2006 universidade federal de santa catarina ... - Materiais - UFSC
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<strong>2006</strong><br />
PALLOMA VIEIRA MUTERLLE<br />
TCC – <strong>UFSC</strong><br />
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA<br />
CARACTERIZAÇÃO TRIBOLÓGICA DE LIGAS SINTERIZADAS<br />
A BASE DE FERRO E COBRE<br />
PALLOMA VIEIRA MUTERLLE
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA<br />
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS<br />
PALLOMA VIEIRA MUTERLLE<br />
CARACTERIZAÇÃO TRIBOLÓGICA DE LIGAS SINTERIZADAS<br />
A BASE DE FERRO E COBRE<br />
FLORIANÓPOLIS<br />
<strong>2006</strong>
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA<br />
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS<br />
PALLOMA VIEIRA MUTERLLE<br />
CARACTERIZAÇÃO TRIBOLÓGICA DE LIGAS SINTERIZADAS<br />
A BASE DE FERRO E COBRE<br />
Trabalho <strong>de</strong> Graduação apresentado ao Curso <strong>de</strong><br />
Graduação em Engenharia <strong>de</strong> <strong>Materiais</strong> da<br />
Universida<strong>de</strong> Fe<strong>de</strong>ral <strong>de</strong> Santa Catarina como<br />
parte dos requisitos para a obtenção do título <strong>de</strong><br />
Engenheiro <strong>de</strong> <strong>Materiais</strong>.<br />
Orientador: Prof. Hazim Ali Al-Qureshi<br />
Co-orientadores: Prof. Alberto Molinari e<br />
Prof. Giovanni Straffelini<br />
FLORIANÓPOLIS<br />
<strong>2006</strong>
PALLOMA VIEIRA MUTERLLE<br />
CARACTERIZAÇÃO TRIBOLÓGICA DE LIGAS SINTERIZADAS<br />
A BASE DE FERRO E COBRE<br />
Este Trabalho <strong>de</strong> graduação foi julgado a<strong>de</strong>quado para a obtenção do título <strong>de</strong><br />
Engenheiro <strong>de</strong> <strong>Materiais</strong> e aprovado em sua forma final pelo Curso <strong>de</strong> Graduação em<br />
Engenharia <strong>de</strong> <strong>Materiais</strong> da Universida<strong>de</strong> Fe<strong>de</strong>ral <strong>de</strong> Santa Catarina.<br />
Comissão Examinadora<br />
_________________________________<br />
Prof. Dylton Do Vale Pereira Filho, M.Sc.<br />
Coor<strong>de</strong>nador<br />
___________________________<br />
Prof. Hazim Ali Al-Qureshi, Ph.D<br />
Orientador<br />
__________________________<br />
Prof. Aloisio Klein, Dr. Ing.<br />
<strong>UFSC</strong>
Ficha Catalográfica<br />
MUTERLLE, Palloma Vieira.<br />
Caracterização tribológica <strong>de</strong> ligas sinterizadas a base <strong>de</strong> ferro e<br />
cobre. Florianópolis, <strong>UFSC</strong>, Curso <strong>de</strong> Graduação em Engenharia <strong>de</strong><br />
<strong>Materiais</strong>, <strong>2006</strong>.<br />
CII, 102 p.<br />
Trabalho <strong>de</strong> Graduação: Engenharia <strong>de</strong> <strong>Materiais</strong><br />
Orientador: Hazim Ali Al-Qureshi<br />
1. Sinterizados 2. Resistência ao <strong>de</strong>sgaste 3. Buchas 4. Engrenagens<br />
I. Universida<strong>de</strong> Fe<strong>de</strong>ral <strong>de</strong> Santa Catarina<br />
II. Título
AGRADECIMENTOS<br />
À empresa GKN Sinter Metals Itália pela oportunida<strong>de</strong> e confiança na Universida<strong>de</strong> <strong>de</strong><br />
Trento, pois sem esta, este projeto <strong>de</strong> pesquisa não seria <strong>de</strong>senvolvido. À comissão <strong>de</strong><br />
estágios da <strong>UFSC</strong>, pelo acompanhamento, orientação e organização.<br />
Aos Profs. Giovanni Straffelini (orientador do estágio) e Alberto Molinari (Chefe <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>partamento, orientador e coor<strong>de</strong>nador do projeto), pela atenção e orientação<br />
dispensada, pelo apoio e amiza<strong>de</strong>, e principalmente por haverem me concentido esta<br />
oportunida<strong>de</strong> na Itália.<br />
Aos Profs. Hazim A. Al-Queresh, Márcio Fre<strong>de</strong>l e Aloísio Klein, pelo apoio, ajuda e<br />
amiza<strong>de</strong> durante todos estes anos <strong>de</strong> faculda<strong>de</strong>, inclusive neste período que estou longe.<br />
Ao Henrique Pavanati, pelo apoio e ajuda prestados durante todo este período que<br />
estive na Itália.<br />
Aos doutorandos, amigos e colegas <strong>de</strong> trabalho, Marianna, Denis, Stefano, Luca<br />
Girardini, Francesco Casari, Mario, Francesco Endrici, Matteo, Luca Fachini, Pepe,<br />
Georgio, pela ajuda prestada na realização das ativida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>senvolvidas, ajuda no<br />
italiano e inglês, pelas horas <strong>de</strong> intervalo, e principalmente pela amiza<strong>de</strong> <strong>de</strong> sempre.<br />
Ao Professor Massimo Pellizzari, e às pesquisadoras Cinzia Menapace e Lorena<br />
Maines, pela amiza<strong>de</strong> e alegria <strong>de</strong> sempre. Ao pessoal do laboratório <strong>de</strong> cerâmica, o qual<br />
foi obrigado a suportar os ruídos agudos dos meus experimentos e mesmo assim me<br />
tratavam muito bem. Aos meus companheiros <strong>de</strong> casa e amigos Valentina, Sara e<br />
Lorenzo, pelo apoio e pelas jantas.<br />
Aos meus amigos do Brasil, em especial a minha amiga Letícia, que mesmo estando a<br />
distância sempre estavam apoiando-me e incentivando-me, como se estivessem aqui.<br />
Aos meus amigos do pólo aquático que durante todos estes anos <strong>de</strong> faculda<strong>de</strong> sempre<br />
fizeram parte da minha vida.<br />
Às minhas amigas Nolisa e Patrícia, amigas da época <strong>de</strong> Blumenau que me <strong>de</strong>ram<br />
tanta força quando fui morar fora <strong>de</strong> casa, com apenas 16 anos, a se não fossem elas!<br />
Infelizmente o tempo e a vida nos separou, mas a amiza<strong>de</strong> e o carinho por elas não<br />
acabará nunca.<br />
Às amigas da época <strong>de</strong> escola e <strong>de</strong> hoje, Débora, Karine e Daniela, eramos um<br />
quarteto terrível, maravilhoso aquele tempo, muitas sauda<strong>de</strong>s, adoro vocês.<br />
À Manuela, gran<strong>de</strong> companheira <strong>de</strong> quarto por tanto tempo, amiga <strong>de</strong> todas as horas,<br />
sempre muito sabia e louca, sem falar do quanto é inteligente e competente.
Aos meus amigos da época <strong>de</strong> adolescente, galera da rua, principalmente Dani (que<br />
Deus o tenha), e Gustavo, e aqueles dos verões do caça e tiro, tempo muito bom. À<br />
galera da nataçao, o turminha festeira e boa que era aquela.<br />
À todos os meus ex. rolos e namorados durante estes anos, os quais me ajudaram a<br />
crescer e me ensinaram alguma coisa, <strong>de</strong> um jeito ou <strong>de</strong> outro.<br />
À Dona Maria, minha 3° vó, que me acolheu e me ajudou muito naquela época em<br />
Jaragua do Sul.<br />
Ao Rodrigo e a Débora, amiza<strong>de</strong> da facul que tenho certeza não terminará aqui, se<br />
mesmo quando estávamos longe <strong>de</strong>ram um jeito e acabamos nos encontrando aqui na<br />
Europa. E a todos aqueles outros que estudaram comigo durante todos esses anos.<br />
À Carol e Michelle, amigas brasileiras que tive o prazer e a sorte <strong>de</strong> conhecer aqui, as<br />
quais me ajudaram tanto durante meu período <strong>de</strong> adaptação.<br />
Ao Dário, uma pessoa maravilhosa, amiga, companheira, leal, que é muito importante<br />
pra mim e que tive o privilégio e a sorte <strong>de</strong> conhecer na Itália, a qual me <strong>de</strong>u muita força<br />
neste período, estando sempre ao meu lado, mesmo naqueles dias que eu estava<br />
impossível <strong>de</strong> lidar. Grazie per tutto bello mio.<br />
Ao Ju, meu primo amado, que sempre pra on<strong>de</strong> eu fui me acompanhou, até o dia que<br />
resolveu voltar pra casa me abandonando, te adoro gurí.<br />
À Rita, Mema, e sua família, pessoas amigas especiais as quais são como se fossem<br />
da minha família, e que sempre estiveram presentes tanto nas horas boas quanto nas<br />
difíceis.<br />
E em especial a minha família, principalmente aos meus pais Erineu e Zilda, minhas<br />
irmãs Carmella e Carolle e meus avós Sílvio e Zilda, as pessoas que mais amo na vida,<br />
as quais sempre fizeram <strong>de</strong> tudo pra me verem crescer e chegar on<strong>de</strong> estou hoje, se não<br />
fosse eles, não seria o que sou.<br />
Pai e mãe, obrigada do fundo do meu coração por todo o esforço que fizeram até<br />
agora, e que provavelmente ainda farão, para eu ser esta pessoa que sou. Desculpem-me<br />
por todas aquelas horas que fiz vocês per<strong>de</strong>rem a paciência e o sono <strong>de</strong>vido a minha<br />
vonta<strong>de</strong> <strong>de</strong> largar a faculda<strong>de</strong>, se não fosse vocês......principalmente o senhor meu pai, se<br />
não tivesse insistido e a senhora mãe, se não tivesse segurado a barra, eu não teria<br />
chegado aqui, <strong>de</strong>morei um pouco, mas consegui. Amo muito vocês.<br />
E por ultimo agra<strong>de</strong>ço a Deus por ter colocado todas essas pessoas maravilhosas na<br />
minha vida, e porque sem ele nada disso tudo seria possível.<br />
Obrigada a todos, e <strong>de</strong>sculpem-me se às vezes sou um tanto quanto ausente.
