Made available in DSpace on 2018-08-02T00:02:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10759_LEANDRO PRATES FERREIRA DE ALMEIDA .pdf: 8649944 bytes, checksum: e7a2c275bfacd690ee0a5b517c44e443 (MD5) Previous issue date: 2017-02-24 / O estudo do contato roda-trilho tem ganhado importância na Engenharia Ferroviária, especialmente por trilho e roda representarem os segundo e terceiro maiores custos com materiais na ferrovia, ficando atrás somente dos gastos com combustível. Geralmente o fim de vida destes componentes se dá devido ao desgaste. As condições de contato variam de acordo com as particularidades de cada ferrovia, como carga, velocidade, traçado e materiais utilizados, entre outros. Com o objetivo de entender os mecanismos de desgaste existentes para as condições de contato típicas da Estrada de Ferro Vitória a Minas, foram realizados ensaios de desgaste por deslizamento na configuração pino-disco, sem lubrificação, com velocidade de deslizamento variável e carga normal constante. Os pinos, de extremidade esférica, foram fabricados com material do trilho convencional da EFVM aço perlítico com dureza superficial de 370 Brinell e os discos foram fabricados com material de rodas fundidas e forjadas da classe C da norma AAR. O volume desgastado dos pinos foi calculado com base no diâmetro da calota de desgaste. Já nos discos, o volume desgastado foi obtido por perfilometria 3D. Os mecanismos de desgaste foram analisados com auxílio de um microscópio estereoscópico e de um microscópio eletrônico de varredura. Os resultados indicam um aumento no coeficiente de atrito nos ensaios à velocidade de 0,9 m/s µ aproximadamente 0,8 quando comparado com os valores obtidos à velocidade de 0,1 m/s, onde µ ficou entre 0,5 e 0,6. Já a severidade do desgaste, tanto dos pinos quanto dos discos, foi maior nos ensaios realizados com velocidade de deslizamento de 0,1 m/s. Comparando os diferentes materiais dos discos, o desgaste de pinos e discos foi consideravelmente maior nos sistemas com rodas forjadas. Os mecanismos de desgaste observados foram predominantemente de natureza plástica, com ocorrência de sulcos plásticos e adesão de materiais oxidados na superfície de pinos e discos. Palavras-chave: roda, trilho, ferrovia, desgaste por deslizamento, pino, disco, mecanismos de desgaste.

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, 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.

Com a evolução dos processos de fabricação, aumenta o emprego de topografias engenheiradas com o objetivo de aumentar o desempenho dessas superfícies sob vários aspectos. Apesar do bom desempenho comprovado em algumas aplicações, existem outras em que o desempenho é questionável, como, em condições não lubrificadas e com elevadas pressões de contato. Neste cenário de dúvidas sobre a utilização de superfícies engenheiradas, o presente trabalho objetiva contribuir com as discussões por meio de um estudo do efeito de topografias anisotrópicas na transferência de material e resistência ao movimento em condições de deslizamento a seco com deformação plástica micro e macroscópica. O método utilizado contempla ensaios tribológicos que consistem, basicamente, em deslizar um material sobre superfícies engenheiradas de outro material com maior dureza, em duas condições de deformação plástica: i/ localizada no pico das asperezas em contato (ensaio pino-sobre-disco) e ii/ volumétrica (ensaio de compressão do anel). Os resultados permitiram concluir que os mecanismos de desgaste podem ser reproduzidos nos dois ensaios. Com deformação plástica microscópica (pino-sobre-disco) constatou-se que: i/ os vales e cavidades da topografia atuam de forma a evitar o contato das partículas de desgaste com o corpo em deslizamento; e ii/ os maiores valores do coeficiente de atrito foram obtidos com a superfície com maior quantidade de cavidades, a mesma condição topográfica que apresentou maior área com transferência de material. Com deformações plásticas macroscópicas (ensaio de compressão do anel) constatou-se que os vales da