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Este trabalho avalia o uso de insertos autolubrificantes de pó de aço ferramenta sinterizado para aplicação em ferramentas dos processos de Conformação a Frio. São apresentadas a preparação e a análise de diferentes composições de misturas de pós de aço ferramenta H 13. A Metalurgia do Pó convencional foi utilizada como processo para a obtenção dos insertos do estudo. Foram compactadas e sinterizadas misturas de pó de aço H13 com a adição de percentuais variados do lubrificante sólido Bissulfeto de Molibdênio – MoS2, também em pó, com o objetivo de atribuir propriedades de autolubrificação ao composto. O percentual de lubrificante sólido empregado nas amostras variou de 1% a 5%, com posterior sinterização. Os resultados obtidos no Ensaio de Atrito com anéis de Alumínio AA6351 recozido apresentaram nos insertos autolubrificantes do estudo coeficientes de atrito μ entre 0,10 e 015, menores que os valores μ entre 0,20 e 0,30 obtidos com aço H13 laminado convencional. Também o desgaste abrasivo do ferramental proposto avaliado no Ensaio de Abrasão com Roda de Borracha foi 12% menor quando comparado com o aço ferramenta H13 laminado exposto ao mesmo ensaio. / This study evaluates the use of self-lubricating tool steel powder sintered inserts for use in tools of Cold Forming processes. Preparation and analysis of various compositions of H13 tool steel powder mixtures are presented. The conventional Powder Metallurgy was used as a process for obtaining the study inserts. Were compacted and sintered mixtures of H13 steel powder with the addition of varying percentages of the solid lubricant Molybdenum Disulphide - MoS2, also in powder form, with the purpose of giving self-lubricating properties to the composite. The percentage of solid lubricant used in the samples varied from 1% to 5%, with subsequent sintering. The results of the friction test on AA6351 aluminum rings had friction coefficients μ between 0.10 and 015 with self-lubricating inserts in study, smaller than μ values between 0.20 and 0.30 obtained with the conventional steel H13 laminate. Also, the abrasive wear of the tooling proposed evaluated in the abrasion test with rubber wheel was 12% lower when compared to the H13 tool steel laminate exposed to the same test.

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um inserto em aço ferramenta AISI H13 obtido por meio do processo de Metalurgia do Pó com a adição de lubrificante sólido na sua composição, que tem a finalidade de conferir propriedades autolubrificantes ao mesmo. Foram utilizados os pós de MoS2 e de h- BN para promover a redução do coeficiente de atrito. Adicionou-se o lubrificante MoS2 ao pó de aço ferramenta na etapa de mistura dos pós, em concentrações que variaram de 1% a 5%. Da mesma forma, foram confeccionados corpos de prova substituindo o MoS2 por h-BN. Após a compactação de todos os corpos de prova eles foram sinterizados. A mistura com h-BN apresentou grande formação de óxido durante os processos de sinterização e de tratamento térmico, sendo descartada sua utilização para os ensaios de abrasão para verificar desgaste e para os ensaios do anel que determinam o coeficiente de atrito. Conforme as análises realizadas, pode-se observar a formação de fases distintas, com ilhas de lubrificante MoS2 em matriz ferrítica. Utilizou-se o ensaio do anel para determinação do coeficiente de atrito de Coulomb – μ, e anéis de Alumínio como corpos de prova para este ensaio. Os insertos de MoS2 apresentaram ótimos resultados neste ensaio, e foram similares a experimentos realizados por outros pesquisadores que utilizaram o mesmo sistema tribológico deste trabalho - H13 como ferramenta, MoS2 como lubrificante e anéis de Alumínio para conformação. A diferença satisfatória obtida pelo material confeccionado neste estudo em relação aos obtidos da literatura pesquisada está na forma de utilização do lubrificante, que neste caso foi adicionado à matriz pelo processo de Metalurgia do Pó, enquanto que nos trabalhos analisados o lubrificante foi borrifado sobre a matriz. / The present work describes the development of an insert of tool steel AISI H13 obtained by powder metallurgy process with the addition of solid lubricant in the composition, in order to impart self-lubricating properties. MoS2 and h-BN powder were used to promote the reduction of the friction coefficient. It was added MoS2 lubricant with the tool steel powder in the mixing step at concentrations ranging from 1% to 5%. Similarly were prepared specimens replacing MoS2 for h- BN. After compression of the samples they were also sintered. The mixture with h- BN showed extensive formation of oxide during the sintering process and heat treatment, and discarded their use for the abrasion test for wear and ring assays for the determination of the friction coefficient. Through the analysis carried out, were observed the formation of distinct phases with lubricant MoS2 islands in ferritic matrix. The tests for friction in samples with MoS2 showed good results, similar to experiments by other researchers who used the same tribological system of this work - H13 as a tool, MoS2 as a lubricant and aluminum rings for conformation. Satisfactory difference obtained by the material made in this study compared to those obtained from the literature is in the form of use of the lubricant, which in this case was added to the matrix by the powder metallurgy process, whereas in the studies analyzed the lubricant was sprayed onto the matrix.