RESUMO<br />
Este trabalho baseia-se na caracterização microestrutural e tribológia <strong>de</strong> diversos<br />
materiais fabricados pela GKN SinterMetals, com o objetivo <strong>de</strong> obter informações quanto<br />
a qualida<strong>de</strong> do processo <strong>de</strong> sinterização que realizam, e o comportamento <strong>de</strong>stes<br />
materiais quando expostos aos esforços <strong>de</strong> trabalho, pois apresentam uma gran<strong>de</strong><br />
solicitação mecânica. Estes materias são fabricados através da metalurgia do pó, e são<br />
divididos em: Ligas a base <strong>de</strong> Ferro (Distaloys somente sinterizados e tratados<br />
termicamente), a base <strong>de</strong> Cobre (bronzes) e a base <strong>de</strong> Fe+Cu. Os Distaloys são utilizados<br />
na fabricação <strong>de</strong> engrenagens e as ligas <strong>de</strong> bronze e Fe+Cu na fabricação <strong>de</strong> buchas<br />
autolubrificantes. As análises realizadas foram: <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>, porosida<strong>de</strong>, microestrutura,<br />
micro e macro dureza, rugosida<strong>de</strong> superficial através da curva <strong>de</strong> Abbott-Firestone e teste<br />
tribológico <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste por <strong>de</strong>slizamente. As análises tribológicas foram realizadas em<br />
um tribômetro AMSLER A135, com configuração “disco contra disco” sendo o movimento<br />
relativo entre estes discos realizado por contato <strong>de</strong>slizante a seco, contracorpo<br />
estacionário (AISI M2) e amostra em rotoção. Foram aplicadas forças normais entre 30N<br />
e 500N, e as velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento entre 0,105 m/s e 0,838 m/s, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ndo das<br />
proprieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> cada amostra. Após caracterização tribológica os Distaloys apresentaram<br />
todos comportamento ao <strong>de</strong>sgaste consi<strong>de</strong>rado mo<strong>de</strong>rado, sendo que aqueles tratados<br />
termicamente apresentaram um melhor comportamento,ou seja, menor taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste<br />
que todos os outros, <strong>de</strong>vido aumento <strong>de</strong> dureza da matriz. Nas amostras <strong>de</strong> bronze e<br />
Fe+Cu a presença <strong>de</strong> grafita apresentou uma gran<strong>de</strong> contribuição para o aumento da<br />
resistência ao <strong>de</strong>sgaste quando comparadas aquelas com ausência <strong>de</strong> grafita, diminuindo<br />
também o valor do coeficiente <strong>de</strong> atrito, mas esta grafita per<strong>de</strong> sua proprieda<strong>de</strong><br />
lubrificante após um certo tempo e o <strong>de</strong>sgaste passa a ser severo, isso ocorreu<br />
principalmente quando foi aumentada a velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento para 0,838 m/s, neste<br />
caso as amostras que não possuíam grafita apresentaram melhor <strong>de</strong>sempenho.
ABSTRACT<br />
This work bases on the microstructural and tribological characterization of several PM<br />
materials sintered by GKN SinterMetals; the aim is to investigate the quality of the<br />
sintering process and the behaviour of these materials during exercise. These materials<br />
are manufactured by pow<strong>de</strong>r metallurgy and they are divi<strong>de</strong>d in: Iron based alloys<br />
(Distaloys as sintered and heat treated), Copper alloys (bronzes) and Fe+Cu alloys.<br />
Distaloys are used to product gears and bronze and Fe+Cu alloys are used to product self<br />
lubrification bearings. Every specimens were characterized by means of <strong>de</strong>nsity, porosity,<br />
microstructure, hardness and microhardness, superficial roughness through the curve of<br />
Abbott-Firestone. Dry sliding tests were carried out in a disk on disk configuration using a<br />
AMSLER A135 testing machine. The counterface stationary disk was ma<strong>de</strong> of AISI M2 tool<br />
steel. The tests were carried out with sliding speed ranging between 0,105 and 0.838 m/s<br />
and applied loads ranging between 30N and 500N, <strong>de</strong>pending on the mechanical<br />
properties of each sample. Distaloys shown a good tribological behaviour; heat treated<br />
specimens displayed lower wear coefficient because of their higher hardness. The<br />
bronze+graphite samples were characterized by a lower friction coefficient than bronze<br />
samples. This behaviour was due to the lubricating action exerted by graphite, expecially<br />
at lower speeds. A different wear mechanism, characterized by a higher friction coefficient,<br />
took place at a certain sliding distance, shorter for the higher sliding speed.
SUMÁRIO<br />
RESUMO ...........................................................................................................................24<br />
ABSTRACT .......................................................................................................................25<br />
LISTAS DE ILUSTRAÇÕES .............................................................................................28<br />
LISTA DE TABELAS.........................................................................................................32<br />
1. INTRODUÇÃO ..............................................................................................................17<br />
2.1 OBJETIVO GERAL .................................................................................................17<br />
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................... Errore. Il segnalibro non è <strong>de</strong>finito.<br />
2.1 FUNDAMENTOS DA METALURGIA DO PÓ..........................................................19<br />
2.1.1 METALURGIA DO PÓ FERROSA....................................................................20<br />
2.1.2 METALURGIA DO PÓ DE BRONZE ................................................................21<br />
2.1.3 ETAPAS BÁSICAS DA METALURGIA DO PÓ ................................................21<br />
2.1.3.1 Produção dos pós ......................................................................................21<br />
2.1.3.2 Escolha e mistura dos pós .........................................................................21<br />
2.1.3.3 Compactação/moldagem dos pós..............................................................22<br />
2.1.3.4 Sinterização ...............................................................................................22<br />
2.1.4 ELEMENTOS DE LIGA NA SINTERIZAÇÃO DE MATERIAIS DA MPF ..........24<br />
2.2 CURVA DE ABBOUT-FIRESTONE .................................................................................25<br />
2.3 RESISTÊNCIA AO DESGASTE..............................................................................26<br />
2.3.1 DESGASTE ADESIVO .....................................................................................27<br />
2.3.2 DESGASTE TRIBO-OXIDATIVO......................................................................28<br />
2.3.3 DESGASTE ABRASIVO...................................................................................29<br />
2.3.4 DESGASTE POR FADIGA SUPERFICIAL.......................................................29<br />
2.3.5 DESGASTE POR DESLIZAMENTO.................................................................29<br />
2.4 BUCHAS .............................................................................................................31<br />
2.5 ENGRENAGENS.................................................................................................32<br />
3. MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS ..............................................................33<br />
3.1 MATERIAIS.............................................................................................................33<br />
3.1.1 DISTALOYS......................................................................................................33<br />
3.1.2 LIGAS DE BRONZE E A BASE DE Fe+Cu ......................................................34<br />
3.2 MÉTODOS EXPERIMENTAIS ................................................................................35
3.2.1 DENSIDADE E POROSIDADE.........................................................................35<br />
3.2.2 PREPARAÇÃO METALOGRÁFICA .................................................................35<br />
3.2.3 MEDIÇÃO DE MICRO E MACRO DUREZA.....................................................36<br />
3.2.4 MEDIÇÃO DA RUGOSIDADE SUPERFICIAL..................................................36<br />
3.2.5 ANÁLISE QUANTITATIVA DE C e S................................................................36<br />
3.2.6 CARACTERIZAÇÃO TRIBOLÓGICA ...............................................................37<br />
3.2.7 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA AMBIENTAL (ESEM) ........38<br />
3.2.8 ANÁLISE MACROSCÓPICA COM LUPA ESTEREOSCÓPICA ......................39<br />
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ..................................................................................40<br />
4.1 CARACTERIZAÇÃO MACRO E MICRO ESTRUTURAL ....................................40<br />
4.1.1 DISTALOYS SOMENTE SINTERIZADOS........................................................40<br />
4.1.2 DISTALOYS TRATADOS TERMICAMENTE....................................................42<br />
4.1.3 LIGAS DE BRONZE .........................................................................................47<br />
4.1.4 LIGAS DE Cu + Fe ...........................................................................................49<br />
4.1.5 ANÁLISE DA RUGOSIDADE SUPERFICIAL ...................................................51<br />
4.2 CARACTERIZAÇÃO TRIBILÓGICA........................................................................54<br />
4.2.1 DISTALOYS......................................................................................................54<br />
4.2.1.1 Distaloys Sinterizados...............................................................................54<br />
4.2.1.2 Distaloys Tratados Termicamente..............................................................62<br />
4.2.2 LIGAS DE BRONZE E Fe+Cu ..........................................................................76<br />
4.2.2.1 Bronzes......................................................................................................76<br />
4.2.2.2 Ligas <strong>de</strong> Fe+Cu..........................................................................................86<br />
5. CONCLUSÕES .............................................................................................................98<br />
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...........................................................................101
LISTAS DE ILUSTRAÇÕES<br />
Figura 1 – Estágios principais do processo <strong>de</strong> sinterização [8]. ........................................23<br />
Figura 2: Demonstração da curva <strong>de</strong> Abbott-Firestone [17]. .............................................26<br />
Figura 3: Típica evolução do volume <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste com a distância <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento........30<br />
