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Moqueca Tribológica v. 04Vitória, 12 a 14 de fevereiro de 2020
Mecanismos de desgaste em situações industriais
Henara L. CostaUniversidade Federal do Rio Grande
Escola de Engenhariahenaracosta@furg.br
Moqueca Tribológica v. 04Vitória, 12 a 14 de fevereiro de 2020
Discussões sobre mecanismos
de desgaste obtidos em ensaios
de desgaste que procuram
simular atrito e desgaste em
situações industriais:
➢conformação mecânica
➢cabos de amarração naval
➢madeira, etc.
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Uberlândia
Rio Grande
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Conformação mecânica
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Caso 1: Tribologia de modificações superficiais usadas em cilindros de laminação a frio
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Laboratório de Tribologia e Materiais
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Universidade Federal de Uberlândia
Deposição de cromo duro
Cromo hexavalente: cancerígeno
EUA= 100 µg/m3
(BARAL ;ENGELKEN, 2002)
(COMMUNITIES, 2000; SONNTAG ;SUNDARAM, 2004; ZHAO et al., 2011)
Europa: restrição ao uso de
produtos nos quais a cadeia de
produção envolva o uso de cromo
duro
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▪Técnica de replicação
40 mm
Area contacting the rolled sheet
Rolling direction
Area for replicateanalysis
Original Invertida
40 mm
Área de contato com a tira laminada
Área de contato com o cilindro de encosto
Sentido de laminação
Área para análise das
réplicas
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Mill 1 Mill 2 Mill 3 Mill 4
Surface Modifications
Stand 1 B and C G and C G G and C
Stand 2 G and C G and C G G and C
Stand 3 G and C G and C G G and C
Stand 4 G and C G B EDT and C
Stand 5 EDT and C EDT
B = jateado, C = cromo duro EDT = Texturização por descargas elétricas, G = Retificado
Réplicas - ZhermackColorbite D
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MEV das réplicas (invertidas digitalmente)
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(c)
Retificado novo Retificado usado Jateado novo Jateado usado
EDT + C novo EDT + C usado
Montmitonnet et al. (2000) Transfer layer andfriction in cold metal strip rolling processes,Wear, 245 125-135.
▪ Superfícies mais lisas▪ Removação das asperidades mais lisas▪ Camadas transferidas
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Retificado
EDT + cromo duro
Novo Desgastado
“Alisamento” da superfície
Sulcos de retificação menos visíveis
Removal of highest peaks, formation of a smooth tribolayer
Topografia superficial das réplicas
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Metodologia para replicar mecanismos de desgaste
J.D.B. De Mello, J.L. Goncalves, H.L. Costa, Influence of surface texturing and hard chromium coating on the wear ofsteels used in cold rolling mill rolls, Wear, 302 (2013) 1295-1309.
𝑉𝑜𝑏𝑡𝑜 = 𝑉𝑓𝑏𝑡𝑓
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Contra-corpo esférico D = 10 mmAISI 52100Comprimento: 10 mmFrequencia: 2 HzTempo: 1 hCargas normais: 29N, 50N and 100N
Contra-corpo cilíndrico 9 x 9 mm AISI 52100Comprimento: 10 mmFrequencia: 2 HzTempo: 30 min, 3 h and 5 hCarga normal: 100 N
Esférico Cilíndrico
Carga normal(N) 29 50 100 100
Tensão máxima de Hertz (GPa) 0.6 0.7 2.8 0.17
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Contato esférico, 50N, 1h Cilindro, contato em linha, 100N, 30 min
Cilindro, contato em linha, 100N, 3 h Cilindro, contato em linha, 100N, 5h
Mapas 3D após ensaios (EDT+C) Réplica
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▪ Parâmetros topográficos após os testes
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▪ Contra-corpo cilíndrico 9 x 9 mm ▪ AISI 52100▪ Comprimento: 10 mm▪ Frequência: 2 Hz▪ Tempo: 1 h e 5 h▪ Carga normal: 100 N
Condições de teste selecionadas
Gonçalves JL, de Mello JDB, Costa HL. Wear in cold rolling milling rolls: A methodological approach. Wear. 2019;426-427:1523-35.
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Substituição do cromo duro?