Este trabalho avalia o uso de insertos autolubrificantes de pó de aço ferramenta sinterizado para aplicação em ferramentas dos processos de Conformação a Frio. São apresentadas a preparação e a análise de diferentes composições de misturas de pós de aço ferramenta H 13. A Metalurgia do Pó convencional foi utilizada como processo para a obtenção dos insertos do estudo. Foram compactadas e sinterizadas misturas de pó de aço H13 com a adição de percentuais variados do lubrificante sólido Bissulfeto de Molibdênio – MoS2, também em pó, com o objetivo de atribuir propriedades de autolubrificação ao composto. O percentual de lubrificante sólido empregado nas amostras variou de 1% a 5%, com posterior sinterização. Os resultados obtidos no Ensaio de Atrito com anéis de Alumínio AA6351 recozido apresentaram nos insertos autolubrificantes do estudo coeficientes de atrito μ entre 0,10 e 015, menores que os valores μ entre 0,20 e 0,30 obtidos com aço H13 laminado convencional. Também o desgaste abrasivo do ferramental proposto avaliado no Ensaio de Abrasão com Roda de Borracha foi 12% menor quando comparado com o aço ferramenta H13 laminado exposto ao mesmo ensaio. / This study evaluates the use of self-lubricating tool steel powder sintered inserts for use in tools of Cold Forming processes. Preparation and analysis of various compositions of H13 tool steel powder mixtures are presented. The conventional Powder Metallurgy was used as a process for obtaining the study inserts. Were compacted and sintered mixtures of H13 steel powder with the addition of varying percentages of the solid lubricant Molybdenum Disulphide - MoS2, also in powder form, with the purpose of giving self-lubricating properties to the composite. The percentage of solid lubricant used in the samples varied from 1% to 5%, with subsequent sintering. The results of the friction test on AA6351 aluminum rings had friction coefficients μ between 0.10 and 015 with self-lubricating inserts in study, smaller than μ values between 0.20 and 0.30 obtained with the conventional steel H13 laminate. Also, the abrasive wear of the tooling proposed evaluated in the abrasion test with rubber wheel was 12% lower when compared to the H13 tool steel laminate exposed to the same test.

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um inserto em aço ferramenta AISI H13 obtido por meio do processo de Metalurgia do Pó com a adição de lubrificante sólido na sua composição, que tem a finalidade de conferir propriedades autolubrificantes ao mesmo. Foram utilizados os pós de MoS2 e de h- BN para promover a redução do coeficiente de atrito. Adicionou-se o lubrificante MoS2 ao pó de aço ferramenta na etapa de mistura dos pós, em concentrações que variaram de 1% a 5%. Da mesma forma, foram confeccionados corpos de prova substituindo o MoS2 por h-BN. Após a compactação de todos os corpos de prova eles foram sinterizados. A mistura com h-BN apresentou grande formação de óxido durante os processos de sinterização e de tratamento térmico, sendo descartada sua utilização para os ensaios de abrasão para verificar desgaste e para os ensaios do anel que determinam o coeficiente de atrito. Conforme as análises realizadas, pode-se observar a formação de fases distintas, com ilhas de lubrificante MoS2 em matriz ferrítica. Utilizou-se o ensaio do anel para determinação do coeficiente de atrito de Coulomb – μ, e anéis de Alumínio como corpos de prova para este ensaio. Os insertos de MoS2 apresentaram ótimos resultados neste ensaio, e foram similares a experimentos realizados por outros pesquisadores que utilizaram o mesmo sistema tribológico deste trabalho - H13 como ferramenta, MoS2 como lubrificante e anéis de Alumínio para conformação. A diferença satisfatória obtida pelo material confeccionado neste estudo em relação aos obtidos da literatura pesquisada está na forma de utilização do lubrificante, que neste caso foi adicionado à matriz pelo processo de Metalurgia do Pó, enquanto que nos trabalhos analisados o lubrificante foi borrifado sobre a matriz. / The present work describes the development of an insert of tool steel AISI H13 obtained by powder metallurgy process with the addition of solid lubricant in the composition, in order to impart self-lubricating properties. MoS2 and h-BN powder were used to promote the reduction of the friction coefficient. It was added MoS2 lubricant with the tool steel powder in the mixing step at concentrations ranging from 1% to 5%. Similarly were prepared specimens replacing MoS2 for h- BN. After compression of the samples they were also sintered. The mixture with h- BN showed extensive formation of oxide during the sintering process and heat treatment, and discarded their use for the abrasion test for wear and ring assays for the determination of the friction coefficient. Through the analysis carried out, were observed the formation of distinct phases with lubricant MoS2 islands in ferritic matrix. The tests for friction in samples with MoS2 showed good results, similar to experiments by other researchers who used the same tribological system of this work - H13 as a tool, MoS2 as a lubricant and aluminum rings for conformation. Satisfactory difference obtained by the material made in this study compared to those obtained from the literature is in the form of use of the lubricant, which in this case was added to the matrix by the powder metallurgy process, whereas in the studies analyzed the lubricant was sprayed onto the matrix.