Figura 5 – Imagem frontal do tribômetro Amsler A137 (a) e <strong>de</strong>senho esquemático do<br />
ensaio disco contra disco...................................................................................................37<br />
Figura 6 – Exemplo <strong>de</strong> curvas <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a) e coeficiente <strong>de</strong> atrito (b). ........................38<br />
Figuras 7: Densida<strong>de</strong> 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 500X.......................................................................................40<br />
Figura 9: Densida<strong>de</strong> 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 500X.......................................................................................42<br />
Figura 10: Densida<strong>de</strong> 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 500X.......................................................................................43<br />
Figura 11: Perfil <strong>de</strong> microdureza das amostras <strong>de</strong> DistaloyAE cementadas, <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,9<br />
(a) e 7,1 (b) g/cm 3 ..............................................................................................................44<br />
Figura 12: Densida<strong>de</strong> 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 500X.......................................................................................45<br />
Figura 13: Densida<strong>de</strong> 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 500X.......................................................................................46<br />
Figura 14: Densida<strong>de</strong> 6,6 e 7,0 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 200X.......................................................................................47<br />
Figuras 15: Densida<strong>de</strong> 6,4 e 6,8 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 200X.......................................................................................48<br />
Figuras 16: Densida<strong>de</strong> 5,8 e 6,2 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 500X.......................................................................................49<br />
Figuras 17: Densida<strong>de</strong> 5,8 e 6,2 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 500X.......................................................................................50<br />
Figura 18: Curva <strong>de</strong> Abbott-Firestone. Material DAE2 sinterizado. ...................................51<br />
Figura 20: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material DistaloyAE* sinterizado.......54<br />
Figura 21: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 ...55<br />
Figura 22: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material DistaloyAE sinterizado. .......55<br />
Figura 23: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 ...56
Figura 24: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b)................57<br />
Figura 25: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no intervalo <strong>de</strong><br />
0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c). (ESEM). ...........................................................57<br />
Figura 26: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-15min (a) e no<br />
intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (b) (ESEM). ...................................................................................57<br />
Figura 27: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b)................60<br />
Figura 28: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no intervalo <strong>de</strong><br />
0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................60<br />
Figura 29: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-15min e 60-90<br />
min (ESEM). ......................................................................................................................60<br />
Figura 30: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material DistaloyAE* tratado<br />
termicamente. ....................................................................................................................62<br />
Figura 31: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 ...62<br />
Figura 32: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material DistaloyAE cementado........63<br />
Figura 33: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 ...63<br />
Figura 34: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material DistaloyDH* sintertemperado<br />
+ revenido..........................................................................................................................64<br />
Figura 35: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 ...64<br />
Figura 36: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material DistaloyDH* sintertemperado.<br />
...........................................................................................................................................65<br />
Figura 37: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 ...65<br />
Figura 38: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b)................67<br />
Figura 39: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no intervalo <strong>de</strong><br />
0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................67<br />
Figura 40: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-15min (a) e no<br />
intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (b)(ESEM). ....................................................................................67<br />
Figura 41: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b)................68<br />
Figura 42: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no intervalo <strong>de</strong><br />
0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................68<br />
Figura 43: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-15min (a) e no<br />
intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (b)(ESEM). ....................................................................................68<br />
Figura 44: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b)................71<br />
Figura 45: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no intervalo <strong>de</strong><br />
0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................71
Figura 46: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-15min e 60-90<br />
min (ESEM). ......................................................................................................................72<br />
Figura 47: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b)................72<br />
Figura 48: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no intervalo <strong>de</strong><br />
0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................72<br />
Figura 49: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-15min (a) e no<br />
intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (b) (ESEM). ...................................................................................73<br />
Figura 51: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,6 (a) e 7,0 (b) g/cm 3 ...77<br />
Figura 53: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,4 (a) e 6,8 (b) g/cm 3 ...78<br />
Figura 54: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b)................79<br />
Figura 55: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no intervalo <strong>de</strong><br />
0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................79<br />
Figura 56: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-15min e 60-90<br />
min (ESEM). ......................................................................................................................79<br />
Figura 57: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b)................80<br />
Figura 58: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no intervalo <strong>de</strong><br />
30-90min (ESEM). .............................................................................................................80<br />
Figura 59: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 30-90min<br />
(ESEM). .............................................................................................................................80<br />
Figura 60: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no intervalo <strong>de</strong><br />
0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................84<br />
Figura 61: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-15min (a) e no<br />
intervalo <strong>de</strong> 60-90min (b)(ESEM). .....................................................................................84<br />
Figura 62: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no intervalo <strong>de</strong><br />
0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................85<br />
Figura 63: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-15min e 60-<br />
90min (ESEM). ..................................................................................................................85<br />
Figura 67: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 5,8 (a) e 6,2 (a) g/cm 3 ...87<br />
Figura 68: Amostra F* (a) e contracorpo (b) após prova <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 100N...................88<br />
Figura 69: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b)................89<br />
Figura 70: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no intervalo <strong>de</strong><br />
0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................89<br />
Figura 71: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-15min e 60-90<br />
min (ESEM). ......................................................................................................................90
Figura 72: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b)................90<br />
Figura 73: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no intervalo <strong>de</strong><br />
30-60 min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM). ........................................................90<br />
Figura 74: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 30-60 min (a) e<br />
no intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (b)(ESEM). ...............................................................................91<br />
Figura 75: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b)................93<br />
Figura 76: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no intervalo <strong>de</strong><br />
30-60 min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM). ........................................................93<br />
Figura 77: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 30-60 min e 60-<br />
90 min (ESEM). .................................................................................................................94<br />
Figura 78: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b)................94<br />
Figura 79: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no intervalo <strong>de</strong><br />
