Submitted by Morgana Andrade (morgana.andrade@ufes.br) on 2016-03-22T16:48:01Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação Renato Leão Tauffer.pdf: 6752454 bytes, checksum: 5e5dff46b7f062b182dbfcf0f62db111 (MD5) / Approved for entry into archive by Patricia Barros (patricia.barros@ufes.br) on 2016-03-23T14:38:46Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação Renato Leão Tauffer.pdf: 6752454 bytes, checksum: 5e5dff46b7f062b182dbfcf0f62db111 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-23T14:38:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação Renato Leão Tauffer.pdf: 6752454 bytes, checksum: 5e5dff46b7f062b182dbfcf0f62db111 (MD5) / CAPES / O coeficiente de atrito e o desgaste nas superligas de cobalto são fortemente influenciados pela transformação de fase de CFC para HC que ocorre devido ao trabalho mecânico, conforme já reportado pela literatura. Após essa transformação, os valores de μ costumam se situar na faixa de 0,15 a 0,20. Este trabalho apresenta o comportamento do atrito e do desgaste em um ensaio de deslizamento sem lubrificação utilizando uma configuração pino-disco, sendo o pino feito de aço inoxidável supermartensítico e o disco de uma superliga de cobalto fundida, num tribômetro PLINT TE67. Os ensaios foram conduzidos em temperatura ambiente, com uma velocidade e variando-se a carga normal de deslizamento entre 5 e 500 N. O coeficiente de atrito e o potencial elétrico de contato foram monitorados durante os ensaios. Utilizou-se a MEV e a perfilometria 3D para caracterizar o volume e o mecanismo de desgaste. Para as cargas de 350, 400 e 450 N, após atingir condições de regime estacionário, um valor de coeficiente de atrito não usual (μ<0,01) e uma baixa taxa de desgaste foram encontradas. A análise da difração de raios-X revelou a presença de transformação de fases. / It has been reported in the literature that the wear and the friction coefficient (μ) in sliding wear tests of cobalt-base alloys is strongly influenced by the phase transformation (FCC to HCP) that takes place in these alloys due to mechanical work. Usually the values of μ, after the transformation, are in the range of 0.15-0.20. The present work reports the behavior of friction and wear for the unlubricated sliding of a supermartensitic stainless steel pin on an as-cast Co-base superalloy disk, using a PLINT TE-67 tribometer. The tests were conducted at room temperature, using a single sliding speed and varying the normal load (5-500 N). The coefficient of friction and the contact potential were monitored during the tests. Scanning electron microscopy (SEM) and 3D profilometry were used to characterize the wear volume and wear mechanisms. For loads ranging from 350 to 450 N, after achieving steady-state conditions, an unusual very low friction coefficient (μ<0.01) and low wear rate were found. The X-ray diffraction analysis on the wear track revealed the mentioned transformation.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Resumo- Roberto Schopf.pdf: 68740 bytes, checksum: e924a606232a1a88be1cad5824793b1a (MD5) Previous issue date: 2011-02-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Among several mechanisms of wear of materials, abrasive and adhesive wear respond for the largest contribution in tools and equipment failures at the mechanical industry. Tooling used in the manufacture of stators, known as lamella, fails due to these types of wear. The failures have origin in sliding wear and remove the enamel from the wire of the stator during the injection process. The removal of enamel results in short circuit between turns and consequent risk for the final consumer. It is common to correlate the wear resistance as a function dependent only on hardness of the involved materials in contact, however, there are other characteristics that also influence the wear such as: the type of crystalline structure and the presence of precipitates in the metal matrix, as well as the nature of them. The present study has analyzed