topografia da ferramenta atuaram como bloqueios para o deslizamento do anel conformado, o que resultou num aumento do coeficiente de atrito e redução da transferência de material. / The evolution of manufacturing progresses increases the use of engineered surfaces, seeking the improvement of the overall performance of these surfaces. Despite the enhanced performance under some circumstances, uncertainties still exist in conditions such as unlubricated and high contact pressure conditions. This work aims contributing to these discussions by studding the effect of anisotropic topographies on the material transfer and resistance to movement under dry sliding conditions including micro and macroscopic plastic deformation. The method consisted of tribological tests by sliding a material against engineered surfaces of higher hardness. Tests were conducted under two plastic deformation conditions: i/ localized on surface asperities contact (pin-on-disc test) and ii/ volumetric (ring test). Results allowed concluding that wear mechanisms can be reproduced on both tests. Under microscopic plastic deformation (pin-on-disc test) it was possible to verify that: i/ grooves and cavities have contributed to avoid the contact between wear debris and sliding body; and ii/ the higher friction coefficient was obtained when testing the surface with high amount of cavities, a condition that presented the larger area of material transfer. Under macroscopic deformation (ring test), grooves from tool topography played the role of blocking the ring material sliding, increasing friction coefficient and decreasing material transfer.

Este trabalho apresenta uma análise do fenômeno da transição no regime de desgaste por deslizamento dos aços. Esta análise foi feita usando as abordagens termodinâmicas do desgaste e estudando tópicos como a temperatura superficial, o papel da remoção das partículas de desgaste e a evolução nas propriedades das superfícies desgastadas ao longo do ensaio de desgaste. Foram realizados ensaios de desgaste por deslizamento de pinos de aço AISI 4140 sobre discos de aço AISI H13. Foram usados dois níveis de dureza dos pinos e três níveis de dureza dos discos por cada condição dos pinos. Foi utilizada uma carga normal de 35 N, uma velocidade de deslizamento de 0,1 m/s e um tempo de deslizamento de 3600 s. Foram executados ensaios parciais, com tempos menores que 3600 s, para avaliar o estado das superfícies ao longo do ensaio, e ensaios com remoção das partículas de desgaste para analisar o seu papel na atuação dos regimes. A variação da força de atrito e da temperatura subsuperficial do pino foi monitorada durante os ensaios. A caracterização dos materiais antes e depois dos ensaios foi efetuada através da observação em lupa e em microscópio eletrônico de varredura, e de medições de perdas de massa, dureza, microdureza e rugosidade superficial. Os resultados mostraram que a operação dos regimes moderado e severo de desgaste foi influenciada pela dureza inicial dos materiais. Na condição de dureza alta dos pinos (serie a), a diminuição da dureza dos discos promoveu a operação de um regime severo de desgaste prévio à atuação de um regime moderado de desgaste (condições a2 e a3). Na condição da dureza baixa dos pinos (serie b) se observou um regime severo de desgaste que com o aumento da dureza dos discos resultou na transição para um regime moderado de desgaste (condições b2 e b1). Os ensaios com a remoção das partículas de desgaste mostraram que o terceiro corpo contribuiu com aproximadamente um 50% da força de atrito, mas não parece ter nenhuma influência sobre a operação dos regimes de desgaste. A caracterização das superfícies de desgaste sugeriu que a oxidação durante o regime moderado não foi originada pelo calor dissipado por atrito, e as altas temperaturas de contato, e sim preferivelmente pelo comportamento mecânico dos corpos deslizantes. Os resultados indicam que a transição no regime de desgaste foi causada pela mudança da natureza da deformação no contato entre as superfícies. Um