O controle e a redução de atrito podem auxiliar na elaboração de estratégias de eficiência energética e na redução da emissão de dióxido de carbono (CO2). Apesar de existirem leis fenomenológicas bem estabelecidas para o atrito, não há uma definição da relação das propriedades macroscópicas/microscópicas com as propriedades fundamentais e nanoscópicas. O entendimento dessas correlações e dos mecanismos de dissipação de energia envolvidos no fenômeno de atrito podem ajudar no maior controle do coeficiente de atrito. Neste trabalho, o coeficiente de atrito de sistemas de óxidos na camada mais externa de ferro puro (99,99%) previamente nitretado são investigados visando encontrar relações entre as leis fenomenológicas, propriedades mecânicas e modelos teóricos envolvendo a dissipação energética via fônons. Para isso as amostras foram caracterizadas utilizando espectroscopia de emissão óptica de descarga luminescente (GD-OES), difração de raios X (DRX), tomografia de ponta atômica (APT), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de varredura por transmissão (STEM), nanoindentação e deslizamento unidirecional. Na caracterização experimental foi observada uma redução gradativa do coeficiente de atrito, a qual foi acompanhada por um aumento do teor de óxido na superfície. Apesar disso, essa tendência não foi observada na evolução das propriedades mecânicas. Logo, os cálculos teóricos baseados em mecanismos de dissipação fonônica aplicados para calcular o coeficiente de atrito representaram bem os valores experimentais. De forma geral, a mudança do coeficiente de atrito pode ser explicada mediante contribuições fonônicas, porém as forças de atrito do presente sistema não são totalmente determinadas por mecanismos fonônicos (sic). / Control and reduction of friction can help in the elaboration of strategies of energy efficiency and in the reduction of carbon dioxide (CO2) emission. Although there are well established phenomenological laws for friction, there is no definition of the relationship of macroscopic / microscopic properties to fundamental and nanoscopic properties. The understanding of these correlations as well the mechanisms of energy dissipation involved in the friction phenomenon can help in a greater control of the coefficient of friction. In this work, the coefficient of friction of oxide systems in the outermost layer of pure iron (99.99%) previously nitrided is investigated aiming to find relationships between the phenomenological laws, mechanical properties and theoretical models involving energy dissipation via phonons. For this purpose, samples were characterized using glow discharge optical emission spectroscopy (GD-OES), X-ray diffraction (XRD), atomic probe tomography (APT), scanning electron microscopy (SEM), transmission scanning electron microscopy (STEM), nanoindentation and unidirectional sliding. In the experimental characterization, a gradual reduction of the coefficient of friction was observed, which was accompanied by an increase of the surface oxide content. Despite this, the same trend was not observed in the evolution of the mechanical properties. Therefore, the theoretical calculations based on the mechanisms of phononic dissipation applied to calculate the coefficient of friction well represent the experimental values. In general, the change in the coefficient of friction can be explained by phononic contributions, but the frictional forces of the present system are not totally determined by phononic mechanisms (sic).