the wear mechanisms existent in tool wear. The pin-on-disc test was used to evaluate eight different tool steels, positioning them in the same scale and comparing with the steel currently used at the process. Two groups of tool steels were evaluated, those manufactured by powder metallurgy and those obtained by conventional metallurgical method. Two types of pin-on-disc tests were performed. In the first test, as counter-face or disc, a grinding wheel made with silicon carbide was used; the main objective of this test was to evaluate the abrasive wear resistance. In the second test, the discs were manufactured using low alloy electric steel; the wear resistance predominantly adhesive was the response variable for this test. The results were correlated with some characteristics of the steels studied: hardness, the energy absorbed during Charpy impact test, density and content of alloying elements that are hard carbide formers. The results have shown a better wear resistance for steels produced by the Powder Metallurgy process. Steels with higher levels of alloying elements achieve better results, particularly in the adhesive wear test. CPM9V and Sinter 30 tool steels presented the best performances for wear resistance. Considering the application of these results in operation conditions, the CPM9V steel has advantage of a lower hardness and consequently greater toughness which is an important characteristic as well. / Entre os diversos mecanismos de desgaste, os desgastes abrasivo e adesivo são os que respondem pela maior contribuição nas falhas em equipamentos e ferramentais da indústria mecânica. Ferramentas utilizadas na fabricação de estatores, conhecidas como lamelas, falham em decorrência destes tipos de desgaste. As falhas têm procedência no desgaste por deslizamento e provocam remoção do isolante dos fios do estator durante o processo de inserção. A remoção do esmalte resulta em curto circuito entre espiras e conseqüente risco ao usuário final. É comum relacionar a resistência ao desgaste como uma função dependente apenas da dureza dos materiais envolvidos, no entanto, existem outras características que também influenciam no desgaste, tais como: o tipo de estrutura cristalina, existência de precipitados na matriz metálica e sua homogeneidade, bem como, a natureza dos mesmos. Por meio do presente estudo, analisaram-se os mecanismos presentes no desgaste de aços ferramenta utilizados na fabricação de estatores. Utilizandose o teste pino-disco, avaliou-se a resistência ao desgaste de oito diferentes aços ferramenta, classificando-os quanto à resistência ao desgaste e situando-os frente ao aço atualmente utilizado neste processo. Dois grupos de aços foram avaliados, os fabricados pela metalurgia do pó e os obtidos pelo método convencional de metalurgia. Dois tipos de ensaios pino-disco foram realizados. No primeiro teste, como contra-face ou disco, foi utilizado um rebolo de carbeto de silício; neste teste o objetivo principal foi avaliar a resistência ao desgaste abrasivo. No segundo teste, o disco foi fabricado com aço de baixa liga, neste teste, a resistência ao desgaste predominantemente adesivo foi à variável resposta. Os resultados obtidos foram correlacionados com determinadas características dos aços estudados: dureza, energia absorvida no impacto do ensaio Charpy, densidade, percentual de elementos de liga formadores de carbonetos de alta dureza e microestrutura. Os resultados mostraram que os aços fabricados pelo processo de Metalurgia do Pó apresentaram maiores resistências ao desgaste. Os aços ferramenta com teores maiores de elementos de liga obtiveram melhores resultados, sobretudo no ensaio de resistência ao desgaste adesivo. Os aços ferramenta CPM9V e Sinter 30 foram os que apresentaram maior desempenho na resistência ao desgaste. Considerando a aplicação deste resultados nas condições de operação, o aço CPM9V possui como vantagem uma menor dureza e conseqüente maior tenacidade, característica também importante para a função.