contato predominantemente elástico e plástico resultou na atuação dos regimes de desgaste moderado e severo, respectivamente. / This work presents an analysis of the phenomenon of the sliding wear regime transition of steels. This analysis was made using the thermodynamic approaches of wear and studying topics such as the surface temperature, the role of wear debris removal and the evolution of worn surfaces properties during the wear tests. Sliding wear tests of AISI 4140 steel pins on AISI H13 steel disks were performed. Two levels of pin hardness and three levels of disk hardness for each condition of the pins were used. A normal load of 35 N, a sliding velocity of 0.1 m/s and a sliding time of 3600 s were applied. Tests interrupted at lower sliding times smaller than 3600 s were run to assess the worn surfaces state during tests. Tests with wear debris removal were executed to analyze its role on the wear regimes operation. The variation of the friction force and the pin subsurface temperature was monitored during tests. The characterization of materials before and after tests was performed by observation in stereoscopic and scanning electron microscopy, and by measurements of mass loss, hardness, microhardness and surface roughness. The results showed that the operation of mild and severe wear regimes was in_uenced by the initial hardness of materials. At the high pin hardness condition (run a), a decrease in disk hardness promoted the severe wear regime operation prior to the action of a mild wear regime (conditions a2 and a3). At the low pin hardness (run b) a severe wear regime, which resulted in the wear regime transition from mild to severe (conditions b2 and b1), was observed with the increase in disk hardness. Tests with removal of wear particles showed that the third body contributed with approximately 50% of the friction force, but seems to have no in_uence on the wear regimes operation. The characterization of worn surfaces suggested that the oxidation during mild wear regime was not caused by the dissipated heat by friction, and high contact temperatures, but by the mechanical behavior of the sliding bodies. The results indicate that the wear regime transition caused a change in the nature of deformation at the contacting surfaces. A predominantly elastic and plastic contact resulted in the action of mild and severe wear regime, respectively.

Utilizou-se o conceito de ?aço matriz + NbC? para produzir ligas com a matriz do aço rápido M2 ( 0,5%C ? 2%W ? 3%Mo ? 4,6%Cr ? 1%V) e variadas frações volumétricas de carbonetos de nióbio. Adicionou-se 2,5 e 5% de nióbio e carbono estequiométrico para a obtenção de carbonetos NbC e titânio (0,1%) para modificação da morfologia dos carbonetos NbC. Os carbonetos NbC apresentaram-se como carbonetos eutéticos com morfologia de escrita chinesa, como carbonetos primários com a morfologia de cruz de malta e como carbonetos eutéticos e primários com morfologia poligonal, estes últimos modificados com a adição de titânio. Após tratamento térmico de têmpera e revenimento para obtenção da máxima dureza, as ligas foram submetidas a ensaios de fadiga térmica (100 ciclos, 650ºC), de abrasão (roda de borracha ? 130N, 200rpm, 30min, hematita como abrasivo) e de deslizamento alternado (disco contra esfera ? 70,6N, amplitude: 6mm, freqüência, 6 Hz, 2h) para estudar o efeito da fração volumétrica e da morfologia dos carbonetos frente a estas solicitações. As ligas com carbonetos com morfologia poligonal e menor fração volumétrica de carbonetos (comparando-se morfologias iguais) apresentaram o melhor desempenho sob fadiga térmica devido ao baixo valor do parâmetro C/Dm da microestrutura (continuidade de carbonetos/distância livre média entre carbonetos). Os corpos-de-prova foram caracterizados por meio de microscopia ótica e eletrônica de varredura para determinar os sítios de nucleação e caminhos de propagação das trincas. Nos ensaios em roda de borracha as ligas com carbonetos eutéticos divorciados com morfologia poligonal apresentaram maior