Este trabalho avalia o uso de insertos autolubrificantes de pó de aço ferramenta sinterizado para aplicação em ferramentas dos processos de Conformação a Frio. São apresentadas a preparação e a análise de diferentes composições de misturas de pós de aço ferramenta H 13. A Metalurgia do Pó convencional foi utilizada como processo para a obtenção dos insertos do estudo. Foram compactadas e sinterizadas misturas de pó de aço H13 com a adição de percentuais variados do lubrificante sólido Bissulfeto de Molibdênio – MoS2, também em pó, com o objetivo de atribuir propriedades de autolubrificação ao composto. O percentual de lubrificante sólido empregado nas amostras variou de 1% a 5%, com posterior sinterização. Os resultados obtidos no Ensaio de Atrito com anéis de Alumínio AA6351 recozido apresentaram nos insertos autolubrificantes do estudo coeficientes de atrito μ entre 0,10 e 015, menores que os valores μ entre 0,20 e 0,30 obtidos com aço H13 laminado convencional. Também o desgaste abrasivo do ferramental proposto avaliado no Ensaio de Abrasão com Roda de Borracha foi 12% menor quando comparado com o aço ferramenta H13 laminado exposto ao mesmo ensaio. / This study evaluates the use of self-lubricating tool steel powder sintered inserts for use in tools of Cold Forming processes. Preparation and analysis of various compositions of H13 tool steel powder mixtures are presented. The conventional Powder Metallurgy was used as a process for obtaining the study inserts. Were compacted and sintered mixtures of H13 steel powder with the addition of varying percentages of the solid lubricant Molybdenum Disulphide - MoS2, also in powder form, with the purpose of giving self-lubricating properties to the composite. The percentage of solid lubricant used in the samples varied from 1% to 5%, with subsequent sintering. The results of the friction test on AA6351 aluminum rings had friction coefficients μ between 0.10 and 015 with self-lubricating inserts in study, smaller than μ values between 0.20 and 0.30 obtained with the conventional steel H13 laminate. Also, the abrasive wear of the tooling proposed evaluated in the abrasion test with rubber wheel was 12% lower when compared to the H13 tool steel laminate exposed to the same test.