Para transmitir o torque gerado pelo motor de combustão interna para a caixa de transmissão por meio da embreagem, seja em automóveis ou caminhões, é necessário que haja contato por deslizamento entre um material polimérico multifásico e um contracorpo metálico de ferro fundido cinzento. Além disso, os níveis do coeficiente de atrito entre esses materiais têem que ser suficientemente alto e estável, para proporcionar uma transmissão de torque regular e eficiente. Porém, durante o deslizamento, materiais são transferidos de uma superfície para outra, e alterações microestruturais e fisico-químicas ocorrem. Como consequência, uma nova superfície (denominada de tribofilme) se desenvolve, influenciando o desempenho funcional da embreagem. Dessa forma, compreender as suas características tem se tornado essencial para desenvolver sistemas de embreagens cada vez mais eficientes. No entanto, muitos ensaios são necessários para que se possa entender como uma ou várias matérias primas se comportam em relação aos aspectos tribológicos. Isso faz com que surja a necessidade de repetir os ensaios inúmeras vezes, para que se façam as escolhas mais assertivas tanto das matérias primas quanto dos processos envolvidos. Como alternativa, para reduzir tempo e custos, e ter um maior controle sobre as variáveis de ensaio, busca-se simular em laboratório, com equipamentos mais simples, a reprodução das interações tribológicas em condições reais. A primeira fase deste trabalho tem como objetivo apresentar os mecanismos de desenvolvimento do tribofilme para três níveis de severidade em condições reais de aplicação (ensaios mais demorados, complexos e mais caros, devido à necessidade da confecção completa dos protótipos), e posteriormente correlacionar esses mecanismos com os que foram simulados por meio de ensaios conduzidos num tribômetro de laboratório do tipo pino-disco (ensaios mais rápidos e mais simples, consequentemente menos complexos), variando o PV de 3,08 até 11,08 MPa ms-1. Foi constatado que as características do tribofilme dependem da severidade da aplicação. Além do que, o tribômetro pino-disco (amostra de 13 mm de diâmetro externo) consegue reproduzir os mecanismos identificados em campo, pois houve paridade na transferência das características do tribossistema do modelo de ensaio para o da condição real (430 mm de diâmetro externo). Na segunda fase, diferentes séries de ensaios tribométricos foram realizadas para investigar a influência do tribossistema no desempenho funcional do par tribológico (atrito e desgaste). Para os ensaios tradicionais, foi constatada um aumento na taxa de desgaste para temperaturas superiores a 250°C, revelando uma transição no regime moderado de desgaste para o severo. Quando os debris de desgaste foram removidos do meio interfacial, o nível do coeficiente de atrito aumentou e a taxa de desgaste reduziu. Já a adição de debris de desgaste ao meio interfacial contribuiu para aumentar a taxa de desgaste e reduzir drasticamente o nível do coeficiente de atrito. No entanto, quando os ensaios foram realizados empregando discos pré-condicionados, a taxa de desgaste e o nível do coeficiente de atrito foram otimizados, principalmente em níveis de severidade mais elevados (PV 10,09 MPa ms-1) indicando potencial ganho na eficiência do sistema embreagem. / Torque from an internal combustion-engine to a gear box, either in automobiles or trucks, is transmitted by a clutch system. In order to transmit torque from one side to the other, sliding contact between a multiphase friction material and a gray iron rotor is necessary. Torque transmission depends on the friction level among the tribological couples, and it have to be relatively high and most importantly stable to allow an efficient and regular performance. During the sliding between the coupling surfaces, material is transferred from one surface to the other causing microstructure and chemical changes. As consequence, a new surface, also known as tribofilm, is developed. This surface governs the clutch system performance and understanding the tribofilm characteristics is very important to improve the development of efficient clutch systems. For this, a large number of tests are necessary to understand the tribological behavior of the raw materials. Such investigation is highly empirical and in order to have a consistent data it\'s necessary to carry out several friction tests repetitions. Alternatively, to save time and money, and have better control over the test variables, the real tribological interactions can be simulated in laboratory by using simple equipment, pin-on-disc tribometer. The simplicity of this device allows evaluating a larger number of alternative materials. The first part of this work aims to investigate the tribofilm development mechanisms in three severity levels on the field application (those tests are more time-consuming, complex and expensive, because it is necessary to produce the entire prototype), and then correlate these mechanisms with those simulated in a pin-on-disc tribometer (faster and simpler test) by changing the PV level from 3.08 to 11.08 MPa ms-1. It was found that the tribofilm characteristics depend on the severity of application. In addition, the pin-on-disc tribometer (sample of 13 mm outside diameter) can reproduce the same mechanisms that were identified on the field, due to the parity between the tribosystem characteristics of test model and field condition (430 mm external diameter). In the second part of this work, different series of tribometer tests were performed to investigate the influences of tribosystem on tribological couple performance (friction and wear). Standard tribometer tests presented an increasing in the wear rate at temperatures of 250°C, revealing a transition from moderate to severe wear regime. When wear debris were removed from the interfacial contact, the friction coefficient level increased and wear rate reduced. On the other hand, when the wear debris were added, it contributed to increase the wear rate and to reduce the friction level dramatically. However, when the experiments were performed by using pre-conditioned discs, the wear rate and friction coefficient level has been optimized, particularly at higher severity levels (PV 10.09 MPa ms-1).