resistência ao desgaste do que os aços contendo carbonetos eutéticos cooperativos. O aumento da fração volumétrica de carbonetos NbC teve um máximo na resistência a abrasão e depois uma queda devido a presença de carbonetos primários grosseiros que fraturaram na superfície ensaiada e foram arrancados aumentanto a perda de massa. Nos ensaios de deslizamento alternado não foi possível hierarquizar o comportamento das ligas. Os corpos-de-prova de abrasão e de deslizamento foram caracterizados por microscopia ótica e eletrônica de varredura para determinar os mecanismos de desgaste atuantes. Um aço rápido para cilindros de laminação a quente (2%C ? 5%Cr ? 5%Mo ? 5%V) foi ensaiado sob condições idênticas às aplicadas às ligas estudadas, objetivando comparar desempenhos. O aço rápido apresentou desempenho superior nos ensaios de abrasão e de deslizamento alternado (devido a alta fração volumétrica de carbonetos eutéticos) e inferior no ensaio de fadiga térmica (devido ao alto parâmetro C/Dm da microestrutura oriundo da alta fração volumétrica de carbonetos eutéticos). / The concept of ?matrix steel + NbC? was used to cast alloys with the M2 steel matrix (0,5%C ? 2%W ? 3%Mo ? 4,6%Cr ? 1%V) and different volume fractions of niobium carbides. Niobium (2,5 e 5%) and stoichiometric carbon were added to produce NbC carbides and titanium (0,1%) to modify de NbC carbides morphology. NbC presented three basic morphologies: Chinese script (coupled eutectic); primary carbides with cross morphology and polygonal primary and eutectic carbides (divorced eutectics). After heat treatment of quench and temper in order to obtain the maximum hardness, the alloys were submitted to thermal fatigue test (100 cycles, 650ºC), dry rubber wheel abrasive wear test (130N, 200rpm, 30min, hematite as abrasive) and reciprocating sliding wear test (70,6N, amplitude: 6mm, frequency: 6Hz, 2h). The alloys with polygonal NbC carbides and lower volume fractions of carbides (for the same morphology) showed the best behaviour due to their low ?carbide continuity/carbide free path? ratio of the microstructure. The alloys were characterized by optical microscopy and SEM to investigate de cracks nucleation and propagation. In the dry rubber wheel tests, polygonal NbC eutectic carbides (divorced eutectics) showed better behaviour than Chinese script NbC eutectic carbides. High volume fractions of NbC carbides improved the abrasion resistance until a maximum and after that, the presence of big primary NbC carbides, lowered the abrasion resistance due to cracks in those big carbides. The results of the reciprocating sliding tests have not allowed to rank the performance of the alloys. Abrasion and sliding specimens were submitted to optical microscopy and SEM in order to evaluate the prevalent wear mechanisms. One high speed steel for hot rolling mill rolls (2%C ? 5%Cr ? 5%Mo ? 5%V) was tested under the same conditions that the alloys studied were tested in order to compare their performances. The high speed steel showed better performance in abrasion and reciprocating sliding wear due to the high volume fraction of coupled eutectic carbides and lower performance in thermal fatigue due to the high ?carbide continuity/carbide free path? ratio of the microstructure than the alloys studied.

Este trabalho apresenta uma análise do fenômeno da transição no regime de desgaste por deslizamento dos aços. Esta análise foi feita usando as abordagens termodinâmicas do desgaste e estudando tópicos como a temperatura superficial, o papel da remoção das partículas de desgaste e a evolução nas propriedades das superfícies desgastadas ao longo do ensaio de desgaste. Foram realizados ensaios de desgaste por deslizamento de pinos de aço AISI 4140 sobre discos de aço AISI H13. Foram usados dois níveis de dureza dos pinos e três níveis de dureza dos discos por cada condição dos pinos. Foi utilizada uma carga normal de 35 N, uma velocidade de deslizamento de 0,1 m/s e um tempo de deslizamento de 3600 s. Foram executados ensaios parciais, com tempos menores que 