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um inserto em aço ferramenta AISI H13 obtido por meio do processo de Metalurgia do Pó com a adição de lubrificante sólido na sua composição, que tem a finalidade de conferir propriedades autolubrificantes ao mesmo. Foram utilizados os pós de MoS2 e de h- BN para promover a redução do coeficiente de atrito. Adicionou-se o lubrificante MoS2 ao pó de aço ferramenta na etapa de mistura dos pós, em concentrações que variaram de 1% a 5%. Da mesma forma, foram confeccionados corpos de prova substituindo o MoS2 por h-BN. Após a compactação de todos os corpos de prova eles foram sinterizados. A mistura com h-BN apresentou grande formação de óxido durante os processos de sinterização e de tratamento térmico, sendo descartada sua utilização para os ensaios de abrasão para verificar desgaste e para os ensaios do anel que determinam o coeficiente de atrito. Conforme as análises realizadas, pode-se observar a formação de fases distintas, com ilhas de lubrificante MoS2 em matriz ferrítica. Utilizou-se o ensaio do anel para determinação do coeficiente de atrito de Coulomb – μ, e anéis de Alumínio como corpos de prova para este ensaio. Os insertos de MoS2 apresentaram ótimos resultados neste ensaio, e foram similares a experimentos realizados por outros pesquisadores que utilizaram o mesmo sistema tribológico deste trabalho - H13 como ferramenta, MoS2 como lubrificante e anéis de Alumínio para conformação. A diferença satisfatória obtida pelo material confeccionado neste estudo em relação aos obtidos da literatura pesquisada está na forma de utilização do lubrificante, que neste caso foi adicionado à matriz pelo processo de Metalurgia do Pó, enquanto que nos trabalhos analisados o lubrificante foi borrifado sobre a matriz. / The present work describes the development of an insert of tool steel AISI H13 obtained by powder metallurgy process with the addition of solid lubricant in the composition, in order to impart self-lubricating properties. MoS2 and h-BN powder were used to promote the reduction of the friction coefficient. It was added MoS2 lubricant with the tool steel powder in the mixing step at concentrations ranging from 1% to 5%. Similarly were prepared specimens replacing MoS2 for h- BN. After compression of the samples they were also sintered. The mixture with h- BN showed extensive formation of oxide during the sintering process and heat treatment, and discarded their use for the abrasion test for wear and ring assays for the determination of the friction coefficient. Through the analysis carried out, were observed the formation of distinct phases with lubricant MoS2 islands in ferritic matrix. The tests for friction in samples with MoS2 showed good results, similar to experiments by other researchers who used the same tribological system of this work - H13 as a tool, MoS2 as a lubricant and aluminum rings for conformation. Satisfactory difference obtained by the material made in this study compared to those obtained from the literature is in the form of use of the lubricant, which in this case was added to the matrix by the powder metallurgy process, whereas in the studies analyzed the lubricant was sprayed onto the matrix.

Silver is a precious metal that has traditionally been used for jewellery and money. It also possesses desirable properties such as being corrosion resistant and having good electrical conductivity, resulting in its use for industrial applications. Furthermore, it is also recognised for its tribological properties in non-cost prohibitive applications. Silver can be used as a surface coating and can be deposited using an electroplating process. The utilisation of silver as a surface coating is advantageous and sustainable, as the substrate material properties are enhanced while usage of silver is kept to a minimum. On the other hand, electroplating has been used for over a century. It is a process which is able to produce a layer of uniform and dense coating that adheres well to the substrate metal, thus modifying the properties of the substrate. It benefits from being relatively low cost and is scalable. Silver is electroplated onto stainless steel threaded compression fittings to prevent galling. Traditional silver electroplating, which contains the use of cyanide as a complexing agent in the electroplating bath, is still in use within industry, even to this day. Cyanide, in its various forms can be poisonous, toxic and even lethal, which presents a risk during the silver electroplating process. Furthermore, the toxic wastes created during the cyanide silver electroplating process are detrimental to the environment. The aim of this work is to develop a self-lubricating non-cyanide silver PTFE composite coating suitable for use in threaded compression fittings of the ferruled type. The composite can be considered self-lubricating when a concentration of 8% or more by volume of the self-lubricating PTFE substance is incorporated. My original contribution to knowledge is firstly the successful development and characterisation of a self-lubricating non-cynanide Ag-PTFE coating on stainless steel without a strike resulting in improved CoF of 0.06 from the CoF of 0.6 based on an unlubricated surface. Secondly is the application of a non-cyanide Ag-PTFE MMC for threaded compression fittings. Thirdly is the characterisation of the make-up process of threaded compression fittings through the proposed use of the torque-angle slope in assessing coating performance for threaded compression fittings during make-up. Conclusions that can be drawn for the work are that the performance non-cyanide Ag-PTFE coating exceeded the performance of the pure Ag coating made using the same non-cyanide process. Moreover, the performance of the Ag-PTFE coating shows promising results when compared to the performance of the commercial silver cyanide coating. As a viable replacement to the current silver cyanide process, the self-lubricating non-cyanide Ag-PTFE coating, will improve the working conditions and have a positive contribution to the environment. Moreover, a thinner coating with has the potential to reduce raw material usage and electroplating waste disposal costs.