Neste trabalho, estudaram-se os mecanismos de desgaste por deslizamento dos aços AISI 304 e AISI 316 em função da carga normal (de 6 N a 20 N) e da velocidade tangencial (de 0,07 m/s a 0,81 m/s). De acordo com o planejamento fatorial 23, realizaram-se ensaios de desgaste em equipamento convencional, do tipo pino-contra-disco. Foram usadas técnicas de análise das superfícies e das partículas após o desgaste: microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X, espectroscopia Mössbauer, rugosidade, temperatura e dureza instrumentada. Concluiu-se que os mecanismos de desgaste por deslizamento para os aços AISI 304 e AISI 316 são dominados pela deformação plástica (desgaste por oxidação de partículas metálicas, desgaste adesivo e desgaste misto). A variação da taxa de desgaste dos dois materiais dependeu do efeito da interação entre os níveis de carga normal e velocidade tangencial. Por meio do planejamento composto central, foi possível obter um modelo empírico da variação da taxa de desgaste em função da carga normal e da velocidade. / In this work, sliding wear mechanism of AISI 304 and AISI 316 austenitic stainless steels were studied as a function of the applied load (from 6 N to 20 N) and the tangential velocity (from 0.07 m/s to 0.81 m/s). Following the 23 factorial design, wear experiments were performed using a conventional pin-on-disc machine. Worn surfaces and wear debris analysis techniques were used: scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy, stylus profiling, surface temperature measurement and instrumented indentation. Plasticity-dominated wear (metallic debris oxidation, adhesive wear and mixed wear) are the sliding wear mechanisms for AISI 304 and AISI 316 steels. The wear rate behavior depended on interaction effect between applied load and tangential velocity. An empirical model of wear rate as a function of applied load and tangential velocity was obtained by means of the central composite design.

A pesquisa relativa ao transporte ferroviário no Brasil tem se intensificado nos últimos anos visando principalmente a melhoria no desempenho do par rodatrilho. Isso se deve à demanda de se transportar cada vez mais carga por eixo com a finalidade de reduzir o custo de transporte. Através de mudanças na microestrutura do material ou de mudanças na composição das ligas utilizadas na fabricação pode se aumentar a resistência do par roda-trilho. Neste trabalho foi analisada a influência de diferentes microestruturas (puramente perlíticas e perlíticas-bainíticas), obtidas por meio de tratamento térmico por dilatometria, nas propriedades de um aço alto carbono similar ao utilizado em rodas convencionais classe C AAR destinadas ao transporte de carga pesada. As análises empregaram técnicas metalográficas (identificação de fases presentes e distância interlamelar da perlita), ensaios magnéticos (saturação magnética e ruído magnético de Barkhausen), ensaio mecânico de dureza e ensaio tribológico de resistência ao desgaste por deslizamento. Foram caracterizadas rodas ferroviárias classe C AAR em quatro condições distintas: usadas e novas, fundidas e forjadas. / Research about rail transport in Brazil has been intensified recently due the need to improve the wheel-rail performance, considering the demand of increasing axle load aiming for transportation cost reduction. Changes in the material microstructure or in the alloys composition can improve the wheel-rail resistance. A eutectoid steel similar to that used in conventional class C AAR wheels (designed to heavy haul transportation - high loads and low speeds) was submitted to isothermal heat treatments applying dilatometry techniques at ten different cycles. Different microstructures (totally pearlitic and pearlitic-bainitic) were obtained and their influence on the mechanical and magnetic properties was analyzed. The analysis included metallographic techniques (identification of phases and pearlite interlamellar spacing), magnetic testing (magnetic saturation and magnetic Barkhausen noise) and mechanical testing (hardness and pin-ondisc tests). Railway wheels Class C ARR were characterized in four different conditions: new and used, cast and forged.