3600 s, para avaliar o estado das superfícies ao longo do ensaio, e ensaios com remoção das partículas de desgaste para analisar o seu papel na atuação dos regimes. A variação da força de atrito e da temperatura subsuperficial do pino foi monitorada durante os ensaios. A caracterização dos materiais antes e depois dos ensaios foi efetuada através da observação em lupa e em microscópio eletrônico de varredura, e de medições de perdas de massa, dureza, microdureza e rugosidade superficial. Os resultados mostraram que a operação dos regimes moderado e severo de desgaste foi influenciada pela dureza inicial dos materiais. Na condição de dureza alta dos pinos (serie a), a diminuição da dureza dos discos promoveu a operação de um regime severo de desgaste prévio à atuação de um regime moderado de desgaste (condições a2 e a3). Na condição da dureza baixa dos pinos (serie b) se observou um regime severo de desgaste que com o aumento da dureza dos discos resultou na transição para um regime moderado de desgaste (condições b2 e b1). Os ensaios com a remoção das partículas de desgaste mostraram que o terceiro corpo contribuiu com aproximadamente um 50% da força de atrito, mas não parece ter nenhuma influência sobre a operação dos regimes de desgaste. A caracterização das superfícies de desgaste sugeriu que a oxidação durante o regime moderado não foi originada pelo calor dissipado por atrito, e as altas temperaturas de contato, e sim preferivelmente pelo comportamento mecânico dos corpos deslizantes. Os resultados indicam que a transição no regime de desgaste foi causada pela mudança da natureza da deformação no contato entre as superfícies. Um contato predominantemente elástico e plástico resultou na atuação dos regimes de desgaste moderado e severo, respectivamente. / This work presents an analysis of the phenomenon of the sliding wear regime transition of steels. This analysis was made using the thermodynamic approaches of wear and studying topics such as the surface temperature, the role of wear debris removal and the evolution of worn surfaces properties during the wear tests. Sliding wear tests of AISI 4140 steel pins on AISI H13 steel disks were performed. Two levels of pin hardness and three levels of disk hardness for each condition of the pins were used. A normal load of 35 N, a sliding velocity of 0.1 m/s and a sliding time of 3600 s were applied. Tests interrupted at lower sliding times smaller than 3600 s were run to assess the worn surfaces state during tests. Tests with wear debris removal were executed to analyze its role on the wear regimes operation. The variation of the friction force and the pin subsurface temperature was monitored during tests. The characterization of materials before and after tests was performed by observation in stereoscopic and scanning electron microscopy, and by measurements of mass loss, hardness, microhardness and surface roughness. The results showed that the operation of mild and severe wear regimes was in_uenced by the initial hardness of materials. At the high pin hardness condition (run a), a decrease in disk hardness promoted the severe wear regime operation prior to the action of a mild wear regime (conditions a2 and a3). At the low pin hardness (run b) a severe wear regime, which resulted in the wear regime transition from mild to severe (conditions b2 and b1), was observed with the increase in disk hardness. Tests with removal of wear particles showed that the third body contributed with approximately 50% of the friction force, but seems to have no in_uence on the wear regimes operation. The characterization of worn surfaces suggested that the oxidation during mild wear regime was not caused by the dissipated heat by friction, and high contact temperatures, but by the mechanical behavior of the sliding bodies. The results indicate that the wear regime transition caused a change in the nature of deformation at the contacting surfaces. A predominantly elastic and plastic contact resulted in the action of mild and severe wear regime, respectively.

