Durante o desgaste por deslizamento há a ocorrência de calor gerado por atrito, que favorece a oxidação nas superfícies de contato dos metais. O resultado deste fenômeno pode provocar uma diminuição da taxa de desgaste, a qual usualmente é associada com transições no tipo de contato: metal-metal, metal-óxido ou óxido-óxido. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo teórico do desgaste oxidativo. O modelo tenta correlacionar parâmetros termodinâmicos e tribológicos dos materiais, como energia de Gibbs, carga, área real de contato, velocidade e temperatura do contato. Para testar o modelo, realizaram-se ensaios do tipo pino-sobre-disco convencional, para análise da influência dos parâmetros tribológicos, de forma a obter diversas relações entre temperatura de contato, carga, velocidade e as propriedades físico-químicas dos materiais. Os ensaios foram realizados com variação contínua de carga, em intervalos de 20 a 120 N, 20 a 80 N e de 20 a 40 N. Os materiais escolhidos para serem ensaiados foram pino de aço ferramenta M2 temperado e revenido, enquanto que o disco foi de aço 1045 austemperado com microestrutura do tipo bainítica. A caracterização superficial antes e depois dos ensaios foi feita usando-se diferentes técnicas auxiliares, tais como microscopia óptica e eletrônica de varredura. Analisando as curvas obtidas a partir do modelo, assim como as obtidas pelas análise das experiências feitas para sua avaliação, pôde-se concluir que força motriz que causa a taxa de desgaste é a energia de contato, a qual depende das condições físico-químicas, do meio e das solicitações impostas às condições de contato, sendo também as propriedades do material essenciais para a influência na taxa de desgaste, propriedades que estão intrínsecas no modelo, assumindo a energia de Gibbs do material. / During sliding wear, heat generated friction occurs, which favors oxidation occurrence on the contacting surfaces of metallic materials. The oxidation phenomenon can result in wear rate attenuation due to transitions in the contact feature from metal-metal to either metal-oxide or oxide-oxide. This work aimed to develop a theoretical modeling on oxidational wear. In the obtained model, both thermodynamic and tribological parameters were used, such as Gibbs energy, load, actual area of contact, velocity and contact temperature. In order to obtain experimental data for the model assessment, usual pin-on-disk tests were conducted under some load and velocity conditions. Relations among the variables, such as contact temperature, load, velocity and physical-chemical properties of the materials, were attained. The tests were performed under continuous rising on load. Intervals from 20 to 120 N, 20 to 80 N and 20 to 40 N were tested. The pin material was made of quenched and tempered M2 tool steel and the disks were of austempered AISI 1045 steel with bainitic microstructure. Surface characterization was carried out before and after the tests, through optical and scanning electronic microscopes. Analyzing the results obtained from the model and from the experimental tests, it was possible to conclude that the wear phenomenon is related to the contact energy, which depends on the physical-chemical conditions of the surfaces, the environment and the mechanical loading the surfaces undergo. The material properties, which do also influence the wear rate, were taken into consideration in the model as the Gibbs energy of the materials.

As ligas de ferro fundido branco alto cromo (FFBAC) da norma ASTM A-532 são comumente utilizadas em peças que necessitam de elevada resistência ao desgaste. Tal escolha acontece devido à elevada dureza apresentada por tais materiais, o que propicia maior vida útil dos componentes. Entretanto, uma vez que o teor de cromo utilizado nos FFBAC possui grande influência no custo das peças, é importante garantir que os tratamentos térmicos (TOTO’s) aplicados estejam otimizados para cada composição de liga. Buscando atuar nesse sentido, esta dissertação analisou a utilização de diferentes tempos e temperaturas de patamar em TOTO’s de desestabilização da austenita para duas ligas da norma ASTM A-532 (ligas com 20% e 25%Cr). Após tais procedimentos, foram estudadas a dureza e a resistência ao desgaste, tanto para algumas das amostras tratadas quanto para seis amostras de FFBAC fornecidas por diversas fundições nacionais. Os resultados demonstraram a existência de uma temperatura que otimiza a dureza da liga, possibilitando incrementos desta propriedade nas amostras tratadas em valores de até 37% (considerando a dureza inicial na condição “bruto de fusão”). Com relação ao tempo de patamar, verificou-se que o mesmo apresentou pouca influência no incremento de dureza, apresentando variações máximas inferiores à 4% para tratamentos variando entre 30 minutos à 6 horas de duração, resultado que destoou daquele indicado pela