Wear mechanisms of the cutting tools are well investigated worldwide. Usually researchers use the cutting process itself, turning by single point cutting, as their investigation method, which includes turning a metal cylinder with a pre-selected work-material and predetermined cutting conditions. Thereafter the tool worn surface is examined by scanning electron microscopy in order to characterize the tool wear mechanisms and tool failure. However, this may be the most appropriate way to investigate the wear mechanisms which occur during machining since it simulates the real operation. Metal cutting involves extreme conditions such as high temperature and high-pressure and the different condition results in different wear modes on the insert’s surface. The wear modes are overlapping and the transition boarder between them are not sharp making it difficult to obtain a detailed information of wear mechanisms. Because of these reasons many researchers try to refine the machining to a single condition e.g; high pressure, at the laboratory level in order to characterize the wear mechanisms and to get a more detailed information. In this thesis the wear tests of the cutting tool are performed by using a slider-on-flat-surface (SOFS) wear tester. SOFS involves a normal load, which applies to the sample and a tangential force that enables the sliding of the sample against a counterface. To enable conducting the wear tests in SOFS a newly design of tool holder was prepared. The wear tests were performed at different contact conditions and the stainless steel EN 1.4310 was used as the counterface material. After the tools were tested, the worn surface of the tool was examined by optical light microscopy and scanning electron microscopy in order to identify the wear rate and wear mechanisms. At low load the dominating wear mechanism was adhesive wear. The adhesive wear was induced by material pick-up during sliding i.e. material from the counterface was transferred to the insert’s surface. Further sliding results in delamination of the insert surface and removal of a part of the coatings material. At high load the dominating wear mechanism was a combination of severe adhesive wear and fracture of the coating material. The fracture of the coating material occurred because of overloading. Coating defects promote crack formation under high load and these cracks propagate through the coating during sliding movement and result in microchipping of the coating material. This procedure does not simulate the metal cutting but it still gives an understanding of the behavior of the coating material when it is exposed to a high mechanical stress.

The tribological properties of cold sprayed Ni-WC metal matrix composite (MMC) coatings were investigated under dry sliding conditions from room temperature (RT) up to 400°C, and during thermal cycling to explore their temperature adaptive friction and wear behavior. Characterization of worn surfaces was conducted using scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), and Raman spectroscopy to determine the chemical and microstructural evolution during friction testing. Data provided insights into tribo-oxide formation mechanisms controlling friction and wear. It was determined that the steady-state coefficient of friction (CoF) decreased from 0.41 at RT to 0.32 at 400˚C, while the wear rate increased from 0.5×10-4 mm3/N·m at RT to 3.7×10-4 mm3/N·m at 400˚C. The friction reduction is attributed primarily to the tribochemical formation of lubricious NiO on both the wear track and transfer film adhered to the counterface. The increase in wear is attributed to a combination of thermal softening of the coating and a change in the wear mechanism from adhesive to more abrasive. In addition, the coating exhibited low friction behavior during thermal cycling by restoring the lubricious NiO phase inside the wear track at high temperature intervals. Therefore, cold sprayed Ni-WC coatings are potential candidates for elevated temperature and thermally self-adaptive sliding wear applications.

