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Previous issue date: 2013-09-19 / MAHLE / Piston rings are metal parts which, when installed on the pistons in the cylinders of the engine, become circular with variable pressure and self-expansive, providing a movable seal
between the combustion chamber and the crankcase. These components are subjected to intense functional demand, being asked to submit a low wear rate and maintain their structural
and functional integrity under high temperatures and pressures. Due to these requirements, the technique is known of providing up-to-face contact with coatings or surface treatments to
improve wear. Currently the majority of applications in the compression rings are martensitic stainless steels. These rings have their tribological properties improved by gas nitriding
treatment which gives the steel surface intermediate properties between metallic and ceramic materials with high resistance to adhesive wear, as well as to wear by abrasion. This technology has been applied since the 90s with great success and high market penetration. With demand growing for reducing emissions was introduced in the market the Otto cycle engines with bifuel, better known as Flex engines. The principle of operation of these engines is the use of gasoline and ethanol at any mixing. The compression ratio of the piston is optimized for gasoline and not optimized for ethanol, since the latter does not have limitations
to the phenomenon of detonation and this fact makes it occurs more Ethanol injection into the combustion chamber providing an improper fuel does not wash burnt in the cylinder wall. The
result was the creation of a different tribological system in the area of operation of the rings where the nitrided layer began to suffer a detachment. This study aimed to find a solution for
this detachment, where the nitride layer was changed. The modification consisted in decreasing the precipitation of carbides in the grain boundaries through migration carbon more to the core of the ring making it more robust to cracks and less susceptible to hydrogen embrittlement. Was created two nitriding stages, one richer in nitrogen which provides the
wear resistance required for applying and the second stage causes the carbon to become more concentrated in the core hindering the generation of cracks and, consequently, the detachment. There was a decrease in the hardness of the nitrided layer without deteriorating the wear resistance, creating a unique solution and extending the life of this technology. / Os Anéis de Pistão são peças de metal que, quando instaladas nos pistões dentro dos cilindros dos motores, tornam-se circulares com pressão variável e auto-expansivas, proporcionando uma vedação móvel entre a câmara de combustão e o carter do motor. Estes componentes são submetidos à intensa demanda funcional, sendo solicitados a apresentarem uma baixa taxa de desgaste e a manterem sua integridade estrutural e funcional sob temperaturas e pressões elevadas. Em função destas exigências, é conhecida a técnica de
prover-se a face de contato com o cilindro destes componentes revestimentos ou tratamentos de superfície para melhorar a resistência ao desgaste. Atualmente grande parte das aplicações
nos anéis de compressão são em aços inoxidáveis martensíticos. Estes anéis têm suas propriedades tribológicas melhoradas pelo tratamento de nitretação gasosa o qual confere ao aço propriedades superficiais intermediárias entre os materiais metálicos e cerâmicos, com alta resistência ao desgaste adesivo, assim como ao desgaste por abrasão. Esta tecnologia vem
sendo aplicada desde os anos 90 com absoluto sucesso e alta penetração de mercado. Com a demanda por redução de emissões crescendo foi introduzido no mercado os motores de ciclo Otto bicombustíveis, mais conhecidos como motores flex. O princípio de funcionamento destes motores é a utilização de gasolina e etanol em qualquer mistura. A taxa de compressão
do Pistão é otimizada para gasolina e não otimizada para o Etanol, pois este último não possui limitações para o fenômeno de detonação e este fato faz com que ocorra mais injeção de
Etanol na câmara de combustão proporcionando uma indevida lavagem de combustível não queimado na parede do cilindro. A consequência foi a criação de um tribo sistema diferente
na região de funcionamento dos Anéis onde a camada nitretada começou a sofrer um destacamento. Este trabalho visou buscar uma solução para este destacamento, onde a camada nitretada foi alterada. A alteração consistiu em diminuir a precipitação de carbonetos nas fronteiras dos grãos através da migração do carbono para o núcleo do anel deixando-o mais robusto à nucleação de trincas e menos susceptível a fragilização por hidrogênio. Foram criados dois estágios de nitretação, sendo o primeiro estágio mais rico em nitrogênio o qual confere ao anel a resistência ao desgaste necessária para a aplicação, e o segundo estágio faz com que o carbono fique mais concentrado no núcleo. O problema de destacamento foi resolvido onde houve uma diminuição na dureza da camada nitretada sem a deterioração da resistência ao desgaste do anel, criando uma solução única e estendendo a vida desta tecnologia sem aumento de custos.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.mackenzie.br:tede/1335 |
| Date | 19 September 2013 |
| Creators | Nocera, Eduardo |
| Contributors | Vatavuk, Jan, Couto, Antonio Augusto, Andrade, Arnaldo Homobono Paes de |
| Publisher | Universidade Presbiteriana Mackenzie, Engenharia de Materiais, UPM, BR, Engenharia de Materiais |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do Mackenzie, instname:Universidade Presbiteriana Mackenzie, instacron:MACKENZIE |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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