O esmalte dental é o tecido mineralizado mais duro do corpo humano; apesar disto, seu desgaste é um problema muito comum. Este pode estar associado aos processos de envelhecimento, ou ainda, ser encontrado em indivíduos jovens, como consequência de atividades parafuncionais, por exemplo, atrição dental. Este tipo de dano pode resultar em prejuízo da função mastigatória e em diminuição da qualidade de vida. Por isto, o desgaste do esmalte dental tem sido objeto de muitos estudos, embora poucos tenham utilizado conceitos tribológicos. Não foi encontrado nenhum estudo que explorasse o desgaste de esmalte e seus micromecanismos oriundos do deslizamento alternado de incisivo contra incisivo, configuração que mais se aproxima do tribossistema real de atrição. O presente estudo tem por objeto investigar o desgaste e seus mecanismos em pares deslizantes de esmalte incisal (configuração pino-plano), selecionados por seus similares valores de dureza e de tenacidade à fratura, submetidos a diferentes cargas normais e lubrificações do meio. Incisivos bovinos foram ensaiados em deslizamento alternado sob duas cargas normais (8 N e 16 N) e quatro modos de lubrificação: saliva natural; saliva artificial; gel lubrificante oral (Oralbalance!, Biotène); e grupo controle sem lubrificação (seco). Durante os ensaios, foram levantadas as curvas de atrito. O volume desgastado e a rugosidade da superfície foram mensurados via perfilometria 3D. Os micromecanismos de desgaste foram analisados ao microscópio eletrônico de varredura. O aumento da carga normal aplicada resultou em aumento do volume de desgaste para todas as condições. Comparando-se ao grupo sem lubrificação, as salivas (natural e artificial) não reduziram o desgaste, mas a lubrificação com o gel foi efetiva para reduzir tanto o volume de esmalte desgastado como o coeficiente de atrito. A relação entre o valor do parâmetro de rugosidade Sq e o coeficiente de atrito não foi linear, nem entre a rugosidade Sq e o coeficiente de desgaste, para todas as condições. Os micromecanismos de desgaste encontrados foram, em ordem crescente de severidade: desgaste da região interprismática (8 N - gel); propagação de trincas interprismáticas (8 N - seco); reações triboquímicas associadas à ação mecânica (8 N - saliva natural e artificial; 16 N - gel; 16 N - saliva natural e artificial); e desplacamento (16 N - seco). / Enamel is the hardest mineralized tissue in the human body; despite that, the enamel wear is a very common problem. The wear damage can be related to aging processes or also be found in young people as a result of parafunctional activities, for example, dental attrition. This type of damage can result in loss of masticatory function and decreased quality of life. Therefore, the wear of the enamel has been the subject of many studies, although few have used tribological concepts. The wear mechanisms of reciprocating sliding pairs from incisor against incisor have not been reported in the literature, this configuration is the one that is closest to the real tribosystem of attrition. The present study aims to investigate the wear behavior and the related mechanisms in reciprocating sliding pairs of incisal enamel (pin-on-flat configuration), selected for their similar hardness and fracture toughness values, with different applied normal loads and lubrication conditions. Bovine incisors were tested in reciprocating sliding with different applied normal loads (8 N and 16 N) and four lubrication conditions: natural saliva; artificial saliva; oral gel lubricant (Oralbalance!, Biotène); and control group (dry). During tests, the friction curves were recorded. The volume loss and the surface roughness Sq were investigated by 3D profilometry. Wear mechanisms were analyzed by scanning electron microscope. The increase of the normal load resulted in an increased volume loss for all conditions. Comparing to the group without lubrication, the saliva (natural and artificial) did not reduce the volume loss, but the lubricant gel was effective to reduce both the volume loss and the coefficient of friction. The relationship between the value of the roughness Sq and the friction coefficient was not linear, nor between the roughness Sq and the wear coefficient for all conditions. In increasing order of severity, the micromechanisms of wear were: wear at the interrod enamel (8 N - gel); crack propagation in the interrod enamel (8 N - dry); tribochemical reactions associated with mechanical wear (8 N - natural saliva and artificial saliva; 16 N - gel; 16 N - natural saliva and artificial saliva); and flake-like wear (16 N - dry).