Orientador: Antonio Jorge Abdalla / Banca: José Vitor Candido de Souza / Banca: Rosinei Batista Ribeiro / Resumo: Os aços de alta resistência da série AISI 43XX apresentam importantes aplicações na indústria aeroespacial e automobilística. Devido as suas características, podem atingir altos limites de escoamento e resistência. A presença de elementos de liga como cromo, molibdênio e níquel juntamente com o teor de carbono, variando neste estudo de 0,20 a 0,70 %, podem promover melhorias nas propriedades mecânicas. O tratamento de superfície de nitretação utilizado pode promover melhorias nas propriedades de corrosão, desgaste e aumento da dureza superficial. Neste estudo foi aplicado o tratamento de nitretação a plasma em amostras dos aços da família AISI 43XX e foi avaliada, de forma comparativa, as alterações na superfície e na microestrutura dos aços nitretados em relação aos não nitretados. A elevação do teor de carbono pode dificultar ou reduzir a formação da camada de nitretos, portanto, é importante avaliar a influência do percentual de carbono nestas estruturas. As características microestruturais foram analisadas por microscopia óptica, microdureza e difração de raios-X. Foram também estudadas a influência do teor de carbono no aço apenas temperado e temperado e revenido. Com o aumento do teor de carbono do aço foi observada a elevação na dureza do aço temperado ou apenas recozido. O tratamento termoquímico de nitretação a plasma elevou a dureza da superfície para valores em torno de 800 HV, dureza superior à encontrada no substrato. A profundidade da zona de difusão de nitrogên... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The high strenght steel from series AISI 43XX are heavely applied on the aerospacial and automotive industry. Due to their chacteristics, they reach high yield values and resistence levels. The presence of chrome, nickel and molybdenum allied with the carbon content, from 0,20 to 0,70% in this study, can provide improvements on the mechanical properties. The nitriding surface threatment used may provide improvement on corrosion, wear properties and increase the surface hardness. In this study was applied the nitriding plasma threatment on samples of family 43XX steel and was evaluated, on comparative basis, the alterations on the surface and in the microstructure of nitrided steels in comparison to not nitrided steels. Higher carbon content may hamper or reduce the nitrides deposition, therefore, it is important to evaluate the influence of the carbon concentration in theses structures. The microstructure characteristics were analysed by optical microscopy, microhardness and X-ray difraction. The nitriding plasma thermochemical threatment raised the surface hardness to values of about 800 HV, higher than the values measured in the substract. The nitrogen diffused zone of higher carbon content steels was thicker than the lower. The content of arrested austenite increased as the carbon contend increased, but was just possible to measure it by optical microscopy, because it is difficult to measure lower contents than 5% or homogen and thick distributed by X-ray difraction / Mestre

Orientador: Antonio Jorge Abdalla / Coorientador: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Marcelino Pereira do Nascimento / Banca: Humberto Lopes Rodrigues / Banca: Rafael Humerto Mota de Siqueira / Banca: Cristina de Carvalho Ares Elisei / Resumo: O aço 300M surgiu como uma melhoria do aço de alta resistência SAE 4340, este foi desenvolvido para adquirir melhor tenacidade e soldabilidade em aplicações que exigem melhores propriedades mecânicas, foram feitas pequenas alterações nos elementos de liga como a adição de vanádio e elevação no teor de silício. Este trabalho realizou tratamentos de superfície de nitretação a Plasma e de carbonetação a Laser na superfície de um aço 300M com estrutura bainítica. A microestrutura bainítica foi obtida por resfriamento isotérmico na temperatura de 300°C durante 60 minutos, a partir da região de austenitização, elevando a dureza de 380 para 474 HV. O tratamento de superfície de carbonetação, utilizando um laser de CO2 de baixa potência (125 W) utilizou como revestimento negro de fumo, com objetivo de adicionar carbono e criar uma camada protetora. O tratamento de superfície por nitretação a plasma ocorreu na temperatura de 500ºC durante 3 horas, em uma atmosfera com mistura de gases N2 e H2. As amostras foram caracterizadas por microscopia óptica. Foram analisadas as espessuras da camada de compostos formada na superfície, em torno de 20 μm, e da zona termicamente afetada pelo calor (ZTA), em torno de 45 μm, para tratamento a laser. Pelo tratamento de nitretação, a camada formada na superfície do aço, apresentou uma região branca com aproximadamente 3 μm e uma camada de difusão atômica endurecida com cerca de 20 μm. As propriedades mecânicas foram avaliadas por meio de ensaios de tr... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: 300M steel was developed from high-strength steel SAE 4340, the goal of this improvement was get better toughness and weldability in applications requiring improved mechanical properties; with small changes in alloy elements, addition of vanadium and especially the silicon content. This work uses low-power laser CO2 (125 W) for introducing carbon into the surface of 300M steel with bainitic structure. The bainitic microstructure was obtained by isothermal cooling at 300 °C for 60 minutes after austenitizing at 850 ºC for 30 minutes; this heat treatment increased the hardness of 360 HV for 474 HV. The CO2 laser parameters as resolution and power were kept constant and the speed is varied. It was used as carbon black coating to better the absorption of light laser. Treatment plasma nitriding surface was at a temperature of 500° C for 3 hours in atmosphere having a gas mixture N2 e H2. The samples were characterized by optical microscopy. They were analyzed thicknesses of the layers formed on the surface around 20 µm, and the heat affected zone (HAZ) about 45 µm, for laser treatment. To nitriding treatment, the layer formed on the surface of the steel showed a white area of approximately 3 µm and 20 µm near HAZ. The mechanical properties were analyzed using tensile and fatigue tests. The results showed that the mechanical properties in tensile tests was strongly affected by the bainitic microstructure. The steel that received the nitriding surface plasma treatment showed better fatigue behavior / Doutor

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-16T23:51:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T22:37:08Z : No. of bitstreams: 1 139008.pdf: 30562492 bytes, checksum: 070788b8cb7be749acc7243e005bcfc0 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciencias Fisicas e Matematicas / Made available in DSpace on 2012-10-17T02:44:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T22:38:23Z : No. of bitstreams: 1 109017.pdf: 12063864 bytes, checksum: 77f0ab2e2b02f8e699ae9050616a9342 (MD5) / A fabricação de produtos via metalurgia do pó (M/P) é amplamente empregada na indústria, porém em aços sinterizados a presença de poros residuais decorrentes do processso de fabricação afeta o seu desempenho face à corrosão eletroquímica. Aplicou-se um tratamento superficial nas ligas, nitretação por plasma, visando melhorar a resistência à corrosão. Neste trabalho foram produzidas ligas na forma binária por M/P, Fe-5% Mo e Fe-10% Ni as quais foram sinterizadas a uma temperatura de 1250°C durante 2h e posteriormente nitretadas por plasma a uma temperatura de 540°C em uma mistura de 75%N2/25%H2 por 2h. O objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento destas ligas sinterizadas, sinterizadas/nitretadas, frente à corrosão. Os ensaios eletroquímicos empregados para avaliar o comportamento das mesmas foram: Ecorr vs tempo, potenciodinâmico, potenciostático, realizados em uma solução de KNO3 1,25M, de onde derivaram os valores para os cálculos da taxa de corrosão. A Microestrutura das ligas sinterizadas e camada nitretada, foram analisadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e análise de energia dispersíva (EDAX). Entre as amostras de Fe-10%Ni sinterizadas e sinterizadas/nitretadas, não ocorreu diferença significativa nos ensaios potenciodinâmicos. O ensaio potenciostático revelou uma densa camada de óxido formada na liga sinterizada Fe-5%Mo, indicando a sua passivação. Em ambos os casos as amostras nitretadas não exibem uma melhora na resistência à corrosão.

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T07:41:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T23:18:17Z : No. of bitstreams: 1 138902.pdf: 33100279 bytes, checksum: 2a6ebaaf8a01788370a84f1221937cf6 (MD5)

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-17T08:59:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T00:55:12Z : No. of bitstreams: 1 148945.pdf: 64301901 bytes, checksum: 927bfadb89e5c8060026be439b68325e (MD5) / Neste trabalho estuda-se o efeito de cinco diferentes composições da atmosfera de tratamento de nitretação por plasma sobre a microestrutura e o perfil de microdureza de três ligas ferrosas sinterizadas de amplo emprego comercial: o ferro puro, a liga Fe-1,5%Mo e o aço estrutural pré-ligado Fe-1,5%Mo-0,5%C. No ferro e no aço investiga-se também o efeito de três dessas misturas gasosas, com composições típicas de uso industrial, sobre a microtextura superficial e o comportamento mecânico em tração monotônica e em fadiga flexional, sob os pontos de vista quantitativo e fractográfico. Constata-se que os tratamentos por plasma ocasionam um aumento moderado na resistência e um deoréscimo na ductilidade à tração, bem como um inoremento significativo na resistência à fadiga dos materiais estudados, sobretudo no caso do tratamento com mistura gasosa contendo carbono. Tais alterações de propriedades mecânicas estão associadas à atuação de micromecanismos de fratura frágil na camada nitretada. Adicionalmente e para fins de comparação, descrevem-se as alterações causadas por tratamentos similares de nitretação por plasma na microestrutura e no comportamento à fadiga de um aço estrutural convencional altamente nitretável.