0-90 min (b) (ESEM)..........................................................................................................95<br />
Figura 80: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-90 min<br />
(ESEM). .............................................................................................................................95
LISTA DE TABELAS<br />
Tabela 1: Valores típicos <strong>de</strong> taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste mo<strong>de</strong>rado, para materiais não porosos. [20]<br />
...........................................................................................................................................31<br />
Tabela 2: Condições <strong>de</strong> fabricação e composição química dos Distaloys.........................33<br />
Tabela 3: Condições <strong>de</strong> fabricação e composição química das ligas <strong>de</strong> bronze e Fe+Cu.<br />
...........................................................................................................................................34<br />
Tabela 4: Resultados da análise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para DistaloyAE* sinterizado.<br />
...........................................................................................................................................41<br />
Tabela 5: Resultados da análise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para DistaloyAE sinterizado.<br />
...........................................................................................................................................42<br />
Tabela 6: Resultados da análise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para DistaloyAE* TT. .........43<br />
Tabela 7: Resultados da análise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para DistaloyAE cementado.<br />
...........................................................................................................................................44<br />
Tabela 8: Resultados da analise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para DistaloyDH* sintert+rev.<br />
...........................................................................................................................................45<br />
Tabela 9: Resultados da analise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para DistaloyDH* sintert. ...46<br />
Tabela 10: Resultados da analise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para B sinterizado............47<br />
Tabela 11: Resultados da analise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para B2 sinterizado..........48<br />
Tabela 12: Resultados da analise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para F sinterizado. ...........49<br />
Tabela 13: Resultados da analise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para F* sinterizado...........50<br />
Tabela 14: Valores médios da curva <strong>de</strong> Abbott-Firestone. ................................................52<br />
Tabela 15: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> DistaloyAE* sinterizado. ................................................54<br />
Tabela 16: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> DistaloyAE sinterizado...................................................55<br />
Tabela 17: Resultados dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 100N para Distaloys somente<br />
sinterizados........................................................................................................................59<br />
Tabela 18: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> DistaloyAE* sinterizado + trat. termicamente. ...............62<br />
Tabela 19: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> DistaloyAE sinterizado + cementado.............................63<br />
Tabela 20: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> DistaloyDH* sintertemperado + revenido.......................64<br />
Tabela 21: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> DistaloyDH* sintertemperado. .......................................65<br />
Tabela 22: Resultados dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 500N nos Distaloys tratados<br />
termicamente. ....................................................................................................................70
Tabela 23: Resultados dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 500N nos Distaloys tratados<br />
termicamente. ....................................................................................................................74<br />
Tabela 24: Resumo dos resultados obtidos com os ensaios <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para os Distaloys<br />
...........................................................................................................................................75<br />
Tabela 25: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> B sinterizado..................................................................76<br />
Tabela 26: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> B2 sinterizado................................................................77<br />
Tabela 27: Resultados dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 30N para bronzes.................................82<br />
Tabela 28: Resultados dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 100N para bronzes...............................83<br />
Tabela 29: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> F sinterizado. .................................................................86<br />
Tabela 30: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> F* sinterizado.................................................................87<br />
Tabela 31: Resultados dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 30N para ligas a base <strong>de</strong> Fe+Cu..........92<br />
Tabela 32: Resultados dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 100N para ligas a base <strong>de</strong> Fe+Cu........95<br />
Tabela 33: Resumo dos resultados obtidos com os ensaios <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para buchas e<br />
ligas Fe+Cu. ......................................................................................................................96
INTRODUÇÃO<br />
1. INTRODUÇÃO<br />
O presente trabalho <strong>de</strong> conclusão <strong>de</strong> curso foi <strong>de</strong>senvolvido através <strong>de</strong> uma<br />
colaboração entre o <strong>de</strong>partamento <strong>de</strong> Engenharia <strong>de</strong> <strong>Materiais</strong> da Università <strong>de</strong>gli Studi di<br />
Trento e a Empresa GKN Sinter Metals – Itália, a qual é fabricante lí<strong>de</strong>r mundial em<br />
componentes sinterizados. Entre estes os principais são buchas e engrenagens.<br />
Estes componentes apresentam uma gran<strong>de</strong> solicitação mecânica quando em<br />
trabalho, pois durante seu funcionamento estão em contato com outro corpo metálico, o<br />
que favorece o mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste. Outro ponto que favorece este mecanismo é o<br />
fato <strong>de</strong> serem expostos a um sistema tribológico – constituintes atmosféricos (moléculas<br />
<strong>de</strong> ar, umida<strong>de</strong>, agentes corrosivos, entre outros) e elementos interfaciais como<br />
lubrificantes e partículas abrasivas – o qual é bastante nocivo, interferindo negativamente<br />
na resistência ao <strong>de</strong>sgaste do material.<br />
Estes componentes são fabricados através da metalurgia do pó pois normalmente<br />
on<strong>de</strong> são aplicados não é possível realizar uma a<strong>de</strong>quada manutenção, ou, e sobre tudo,<br />
em aplicações on<strong>de</strong> não é possível realizar um sistema <strong>de</strong> alimentação com ólio, o que é<br />
o caso das buchas autolubrificantes.<br />
A quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> poros presente no material sinterizado e o tamanho dos mesmos<br />
possui uma gran<strong>de</strong> influência sobre suas proprieda<strong>de</strong>s. Componentes sinterizados são<br />
normalmente mais susceptíveis ao <strong>de</strong>sgaste, corrosão e fadiga do que os materiais<br />
fabricados por fundição, conformação ou usinagem [1].<br />
2.1 OBJETIVO GERAL<br />
Devido a alta solicitação mecânica <strong>de</strong>stes componentes, a Empresa GKN solicitou a<br />
Universida<strong>de</strong> <strong>de</strong> Trento uma análise bastante completa das proprieda<strong>de</strong>s macro e<br />
microestruturais, juntamente com a análise tribológica <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste por <strong>de</strong>slizamento <strong>de</strong><br />
alguns <strong>de</strong> seus principais materiais. Esta análise servirá para que possam obter<br />
informações quanto a qualida<strong>de</strong> do processo <strong>de</strong> sinterização que realizam, e o<br />
comportamento <strong>de</strong>stes materiais quando expostos aos esforços <strong>de</strong> trabalho, po<strong>de</strong>ndo<br />
com isso otimizarem o processo <strong>de</strong> fabricação <strong>de</strong>stes componentes e oferecer uma maior<br />
informação <strong>de</strong> suas proprieda<strong>de</strong>s aos seus clientes.<br />
Os materiais <strong>de</strong> estudo são basicamente divididos em: Ligas a base <strong>de</strong> Ferro<br />
(Distaloys), a base <strong>de</strong> Cobre (bronzes) e a base <strong>de</strong> Fe+Cu.<br />
17
INTRODUÇÃO<br />
As ligas a base <strong>de</strong> Fe, as quais são utilizadas para fabricação <strong>de</strong> engrenagens,<br />
apresentam duas <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s, 6,9 g/cm 3 e 7,1 g/cm 3 , sendo algumas amostras apenas<br />
sinterizadas e outras que sofreram algum tipo <strong>de</strong> tratamento tratamento. Estas ligas são:<br />
DistaloyAE*, AE e DH*, e serão melhor <strong>de</strong>scritas no capítulo 3.<br />
As ligas <strong>de</strong> bronze e a base <strong>de</strong> Fe+Cu, utilizadas para fabricação <strong>de</strong> buchas,<br />
apresentam uma variação <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> muito maior, a qual varia <strong>de</strong> 5,8 a 7 g/cm 3 , sendo<br />
todas apenas sinterizadas. Estas ligas são: B, B2, F e F*, e também serão <strong>de</strong>scritas no<br />
capítulo 3.<br />
As análises foram iniciadas com a caracterização micro e macroestrutural das<br />
amostras, sendo elas: Análise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>, porosida<strong>de</strong>, microestrutura, micro e macro<br />
dureza e rugosida<strong>de</strong> superficial através da curva <strong>de</strong> Abbott-Firestone. Após estas análises<br />
as amostras foram submetidas ao teste tribológico <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste.<br />
As análises tribológicas foram realizadas em um tribômetro AMSLER A135, com<br />
configuração “disco contra disco” (a seco). O movimento relativo entre estes discos foi<br />
realizado com contato <strong>de</strong>slizante (contracorpo estacionário (AISI M2) e amostra em<br />
rotoção. As forças normais aplicadas variaram <strong>de</strong> 30N a 500N, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ndo das<br />
proprieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> cada amostra. As velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento utilizadas foram:0,105<br />
