of this work are: (1) to evaluate the effect of long-term storage in different food-simulating media on surface roughness of resin-based materials; (2) to evaluate the effect of the association of erosive and abrasive challenges on deciduous and permanent wear; (3) to evaluate the effect of the association of corrosive and abrasive challenges on resin-based materials wear. In the first chapter, sixty specimens of different material categories (Filtek Z250, Esthet X, Filtek Flow, Dyract AP, and Vitremer) were stored in five food-simulating solutions (distilled water, lactic acid, citric acid, carbonated soft drink (Coca-Cola), and ethanol) for 6 months. The surface roughness was measured after polishing (baseline), 1 week, 1, 3, and 6 months of storage. Significant difference was observed for Esthet X specimens stored in Coca-Cola and in citric acid after 1 and 3 months, respectively; and for Dyract AP specimens stored in distilled water after 6 months. In the second chapter, deciduous and permanent flat enamel specimens (n=10) were obtained. The specimens were subjected to the wear test (100,000 cycles at 1.9 Hz) in neutral (water) or acidic (citric acid) media. Specimens were profiled before and after the wear test using the MTS 3D Profiler. Volume loss and maximum depth were quantified by the Ansur 3D software. Deciduous enamel showed more wear than permanent enamel, regardless the media. The acidic media produced more wear than the neutral media (p<0.05). Significant difference was observed between neutral and acidic conditions only for deciduous enamel. In the third chapter, ten specimens were produced from each material [Filtek Supreme (S), Point 4 (P), Dyract AP (D), and Fuji II LC (F)]. The specimens were submitted to the wear test (100,000 cycles at 1.9 Hz) in neutral (water) and acidic (citric acid) media. Specimens were profiled before and after the wear test using the MTS 3D Profiler. Volume loss and maximum depth were quantified by the Ansur 3D software. Significant differences were observed for the material wear (S=P<D<F), regardless the media condition. Acidic media produced more wear than neutral media (p<0,05). There were no significant differences between neutral and acidic condition for all materials, when individually analyzed. Concluding, the chemical degradation of resin-based materials is material and solution dependent. The acidic media produced more material and tooth wear, especially for deciduous enamel / Doutorado / Materiais Dentarios / Doutor em Materiais Dentários

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T19:19:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cruz_KleberAugustinSabatda_D.pdf: 13994845 bytes, checksum: c0766efdbf4acbaf7d07b0db50f1fe52 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A procura por relações funcionais correlacionando parâmetros microestruturais e o comportamento mecânico de ligas metálicas é fundamental para a pré-programação do produto final. O presente estudo pretende contribuir para o entendimento sobre a influência dos parâmetros microestruturais na resistência ao desgaste e nas propriedades mecânicas de ligas de dois sistemas binários: AI-Sn e AI-Si. Tais ligas são bastante usadas em aplicações de engenharia, tais como mancais e camisas de cilindro de motores de combustão, respectivamente. Apesar do grande uso das ligas do sistema AI-Sn como material tribológico, são escassos os estudos sobre o desenvolvimento microestrutural destas ligas na literatura. Neste estudo, quatro ligas hipoeutéticas do sistema AI-Sn e três ligas hipoeutéticas do sistema AI-Si foram submetidas a solidificação unidirecional, na direção vertical e sentido ascendente, sob condições transitórias de fluxo de calor. Os espaçamentos dendríticos primários (À1) e secundários (À2) foram medidos nas direçõe.s transversal e longitudinal dos lingotes, respectivamente, e correlacionados com as variáveis térmicas que atuaram durante a solidificação. Uma abordagem teórico-experimental foi desenvolvida para determinar quantitativamente_as variáveis térmicas, tais como: coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde, velocidade de deslocamento da isoterma liquidus, gradientes térmicos, taxa de resfriamento e tempo local de solidificação. Este estudo também aborda a influência do teor de soluto nos espaçamentos dendríticos das ligas estudadas. Os dados experimentais obtidos, concementes à solidificação das ligas AI-Sn, são comparados com modelos de crescimento