literatura. Além disso, verificou-se que uma liga com 19,6 %Cr pode apresentar uma dureza até 11% maior do que o verificado para ligas comerciais Nesta comparação, apesar da liga comercial possuir menor teor de carbono, ficou evidenciado o indicativo de que as peças consideradas neste estudo e oriundas de fundições nacionais não otimizam os resultados de seus TOTO’s. A resistência ao desgaste, por sua vez, demonstrou não depender apenas da macrodureza das amostras, mas também de outras características como tamanho, distância e continuidade dos carbonetos primários, o que explica a obtenção de resultados similares de perda de massa no ensaio abrasivo para amostras que possuem durezas diferindo em cerca de 12% porém possuindo tamanho de microconstituintes similares. Por fim, observou-se que ligas com maiores teores de cromo e menores teores de carbono apresentam menores valores de dureza e resistência ao desgaste, o que viabiliza uma aplicação com maior vida útil e menor custo. / The high chromium white cast iron alloys from ASTM A-532 are commonly used in parts which wear resistance are required. This choice happens due the great hardness showed by these alloys, what propitiates a higher lifetime for the components. However, since chromium content has great influence in the cost of the parts, it is important ensure that the apply heat treatments are optimized for each alloy composition. Thus this dissertation analyzed the application of different heat treatment cycles on the austenite destabilization for two ASTM A-532 alloys (20%Cr and 25%Cr). After the heat treatment, hardness, wear resistance and microstructure were analyzed, both for some of the treated samples as for six samples provided by different manufactures in Brazil. The results showed the existence of a temperature that optimizes the alloy hardness, allowing increases on this property in values up to 37% (considering the initial hardness of the “as cast” condition) Concerning the time of heat treatment, was verified that this parameter has low influence in the increase on hardness, showing maximum variations lower than 4% in treatments with times coming from thirty minutes until six hours, results that does not match that one’s indicated by the literature. Besides that, it was verified that an alloy with 19,6%Cr can present a hardness 11% greater than that verified in commercial. In this comparation, although the commercial alloy having lower carbon content, was evidenced that the parts from the Brazilians companies which were considered in this study, does not have an optimum heat treatment. The wear resistance was not only depend of the sample hardness, but also of other characteristics as size, distance and continuity of the primary carbides, which explain the results of similar mass loss in the abrasive test for samples with hardness differing about 12%, but with similar size of microconstituents. Finally, it was observed that alloys with higher chromium and low carbon content shows lower hardness and wear resistance values than alloys with low percentages of chromium, what enable an application with larger lifetime and lower cost.

As ligas de ferro fundido branco alto cromo (FFBAC) da norma ASTM A-532 são comumente utilizadas em peças que necessitam de elevada resistência ao desgaste. Tal escolha acontece devido à elevada dureza apresentada por tais materiais, o que propicia maior vida útil dos componentes. Entretanto, uma vez que o teor de cromo utilizado nos FFBAC possui grande influência no custo das peças, é importante garantir que os tratamentos térmicos (TOTO’s) aplicados estejam otimizados para cada composição de liga. Buscando atuar nesse sentido, esta dissertação analisou a utilização de diferentes tempos e temperaturas de patamar em TOTO’s de desestabilização da austenita para duas ligas da norma ASTM A-532 (ligas com 20% e 25%Cr). Após tais procedimentos, foram estudadas a dureza e a resistência ao desgaste, tanto para algumas das amostras tratadas quanto para seis amostras de FFBAC fornecidas por diversas fundições nacionais. Os resultados demonstraram a existência de uma temperatura que otimiza a dureza da liga, possibilitando incrementos desta propriedade nas amostras tratadas em valores de até 37% (considerando a dureza inicial na condição “bruto de fusão”). Com relação ao tempo de patamar, verificou-se que o mesmo apresentou pouca influência no incremento de dureza, apresentando variações máximas inferiores à 4% para tratamentos variando entre 30 minutos à 6 horas de duração, resultado que destoou daquele indicado pela literatura. Além disso, verificou-se que uma liga com 19,6 %Cr pode apresentar uma dureza até 11% maior do que o verificado para ligas comerciais Nesta comparação, apesar da liga comercial possuir menor teor de carbono, ficou evidenciado o indicativo de que as peças consideradas neste estudo e oriundas de fundições