m/s, 0,314m/s e 0,838 m/s.<br />
Nestas condicões <strong>de</strong> prova, os mecanismos que regulam o processo tribológico são a<br />
a<strong>de</strong>são, a abrasão e a tribo-oxidação, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ndo do tipo <strong>de</strong> mecanismo temos como<br />
consequência um <strong>de</strong>sgaste servero ou mo<strong>de</strong>rado. Para obtermos esta informação foram<br />
analisados os fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> cada material, pois a morfologia e a dimensão<br />
<strong>de</strong>stes dizem muito sobre o mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, juntamente com a análise<br />
microestrutural da superfície <strong>de</strong>sgastada.<br />
A apresentação do trabalho segue a seqüência tradicional, apresentando no Capítulo 2<br />
uma revisão bibliográfica do assunto a ser explorado. Esta revisão aborda os principais<br />
aspectos da metalurgia do pó, enfocando <strong>de</strong>talhes importantes da adição e difusão <strong>de</strong><br />
elementos <strong>de</strong> liga. O comportamento mecânico e tribológico dos materiais sinterizados<br />
são também abordados neste capítulo. No Capítulo 3 é apresentada uma <strong>de</strong>scrição dos<br />
materiais, procedimento experimental e da metodologia utilizada na pesquisa. A<br />
apresentação e discussão dos resultados é realizada no capítulo 4. Finalmente, as<br />
conclusões, sugestões e referências bibliográficas são enumeradas no fim do trabalho.<br />
18
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
2.1 FUNDAMENTOS DA METALURGIA DO PÓ<br />
A Metalurgia do Pó, segundo German [1], é uma técnica conhecida há mais <strong>de</strong> 5000<br />
anos. Nesta época, tanto os egípcios quanto os incas já produziam utensílios a partir do<br />
pó <strong>de</strong> ferro e ouro, respectivamente. Outro exemplo mais recente da utilização da<br />
metalurgia do pó é a Coluna <strong>de</strong> Delhi na Índia, datada <strong>de</strong> 300 d.C., confeccionada a partir<br />
<strong>de</strong>, aproximadamente, 6,5 ton <strong>de</strong> pó <strong>de</strong> ferro reduzido. A metalurgia do pó se tornou um<br />
processamento importante no início do século XVII quando foram produzidos<br />
componentes a partir do pó <strong>de</strong> platina e moedas a partir do pó <strong>de</strong> cobre, prata e chumbo.<br />
O interesse por esta técnica teve uma gran<strong>de</strong> expansão no século XX produzindo-se uma<br />
infinida<strong>de</strong> <strong>de</strong> componentes como: filamentos <strong>de</strong> lâmpada <strong>de</strong> tungstênio, mancais porosos<br />
<strong>de</strong> bronze, contatores elétricos, metais refratários e suas ligas (Nb, W, Mo, Zr, Ti e Re).<br />
Esta técnica passou a ser utilizada na indústria com o propósito <strong>de</strong> minimizar custos,<br />
aumentar produtivida<strong>de</strong>, e/ou obter características somente possíveis a partir <strong>de</strong>la.<br />
Este método <strong>de</strong> processar materiais consiste basicamente no aquecimento <strong>de</strong> uma<br />
massa <strong>de</strong> pós, compactados a uma dada pressão e com geometria específica, a uma<br />
temperatura abaixo do ponto <strong>de</strong> fusão do componente principal da liga. Com o uso <strong>de</strong>sta<br />
técnica, é possível obter as proprieda<strong>de</strong>s físicas, químicas e mecânicas <strong>de</strong>sejadas, tendose,<br />
<strong>de</strong>sta forma, consi<strong>de</strong>rável economia <strong>de</strong> energia quando comparado a outros<br />
processos <strong>de</strong> fabricação, como por exemplo, a fundição [2].<br />
A vantagem principal da metalurgia do pó é a possibilida<strong>de</strong> <strong>de</strong> obtenção do<br />
componente na geometria, dimensões e microestrutura já no estado final <strong>de</strong>sejado. Este<br />
processamento segue uma rota básica: produção e escolha criteriosa dos pós a serem<br />
utilizados, mistura <strong>de</strong>stes com um lubrificante, posterior moldagem na forma <strong>de</strong>sejada e<br />
sinterização. Processamentos e variáveis po<strong>de</strong>m ser introduzidas, substituídas ou<br />
suprimidas <strong>de</strong>sta rota básica a fim <strong>de</strong> se obter componentes com melhores performances<br />
[1].<br />
19
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
2.1.1 METALURGIA DO PÓ FERROSA<br />
A metalurgia do pó ferrosa (MPF) po<strong>de</strong> ser consi<strong>de</strong>rada como um dos mais<br />
importantes ramos da metalurgia do pó, pois o ferro e suas ligas são materiais<br />
extensamente aplicados na indústria.<br />
O crescimento da MPF nas últimas três décadas foi impulsionado pela possibilida<strong>de</strong> <strong>de</strong><br />
redução <strong>de</strong> custos na obtenção <strong>de</strong> componentes quando comparada aos processos <strong>de</strong><br />
usinagem, fundição, forjamento e outros. Avanços no <strong>de</strong>senvolvimento <strong>de</strong> novas ligas,<br />
fabricação <strong>de</strong> pós, ligantes, lubrificantes e métodos <strong>de</strong> produção foram <strong>de</strong>cisivos na<br />
condição atual em que se encontra a MPF [3].<br />
Atualmente os maiores usuários <strong>de</strong>sta técnica vêm sendo a indústria automobilística,<br />
abrangendo uma vasta gama <strong>de</strong> aplicações, principalmente em componentes que<br />
constituem o motor, transmissão e chassis [4].<br />
Dentre as aplicações da MP em maior crescimento na atualida<strong>de</strong>, po<strong>de</strong>-se citar: bielas<br />
<strong>de</strong> pós forjados e sinterizados, flanges do sistema <strong>de</strong> exaustão em aço inoxidável<br />
sinterizado, sistema <strong>de</strong> válvulas variáveis do motor (VVT), suporte <strong>de</strong> engrenagens<br />
planetárias da caixa <strong>de</strong> transmissão automática [5].<br />
Os materiais produzidos pela MP apresentam características microestruturais que<br />
po<strong>de</strong>m ser consi<strong>de</strong>radas positivas ou negativas <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ndo do tipo <strong>de</strong> aplicação e<br />
condições em que os mesmos estão submetidos. A porosida<strong>de</strong>, por exemplo,<br />
característica intrínseca à maioria dos produtos produzidos por metalurgia do pó,<br />
influencia muito as suas proprieda<strong>de</strong>s. Em alguns casos a porosida<strong>de</strong> é <strong>de</strong>sejada, como<br />
por exemplo, na confecção <strong>de</strong> filtros ou mancais auto-lubrificantes [1]. Também, uma<br />
certa quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> poros com geometria específica po<strong>de</strong> ser positivo para a resistência à<br />
fadiga reduzindo o efeito <strong>de</strong> propagação <strong>de</strong> trincas [6].<br />
No entanto, para a maioria das aplicações industriais a porosida<strong>de</strong> é geralmente<br />
classificada como <strong>de</strong>feito. Neste sentido, os estudos realizados para o <strong>de</strong>senvolvimento<br />
da MPF buscam principalmente atingir um material sinterizado com <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> próxima da<br />
teórica [3]. Avanços na utilização e otimização <strong>de</strong> elementos <strong>de</strong> liga adicionados ao pó <strong>de</strong><br />
ferro, bem como a forma com que estes são adicionados, representam uma parte<br />
significativa na melhoria das proprieda<strong>de</strong>s dos componentes sinterizados. A obtenção <strong>de</strong><br />
características microestruturais convenientes à aplicação bem como a ativação do<br />
processamento <strong>de</strong> sinterização são exemplos <strong>de</strong> aperfeiçoamentos bem sucedidos<br />
obtidos com a adição <strong>de</strong> elementos <strong>de</strong> liga. [1], [3], [4], [7], [8].<br />
20
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
2.1.2 METALURGIA DO PÓ DE BRONZE<br />
O bronzeporoso é uma classe particular <strong>de</strong> bronze, na qual a porosida<strong>de</strong> resídua do<br />
material é usada para fabricar buchas com função auto-lubrificante. Esta porosida<strong>de</strong> vem<br />
impregnada com um lubrificante, o qual durante o exercício expan<strong>de</strong>-se e interpõe-se<br />
entre as superfícies em contato, juntamente com o aumento da temperatura. Deste modo<br />
o lubrificante consegue também realizar uma lubrificação hidrodinâmica.<br />
2.1.3 ETAPAS BÁSICAS DA METALURGIA DO PÓ<br />
Para a obtenção dos produtos da MP, segundo German [1], as etapas básicas do<br />
processamento são:<br />
- produção dos pós;<br />
- escolha e mistura dos pós;<br />
- compactação/moldagem dos pós;<br />
- sinterização do compactado.<br />
Após a sinterização os componentes po<strong>de</strong>m se encontrar já com as características<br />
<strong>de</strong>sejadas para a sua utilização. No entanto, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ndo das proprieda<strong>de</strong>s requeridas<br />
estes po<strong>de</strong>m ainda ser submetidos a processamentos posteriores à sinterização, como<br />
por exemplo, forjamento, calibração ou tratamentos térmicos e/ou termoquímicos como<br />
têmpera, ferroxidação, cementação, nitretação e carbonitretação.<br />
2.1.3.1 Produção dos pós<br />
Existem basicamente três categorias básicas <strong>de</strong> fabricação <strong>de</strong> pós, sendo elas<br />
baseadas em métodos mecânicos (atomização <strong>de</strong> metal fundido, quebra e moagem)<br />
métodos químicos (reações <strong>de</strong> redução) e métodos eletrolíticos (<strong>de</strong>posição eletrolítica). O<br />
processamento <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rá principalmente da composição química do pó a ser obtido.<br />
Além disso, existem outras características importantes que irão <strong>de</strong>finir a rota a ser<br />
utilizada. Destas características po<strong>de</strong>-se citar: a forma do pó, área superficial e <strong>de</strong>mais<br />
proprieda<strong>de</strong>s a elas relacionadas, como escoabilida<strong>de</strong>, <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> aparente e<br />
compressibilida<strong>de</strong>. Estas três últimas características são fundamentais, pois se tratam <strong>de</strong><br />
parâmetros <strong>de</strong> controle do produto final no processamento <strong>de</strong> materiais a partir do pó. [2],<br />
[6], [9].<br />
2.1.3.2 Escolha e mistura dos pós<br />
O interesse em obter pós com variadas características está relacionado ao estado do<br />
componente compactado antes da sinterização. Tendo-se pós com distribuição <strong>de</strong><br />
tamanho <strong>de</strong> partícula, forma, superfície específica livre e escoabilida<strong>de</strong> a<strong>de</strong>quadas, po<strong>de</strong>-<br />
21
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
se obter um compactado com proprieda<strong>de</strong>s otimizadas a fim <strong>de</strong> se ter o componente final<br />
(após sinterização) com as características requeridas, consumindo o mínimo <strong>de</strong> energia<br />
[6].<br />
A mistura dos diversos pós escolhidos <strong>de</strong>ve ser realizada juntamente com um<br />