Orientador: Antonio Jorge Abdalla / Coorientador: Humberto Lopes Rodrigues / Coorientador doutorado sanduíche: Jean Denape / Banca: Marcelino Pereira do Nascimento / Banca: Cristina de Carvalho Ares Elisei / Banca: Rafael Humberto Mota de Siqueira / Banca: Rosinei Batista Ribeiro / Resumo: Os aços de ultra alta resistência como o aço 4340 tem sido amplamente utilizados pela indústria aeronáutica e aeroespacial em aplicações como trens de pouso de aeronaves e o veículo lançador de satélite brasileiro (VLS), além de um uso extensivo para diversos setores da indústria em geral. Isso se deve, em grande medida, às suas propriedades mecânicas. Este trabalho se propõe a avaliar as propriedades tribológicas do par aço 4340, inicialmente submetido ao tratamento térmico de têmpera e revenimento, e a liga bronze alumínio 630, utilizados em trens de pouso. Será estudado o comportamento destas estruturas após o aço ser submetido a tratamentos de superfície por nitretação a plasma e carbonetação a laser, como forma de melhorar seu desempenho com relação ao atrito e ao desgaste. Neste estudo foi escolhido o ensaio tipo pino-disco para simular a situação real de desgaste. Os discos foram confeccionados a partir do aço AISI/SAE 4340 e os pinos foram feitos da liga bronze-alumínio 630. Foram realizadas análises microestruturais das estruturas e das camadas de compostos formadas devido ao tratamento de superfície, Após os ensaios de desgaste foram feitas observações das superfícies através de microscopia e perfilometria óptica, microscopia eletrônica de varredura, difratometria de raios-X, testes de riscamento (scratching tests), dureza, observação de rugosidade e pesagem dos corpos de prova. Foram levantados os parâmetros do desgaste e alterações microestuturais devido à interaç... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Ultra high strength steels as 4340 steel has been widely used by the aerospace industry in applications such as aircraft landing gears and the Brazilian satellite launch vehicle (VLS), plus an extensive use for various sectors of the industry in general. This is due largely to their mechanical properties. This work aims to evaluate the tribological properties of 4340 steel pair, initially submitted to heat treatment of quenching and tempering, and aluminum bronze 630 alloy, used in landing gear. The behavior of these structures after the steel be subjected to surface treatment by plasma nitriding and laser carbonetation will be studied, as a way to improve its performance with respect to friction and wear. For this study, pin-on-disc test was chosen in order to simulate the real situation of wear. The discs were made from 4340 steel and pins were made of aluminium bronze 630 alloy. Micro-structural analyses were undertaken of the structures and compound layers formed due to surface treatment. After the wear tests surface observations were made through microscopy and perfilometry optical, scanning electron microscopy, x-ray diffractometry, x-ray tests, scratching tests, hardness, roughness and weighing of the specimens. Parameters of wear and microestuturals changes were raised due to interaction between the contact surfaces during rehearsals. Loss of mass was analyzed and curves of wear and friction related parameters were plotted in function of the slided distance and/or time of test. In the tests three test velocities were used: 0.5; 1.0 and 1.5 m/s. It was possible to calculate the wear rate for each pair and studied velocities. In general it was noted that the mechanisms of wear detected are similar for all conditions of the surface of the discs. The images show that the particles are bent on the disc, in the form of layers, ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Este trabalho apresenta a investigação experimental da nitretação da zircônia parcialmente estabilizada com ítria (3% mol), em particular por plasma gerado por radiofrequência (RF), usando dois métodos distintos: i) nitretação a plasma, por meio de uma câmara de nitretação e ii) nitretação por indução eletromagnética, através de um forno de indução de alta frequência. As características morfológicas, mecânicas e físico-químicas da camada resultante do processo de nitretação a plasma foram analisadas por diferentes técnicas, tais como microscopia eletrônica de varredura, espectrometria de retroespalhamento Rutherford, nanoindentação, espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente, difração de raios X, espectroscopia de dispersão em energia e análise química por espectroscopia Raman. A estrutura da camada nitretada a plasma é complexa, sendo composta de zircônia tetragonal e cúbica, bem como de nitreto e oxinitreto de zircônio. O trabalho apresenta um comparativo a fim de, verificar e analisar a eficiência de cada método, especialmente a nitretação por indução eletromagnética, que revelou-se um método inovador, não tendo sido encontrado na literatura trabalho semelhante. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2015-05-11T17:30:24Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Michel Molossi.pdf: 2002870 bytes, checksum: 19edeab8ffd1355c769f21bdcf61b885 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-11T17:30:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Michel Molossi.pdf: 2002870 bytes, checksum: 19edeab8ffd1355c769f21bdcf61b885 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. / This paper presents the nitriding experimental investigation of partially yttria stabilized zirconia (3 mol%), in particular, plasma generated by radiofrequency (RF), using two distinct methods: i) plasma nitriding, by means of a nitriding chamber and ii) nitriding by electromagnetic induction, through a high frequency induction furnace. The morphological, mechanical and physico-chemical characteristics of the resulting nitrided layer were analyzed by different techniques, such as scanning electron microscopy, Rutherford backscattering spectrometry, nanoindentation, glow discharge optical emission spectroscopy, X-ray diffraction, energy dispersive spectroscopy and chemical analysis by Raman spectroscopy. The structure of the plasma nitrided layer was found to be complex, composed of tetragonal and cubic zirconia, as well as zirconium nitrided and oxinitride. The paper shows a comparative order, check and analyze the effectiveness of each method, especially nitriding by electromagnetic induction, which proved to be an innovative method and has not been found in a similar study literature.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Fundação Araucária / Este trabalho apresenta um estudo sobre a resistência à fadiga de contato de um ferro fundido nodular nitretado por plasma. Os experimentos foram realizados em um equipamento do tipo esfera sobre plano. Os corpos de prova foram usinados a partir de uma barra de ferro fundido nodular perlítico e em seguida temperados e revenidos. Após a preparação superficial por meio de retificação, lixamento e polimento, as amostras foram divididas em três grupos: 1) temperadas e revenidas; 2) temperadas, revenidos e nitretadas por plasma por 8 horas a 400 °C; e 3) mesmos parâmetros do grupo 2, porém submetidas a um tratamento adicional de Difusão em forno por 16 horas a 400 °C, visando aumentar a profundidade de camada endurecida e dissolver possíveis traços da formação de camada de compostos. Foram feitas medidas de dureza superficial, perfis de dureza, análises das fases e de tensões residuais por meio de difração de raios-X, rugosidade e microscopia eletrônica de varredura, para a caracterização das amostras em diferentes estágios do trabalho. Os ensaios de fadiga de contato foram realizados com lubrificação e a uma pressão de contato máxima de 3,6 GPa. Análises de Weibull mostraram uma vida em fadiga aproximadamente cinco vezes menor para os corpos de prova nitretados por plasma, com ou sem difusão, apesar destes apresentarem tensão residual compressiva significativamente superior aos temperados e revenidos. A menor vida em fadiga dos corpos de prova nitretados foi atribuída a menor dureza de substrato e a ocorrência de um mecanismo de falha distinto dos mecanismos clássicos de fadiga de contato de rolamento, demonstrado nas análises das superfícies ensaiadas. / This work presents a study on the contact fatigue resistance of a plasma nitrided ductile cast iron. The experiments were carried out using a ball-on-washer machine. Specimens were machined from a perlitic ductile cast iron bar, and then quenched and tempered. After surface grinding and polishing, the specimens were divided into three groups a) the first group was tested after the described process, which means as quenched and tempered; b) the second group was plasma nitridedat 400 °C for 8 hours; c) the third one was plasma nitrided as previously described and submitted to a diffusion process at 400 °C for 16 hours in order to extend the hardened zone and to dissolve any trace of compound layer within the microstructure. Surface hardness, hardness profiles, phase analyses and residual stress measurements by X-ray diffraction, surface roughness and optical and scanning electron microscopy were applied to characterize the surfaces during different stages of this work. Rolling contact fatigue tests were conducted at a maximum contact pressure of 3.6 GPa under flood lubrication. Weibull analysis showed that fatigue lives of plasma nitrided specimens were approximately five times shorter than those just quenched and tempered, even though the residual stress measurements showed significantly higher compressive stresses for the nitride conditions. The lower fatigue life for the plasma nitrided specimens was attributed to the lower matrix hardness and to a failure mechanism distinct from the classical rolling contact fatigue mechanisms, showed by surface analisis.