Para transmitir o torque gerado pelo motor de combustão interna para a caixa de transmissão por meio da embreagem, seja em automóveis ou caminhões, é necessário que haja contato por deslizamento entre um material polimérico multifásico e um contracorpo metálico de ferro fundido cinzento. Além disso, os níveis do coeficiente de atrito entre esses materiais têem que ser suficientemente alto e estável, para proporcionar uma transmissão de torque regular e eficiente. Porém, durante o deslizamento, materiais são transferidos de uma superfície para outra, e alterações microestruturais e fisico-químicas ocorrem. Como consequência, uma nova superfície (denominada de tribofilme) se desenvolve, influenciando o desempenho funcional da embreagem. Dessa forma, compreender as suas características tem se tornado essencial para desenvolver sistemas de embreagens cada vez mais eficientes. No entanto, muitos ensaios são necessários para que se possa entender como uma ou várias matérias primas se comportam em relação aos aspectos tribológicos. Isso faz com que surja a necessidade de repetir os ensaios inúmeras vezes, para que se façam as escolhas mais assertivas tanto das matérias primas quanto dos processos envolvidos. Como alternativa, para reduzir tempo e custos, e ter um maior controle sobre as variáveis de ensaio, busca-se simular em laboratório, com equipamentos mais simples, a reprodução das interações tribológicas em condições reais. A primeira fase deste trabalho tem como objetivo apresentar os mecanismos de desenvolvimento do tribofilme para três níveis de severidade em condições reais de aplicação (ensaios mais demorados, complexos e mais caros, devido à necessidade da confecção completa dos protótipos), e posteriormente correlacionar esses mecanismos com os que foram simulados por meio de ensaios conduzidos num tribômetro de laboratório do tipo pino-disco (ensaios mais rápidos e mais simples, consequentemente menos complexos), variando o PV de 3,08 até 11,08 MPa ms-1. Foi constatado que as características do tribofilme dependem da severidade da aplicação. Além do que, o tribômetro pino-disco (amostra de 13 mm de diâmetro externo) consegue reproduzir os mecanismos identificados em campo, pois houve paridade na transferência das características do tribossistema do modelo de ensaio para o da condição real (430 mm de diâmetro externo). Na segunda fase, diferentes séries de ensaios tribométricos foram realizadas para investigar a influência do tribossistema no desempenho funcional do par tribológico (atrito e desgaste). Para os ensaios tradicionais, foi constatada um aumento na taxa de desgaste para temperaturas superiores a 250°C, revelando uma transição no regime moderado de desgaste para o severo. Quando os debris de desgaste foram removidos do meio interfacial, o nível do coeficiente de atrito aumentou e a taxa de desgaste reduziu. Já a adição de debris de desgaste ao meio interfacial contribuiu para aumentar a taxa de desgaste e reduzir drasticamente o nível do coeficiente de atrito. No entanto, quando os ensaios foram realizados empregando discos pré-condicionados, a taxa de desgaste e o nível do coeficiente de atrito foram otimizados, principalmente em níveis de severidade mais elevados (PV 10,09 MPa ms-1) indicando potencial ganho na eficiência do sistema embreagem. / Torque from an internal combustion-engine to a gear box, either in automobiles or trucks, is transmitted by a clutch system. In order to transmit torque from one side to the other, sliding contact between a multiphase friction material and a gray iron rotor is necessary. Torque transmission depends on the friction level among the tribological couples, and it have to be relatively high and most importantly stable to allow an efficient and regular performance. During the sliding between the coupling surfaces, material is transferred from one surface to the other causing microstructure and chemical changes. As consequence, a new surface, also known as tribofilm, is developed. This surface governs the clutch system performance and understanding the tribofilm characteristics is very important to improve the development of efficient clutch systems. For this, a large number of tests are necessary to understand the tribological behavior of the raw materials. Such investigation is highly empirical and in order to have a consistent data it\'s necessary to carry out several friction tests repetitions. Alternatively, to save time and