lubrificante sólido em concentrações que variam frequentemente, entre 0,5 a 1,5% em<br />
peso. Apesar da lubrificação das pare<strong>de</strong>s da matriz ser mais eficiente, esta não é muito<br />
utilizada <strong>de</strong>vido a sua difícil incorporação na indústria. Pós <strong>de</strong> estearato baseados em Al,<br />
Zn, Li, Mg ou Ca são os mais utilizados para fabricação <strong>de</strong> componentes a partir <strong>de</strong> pós<br />
metálicos. Dentre estes, o lubrificante mais comumente usado é o estearato <strong>de</strong> zinco,<br />
consistindo numa ca<strong>de</strong>va molecular relativamente curta (CH3-(CH2)16-COO)2Zn,<br />
<strong>de</strong>rivada <strong>de</strong> gordura animal [1].<br />
2.1.3.3 Compactação/moldagem dos pós<br />
A etapa <strong>de</strong> compactação é responsável por dar forma ao volume <strong>de</strong> pó. Nesta etapa o<br />
componente é obtido nas dimensões próximo as das finais e com resistência mecânica<br />
suficiente para que este não perca sua i<strong>de</strong>ntida<strong>de</strong> durante o manuseio. A etapa <strong>de</strong><br />
moldagem, para pós metálicos, é <strong>de</strong> fundamental importância <strong>de</strong>ntro do processo como<br />
um todo, pois nela se obtém praticamente toda a <strong>de</strong>nsificação do componente. Esta etapa<br />
é realizada com a aplicação <strong>de</strong> carga mecânica em matrizes rígidas. Os processos<br />
usualmente empregados são: compactação unidirecional (<strong>de</strong> simples ou dupla ação),<br />
compactação isostática, laminação <strong>de</strong> pós, extrusão e moldagem por injeção [9].<br />
A compactação unidirecional em matriz é usada com maior freqüência. O emprego <strong>de</strong><br />
matriz <strong>de</strong> ação dupla visa minimizar os gradientes <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> reduzindo assim a<br />
heterogeneida<strong>de</strong> da retração do componente durante a etapa <strong>de</strong> sinterização. Entretanto,<br />
no processo <strong>de</strong> compactação a frio sempre haverá gradientes <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s. Este<br />
problema po<strong>de</strong> ser minimizado utilizando-se o processo <strong>de</strong> moldagem por injeção (MPI).<br />
Neste processo os pós metálicos são misturados aos ligantes e lubrificantes obtendo-se<br />
uma massa viscosa passível <strong>de</strong> ser injetada num mol<strong>de</strong> produzindo-se, <strong>de</strong>sta forma, um<br />
componente <strong>de</strong>nsificado com maior homogeneida<strong>de</strong> [1].<br />
2.1.3.4 Sinterização<br />
Segundo Thümmler e Oberacker [9] "...a sinterização é entendida como sendo o<br />
transporte <strong>de</strong> matéria, ativado termicamente, em uma massa <strong>de</strong> pós ou um compactado<br />
poroso, resultando na diminuição da superfície específica livre pelo crescimento <strong>de</strong><br />
contatos entre as partículas, redução do volume e alteração da geometria dos poros".<br />
22
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
A sinterização é, portanto, a etapa on<strong>de</strong> os pós compactados adquirem resistência<br />
mecânica através da formação <strong>de</strong> contatos entre as partículas, no sentido <strong>de</strong> se obter a<br />
continuida<strong>de</strong> <strong>de</strong> matéria [1]. No entanto, antes da sinterização dos pós propriamente dita,<br />
è necessário remover o lubrificante (ou ligante) a eles adicionados no estágio anterior ao<br />
<strong>de</strong> compactação. O processamento <strong>de</strong> remoção utilizado mais freqüentemente é por via<br />
térmica executado, geralmente, no mesmo ciclo <strong>de</strong> sinterização, num patamar <strong>de</strong><br />
temperatura em torno <strong>de</strong> 500ºC durante 30 min, para o caso do estearato <strong>de</strong> zinco [10].<br />
A força motriz para que ocorra a sinterização é a diminuição da energia livre do<br />
sistema (∆G < 0). Este processo po<strong>de</strong> ocorrer através da redução dos <strong>de</strong>feitos cristalinos<br />
fora do equilíbrio, diminuição <strong>de</strong> heterogeneida<strong>de</strong>s em sistemas multicomponentes e <strong>de</strong><br />
superfície livre específica proveniente do crescimento dos contatos entre as partículas<br />
gerando continuida<strong>de</strong> <strong>de</strong> matéria, diminuição do volume e arredondamento dos poros [9].<br />
A sinterização po<strong>de</strong> ser dividida em três estágios principais, conforme a Figura 1 [6],<br />
[8], [9]:<br />
Figura 1 – Estágios principais do processo <strong>de</strong> sinterização [8].<br />
- Estágio Inicial – Os contatos entre as partículas formam ligações, ou seja, a matéria<br />
se torna contínua na região dos contatos, mantendo-se a i<strong>de</strong>ntida<strong>de</strong> das mesmas. Neste<br />
estágio não ocorre significativa movimentação <strong>de</strong> partículas;<br />
- Estágio Intermediário – Com o crescimento da relação raio do “neck”/ raio da<br />
partícula (x/R), estas per<strong>de</strong>m gradativamente sua i<strong>de</strong>ntida<strong>de</strong>. Este estágio è caracterizado<br />
pela <strong>de</strong>nsificação, e crescimento <strong>de</strong> grãos, apresentando a ocorrência da maior parte da<br />
retração;<br />
- Estágio Final - Ocorre o isolamento e arredondamento dos poros. Se os poros<br />
contiverem gases insolúveis no metal <strong>de</strong> base, não será possível atingir a <strong>de</strong>nsificação<br />
total, no entanto, se os poros forem vazios ou nestes existir gases solúveis ao metal <strong>de</strong><br />
base a <strong>de</strong>nsificação total po<strong>de</strong>rá ocorrer.<br />
23
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
2.1.4 ELEMENTOS DE LIGA NA SINTERIZAÇÃO DE MATERIAIS DA MPF<br />
A adição controlada <strong>de</strong> elementos <strong>de</strong> liga ao componente principal da mistura é um<br />
dos meios mais utilizados para se atingir a qualida<strong>de</strong> <strong>de</strong>sejada aos componentes da MPF.<br />
Os elementos <strong>de</strong> liga usualmente adicionados ao pó <strong>de</strong> ferro são: C, Cu, Ni, P, Al, Cr, W,<br />
Co, Mo, entre outros [1].<br />
A adição dos elementos <strong>de</strong> liga é realizada com a utilização <strong>de</strong> pós elementares, préligados<br />
ou portadores. Nem sempre é possível utilizar pós elementares, <strong>de</strong>vido a<br />
problemas com estabilida<strong>de</strong> do elemento químico e formação <strong>de</strong> fases in<strong>de</strong>sejáveis<br />
(sólidas ou líquidas) quando da homogeneização. O emprego <strong>de</strong> pós pré-ligados é<br />
dificultada <strong>de</strong>vido à redução da capacida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsificação da mistura durante a<br />
compactação em conseqüência da menor ductilida<strong>de</strong> do pó. Assim sendo, os portadores<br />
<strong>de</strong> liga são usados no intuito <strong>de</strong> minimizar os problemas citados [2], [6].<br />
A homogeneização dos elementos <strong>de</strong> liga durante a sinterização é um dos aspectos<br />
fundamentais neste processo, pois o controle microestrutural está intimamente<br />
relacionado com este fenômeno. A cinética <strong>de</strong> homogeneização é controlada pela difusão<br />
dos elementos <strong>de</strong> liga na matriz. A difusão <strong>de</strong> massa no estado sólido po<strong>de</strong> ocorrer <strong>de</strong><br />
duas maneiras: difusão intersticial ou substitucional. De um modo geral, po<strong>de</strong>-se dizer que<br />
os átomos se difun<strong>de</strong>m instersticiamente quando apresentam raio atômico com dimensão<br />
da or<strong>de</strong>m <strong>de</strong> gran<strong>de</strong>za dos interstícios entre os átomos da matriz. Caso os diferentes<br />
átomos tenham dimensões da mesma or<strong>de</strong>m <strong>de</strong> gran<strong>de</strong>za, a difusão ocorrerá<br />
substitucionalmente. Os mecanismos <strong>de</strong> difusão po<strong>de</strong>m ser agrupados, a princípio, em<br />
duas classes: difusão individual <strong>de</strong> átomos (difusão intersticial ou substitucional por<br />
lacunas) e difusão que envolve movimento cooperativo <strong>de</strong> dois ou mais átomos (difusão<br />
substitucional com mecanismo <strong>de</strong> troca direta <strong>de</strong> átomos ou mecanismo do anel <strong>de</strong> Zener<br />
para difusão) [11].<br />
Um dos efeitos importantes da adição <strong>de</strong> elementos <strong>de</strong> liga é o endurecimento da<br />
matriz <strong>de</strong>vido à presença <strong>de</strong>stes em solução sólida, formação <strong>de</strong> precipitados cerâmicos<br />
ou intermetálicos, entre outros. Porém, um aspecto não menos relevante da adição <strong>de</strong><br />
elementos <strong>de</strong> liga na MPF é o controle da formação das fases alotrópicas do ferro (ferritaα,<br />
austenita-γ e ferrita-δ). A adição <strong>de</strong> elementos gama-gênios como C, N, Ni, Cu e Mn,<br />
por exemplo, fazem com que haja o favorecimento da formação da fase austenítica. Para<br />
alguns casos a adição <strong>de</strong>stes elementos po<strong>de</strong> significar a estabilização <strong>de</strong>sta fase para<br />
24
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
uma extensa faixa <strong>de</strong> temperaturas. O mesmo po<strong>de</strong> ocorrer para a fase ferrítica quando<br />
da adição <strong>de</strong> elementos alfa-gênios como, por exemplo, Cr, Si, Mo, Ti e P [12].<br />
Para as ligas <strong>de</strong> bronze sinterizadas os elementos <strong>de</strong> liga mais usados são: C na<br />
forma <strong>de</strong> grafita, para evitar o <strong>de</strong>sgaste a<strong>de</strong>sivo durante os primeiros instantes <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste; e o P para prevenir o <strong>de</strong>sgaste por fadiga superficial e porque seu temperatura<br />
<strong>de</strong> fusao é relativamente baixa, formando fase liquida com o Fe e ajudando no processo<br />
<strong>de</strong> sinterizaçao a baixa temperatura, como é o caso <strong>de</strong>stas ligas.<br />
2.2 CURVA DE ABBOUT-FIRESTONE<br />
A rugosida<strong>de</strong> superficial <strong>de</strong> uma peça maciça (com ausência <strong>de</strong> porosida<strong>de</strong>), a qual foi<br />
introduzida pela BOSCH em 1980, é medida através <strong>de</strong> perfilômetro e nos dá como<br />
resultados as gran<strong>de</strong>zas Rz, Rmax e Ra. Estas gran<strong>de</strong>zas não são a<strong>de</strong>quadas para medir<br />
a rugosida<strong>de</strong> superficial das peças porosas, pois o que é <strong>de</strong>terminante para a qualida<strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>stas superfícies são as características microgeométricas do perfil externo [17].<br />
A norma DIN 4776 (N13 B89) [17], também introduzida pela BOSCH em 1990, <strong>de</strong>fine<br />
as gran<strong>de</strong>zas que permitem a correta <strong>de</strong>scrição da função rugosida<strong>de</strong> na superfície <strong>de</strong><br />
