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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2010.tde-18052011-144912
Document
Author
Full name
Cristian Camilo Viafara Arango
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2010
Supervisor
Committee
Sinatora, Amilton (President)
Albertin, Eduardo
Godoy, Geralda Cristina Durães de
Mello, José Daniel Biasoli de
Souza, Roberto Martins de
Title in Portuguese
Transição no regime de desgaste por deslizamento dos aços: uma abordagem termodinâmica.
Keywords in Portuguese
Desgaste por deslizamento
Regime moderado
Regime severo
Termodinâmica
Transição no regime de desgaste
Abstract in Portuguese
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.
Title in English
Sliding wear regime transition of steels: a thermodynamic approach.
Keywords in English
Mild regime
Severe regime
Sliding wear
Thermodynamics
Wear regime transition
Abstract in English
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.
 
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Publishing Date
2011-05-19
 
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