nacionais não otimizam os resultados de seus TOTO’s. A resistência ao desgaste, por sua vez, demonstrou não depender apenas da macrodureza das amostras, mas também de outras características como tamanho, distância e continuidade dos carbonetos primários, o que explica a obtenção de resultados similares de perda de massa no ensaio abrasivo para amostras que possuem durezas diferindo em cerca de 12% porém possuindo tamanho de microconstituintes similares. Por fim, observou-se que ligas com maiores teores de cromo e menores teores de carbono apresentam menores valores de dureza e resistência ao desgaste, o que viabiliza uma aplicação com maior vida útil e menor custo. / The high chromium white cast iron alloys from ASTM A-532 are commonly used in parts which wear resistance are required. This choice happens due the great hardness showed by these alloys, what propitiates a higher lifetime for the components. However, since chromium content has great influence in the cost of the parts, it is important ensure that the apply heat treatments are optimized for each alloy composition. Thus this dissertation analyzed the application of different heat treatment cycles on the austenite destabilization for two ASTM A-532 alloys (20%Cr and 25%Cr). After the heat treatment, hardness, wear resistance and microstructure were analyzed, both for some of the treated samples as for six samples provided by different manufactures in Brazil. The results showed the existence of a temperature that optimizes the alloy hardness, allowing increases on this property in values up to 37% (considering the initial hardness of the “as cast” condition) Concerning the time of heat treatment, was verified that this parameter has low influence in the increase on hardness, showing maximum variations lower than 4% in treatments with times coming from thirty minutes until six hours, results that does not match that one’s indicated by the literature. Besides that, it was verified that an alloy with 19,6%Cr can present a hardness 11% greater than that verified in commercial. In this comparation, although the commercial alloy having lower carbon content, was evidenced that the parts from the Brazilians companies which were considered in this study, does not have an optimum heat treatment. The wear resistance was not only depend of the sample hardness, but also of other characteristics as size, distance and continuity of the primary carbides, which explain the results of similar mass loss in the abrasive test for samples with hardness differing about 12%, but with similar size of microconstituents. Finally, it was observed that alloys with higher chromium and low carbon content shows lower hardness and wear resistance values than alloys with low percentages of chromium, what enable an application with larger lifetime and lower cost.

Neste trabalho foi investigado o processamento e propriedades mecânicas e tribológicas do compósito cerâmico Al2O3- NbC com o objetivo de desenvolver um compósito cerâmico com melhores propriedades do que a alumina pura. Como material para comparação foi utlizado a alumina que é uma cerâmica tradicionalmente aplicada onde é necessária elevada resistência mecânica e ao desgaste. A composição Al2O3-0,5%wtY2O3-20%wtNbC, que origina o compósito, passou por moagem e mistura em moinho tipo atrittor e secagem em evaporador rotativo. O pó obtido foi caracterizado quanto a distribuição granulométrica e morfologia. A alumina seguiu a rota tradicional de moagem e mistura em moinho de bolas, secagem em spray dryer; e mesma caracterização realizada para o compósito. Foi realizado estudo da sinterização em dilatômetro para os dois materiais com intuito de determinar as condições ideais de sinterização. Por meio de prensagem uniaxial seguida de prensagem isostática a frio foram confeccionadas amostras na forma de discos e pinos. Os materiais densos foram obtidos por sinterização normal sendo que a alumina ao ar e o compósito em atmosfera de argônio. As fases formadas no dois materiais foram determinadas por difração de raios X. As microestruturas foram estudas em microscópio eletrônico de varredura nas superfícies polidas e atacadas. Entre as propriedades mecânicas foram medidas o módulo elástico, a dureza e a tenacidade à fratura por meio de impressões Vickers. O compósito desenvolvido apresentou valores superiores em todas estas propriedades em relação a alumina. O estudo do comportamento tribológico foi realizado por meio do deslizamento de pinos, com extremidade cônica, de alumina e do compósito cerâmico sobre discos de alumina. Os ensaios foram realizados com a velocidade de 0,4m/s e com carregamento, por meio de peso morto, de 10N sob diferentes níveis de umidade relativa ( 26,8; 48 e 76,3%). O coeficiente de atrito cinético médio, assim como a taxa de desgaste, diminuiu em todos os ensaios com o aumento da umidade relativa, para os dois