contato. Estas gran<strong>de</strong>zas, segundo a norma, são <strong>de</strong>rivadas da curva <strong>de</strong> Abbott-Firestone<br />
e <strong>de</strong>terminam a profundida<strong>de</strong> e o caráter do perfil (superficial) <strong>de</strong> rugosida<strong>de</strong>.<br />
A forma <strong>de</strong>ste perfil (arredondado ou pontudo) é <strong>de</strong>terminante, juntamente com a<br />
profundida<strong>de</strong> <strong>de</strong>sta rugosida<strong>de</strong>, para o comportamento funcional da superfície <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>slizamento (sliding) e <strong>de</strong> rolamento altamente solicitadas [18]. As gran<strong>de</strong>zas <strong>de</strong>rivadas<br />
da curva <strong>de</strong> Abbott-Firestone <strong>de</strong>screvem o aumento <strong>de</strong> material referido à profundida<strong>de</strong><br />
do perfil <strong>de</strong> rugosida<strong>de</strong> e servem como um judício sobre o comportamento funcional<br />
mecânico <strong>de</strong>sta superfície [17].<br />
A qualida<strong>de</strong> <strong>de</strong> uma superfície é frequentemente <strong>de</strong>terminada pelo tipo <strong>de</strong> interação<br />
entre esta e uma outra superfície em contato. Exemplos <strong>de</strong> superfícies on<strong>de</strong> se <strong>de</strong>sejam<br />
boas proprieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> contato são as buchas e rolamentos. No caso das buchas, as duas<br />
superfícies em contato são normalmente separadas <strong>de</strong> um lubrificante líquido. Caso a<br />
altura do maior pico da rugosida<strong>de</strong> <strong>de</strong> uma superfície seja maior que a espessura do filme<br />
fluído esta superfície entrará em contato com a superfície oposta causando <strong>de</strong>sgaste,<br />
<strong>de</strong>ste modo a superfície que contém picos muito gran<strong>de</strong>s (altos), não será uma boa<br />
superfície para uma bucha, como também não será se esta superfície possuir picos<br />
baixos e uma gran<strong>de</strong> quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> profundos vales, porque assim o lubrificante entrará<br />
25
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
muito nos poros, fazendo com que seja necessário uma quantida<strong>de</strong> maior <strong>de</strong> lubrificante<br />
[18].<br />
A proporção <strong>de</strong> material é usada pra predizer o caráter da superfície, e é calculada em<br />
diferentes profundida<strong>de</strong>s do perfil, sendo expresso graficamente por uma curva contínua,<br />
esta curva é chamada <strong>de</strong> Curva <strong>de</strong> Abbott-Firestone (ver figura 2). Para o cálculo da<br />
família <strong>de</strong> parâmetros Rk a curva se aproxima a uma linha reta que a divi<strong>de</strong> em três zonas<br />
que são: os picos (Rpk), os vales (Rvk) e o coração (Rk) da rugosida<strong>de</strong> superficial [18].<br />
Para superfícies com elevado esforço mecânico, ∆Mr (Mr2-Mr1, fig. 2) <strong>de</strong>ve ser no<br />
mínimo <strong>de</strong> 40%, esta gran<strong>de</strong>za caracteriza a inclinação da curva da figura 2, e significa o<br />
acréscimo <strong>de</strong> material no campo central. Ex: Rk= 5µm (∆Mr = 10%) significa um aumento<br />
<strong>de</strong> material <strong>de</strong> 10% a cada 0.5 µm <strong>de</strong> profundida<strong>de</strong> do incave no perfil central [17].<br />
Figura 2: Demonstração da curva <strong>de</strong> Abbott-Firestone [17].<br />
Rpk – Quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> superfície que será <strong>de</strong>sgastada durante a carga inicial.<br />
Rk – Quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> superfície que soportará a maior parte da carga.<br />
Rvk – Quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> superfície que absorvirá a maior parte <strong>de</strong> lubrificante.<br />
Mr1 – Relação <strong>de</strong> material que conecta Rpk e Rk.<br />
Mr2 – Relação <strong>de</strong> material que conecta Rk e Rvk.<br />
2.3 RESISTÊNCIA AO DESGASTE<br />
A interação entre superfícies em contato com movimento relativo sob <strong>de</strong>terminadas<br />
condições (sistema tribológico) implica na ocorrência <strong>de</strong> uma série <strong>de</strong> efeitos, <strong>de</strong>ntre os<br />
26
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
quais, dissipação <strong>de</strong> energia por atrito e dissipação <strong>de</strong> matéria sob forma <strong>de</strong> fragmentos,<br />
em outras palavras, <strong>de</strong>sgaste [12].<br />
A força <strong>de</strong> atrito po<strong>de</strong> ser <strong>de</strong>finida como sendo a resistência encontrada por um corpo<br />
ao se mover sobre outro [13]. Depen<strong>de</strong>ndo do modo como se comporta o movimento<br />
relativo entre as superfícies po<strong>de</strong>-se fazer a seguinte classificação: movimento relativo <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>slizamento, rolamento ou a combinação <strong>de</strong> ambos. Como regra geral, sabe-se que a<br />
força <strong>de</strong> atrito é proporcional ao carregamento resultante na direção normal ao plano <strong>de</strong><br />
contato. É admitido também que esta força seja in<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>nte da área aparente <strong>de</strong><br />
contato e que, após iniciado o movimento relativo, não <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> da velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>slizamento [14]. A força <strong>de</strong> atrito (Fat) po<strong>de</strong> ser escrita da seguinte forma (Eq. 1):<br />
Fat = µ W (Eq. 1)<br />
On<strong>de</strong>, µ é um coeficiente <strong>de</strong> proporcionalida<strong>de</strong>, conhecido como “coeficiente <strong>de</strong> atrito”,<br />
que <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> das condições interfaciais entre as superfícies em contato e W é a<br />
componente normal ao plano da força aplicada entre as duas superfícies.<br />
Conforme a terminologia adotada pela ASTM [15] o <strong>de</strong>sgaste se caracteriza como<br />
sendo a danificação <strong>de</strong> uma superfície sólida, envolvendo, usualmente, perda progressiva<br />
<strong>de</strong> material <strong>de</strong>vido ao movimento relativo entre esta superfície em contato com uma ou<br />
várias substâncias. O movimento relativo entre a superfície <strong>de</strong> dois corpos geralmente<br />
ocorre sob interferência dos constituintes atmosféricos (moléculas do ar, umida<strong>de</strong>,<br />
agentes corrosivos, entre outros). Além disso, na região <strong>de</strong> contato po<strong>de</strong>m existir<br />
elementos inter-superficiais como lubrificantes e partículas abrasivas. Estes elementos<br />
presentes no sistema tribológico influenciam drasticamente o comportamento ao <strong>de</strong>sgaste<br />
e ao atrito. Seguindo este raciocínio é possível dizer que o <strong>de</strong>sgaste e a força <strong>de</strong> atrito<br />
não são proprieda<strong>de</strong>s intrínsecas do material, mas do sistema tribológico [16].<br />
Comumente, os mecanismos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste são classificados em quatro gran<strong>de</strong>s<br />
grupos: <strong>de</strong>sgaste a<strong>de</strong>sivo, abrasivo, tribo-oxidadtivo e fadiga superficial.<br />
2.3.1 DESGASTE ADESIVO<br />
É o mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste entre dois corpos em <strong>de</strong>slizamento, on<strong>de</strong> o fenômeno <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>formação plástica e <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são entre as asperida<strong>de</strong>s em contato <strong>de</strong>senvolvem uma<br />
ação que é predominante na formação dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste [20].<br />
27
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
Foi observado experimentalmente que durante o <strong>de</strong>slizamento ocorrem particulares<br />
fenômenos, sendo eles [20]:<br />
• As repetidas <strong>de</strong>formações plásticas nas asperida<strong>de</strong>s po<strong>de</strong>m induzir fenômenos <strong>de</strong><br />
fadiga oligociclica localizados, ou o acúmulo <strong>de</strong> <strong>de</strong>formação plástica (ratchetting);<br />
estes fenômenos po<strong>de</strong>m atingir as zonas sub-superficiais, enfraquecendo<br />
localmante o material e assim levando a formação dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste.<br />
• Dificilmente o fragmento <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste abandona rapidamente o sistema tribológico,<br />
po<strong>de</strong> é transferir-se ao contracorpo ou, no caso <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento prolongado,<br />
misturar-se com outros fragmentos provenientes do contracorpo e formar uma<br />
camada tribológica sobre a superfície do corpo em contato.<br />
2.3.2 DESGASTE TRIBO-OXIDATIVO<br />
Este <strong>de</strong>sgaste é um caso particular <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste corrosivo, ou seja, <strong>de</strong>sgaste<br />
favorecido da interação da superfície em contato com um ambiente agressivo. Na maioria<br />
dos sistemas tribológicos o ambiente agressivo nos fornece uma oxidação superficial, e o<br />
mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste tribo-oxidativo é proveniente da combinação do processo<br />
oxidativo e da ação mecânica que correspon<strong>de</strong> as duas superfícies em contato [20].<br />
Existe dois tipos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste tribo-oxidativo: direto e à baixa velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>slizamento.<br />
O <strong>de</strong>sgaste tribo-oxidativo direto acontece a altas velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento<br />
(superior a 1 m/s para os aços), ou quando os materiais em contato apresentam<br />
temperaturas muito elevadas, em ambos os casos a temperatura atinge valores muito<br />
elevados (≈ 400°C), que promovem uma oxidação direta das asperida<strong>de</strong>s em contato,<br />
com uma cinética <strong>de</strong> reação suficientemente elevada. O óxido cresce até atingir uma<br />
espessura crítica <strong>de</strong>pois <strong>de</strong> um certo tempo, levando a formação dos fragmentos <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste.<br />
Experiências mostram que po<strong>de</strong> existir presença <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste tribo-oxidativo (<strong>de</strong>vido a<br />
presenças <strong>de</strong> fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste oxidados) também a baixas velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>slizamento (menores que 1 m/s), mesmo se não chegam a temperaturas maiores <strong>de</strong><br />
200°C. Este mecanismo <strong>de</strong>senvolve-se do seguinte modo [20]:<br />
• Durante a fase inicial, quando se formam fragmentos metálicos (por a<strong>de</strong>são), estes<br />
permanecem entre as superfícies <strong>de</strong> contato;<br />
28
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
• Estes fragmentos são “triturados”, oxidados (a temperatura é baixa mas a ativação<br />