G
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▪ Coeficientes de atrito: média de 3 testes dentro do regime permanente
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▪ Mpas triboscópicos do cieficiente de atrito
Não-revestidaCr
NiPN
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Amostras
Contra-corpos
Taxas de desgaste
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EDT-Cr - 5h
EDT-NiP - 5h
▪ MEV + EDX: Amostras
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EDT-Cr - 5h of sliding EDT-NiP - 5h of sliding
Formação de tribocamada protetora de baixo atrito, a qual reduz o desgaste tanto da amostraquanto o do contra-corpo
▪ MEV + EDX: Contracorpos
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▪ Alterações na topografia superficial devido ao desgaste
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Caso 2: Mecanismos de desgaste em ferramentas de estampagem revestidas
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De Souza e Liewald (2010)
▰ Ensaios que permitem o controle de velocidade e carga normal, utilização de com diferentes tipos e quantidade de lubrificantes;
▰ Ensaios rápidos;▰ Apresentam boa repetitividade;
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ENSAIOS DE ATRITO
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Amostra da
Ferramenta
Chapa Deslizada
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Parâmetros de ensaio
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• A força normal foi ajustada para 5000 kgf;
• Velocidade constante de deslizamento foi de 100 mm/s;
• Deslizamento de 600 mm por chapa;
• Todos os testes foram realizados em temperatura ambiente;
• Aquisição de dados 1000Hz (força normal, força de atrito e posição da mesa)
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Sem Revestimento Revestimento 1
Revestimento 2 Revestimento 3
CARACTERIZAÇÃO
INICIAL
Crescimento
estrutura
colunar
Usinagem
prévia bem
definida
superfície
mais lisa e
uniforme +
alguns
glóbulos
Acompanho
u as marcas
de usinagem
prévias
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Caracterização de composição química do revestimento;
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CARACTERIZAÇÃO
INICIAL
Amostra % C % N % V % Ti % Cr % Al
Revestimento 1 - 12 - 14 86 - 88 - - -
Revestimento 2 (1) 5-7 7 - 9 - 82 - 88 0 -3
Revestimento 2 (2) - 15 -18 5-15 60-80
Revestimento 3 - 15 - 18 - 55-70 - 22-25
TiN CrN
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Revestimento 1 maior rugosidade;Amostras fundidas maior rugosidade para Revestimento 1;
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CARACTERIZAÇÃO
INICIAL
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Revestimento 1 Revestimento 2 Revestimento 3 Substrato
Média 1638 HV 2533 HV 1906 HV 903 HV
Desvio P. 62,3 HV 88,2 HV 108,3 HV 25,2 HV
Revestimento 1 Revestimento 2 Revestimento 3
3316,04 HV 5397,42 HV 4068,13 HV
Dureza combinada:
Dureza calculada:
CARACTERIZAÇÃO
INICIAL
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Corpo de prova Revestimento Nº chapas deslizadas
Aço sinterizado
Condição Final Sem revestimento 1
Condição Final Revestimento 1 25
Condição Final Revestimento 2 25
Condição Final Revestimento 3 20
Aço Laminado
Condição Final Sem Revestimento 1
Condição Final Revestimento 1 25
Condição Final Revestimento 2 25
Condição Final Revestimento 3 17
Aço fundido
Condição Final Sem Revestimento 1
Condição Final Revestimento 1 25
Condição Final Revestimento 2 25
Condição Final Revestimento 3 25
Aço Refundido
Condição Final Sem Revestimento 1
Condição Final Revestimento 1 25
Condição Final Revestimento 2 25
Condição Final Revestimento 3 25
ENSAIO TRIBOLÓGICO
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% Peso N O V Cr Mn Fe
8,38 28,19 60,45 - - 2,66
- 5,15 2,52 0,19 1,84 88,37
- 32,12 2,88 - 1,4 56,91
% Peso N O V Cr Mn Fe
8,11 34,58 55,81 0 - 1,24
5,42 15,03 24,17 0,1 1,05 51,83
Análise via MEV– Amostras Revestimento 1
Intermediária
Final
MECÂNISMOS DE
DESGASTES
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Análise via MEV– Amostras Revestimento 3
Intermediária
Final
% Peso N O Al Ti Mn Fe
20,03 0,28 23,42 53,96 1,12
1,53 0,23 0,37 1,83 94,57
% Peso N O Al Ti Mn Fe
22,88 1,42 22,55 50,2 - 1,26
- 1,09 0,88 4,19 1,59 90,99
MECÂNISMOS DE
DESGASTES
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Parâmetro SmPARÂMETROS DE
SUPERFÍCIE
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Espaço Morfológico
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PARÂMETROS DE
SUPERFÍCIE
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CARACTERÍSTICAS DOSREVESTIMENTOS
Revestimento 1
▰Desenvolvimento de uma camada transferida da chapa, relativamente lisa e deformada sobre a superfície da ferramenta.
