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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2011.tde-26082011-143752
Documento
Autor
Nome completo
Ronaldo Câmara Cozza
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2011
Orientador
Banca examinadora
Souza, Roberto Martins de (Presidente)
Godoy, Geralda Cristina Durães de
Mello, José Daniel Biasoli de
Sinatora, Amilton
Tanaka, Deniol Katsuki
Título em português
Estudo do desgaste e atrito em ensaios micro-abrasivos por esfera rotativa fixa em condições de força normal constante e pressão constante.
Palavras-chave em português
Ball-cratering
Coeficiente de atrito
Desgaste
Desgaste abrasivo por riscamento
Desgaste abrasivo por rolamento
Desgaste micro-abrasivo
Pressão
Resumo em português
O ensaio de desgaste micro-abrasivo por esfera rotativa vem conquistando elevada aceitação em universidades e centros de pesquisa, sendo amplamente adotado em estudos envolvendo desgaste abrasivo de materiais. Dois modos de desgaste abrasivo podem ser observados neste tipo de ensaio: rolamento resulta quando as partículas abrasivas rolam sobre a superfície do corpo-de-prova, enquanto riscamento é observado quando as partículas abrasivas deslizam sobre o mesmo; o tipo do modo de desgaste abrasivo apresenta uma significante influência sobre o comportamento de um sistema tribológico. Diversos trabalhos envolvendo coeficiente de atrito durante ensaios de desgaste abrasivo estão disponíveis na literatura, mas somente uma pequena parcela dedicaram-se ao estudo do coeficiente de atrito desenvolvido em ensaios de desgaste micro-abrasivo conduzidos por esfera rotativa. Adicionalmente, pesquisas preliminares reportaram que os resultados são dependentes da variação de pressão, ocasionada pela condução de ensaios sob condições de força normal constante. Logo, o propósito desta Tese de Doutorado é pesquisar a relação entre coeficiente de atrito e modos de desgaste abrasivo em ensaios desgaste micro-abrasivo por esfera rotativa, em condições de força normal constante e pressão constante. Ensaios ball-cratering foram conduzidos com esferas de aço AISI 52100 e um corpo-de-prova de aço-ferramenta AISI H10. A pasta abrasiva foi preparada com partículas de carbeto de silício (SiC) preto (tamanho médio de partícula de 3 m) e água destilada. Diferentes valores de força normal constante e pressão constante foram definidos para os experimentos. As forças normal (N) e tangencial (T) foram monitoradas continuamente durante os ensaios e a relação entre T/N foi calculada para fornecer uma indicação do coeficiente de atrito atuante no sistema tribológico esfera / partículas abrasivas / corpo-de-prova. Em todos os casos, análises por Microscopia Óptica das crateras de desgaste revelaram somente a presença de desgaste abrasivo por riscamento. Entretanto, observações mais detalhadas, conduzidas por Microscopia Eletrônica de Varredura, indicaram que diferentes níveis desgaste abrasivo por rolamento atuaram ao longo dos riscos, fenômeno nomeado de micro-rolling abrasion (microrolamento). Além disso, os resultados obtidos mostraram, também, que: i) a distância de deslizamento apresenta significante influência sobre a transição entre os modos de desgaste abrasivo, ii) para os valores de força normal constante e pressão constante adotados, o coeficiente de atrito manteve-se, aproximadamente, na mesma faixa de valores e iii) o coeficiente de atrito é independente da taxa de desgaste.
Título em inglês
Wear and friction study in micro-abrasive wear testing by rotative fixed ball under conditions of constant normal force and constant pressure.
Palavras-chave em inglês
Ball-cratering
Friction coefficient
Grooving abrasion
Micro-abrasive wear
Pressure
Rolling abrasion
Wear
Resumo em inglês
The micro-scale abrasive wear test by rotative ball has gained large acceptance in universities and research centers, being widely used in studies on the abrasive wear of materials. Two wear modes are usually observed in this type of test: rolling abrasion results when the abrasive particles roll on the surface of the tested specimen, while grooving abrasion is observed when the abrasive particles slide; the type of wear mode has a significant effect on the overall behaviour of a tribological system. Several works on the friction coefficient during abrasive wear tests are available in the literature, but only a few were dedicated to the friction coefficient in micro-abrasive wear tests conducted with rotating ball. Additionally, recent works have identified that results may also be affected by the change in contact pressure that occurs when tests are conducted with constant applied force. Thus, the purpose of this work is to study the relationship between friction coefficient and abrasive wear modes in ball-cratering wear tests conducted at constant normal force and constant pressure. Micro-scale abrasive wear tests were conducted with a ball of AISI 52100 steel and a specimen of AISI H10 tool steel. The abrasive slurry was prepared with black silicon carbide (SiC) particles (average particle size of 3 m) and distilled water. Two constant normal force values and two constant pressure values were selected for the tests. The tangential and normal loads were monitored throughout the tests and their ratio was calculated to provide an indication of the friction coefficient. In all cases, optical microscopy analysis of the worn craters revelated only the presence of grooving abrasion. However, a more detailed analysis conducted by SEM has indicated that different degrees of rolling abrasion have also occurred along the grooves. The results have also shown that: i) the sliding distance presents an important role on the wear mode transition, ii) for the selected values of constant normal force and constant pressure, the friction coefficient presented, approximately, the same range of values and ii) the friction coefficient was independent of the wear rate.
 
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Data de Publicação
2011-09-05
 
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  • COZZA, R.C., TANAKA, D.K., and SOUZA, R.M.. Friction coefficient and wear mode transition in micro-scale abrasion tests [doi:10.1016/j.triboint.2011.08.006]. Tribology International [online], 2011.
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