dendrítico existentes na literatura. O comportamento mecânico das ligas AI-Sn e AI-Si foi analisado por meio de ensaios de tração e de desgaste. O ensaio de desgaste utilizado foi o ensaio de micro-abrasão por esfera rotativa fixa, sob condições a seco (sem óleo lubrificante ou solução abrasiva). As amostras submetidas aos ensaios de desgaste foram retiradas na direção transversal dos lingotes. A condição a seco foi adotada para impedir a interferência de elementos interfaciais na resposta da microestrutura com relação ao desgaste mecânico. O volume de desgaste é o parâmetro quantificador da resistência ao desgaste e, são obtidas equações que correlacionam o volume de desgaste com espaçamentos dendríticos, levando em consideração o tempo de ensaio, que está relacionado com a distância de deslizamento. / Abstract: The search for relationships between microstructural parameters and mechanical behavior of alloys is fundamental for the pre-programming of final properties of as-cast components. The present study aims to contribute to the understanding about the influence of microstructural parameters on the wear resistance and mechanical properties of alloys of two binary systems: Al-Sn and AI-Si. Such alloys are widely used in engineering applications, especially as bearing components such as journal bearings and cylinder liners, respectively. Despite the wide use of Al-Sn alloys as bearing materiaIs studies on the microstructural development of such alloys are rare.. In the present study, four Al-Sn and three AI-Si hypoeutectic alloys were directionally solidified under upward unsteady state heat flow conditions. The primary (1,,1) and secondary (Â.2) dendrite arm spacings were measured along the castings length and correlated with transient solidification thermal variables. A combined theoretical and experimental approach has been used to quantitatively determine such thermal variables, i.e., transient metaVmold heat transfer coefficients, tip growth rates, thermal gradients, tip cooling rates and local solidifÍcation time. This study also focuses on the dependence of dendrite arm spacings on the alloy solute content. Furthermore, the experimental data conceming the solidification of AI -Sn alloys are compared with the main predictive dendritic models from the literature. The mechanical behaviors ofthe AI-Sn and AlSi alloys were analyzed by wear and tensile tests. Micro-abrasive wear tests under dry sliding conditions and by using a fixed rotating sphere were applied to transversal samples collected along the casting. The dry condition is adopted to prevent effects of interfacial elements such as abrasive slurry or lubricant oil on the microstructural response during the tests. The wear volume was used to evaluate the wear resistance. Afterwards, equations correlating the wear volume and the dendritic arm spacing have been proposed taking into account the influence of time (sliding distance). / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

A deposição de filmes finos resistentes ao desgaste é uma prática realizada com bastante frequência para melhorar o comportamento tribológico (atrito, desgaste, lubrificação) de diferentes peças e componentes. Afim de se garantir o adequado funcionamento do sistema revestido (substrato+filme), é importante avaliar o comportamento mecânico do mesmo. Um método para avaliação e estudo do comportamento mecânico destes sistemas é o ensaio de riscamento. O ensaio é utilizado para analisar a fratura superficial do revestimento (falha chamada coesiva), ou a resistência à adesão (falha chamada adesiva), e os modos de falha de revestimentos duros (HV>=5 GPa) e finos (<=30 ?m), depositados sobre substratos cerâmicos ou metálicos. A caracterização de alguns modos de falha nos sistemas revestidos está relacionada com modelos qualitativos de tensões presentes na região de contato e nas bordas do riscamento. Neste trabalho, foi estudado o comportamento das tensões Sxx e Szz desenvolvidas durante o riscamento de sistemas compostos por combinações de revestimentos/substratos. O trabalho foi baseado no desenvolvimento de modelos de simulação em 3D e 2D, utilizando o método dos elementos finitos (MEF), nos quais, uma partícula rígida com características de indentador Rockwell C, aplica carga progressiva até 2 N, ao longo de uma distância de 0,5 mm. No estudo, variou-se a dureza, traduzida em valores de tensão de escoamento do revestimento e do substrato, da mesma forma, analisou-se o