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work aims to study the tribological behavior of two solid lubricant materials used in different conditions: nanoparticles as additives for lubrication fluids and self-lubricating sintered steels. The synthetic base oil with different concentrations and kinds of nanoparticles (MoS2 particles, MoS2 nanoflowers, carbon nanotubes+MoS2, silver nanoparticles) was extensively evaluated through tribological tests: ball on disk scuffing; ball on disk constant load (250 N, 20min. duration) and constant load (2N, 20min. duration) reciprocating linear sliding tests assessing friction coefficient. None of the nanoparticles affected the friction coefficient in a significant way. The nanoparticles were found to be an aggregated state. On the other hand, the effect of sintering temperatures (1100, 1150 and 1200 °C) and precursor content (0-5%) on the tribological behavior of self-lubricating sintered steels, produced by metal injection molding (MIM), was analyzed by using linear reciprocating sliding tests (constant load 7N, 60 min. duration). Solid lubrication effect was produced by in situ formation of graphite nodules due to the dissociation of precursor (SiC particles) during sintering. It was shown that presence of the graphite nodules significantly improved the friction coefficient and the wear rate of the alloys and that the sintering temperature little affected these parameters. Chemical analyses of the wear scars by scanning electron microscopy (SEM-EDX) and auger electron spectroscopy (AES) showed the presence of a tribolayer composed predominantly by carbon and oxygen. The graphite on the samples contributed to the formation of the tribolayer on the contact interface. It is suggested that during sliding graphite foils are removed from the in situ generated graphite nodules and remain at the interface thus contributing to the formation of the protective tribolayer. This tribolayer breaks up and forms during sliding and it is continuously replenished by graphite. Analyses of the wear scars showed the presence of plastic deformation traces on the samples and counter-bodies and the predominance of the wear mechanism by abrasion. Study of the influence of roughness surface showed that polishing the surfaces closed the graphite sources due to plastic deformation. This fact has resulted in a friction coefficient higher than 0.2, which means that, in this condition, this material does not act anymore as solid lubricant. / Este trabalho tem como objetivo estudar o comportamento tribológico de dois materiais lubrificantes sólidos usados em diferentes condições: nanopartículas como aditivos de lubrificantes fluidos e aços sinterizados autolubrificantes. O óleo sintético, com diferentes concentrações e tipos de nanopartículas (partículas MoS2, nanoflores de MoS2, nanotubos de carbono + MoS2, nanopartículas de prata), foi extensivamente avaliado por meio de testes tribológicos: pino sobre disco sob carga variável (scuffing) e constante (250N, durante 20 minutos) e deslizamento linear alternado (2N, durante 20 minutos). O coeficiente de atrito não apresentou alterações significativas com a presença das nanopartículas no óleo, sendo esse comportamento atribuído ao estado de aglomeração das mesmas. Por outro lado, o efeito da temperatura de sinterização (1100, 1150 e 1200 ° C) e do teor de precursor (0-5%) no comportamento tribológico dos aços sinterizados autolubrificantes, produzidos por moldagem de pós por injeção (MIM), foram analisados por meio de testes de deslizamento linear alternado sob carga constante (7N, durante 60 minutos). O efeito de lubrificação sólida foi produzido pela formação in situ de nódulos de grafita devido à dissociação do precursor (SiC) durante a sinterização. Foi mostrado que a presença de nódulos de grafita melhorou significativamente o coeficiente de atrito e a taxa de desgaste das ligas, e que a temperatura de sinterização pouco afetou estes parâmetros. As análises químicas das marcas de desgaste por microscopia eletrônica de varredura (SEM-EDX) e espectroscopia por elétron auger (AES) mostraram a presença de uma tribocamada composta predominantemente por carbono e oxigênio. Sugeriu-se que durante o deslizamento as folhas de grafita são removidas dos nódulos gerados in situ e permanecem na interface contribuindo assim para a formação da tribocamada protetora. Esta, por sua vez, rompe-se e forma-se durante o deslizamento sendo continuamente reabastecida pela grafita. As análises das marcas de desgaste das amostras e dos contra-corpos mostraram a presença de sulcos produzidos por deformações plásticas e a predominância do mecanismo de desgaste por abrasão. Estudos da influência da rugosidade superficial mostraram que as superfícies polidas apresentaram o fechamento das fontes de grafita devido à deformação plástica. Este fato deu origem a um coeficiente de atrito superior a 0.2, o que significa que, nestas condições, o material deixa de atuar como lubrificante sólido. / Doutor em Engenharia Mecânica