In this work small and large-scale wear tests of polyurethane (PU) sliding against polyamide (PA) were carried out. In the large-scale tests, PU and PA samples were submitted to conditions similar to those found in oil and gas platform operations. The wear of these samples was measured using a coordinate measuring machine. Using the small-scale test configuration, the influence of contact geometry, sliding velocity, sliding stroke and contact pressure at the coefficient of friction (COF) and on the wear mechanisms was evaluated. In both test scales, the wear mechanisms of PA and PU samples were analyzed using a scanning electron microscope. The thermal behavior of PA samples was investigated using differential scanning calorimetry. The PA physic-chemical analysis was performed using X-ray diffraction and Raman spectroscopy and infrared spectroscopy for PU. In large-scale tests was observed that the outer cover of flexible riser pipes had a maximum wear rate of 0.016 mm/km, while in the liner this wear rate was 0.264 mm/km. It was also observed that variations in the hardness of PU liner lead to an important change on the wear mechanisms and, consequently, on the wear rate. The wear rate at large-scale was also strongly affected by the contact temperature. Due to the reduction of the contact temperature, a sharp reduction on the liner wear rate was observed. However, no significant variation in the rate of wear of PA riser cover was noticed. In small-scales tests, under the same sliding velocity and contact pressure observed in the field, the tribological wear behavior was changed. It was also observed that increasing the contact pressure or reducing the sliding stroke leads to a decrease the COF, while the sliding velocity only induced a change in this parameter if the contact temperature was significantly increased. Using test parameters in small scale which lead to a temperature rise in the tribocontact, it was possible to reproduce the tribological behavior observed in large-scale test. / Neste trabalho foram realizados ensaios tribológicos envolvendo o par poliuretano (PU) e poliamida (PA) em escala real e reduzida. Nos ensaios em escala real, os materiais foram submetidos a condições similares às observadas em plataformas de óleo e gás. O desgaste destas amostras foi avaliado utilizando uma máquina de medir por coordenadas. Nos ensaios em escala reduzida foram avaliados os efeitos da geometria do contato, da velocidade de deslizamento, da amplitude de deslizamento e da pressão de contato sobre o coeficiente de atrito (COF), bem como sobre os mecanismos de desgaste. Para as amostras de ambas as escalas, os mecanismos de desgaste da PA e do PU foram observados através de microscopia eletrônica de varredura. O comportamento térmico das amostras de PA foi investigado através da calorimetria exploratória diferencial. A análise físico-química foi realizada utilizando difração de raios-x e espectroscopia Raman para a PA e a espectroscopia no infravermelho para o PU. Nos ensaios em escala real foi observado que as capas dos dutos flexíveis têm uma taxa de desgaste máxima de 0,016 mm/km, enquanto no liner essa taxa foi de 0,264 mm/km. Observou-se também que variações na dureza do PU do liner levaram a uma importante alteração dos mecanismos atuantes e, consequentemente, da taxa de desgaste. Essa taxa de desgaste foi também fortemente influenciada pela temperatura no contato. Essas alterações foram verificadas mediante a introdução de afastamentos periódicos entre os corpos durante o teste. Neste caso, o desgaste do liner foi mínimo. Todavia, a PA da capa externa não apresentou variação significativa na taxa de desgaste. Nos ensaios em escala reduzida, sob mesmas condições de velocidade e pressão observadas em campo, não foi obtida a mesma resposta tribológica. Notou-se também que o aumento da pressão ou redução da amplitude de deslizamento reduz o COF, enquanto a velocidade somente alterou este parâmetro caso houvesse uma alteração significativa da temperatura no contato. Mediante a utilização de parâmetros de teste na escala reduzida que levavam ao aumento da temperatura no contato, foi possível reproduzir o comportamento tribológico observado em escala real. / Doutor em Engenharia Mecânica