money, and have better control over the test variables, the real tribological interactions can be simulated in laboratory by using simple equipment, pin-on-disc tribometer. The simplicity of this device allows evaluating a larger number of alternative materials. The first part of this work aims to investigate the tribofilm development mechanisms in three severity levels on the field application (those tests are more time-consuming, complex and expensive, because it is necessary to produce the entire prototype), and then correlate these mechanisms with those simulated in a pin-on-disc tribometer (faster and simpler test) by changing the PV level from 3.08 to 11.08 MPa ms-1. It was found that the tribofilm characteristics depend on the severity of application. In addition, the pin-on-disc tribometer (sample of 13 mm outside diameter) can reproduce the same mechanisms that were identified on the field, due to the parity between the tribosystem characteristics of test model and field condition (430 mm external diameter). In the second part of this work, different series of tribometer tests were performed to investigate the influences of tribosystem on tribological couple performance (friction and wear). Standard tribometer tests presented an increasing in the wear rate at temperatures of 250°C, revealing a transition from moderate to severe wear regime. When wear debris were removed from the interfacial contact, the friction coefficient level increased and wear rate reduced. On the other hand, when the wear debris were added, it contributed to increase the wear rate and to reduce the friction level dramatically. However, when the experiments were performed by using pre-conditioned discs, the wear rate and friction coefficient level has been optimized, particularly at higher severity levels (PV 10.09 MPa ms-1).

Submitted by RENATO ARAUJO BARROS null (greensleeves@uol.com.br) on 2017-03-08T17:38:24Z No. of bitstreams: 1 Tese Renato Barros - Versão Final.pdf: 24319782 bytes, checksum: f4d58ce4ebe77961a2e94b04cf3515cc (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-03-13T17:07:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 barros_ra_dr_guara.pdf: 24319782 bytes, checksum: f4d58ce4ebe77961a2e94b04cf3515cc (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-13T17:07:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 barros_ra_dr_guara.pdf: 24319782 bytes, checksum: f4d58ce4ebe77961a2e94b04cf3515cc (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / 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 interação entre as superfícies de contato durante os ensaios de deslizamento. Foi analisada a perda de massa e levantadas as curvas de desgaste e dos parâmetros relacionados ao atrito em função da distância percorrida e/ou do tempo de ensaio. Nos ensaios foram utilizadas três velocidades de ensaio: 0,5; 1,0 e 1,5 m/s. Foi possível o cálculo da taxa de desgaste para cada par e velocidades estudadas. De uma maneira geral constatou-se que os mecanismos de desgaste detectados são semelhantes para todas as condições de superfície dos discos. As imagens mostram que partículas do pino são deformadas sobre o disco, em forma de camadas, evidenciando o mecanismo de adesão. A carbonetação a laser criou uma camada rica em carbono com a presença de grafite que contribuiu para reduzir o coeficiente de atrito e o desgaste do pino, principalmente, para as velocidades de 0,5 e 1,0 m/s. A nitretação a plasma reduziu a perda de massa do disco e do pino, com indicativos de pequena perda de massa para todas as velocidades estudadas; a rugosidade e o aumento do coeficiente de atrito no par pino-disco para as velocidades de 1,0 e 1,5 m/s podem ter sido induzidas por alteração no tipo de desgaste, de adesivo para uma abrasão a três corpos. / 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, showing the mechanism of adhesion. The laser carbonetation created a carbon-rich layer with the presence of graphite, which contributed to reduce the friction coefficient and pin wear, mainly for the 0.5 and 1.0 m/s velocities. The plasma nitriding reduced the loss in mass of the disk and pin, with indicative of small mass loss for all velocities studied; the roughness and the increase of the coefficient of friction in the couple pin-disc for the velocities of 1.0 and 1.5 m/s may have been induced by changes in the type of wear, from adhesive wear to a three-body abrasion. / CAPES: 99999.002441/2014-04