materiais. Este comportamento foi relacionado com a formação de uma camada na interface de contato entre as superfícies do pino e do disco de hidróxido de alumínio. O compósito demostrou maior resistência ao desgaste em todas as condições tribológicas estudadas. O compósito cerâmico desenvolvido claramente possui boas perspectivas como um novo material cerâmico em importantes aplicações técnicas. / In the present work processing, and mechanical and tribological properties of a ceramic composite Al2O3-NbC were investigated in order to develop a ceramic material with superior properties. Alumina was chosen as a reference since it is a traditional ceramic material for applications where elevated mechanical properties and wear resistance are required. The composition Al2O3 - 0.5 wt%Y2O3-20 wt%NbC was prepared by attrition milling followed by drying in a rotaevaporator. The resulting powder mixture was characterized for granulometry and powder particles morphology. Alumina was processed according to the traditional route of ball milling followed by passing through a spray drier, and the processed powder was then characterized the same way as the composite. Dilatometry was accomplished for both materials in order to define the ideal sintering conditions. Samples with the shape of discs and pins were compacted by uniaxial pressing followed by cold isostatic pressing. Densification was achieved by sintering in air and in argon for alumina and the composite, respectively. Phase composition of sintered materials was studied by X-ray diffraction (XRD). Microstructure was investigated by means of scanning electron microscopy (SEM) on polished and etched surfaces. Materials were also characterized for a number of mechanical properties, in particular for Young modulus, hardness, and fracture toughness by Vickers indentation method. The developed composite exhibited superior mechanical properties as compared to alumina. Tribological behavior was investigated by means of a sliding pin on disk test with pins of a conical shape prepared both from alumina and the composite, and an alumina disk. Tests were performed with the sliding speed of 0.4 m/s and 10N load under varying humidity conditions (26.8; 48, and 76.3%). Both the mean coefficient of friction and the wear rate diminished in all tests with the increase of humidity for both materials. Such behavior was attributed to a aluminum hydroxide layer formation between the pin and the disk surfaces. The developed composite exhibited better wear resistance under all tribologic conditions studied. The developed ceramic composite obviously has good perspectives as a new material for a variety of important technical applications.

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.

Neste trabalho, foi investigado o efeito do tamanho do abrasivo e do pH do meio na resistência ao desgaste abrasivo do aço H-13 com matriz martensítica e do aço Hadfield com matriz austenítica. Ensaios de abrasão foram realizados utilizando o equipamento roda de borracha a úmido, variando o tamanho do abrasivo entre 0,15 e 2,40 mm e o pH do meio entre 5,5 e 12,8. As microestruturas dos materiais estudados foram analisadas utilizando microscopia óptica, as superfícies de desgaste e as partículas de desgaste foram analisadas em microscópio eletrônico de varredura. A macrodureza e a microdureza, antes e após os ensaios, foram obtidas utilizando durômetro Vickers. A topografia da região central da superfície de desgaste foi obtida utilizando Perfilometria 3D, visando obter valores de profundidade de penetração do abrasivo. Os resultados mostraram que o aço Hadfield é mais resistente do que o aço H-13 em todos os valores de pH e tamanhos de abrasivo utilizados. Para os dois materiais, a perda de massa aumenta linearmente até um tamanho crítico de abrasivo (TCA) e, após este, a mesma continua a aumentar, mas com uma intensidade menor. Para os dois materiais e para todos os tamanhos de abrasivo, o aumento do pH do meio resultou em menores perdas de massa, sendo este efeito maior para os dois menores tamanhos de abrasivo. Para maiores valores de pH, foram observadas menores profundidades de penetração do abrasivo. A microdureza da superfície de desgaste do aço H-13 sofreu um pequeno aumento com o aumento do tamanho do abrasivo enquanto que para o aço Hadfield esse aumento foi mais intenso. A análise das partículas de desgaste mostraram que, para todas as condições ensaiadas, os debris do aço H-13 tinham duas morfologias, contínuas e descontínuas enquanto que os cavacos do aço Hadfield foram sempre descontínuos. Para os dois materiais, foram observados dois micromecanismos de desgaste, sendo eles microcorte e microsulcamento. Por fim, os resultados apresentados neste trabalho sugerem que a análise de desempenho do aço Hadfield em serviço deve considerar o pH do meio bem como a granulometria do abrasivo em contato. / In this