Utilizou-se o conceito de ?aço matriz + NbC? para produzir ligas com a matriz do aço rápido M2 ( 0,5%C ? 2%W ? 3%Mo ? 4,6%Cr ? 1%V) e variadas frações volumétricas de carbonetos de nióbio. Adicionou-se 2,5 e 5% de nióbio e carbono estequiométrico para a obtenção de carbonetos NbC e titânio (0,1%) para modificação da morfologia dos carbonetos NbC. Os carbonetos NbC apresentaram-se como carbonetos eutéticos com morfologia de escrita chinesa, como carbonetos primários com a morfologia de cruz de malta e como carbonetos eutéticos e primários com morfologia poligonal, estes últimos modificados com a adição de titânio. Após tratamento térmico de têmpera e revenimento para obtenção da máxima dureza, as ligas foram submetidas a ensaios de fadiga térmica (100 ciclos, 650ºC), de abrasão (roda de borracha ? 130N, 200rpm, 30min, hematita como abrasivo) e de deslizamento alternado (disco contra esfera ? 70,6N, amplitude: 6mm, freqüência, 6 Hz, 2h) para estudar o efeito da fração volumétrica e da morfologia dos carbonetos frente a estas solicitações. As ligas com carbonetos com morfologia poligonal e menor fração volumétrica de carbonetos (comparando-se morfologias iguais) apresentaram o melhor desempenho sob fadiga térmica devido ao baixo valor do parâmetro C/Dm da microestrutura (continuidade de carbonetos/distância livre média entre carbonetos). Os corpos-de-prova foram caracterizados por meio de microscopia ótica e eletrônica de varredura para determinar os sítios de nucleação e caminhos de propagação das trincas. Nos ensaios em roda de borracha as ligas com carbonetos eutéticos divorciados com morfologia poligonal apresentaram maior resistência ao desgaste do que os aços contendo carbonetos eutéticos cooperativos. O aumento da fração volumétrica de carbonetos NbC teve um máximo na resistência a abrasão e depois uma queda devido a presença de carbonetos primários grosseiros que fraturaram na superfície ensaiada e foram arrancados aumentanto a perda de massa. Nos ensaios de deslizamento alternado não foi possível hierarquizar o comportamento das ligas. Os corpos-de-prova de abrasão e de deslizamento foram caracterizados por microscopia ótica e eletrônica de varredura para determinar os mecanismos de desgaste atuantes. Um aço rápido para cilindros de laminação a quente (2%C ? 5%Cr ? 5%Mo ? 5%V) foi ensaiado sob condições idênticas às aplicadas às ligas estudadas, objetivando comparar desempenhos. O aço rápido apresentou desempenho superior nos ensaios de abrasão e de deslizamento alternado (devido a alta fração volumétrica de carbonetos eutéticos) e inferior no ensaio de fadiga térmica (devido ao alto parâmetro C/Dm da microestrutura oriundo da alta fração volumétrica de carbonetos eutéticos). / The concept of ?matrix steel + NbC? was used to cast alloys with the M2 steel matrix (0,5%C ? 2%W ? 3%Mo ? 4,6%Cr ? 1%V) and different volume fractions of niobium carbides. Niobium (2,5 e 5%) and stoichiometric carbon were added to produce NbC carbides and titanium (0,1%) to modify de NbC carbides morphology. NbC presented three basic morphologies: Chinese script (coupled eutectic); primary carbides with cross morphology and polygonal primary and eutectic carbides (divorced eutectics). After heat treatment of quench and temper in order to obtain the maximum hardness, the alloys were submitted to thermal fatigue test (100 cycles, 650ºC), dry rubber wheel abrasive wear test (130N, 200rpm, 30min, hematite as abrasive) and reciprocating sliding wear test (70,6N, amplitude: 6mm, frequency: 6Hz, 2h). The alloys with polygonal NbC carbides and lower volume fractions of carbides (for the same morphology) showed the best behaviour due to their low ?carbide continuity/carbide free path? ratio of the microstructure. The alloys were characterized by optical microscopy and SEM to investigate de cracks nucleation and propagation. In the dry rubber wheel tests, polygonal NbC eutectic carbides (divorced eutectics) showed better behaviour than Chinese script NbC eutectic carbides. High volume fractions of NbC carbides improved the abrasion resistance until a maximum and after that, the presence of big primary NbC carbides, lowered the abrasion resistance due to cracks in those big carbides. The results of the reciprocating sliding tests have not allowed to rank the performance of the alloys. Abrasion and sliding specimens were submitted to optical microscopy and SEM in order to evaluate the prevalent wear mechanisms. One high speed steel for hot rolling mill rolls (2%C ? 5%Cr ? 5%Mo ? 5%V) was tested under the same conditions that the alloys studied were tested in order to compare their performances. The high speed steel showed better performance in abrasion and reciprocating sliding wear due to the high volume fraction of coupled eutectic carbides and lower performance in thermal fatigue due to the high ?carbide continuity/carbide free path? ratio of the microstructure than the alloys studied.