▰Camada transferida oxidada;
▰O revestimento também está sendo oxidado.
▰Características morfológicas de desgaste semelhante para todos os substratos analisados.
Revestimento 2
▰Desenvolvimento de uma camada transferida da chapa, relativamente lisa e deformada sobre a superfície da ferramenta.
▰Camada transferida oxidada;
▰O revestimento também está sendo parcialmente oxidado.
▰Características morfológicas de desgaste semelhante para todos os substratos analisados.
Revestimento 3
▰Camada transferida menos compactada
▰Menor adesão da camada transferida à superfície da ferramenta
▰Pouca deformação, formando protuberâncias
▰Ausência de oxidação (tanto na camada transferida quanto no revestimento).
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Papel da camada transferida na tribologia de ferramentas de conformação
▰ Camada transferida ▰ Camada transferida ▰ Adesão
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Caso 3: texturização + revestimento de ferramentas de estampagem
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4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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COSTA, H. L.; HUTCHINGS, I. M. Development of a maskless electrochemical texturing method. Journal of Materials Processing Technology, 2009;
FERRI, G. G. B. Texturização superficial eletroquímica sem mascaramento de componentes cilíndricos, 2019. Universidade Federal do Rio Grande.
TÉCNICA DE TEXTURIZAÇÃO - MECT -
Maskless eletrochemical texturing
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4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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Cabos de amarração poliméricos
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Cordage Institute, CI 1503-99 e ASTM Standards, D6611/2007
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SecoCabos virgens
Úmido salino
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Desgaste em compósitos de
madeira
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Fibras de
madeira
Nanocelulose
ácida
Painéis MDF
Eucalyptus sp
Celulose
Painéis de
madeira
MDF
MAIOR
VALOR
AGREGADO
Boas condições de plantioRápido crescimentoProgramas de reflorestamento
O RS tem uma estrutura consolidada para a produção e exportação
Alta rigidezResistência mecânicaBaixa densidade
Resina UF
Acidificação da resinaProcesso de polimerização
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Hidrólise ácida
Melhora nas propriedades mecânicas ou superficiais???
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ENSAIOS MECÂNICOSTração perpendicular (adesão interna);Flexão estática (MOE e MOR);Dureza Shore D.
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ENSAIOS SUPERFICIAISRugosidade;Desgaste;MEV das amostras desgastadas.
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𝑄 = ∆𝑚
𝑑.𝐹 𝐾𝑔
𝑚.𝑁 (1)
d = 40 m, F = 10N
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IMAGENS DE MET e pHNanocristais de celulose obtidos do sobrenadante
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Terceira centrifugação, menor aumento Quinta centrifugação, menor aumento
Terceira centrifugação, maior aumento Quinta centrifugação, maior aumento
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PROPRIEDADES MECÂNICASResistência à tração perpendicular
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0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
P0 P2 P4 P6
Adesão inte
rna (
MP
a)
Painel
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PROPRIEDADES MECÂNICASFlexão elástica (MOE)
57
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
P0 P2 P4 P6
Módulo
de e
lasticid
ade (
MP
a)
Painel
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PROPRIEDADES MECÂNICASFlexão elástica (MOR)
58
0
5
10
15
20
25
30
35
P0 P2 P4 P6
Módulo
de R
uptu
ra (
MP
a)
Painel
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PROPRIEDADES MECÂNICASDureza Shore D
59
0
10
20
30
40
50
60
70
80
P0 P2 P4 P6
Shore
D
Painel
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PROPRIEDADES SUPERFICIAISResultados médios dos parâmetros Ra e Rq
60
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
P0 P2 P4 P6
Painel
Ra (μm)
Rq (μm)
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PROPRIEDADES SUPERFICIAISResultados médios do parâmetro Rsk
61
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
P0 P2 P4 P6
Rsk
Painel
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PROPRIEDADES SUPERFICIAISTaxa de desgaste
62
0,0E+00
5,0E-08
1,0E-07
1,5E-07
2,0E-07
2,5E-07
3,0E-07
3,5E-07
4,0E-07
P0 P2 P4 P6
Taxa d
e d
esgaste
Kg.(
m.N
)-1
Painel
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Imagens de MEV
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P0, depois do ensaio de abrasão
P2, depois do ensaio de abrasão
P0, antes do ensaio de abrasão
P2, antes do ensaio de abrasão
P0, depois do ensaio de abrasão
P2, depois do ensaio de abrasão
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Obrigada!!!
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