work, the effects of abrasive particle size and pH value of the aqueous solution on abrasive wear resistance of the H-13 steel with martensitic matrix and the Hadfield steel with austenitic matrix were investigated. Abrasive wear tests, using a wet rubber wheel abrasion tester, were carried out using abrasive sizes between 0.15 and 2.40 mm and pH values of the aqueous solution between 5.5 and 12.8. The microstructures of the materials studied were analyzed by optical microscopy and the wear surfaces and wear particles were analyzed by scanning electron microscopy. The hardness and microhardness before and after the tests were measured using a Vickers hardness tester. The topography of the middle of wear scars, were obtained by a noncontact 3D profiler in order to measure the depth of abrasive penetrations.The results show that the Hadfield steel is more wear resistant than the H-13 steel at all pH values and abrasive sizes conditions tested. For both materials, mass loss increases linearly up to a critical abrasive size, and after this the mass loss continues to increase, but with a lower intensity. Moreover, for both materials and all the abrasive sizes, increases in the pH values of the aqueous solution resulted in lower mass losses, and this effect is greater for the two smaller grain sizes. For higher pH values, lower depths of penetration of abrasive were observed. The microhardness in the wear scar surface of the H-13 steel presented a slight increase with the abrasive size, while for the Hadfield steel, this microhardness increases in a more intense form with the abrasive size. The analysis of the wear particles showed that, for all test conditions, the chips of H-13 steel has two types of morphologies, continuous or discontinuous, and for Hadfield steel only discontinuous. For both materials, two abrasive wear micromechanisms were observed, microcutting and microploughing. Finally, the results presented in this work suggest that the wear performance analysis of the Hadfield steel, to be used in an abrasive environment, must consider the effects of pH of the aqueous solution and particle size.

Neste estudo, foi avaliada a resistência ao desgaste abrasivo de uma resina composta, através de três diferentes métodos: do disco retificado, por escovação e do nanodurômetro. Nos dois primeiros métodos, foram utilizados 20 espécimes da resina Filtek Z250 (10 da cor Incisal e 10 da cor C4, ambos fotopolimerizados por 30 segundos cada) e 10 de polimetilmetacrilato (PMMA), atuando estes últimos como padrão de referência. Para os ensaios com o nanodurômetro, foi utilizado apenas um espécime de cada cor, assim como um único de PMMA, em cujas superfícies planas foram efetuadas sete medições, o que foi considerado equivalente a sete espécimes. No método do disco retificado, cada espécime de resina composta era confeccionado diretamente numa cavidade semicircular, localizada na periferia de um disco-suporte; os espécimes de PMMA consistiam em discos constituídos exclusivamente por este material; o desgaste de cada espécime era promovido por um disco de porcelana e seu conseqüente deslocamento era detectado por um palpador; assim, a taxa de desgaste era estabelecida, expressa em milímetros cúbicos por newton por segundo (mm3/N.s). No método de escovação, cada espécime cilíndrico ficava preso numa placa metálica, a qual era fixada no interior da máquina de escovação; sua perda de massa (em miligramas) era verificada através de uma balança analítica. No método do nanodurômetro, existiu apenas um espécime ci líndrico para cada condição, em cuja face plana superior eram feitos sete sulcos (equivalentes a sete espécimes); o coeficiente de atrito permitia estabelecer a respectiva resistência ao desgaste. Para cada método utilizado, os dados foram tratados estatisticamente, através de análise de variância (ANOVA) e de teste de Tukey. Pôde-se concluir que, através do disco retificado, a taxa de desgaste (em mm3/N.s) dos materiais foi: Incisal (0,6807) > C4 (0,5012) > PMMA (0,1439); que, através da escovação, a taxa de desgaste (em mg) foi de 5,40 para Incisal, de 9,35 para C4 e de 5,88 para PMMA, sem diferença significante apenas entre Incisal e PMMA, os mais resistentes; e que, através do nanodurômtero, a resistência ao desgaste abrasivo (expressa pelo coeficiente de atrito) foi de 0,207 para Incisal, de 0,214 para C4 e de 0,281 para PMMA, sem diferença significante agora apenas entre Incisal e C4, os menos resistentes. / Abrasive wear of a composite resin, using three different methods (ground disc, toothbrushing and nanodurometer). The aim at this study was to evaluate the resistance to abrasive wear of a composite resin, using three different methods: ground disc, toothbrushing and nanodurometer. At the first two methods were employed 20 specimens of Filtek Z250 composite resin (10 of Incisal and 10 of C4, both the colors cured