El daño por fatiga de contacto que involucra la formación y desprendimiento de fragmentos de la superficie en forma de “escamas” es una de las principales causas de degradación y falla en elementos sometidos a movimiento relativo de rodadura, tales como dientes de engranajes, componentes de cojinetes rodantes, árboles de levas, rieles de ferrocarril, etc. Este modo de daño llamado “fatiga de contacto por rodadura” ó por sus siglas “FCR” (en inglés “rollingcontact fatigue” ó “RCF”) es fenomenológicamente complejo, y su comprensión realizaría un gran aporte al área de la tribología. Además, la generación de partículas de desgaste de forma esférica es asociada a los fenómenos de FCR. En este trabajo de tesis se estudia el comportamiento de diferentes materiales sometidos a fatiga por rodadura de contacto. Esto involucra el análisis de penetración de diferentes fluidos en fisuras pre-existentesy el estudio de las partículas de desgaste esféricas generadas durante el mencionado proceso tribológico. Con este propósito se realizaron ensayos en un tribómetro de contacto lineal y otro de contacto puntual. Los ensayos lineales fueron realizados con materiales de contacto rueda/pista de SAE 4140/SAE 4140 y SAE 4140/CAMPLO 2005 T3 con cuatro lubricantes diferentes. Los lubricantes utilizados fueron glicerina pura, agua pura, y dos disoluciones de la glicerina con agua al 75% y 50%en peso. Los lubricantes fueron mezclados con una pequeña cantidad de elementos trazadores para ser reconocidos dentro de la fisura mediante análisis de composición química puntual. Asimismo, los ensayos de contacto puntual se realizaron sobre rodamientos comerciales tipo crapodina, con pista de SAE 52100 y bolillas de Nitruro de Silicio (Si3N4). Como lubricante se utilizó vaselina líquida, libre de aditivos. Por otra parte, las condiciones de contacto fueron modeladas mediante teorías termoelastohidrodinamicas TEHD, para conocer principalmente la distribución de presión sobre la superficie y el espesor de película lubricante generado en las diferentes condiciones de contacto. Los resultados obtenidos en ensayos de FCR con contacto lineal en probetas de aleación de base aluminio muestran que en el rango de velocidad y presión de contacto aplicados, la penetración fluido lubricante dentro de las fisuras no depende de la viscosidad del fluido (en un rango de 8x10-4 a 5.9x10-1Pa.s) y que el mecanismo produce una notable cantidad de partículas esféricas de desgaste en el interior de las fisuras. Por otra parte, en los ensayos de contacto puntualse forman partículas de desgaste esféricas cuyos elementos componentes están relacionados con el estado de las superficies de rodadura. Al desarrollarse fisuras por RCF aparecenpartículas esféricas con hierro, oxígeno y cromo. Globalmente, los resultados de esta tesis permiten concluir que la nueva metodología propuesta para el análisis de penetración de líquido en diferentes condiciones de ensayo, permite identificar experimentalmente el comportamiento de las fisuras por FCR para diferentes materiales y condiciones.Además, las conclusiones alcanzadas en este estudio representan un aporte al conocimiento tecnológico del área de mantenimiento predictivo facilitando la toma de decisiones respecto de acciones que prevengan la falla prematura severa en equipos industriales. / Damage by fatigue contact, which involves the formation and detachment of fragments of a surface in the form of "flakes", is one of the main causes of degradation and failure in rolling elements subjected to relative motion, such as gear teeth, rolling bearings, camshafts, railroad tracks, etc. This mode of damage,known as "rolling contact fatigue" or, by its acronym, "RCF", is phenomenologically complex, and its understanding would makes a great contribution to the area of tribology. Moreover, the generation of spherical wear particles is a phenomenon associated to FCR. In this thesis, the behavior of different materials subjected to rolling contact fatigue isstudied.This involves the analysis of the penetration of different fluids into pre-existing cracks and the study of the spherical wear particles generated during thistribological process. With this purpose, different tests were carried out in tribometersof linear and point contact. Linear tests were conducted with wheel/track contact based in SAE 4140/SAE 4140 and SAE 4140/CAMPLO 2005 T3 using four different lubricants. The lubricants were: pure glycerin, pure water, and two solutions with 50 and 75wt% of glycerinin water. Small amounts of tracers were added to the lubricants to determine their depths of penetration inside the cracksby elemental analysis using Energy-dispersive X-ray spectroscopy. On the other hand, the point contact tests were performed on commercial thrust bearings based on SAE 52100 raceways and Silicon Nitride (Si3N4) balls. Additive-free liquid vaseline was used as lubricant. Moreover, thermo-elasto-hydrodynamic (TEHD) theories were used, mainly to calculate the pressure distribution on the surface and the lubricant film thickness generated at the different contact conditions. The resultsobtained fromthe FCR line contact testson specimens of aluminum based alloy show that, in the range of speed and contact pressure applied, the penetration of the lubricant fluid inside the cracks does not depend on the viscosity of the fluid (in the range of 8 10-4 to 0.59 Pa.s) and that the wear mechanism produces a considerable amount of spherical particles inside the cracks. Furthermore, spherical particles are formed during the point contact wear tests, whose component elements can be associated with the state of the running surfaces. When RCF cracks appear, spherical particles are generated that contain iron, oxygen and chromium. Overall, the results from this thesis allowto conclude that the proposed new methodology for the analysis of liquid penetration under different test conditions allow to experimentally identify the behavior of RCF cracks of different materials and conditions. Furthermore, the conclusions reached in this study represent a contribution to technological knowledge for the area of predictive maintenance, facilitating making decisionson actions to prevent severe premature failure in industrial equipment.