efeito da tensão residual do revestimento, o efeito da espessura, o atrito, e a rugosidade, na superfície e na interface do sistema. O fato de obter valores de tensão que ultrapassam o valor do escoamento do revestimento pressupõe a possível ocorrência de falhas nos sistemas revestidos. Os resultados obtidos por simulação indicaram que as combinações de revestimento com tensão de escoamento baixa (Sy<3000 MPa) levam a experimentar tensões ao nível da tensão de escoamento do revestimento. Os revestimentos com tensão de escoamento Sy>5000 MPa apresentaram valores de tensão inferiores aos da tensão do revestimento, bem como o uso de tensão residual de -3 GPa no revestimento, assim como o aumento da espessura do revestimento têm grande importância nos sistemas revestidos, em particular nos casos em que a tensão de escoamento no revestimento é Sy>=5000MPa. O efeito do coeficiente de atrito leva à obtenção de valores de tensão (Sxx ou Szz) suficientemente altos na maioria das combinações, sendo esta a variável de estudo que levou ao maior número de vezes que foi atingido o valor da tensão de escoamento do revestimento. Da mesma forma, a rugosidade afeta os valores de tensão Sxx (interior do sulco). Ao aumentar a rugosidade do sistema aumenta a possibilidade de ultrapassar valores da tensão do revestimento na superfície e na interface do conjunto. Finalmente, pela complexidade do número de variáveis que afetam o ensaio, a simulação numérica sugere que o fato de analisar unicamente a dureza dos materiais, assim como as diferentes variáveis de forma isolada, não permite a reprodução de um mapa de falhas próximo ao proposto na literatura. / The deposition of wear resistant thin films is a common practice to improve the tribological behavior (friction, wear, lubrication) of several mechanical components. In order to guarantee the adequate performance of the coated systems, it is important to evaluate the mechanical behavior. A method for evaluation and study of the coated systems is the scratch test. The test is used to analyze the fracture of the coating (cohesive failure), or the adhesion of the coating (adhesive failure), and the failure modes of hard coatings (HV>=5 GPa) and thin (<=30 ?m) deposited on ceramic or metallic substrates. The characterization of some failure modes in coated systems is related to qualitative stress models at the contact region and the scratch edges. In this work, the behavior of the Sxx and Szz stresses developed during the scratch test was analyzed in different combinations of coatings/substrates. The work was based on the development of 3D and 2D simulation models using the finite element method (FEM). In the simulation, a rigid particle (with the geometry of Rockwell C indenter) applied progressive load to 2N along a 0.5 mm distance. In the study, the hardness was expressed as yield stress values in the coating and the substrate. In addition, it was examined the effect of coating residual stress (-3 GPa), as well as the effect of the thickness, the friction coefficient, and roughness of the surface and interface in the stresses behavior. The fact of obtaining tension values, which exceed the yield stress of coating implies the possible occurrence of failure. The results obtained by simulation indicated that the coating combinations with low yield stress (Sy < 3000 MPa) lead to Sxx and Szz stress values in the level of the coated yield stress. The coatings with yield stress Sy > 5000 MPa enable to obtain low Sxx and Szz values. The use of the residual stresses (-3 GPa) as well as increasing the thickness of the coating are very important factors in the coated systems, especially in the case of coatings with Sy > 5000 MPa. The effect of the friction coefficient leads to stress values (Sxx or Szz) sufficiently high in most of the combinations. This factor is the most important variable leading to the greater number of times that the value of the coating yield stress was reached. The roughness is responsible for Sxx stress values (inside groove). Increasing the roughness of the system increased the possibility of exceeding stress values in the surface and interface coating. Finally, by the complexity of the number of variables that affect the scratch test, the numerical simulation suggests that the fact of only analyzing the hardness of materials, as well as other isolated variables of the scratch test does not allow reproduction of a map of failures similar to that proposed in the literature.