for 30 seconds each one) and 10 of polymethylmethacrylate (PMMA), the latter acting as a reference standard. For the tests with the nanodurometer it was used only one specimen of each color, as well as just one of PMMA, in whose flat surfaces seven measurements were made, what was considered equivalent to seven specimens. At the ground disc method, each composite resin specimen was directly made on a semicircular cavity located on the periphery of a supporting disc; PMMA specimens consisted of discs made up exclusively with this material; the wear of each specimen was promoted by a ceramic disc and its consequent displacement was detected by a sensor; thus, the wear rate was established, expressed in cubic millimeters per newton per second (mm3/N.s). At the toothbrushing method, each cylindrical specimen was trapped in a metal plate, which was fixed inside the machine brushing; its weight loss (in milligrams) was verified by an analytical balance. At the nanodurometer method, there was only one cylindrical specimen for each condition, in whose flat upper face seven grooves were made (what was equivalent to seven specimens); the coefficient of friction was used to establish its wear resistance. For each method, data were statistically analyzed by ANOVA and Tukey\'s test. It could be concluded that, by ground disc method, materials wear rate (in mm3/N.s) was Incisal (0.6807) > C4 (0.5012) > PMMA (0.1439); by brushing method, materials wear rate (in mg) was 5.40 for Incisal, 9.35 for C4 and 5.88 for PMMA, without significant difference only between Incisal and PMMA (the toughest); by nanodurometer method, abrasive wear resistance (expressed by the coefficient of friction) was 0.207 for Incisal, 0.214 for C4 and 0.281 for PMMA, now without significant difference just between Incisal and C4, the least resistant.

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.

The application of hardfacing brings the reduction of the wear and therefore increases service life of components and reducing the maintenance shutdowns. This work aims to study the wear resistance of hardface applied by welding, by using the process FCAW (Flux- Cored Arc Welding) Self-Shield Double Wire. Three types of consumables were used (FeCrC, FeCrC+Ti and FeCrC + Nb) with diameter 1.6 mm in twelve coating conditions. The coating was applied by welding on a steel SAE 1020 with and without E308lSi buttering, with metal transfer mode in short circuit. It was compared the deposits made with each condition. It was constructed specimens for the evaluation of wear in the laboratory with Rubber Wheel according to ASTM G65-00. The wear evaluation was made via mass loss. It was also carried analysis hardness and microhardness of the coating microstructure. The best wear resistance results were obtained with the use of two wires electrode with the same composition (FeCrC + Ti). The presence of Ti in the coating has fewer cracks and improves wear resistance in this study. The conditions with buttering have not shown good results with respect to wear resistance of coatings. / A aplicação de revestimentos com o objetivo de reduzir o desgaste e, consequentemente os custos de manutenção, busca o incremento da vida em serviço dos componentes e na redução das paradas programadas. Uma correta seleção do material depositado permite, dentre outras coisas, transformarem elementos descartáveis por desgaste em bens de capital recuperável, aumentar a resistência e prover as superfícies susceptíveis ao desgaste de características e propriedades desejadas e, em geral, aumentar a eficiência do processo. Assim, o objetivo deste trabalho é avaliar a resistência ao desgaste abrasivo de revestimentos duros depositados em camada única através do processo de soldagem FCAW (Flux - Cored Arc Welding) Duplo Arame, com arame tubular auto protegido. Foram utilizados três tipos de consumíveis (FeCrC, FeCrC+Ti e FeCrC+Nb) de diâmetro 1,6 mm em doze condições de revestimento diferentes. O revestimento por soldagem foi aplicado sobre uma chapa de aço carbono SAE 1020 com e sem amanteigamento de liga E308LSi, utilizando-se o modo de transferência metálica por curto-circuito. Construiu-se corpos de prova para a avaliação do desgaste em laboratório com abrasômetro Roda de Borracha de acordo com a norma ASTM G65-00. A avaliação de desgaste foi feita via perda de massa. Foram realizadas também análise de dureza, microdureza e microestrutura dos revestimentos. Os melhores resultados de resistência ao desgaste foram obtidos com a utilização dos dois arames eletrodo de mesma composição (FeCrC+Ti - FeCrC+Ti). A presença do Ti no revestimento apresenta menor quantidade de trincas e melhora a resistência ao desgaste com o ensaio utilizado nesta pesquisa. As condições com amanteigamento não demonstraram bons resultados com relação a resistência ao desgaste dos revestimentos. / Mestre em Engenharia Mecânica