The main motivation of this doctoral thesis is to extend the current knowledge about the tribological behavior of a precipitation-hardenable (PH) austenitic stainless steel (SAE XEV-F or DIN 1.4882), used for manufacturing exhaust valves for internal combustion engines in passenger cars. For this purpose, dry sliding laboratory tests were carried out using this steel and other steels, mainly austenitic and martensitic, used as model materials for the comparative characterization of wear and friction. Experimental tests were conducted using an SRV®4 tribometer in a ball-on-disc configuration with reciprocating movement, in which the discs were the samples and the balls the counter-bodies. Four kinds of steels were tested: a) AISI 310, b) SAE XEV-F, c) AISI H13, and d) Nitrided SAE XEV-F. The ball was made of AISI 52100 bearing steel. The tests were conducted at room temperature and fixed conditions of time (sliding distance) (up to 73.2 m), load (100 N), frequency (10 Hz) and stroke (2mm). Wear was evaluated by means of mass loss in the disc and the ball, and post examination of the worn surfaces. Post examination was conducted using scanning electron microscopy (SEM), coherence correlation interferometry (CCI), and X-Ray diffraction (XRD). Wear debris resulting from tribological interaction were also investigated using SEM and XRD. Additionally, the friction coefficient was measured. High speed filming and interrupted tests were also performed at specific sliding distances. This work reports a severe-to-mild wear transition occurring during the first stage of tribological interaction (running-in) and its relation to the load distribution variation at the interface throughout the tribological tests. The wear transition was observed in different steel-on-steel tribosystems in ball-on-disc contact configuration and occurred due to the combined effects of two factors: a) the contact pressure reduction, due to the increase of nominal contact area caused by wear; and b) subsurface strain hardening (when relevant). The pressure/distance variation was determined experimentally and modeled empirically. Subsurface strain hardening was observable (and measurable) mainly the austenitic steels. Significant differences in wear (and friction) were observed between homogeneous (monophasic) steels and the heterogeneous (multiphasic) SAE XEV-F valve steel. Wear in the homogeneous steels presented an inverse correlation with hardness. Wear on the AISI 310 presented non-linear wear rates for a significant portion of the test. Wear on the SAE XEV-F valve steel was pronounced (even in the mild regime) due to a combined effect of two factors: a) formation of hard debris, which induced an abrasive component to wear by relative sliding, and b) subsurface NbC fracture, which markedly affected the material removal due to plastic deformation in the surrounding matrix. Wear of the nitrided SAE XEV-F steel was lower than that of the non-nitrided samples by nearly two orders of magnitude. The benefits of nitriding in the SAE XEV-F were two-fold: a) an increased surface hardness, and b) the prevention of NbC fracture and detachment, which results in even higher wear resistance. / A principal motivação desta tese é ampliar o conhecimento atual sobre o comportamento tribológico de um aço inoxidável austenítico endurecível por precipitação (PH), o SAE XEV-F (ou DIN 1.4882), utilizado para a fabricação de válvulas de exaustão de motores de combustão interna para carros de passageiros. Para este propósito, foram realizados ensaios laboratoriais de deslizamento a seco usando este aço e outros, principalmente aços austeníticos e martensíticos, usados como materiais modelo para a caracterização comparativa do desgaste e do atrito. Os ensaios experimentais foram conduzidos usando um tribômetro SRV®4 em uma configuração esfera-disco com movimento alternado, em que os discos foram as amostras e as esferas são os contracorpos. Foram ensaiados quatro tipos de aços: a) AISI 310, b) SAE XEV-F, c) AISI H13, e d) SAE XEV-F nitretado. A esfera era feita de aço para rolamento AISI 52100. Os ensaios foram realizados a temperatura ambiente e usando condições fixas de tempo (distância total percorrida até 73.2 m), carga normal (100 N), frequência (10 Hz) e amplitude da oscilação (2 mm). O desgaste foi avaliado por meio de perda de massa, tanto do disco quanto da esfera, e exame das superfícies desgastadas utilizando microscopia eletrônica de varredura (MEV), interferometria de correlação de coerência (ICC) e difração de raios-X (DRX). Os debris de desgaste resultantes da interação tribológica também foram investigados usando MEV e DRX. Adicionalmente, a evolução do coeficiente de atrito foi analisada. Também foram realizadas filmagens de alta velocidade e ensaios interrompidos em tempos de deslizamento específicos. Este trabalho reporta uma transição de desgaste severo para moderado que ocorre durante as a primeira fase da interação tribológica (running-in) e sua relação com a variação da carga na interface durante os ensaios tribológicos. A transição de desgaste foi observada em diferentes tribo-sistemas de aço-contra-aço na configuração esfera-plano e ocorreu principalmente por efeitos combinados de dois fatores: a) a redução da pressão de contato, devida ao aumento da área nominal causada pelo desgaste; e b) o encruamento subsuperficial (quando relevante). A variação pressão/distância foi determinada experimentalmente e modelada empiricamente. Encruamento por deformação subsuperficial foi observável (e medível) principalmente nos aços austeníticos. Foram observadas diferenças significativas no desgaste (e atrito) entre os aços homogêneos (monofásicos) e o aço de válvula SAE XEV-F, heterogêneo (multifásico). O desgaste nos aços homogêneos apresentou uma correlação inversa com a dureza. O desgaste no aço válvula SAE XEV-F foi pronunciado (mesmo no regime de desgaste moderado) devido a um efeito combinado de dois fatores: a) a formação de debris duros, o que induziu uma componente abrasiva ao desgaste por deslizamento relativo, e b) a fratura subsuperficial do NbC, o que afetou significativamente a remoção de material devida à deformação plástica da matriz. O desgaste do aço nitretado SAE XEV-F foi menor que o das amostras não tratadas em quase duas ordens de grandeza. Os benefícios da nitretação no aço válvula SAE XEV-F foram dois: a) o aumento da dureza da superfície, e b) a prevenção da fratura e desprendimento de NbC, o que resulta em uma resistência de desgaste ainda maior.

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

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

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

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

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