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-10-16T18:57:36Z No. of bitstreams: 1 HELEN LIRA HENRIQUES TORRES - DISSERTAÇÃO PPGEA 2003..pdf: 11290763 bytes, checksum: 200e011460ce948739e83b910908e71b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-16T18:57:36Z (GMT). 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Para determinação das características físicas foram utilizados os métodos descritos por MOHSENIN (1978) e para determinação dos parâmetros aerodinâmicos foi construído um equipamento composto por ventilador de ciclo contínuo, com potência de 1 hp; 3.600 rpm e um terminal para substituição das colunas de queda verticais, todas com lm de altura em que a velocidade terminal era medida com o auxílio de um anemómetro. Diante dos resultados obtidos pode-se concluir que: a) nenhuma das equações citadas na literatura oferece boa aproximação aos dados experimentais da velocidade terminal obtidas para feijão e milho; b) a equação citada por Mohsenin oferece uma boa aproximação dos dados experimentais de velocidade terminal para soja; c) a equação dada por Massarani é a que mais se aproxima dos valores experimentais de feijão e milho, mas reduz muito as diferenças relativas entre as velocidades dos diferentes tipos de grãos e por isto seu uso é inadequado para fins de seleção e demais fases de processamento que solicitem precisão; d) a velocidade terminal em queda livre foi conseguida apenas na coluna de secção quadrada de 60 mm de diâmetro para feijão e soja; e) para os parâmetros estudados não se pode afirmar que tenha se obtido velocidade terminal do milho em queda livre sendo evidenciado o efeito de parede, inclusive para a determinação da velocidade terminal na coluna de secção quadrada de 60 mm; f) entre todas as colunas testadas, para todos o tamanhos e tipos de grãos, obteve-se maior velocidade terminal com a colima de secção quadrada; g) existe uma tendência à estabilização do coeficiente de arraste de todos os produtos a partir da dimensão de 50 mm, principalmente na secção quadrada e mais particularmente para a soja; h) apenas para soja obteve-se coeficiente de arraste (0,42) típico do regime de Newton, muito próximo do Cu para esfera (0,44) nessa região de transporte; i) o grão de milho, quando submetido a fluxo de ar em colunas cuja relação P (Dp /Dc) > 0,3520, muda sua orientação, passando a adotar uma posição cuja menor área projetada permanece perpendicular à direção do fluxo; j) para se obter a velocidade terminal em queda livre de produtos com fator de esfericidade na faixa estudada (0,60 a 0,9) o valor de P deve ser menor do que 0,1173; k) as cartas existentes na literatura para o cálculo do coeficiente de arraste feito com base nas características físicas, atribuem coeficientes de arraste típicos da região transiente com alguns deles na região de Stokes. Porém, tem-se para esses produtos valores de velocidades bem superiores a lm s"; 1) as equações e cartas existentes na literatura para expressar o transporte de partículas não são adequadas ao estudo de transporte e seleção de grãos. / The present work had as objectives: 1) to determine the physical characteristics (size, form, volume, density, porosity, sphericity and projected area) of the grains of bean variety "carioquinha", corn variety "pe-de-boi" and soybean variety "Foscarini" and 2) to determine the aerodynamic parameters: terminal speed, drag coefficient and effect of wall of the grains submitted to the fall in vertical column of cylindrical section with diameter of 20, 30, 40, 50 and 60 mm and also of square section with sides of same dimensions. For determination of the physical characteristics the methods described by MOHSENIN (1978) were used and for determination of the aerodynamic parameters an equipment was built composed by fan of continuous cycle, motor with 1 hp of potency;. 3600 rpm and a terminal for substitution of the vertical fall columns, all with 1m of height, where the terminal speed was measured with an anemometer. According the results obtained it was concluded that: a) none of the equations mentioned in the literature offers good approach to the experimental data of the terminal speed obtained for bean and com; b) the equation mentioned by Mohsenin offers a good approach of the experimental data of terminal speed for soybean; c) the equation given by Massarani is the one that more approaches of the experimental values of bean and corn, but it reduces the relative differences among the speeds of the different types of grains and for this reason to use it is inadequate for selection finality and other processing phases that request precision; d) the terminal speed in free fall was obtained in the column of square section of 60 mm of diameter for bean and soybean; e) for the studied parameters it cannot affirm that the terminal speed of the corn in free fall was reached, being evidenced the wall effect, including for the determination of the terminal speed in the column of square section of 60 mm; f) among all the tested columns, for all the sizes and types of grains, it was obtained larger terminal speed with the column of square section; g) there is a stabilization tendency of the drag coefficient of all the products starting from the dimensions of 50 mm, mainly in the square section and more particularly for the soybean; h) only for soybean it was obtained drag coefficient (0.42) typical of Newton's regime, very close of die Cn for sphere (0.44) in that transport area; i) the corn grain, when submitted to flow of air in columns whose relationship (Dp/Dc) > 0.3520, it changes your orientation, starting to adopt a position whose smaller projected area remains perpendicular to the direction of the flow; j) to obtain the terminal speed in fall free from products with spherecity factor in the studied range (0.60 to 0.90) the (3 value it should be smaller than 0.1173; k) the diagrams in the literature for the calculation of the drag coefficient done base on the physical characteristics, attribute coefficients typical of die transient region, some of them in the Stokes' region. However, for those products there are values very superior to 1 m s"'; 1) the equations and existent diagrams in the literature, to express the transport of particles are not appropriate to the transport and selection of grains studies.