da oxidação é elevada <strong>de</strong>vido a elevada área superficial e elevada quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>feitos superficiais nos fragmentos) e aglomerados;<br />
• Se as condições <strong>de</strong> carga e <strong>de</strong>slizamento são intensas, po<strong>de</strong>-se formar uma<br />
camada <strong>de</strong> óxido constituído dos fragmentos sinterizados, com uma gran<strong>de</strong><br />
capacida<strong>de</strong> <strong>de</strong> suportar elevadas cargas;<br />
• As eventuais formações <strong>de</strong> fraturas frágeis, levam a fragmentação da camada<br />
protetiva que formando assim os fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste.<br />
No geral, o coeficiente <strong>de</strong> atrito para o <strong>de</strong>sgaste tribo-oxidativo, em um mesmo tipo <strong>de</strong><br />
teste, é inferior <strong>de</strong> uma ou duas or<strong>de</strong>ns <strong>de</strong> gran<strong>de</strong>za que o coeficiente <strong>de</strong> atrito para o<br />
<strong>de</strong>sgaste a<strong>de</strong>sivo.<br />
2.3.3 DESGASTE ABRASIVO<br />
A abrasão se refere à remoção<strong>de</strong> material ocorrido por riscamento, e è normalmente<br />
um <strong>de</strong>sgaste severo.<br />
A interação abrasiva po<strong>de</strong> ser [20]:<br />
• Com dois corpos (ação abrasiva ocorre <strong>de</strong>vido a asperida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> um dos dois<br />
corpos em contato, ou a partículas duras presas em um dos dois corpos);<br />
• Com três corpos (partículas duras são dispostas com a liberda<strong>de</strong> <strong>de</strong> rolarem entre<br />
os dois corpos em contato).<br />
2.3.4 DESGASTE POR FADIGA SUPERFICIAL<br />
Po<strong>de</strong> existir a formação <strong>de</strong> fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste entre dois corpos em contato<br />
também em presença <strong>de</strong> lubrificação, quando a solicitação superficial é do tipo periódica<br />
(por circulação ou pra frente e pra trás). Esta solicitação periódica induz um acúmulo <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>formação no material, normalmente na região subsuperficial, com a nucleação e a<br />
sucessiva propagação <strong>de</strong> uma trinca <strong>de</strong> fadiga, que po<strong>de</strong> levar a formação do fragmento<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste [20]. Este tipo <strong>de</strong> mecanismo somente se manifesta em presença <strong>de</strong><br />
lubrificante.<br />
2.3.5 DESGASTE POR DESLIZAMENTO<br />
Os mecanismos que <strong>de</strong>terminam a <strong>de</strong>formação superficial <strong>de</strong> dois corpos em contato e<br />
em <strong>de</strong>slizamento são a a<strong>de</strong>são e a tribo-oxidação (<strong>de</strong>scritos acima). Se o mecanismo é<br />
caracterizado da presença <strong>de</strong> partículas duras, po<strong>de</strong>mos ter também a abrasão [20].<br />
29
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
Durante o <strong>de</strong>slizamento entre dois corpos em contato, o volume <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (V)<br />
aumenta com a distância <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento (m), segundo o típico comportamento<br />
esquematizado na figura 3. Este comportamento apresenta três fases [20]:<br />
• Run-in: Durante esta fase a taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste W (∆V/∆m) è geralmente muito alta.<br />
As superfícies <strong>de</strong> contato <strong>de</strong>sgastam-se até que a conformida<strong>de</strong> dos contatos è<br />
otimizada ou até que as superfícies sejam livres da presença <strong>de</strong> óxidos ou outros<br />
contaminantes;<br />
• Estágio 1: Terminada a fase <strong>de</strong> run-in, inicia o estágio estacionário, caracterizado<br />
<strong>de</strong> uma taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste normalmente menor ao run-in. Esta é a fase principal do<br />
processo tribológico, controlada por um dos mecanismos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste.<br />
• Estágio 2: Po<strong>de</strong> acontecer que, <strong>de</strong>pois <strong>de</strong> uma certa distância <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento,<br />
ocorra uma transição na taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (po<strong>de</strong>ndo aumentar, como mostrado na<br />
fig. 3, ou diminuir), <strong>de</strong>vido mudança do tipo <strong>de</strong> mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste.<br />
Figura 3: Típica evolução do volume <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste com a distância <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento.<br />
Quando temos a presença <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste tribo-oxidativo a taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste é inferior em<br />
relação ao <strong>de</strong>sgaste a<strong>de</strong>sivo, sendo neste caso consi<strong>de</strong>rada <strong>de</strong>sgaste mo<strong>de</strong>rado. Se o<br />
mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste predominante é a a<strong>de</strong>são, o <strong>de</strong>sgaste é consi<strong>de</strong>rado severo.<br />
Em muitos casos quando tenho a formação da camada <strong>de</strong> óxido, esta não se forma<br />
imediatamente, então antes <strong>de</strong> ocorrer a tribo-oxidação, tenho a presença <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são<br />
durante os primeiros minutos (run-in).<br />
A seguir está apresentado alguns valores <strong>de</strong> taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (Ka) mo<strong>de</strong>rada para<br />
alguns materiais, não porosos, testados contra um contracorpo <strong>de</strong> alta resistência e que<br />
serão usados como referência na hora da discussão dos resultados <strong>de</strong>ste trabalho.<br />
30
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
Tabela 1: Valores típicos <strong>de</strong> taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste mo<strong>de</strong>rado, para materiais não porosos. [20]<br />
Material<br />
Intervalo <strong>de</strong> Dureza,<br />
Kg/mm 2<br />
Taxa <strong>de</strong> Desgaste Ka, m 2 /N<br />
Aço baixo carbono 100-150 ~ 5x10 -13<br />
Aço médio carbono 150-300 ~ 10 -13<br />
Aço alto carbono 300-600 ~ 5x10 -14<br />
Bronze 300-400 10 -15 – 10 -14<br />
No caso dos aços (e também outras ligas metálicas), o valor da taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste<br />
diminui visivelmente com o aumento da dureza da liga, isso acontece <strong>de</strong>vido ao fato que<br />
ao aumentar a dureza aumenta a capacida<strong>de</strong> do metal em fixar a camada <strong>de</strong> óxido<br />
superficial.<br />
As ligas <strong>de</strong> bronze também po<strong>de</strong>m obter baixos valores <strong>de</strong> taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, <strong>de</strong>vido a<br />
sua boa dureza, a baixa compatibilida<strong>de</strong> com as ligas <strong>de</strong> Fe e a elevada condutivida<strong>de</strong><br />
térmica, que facilita a dispersão do calor produzido por atrito, reduzindo assim as<br />
temperaturas superficiais [20].<br />
2.4 BUCHAS<br />
São cilindros fixos que tem a finalida<strong>de</strong> <strong>de</strong> manter um eixo rodante (normalmente <strong>de</strong><br />
aço a alta resistência ou cementado) e são capazes <strong>de</strong> suportar forças radiais.<br />
O movimento relativo entre o eixo e a bucha é <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento puro, sendo que as<br />
duas superfícies em contato po<strong>de</strong>m sofrer o processo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste por <strong>de</strong>slizamento [20].<br />
No geral, as buchas usadas em componentes mecânicos vêm lubrificadas com óleo<br />
lubrificante. Se as forças em questão são muito altas e a velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento é<br />
baixa, se utiliza graxa como lubrificante, mas se esta velocida<strong>de</strong> é relativamente alta po<strong>de</strong><br />
ser adotado a lubricação com ar ou outro gás.<br />
A lubrificação é o melhor método pra reduzir o <strong>de</strong>sgaste por <strong>de</strong>slizamento, em<br />
particular se este lubrificante é fluido, pois o <strong>de</strong>sgaste é quase zero, <strong>de</strong>vido ao fluido<br />
31
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
impedir o contato entre as asperida<strong>de</strong>s. Nestas buchas o óleo lubrificante permanece na<br />
região <strong>de</strong> contato entre a bucha e o eixo.<br />
As buchas a seco, ou seja, que não usam lubrificantes, são usadas em particulares<br />
aplicações <strong>de</strong> engenharia, principalmente on<strong>de</strong> não é possível realizar uma a<strong>de</strong>quada<br />
manutenção, ou não é possível realizar uma alimentação com óleo. Nestes casos são<br />
empregadas buchas que trabalham a seco (polímeros e compósitos) e buchas<br />
autolubrificantes.<br />
Buchas autolubrificantes são fabricadas através da metalurgia do pó e possuem uma<br />
gran<strong>de</strong> quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> porosida<strong>de</strong>, a qual vem empregnada <strong>de</strong> óleo lubrificante, mas antes<br />
<strong>de</strong>sta empregnação a superfície <strong>de</strong> trabalho das buchas vem calibrada para reduzir a<br />
rugosida<strong>de</strong> do material, fechar parte da porosida<strong>de</strong> superficial (para otimizar a qualida<strong>de</strong><br />
dos poros interconexos que levam a superfície) e obter uma elevada precisão<br />
dimensional. Durante o exercício, o aquecimento superficial provoca a saída do óleo dos<br />
poros, acumulando-se na região <strong>de</strong> contato bucha-eixo, e exercita uma força<br />
hidrodinâmica [20]. A fase crítica <strong>de</strong>stas buchas é a fase inicial <strong>de</strong> trabalho, quando o óleo<br />
lubrificante ainda não está na região <strong>de</strong> contato, e esta é a fase on<strong>de</strong> ocorre o maior<br />
<strong>de</strong>sgaste e o material <strong>de</strong>ve suportar bem a estes esforços.<br />
<strong>Materiais</strong> sinterizados muito usados são os bronzes (ex. Cu+10%Sn), ferro puro, ligas<br />
<strong>de</strong> Fe+Cu e bronze grafitado [20].<br />
2.5 ENGRENAGENS<br />
As rodas <strong>de</strong>ntadas têm a função <strong>de</strong> transmetir o movimento <strong>de</strong> rotação <strong>de</strong> um eixo a<br />
outro, e união entre duas rodas <strong>de</strong>ntadas é chamado engrenagem. As engrenagens são<br />
normalmente lubrificadas (em banho <strong>de</strong> óleo ou a borrifo), mas em algumas particulares<br />
aplicações trabalham a seco. Na maioria dos casos são fabricadas em aços <strong>de</strong> alta<br />
resistência, aços cementados ou carbonitratados, ferro fundido (esferoidal) ou em bronze.<br />
As regiões dos <strong>de</strong>ntes são frequentemente retificadas para reduzir a rugosida<strong>de</strong> [20].<br />
O movimento relativo é <strong>de</strong> puro rolamento somente quando o contato é ligado a<br />
circunferência primitiva, senão o contato é por rolamento-<strong>de</strong>slizamento. A danificação<br />
superficial po<strong>de</strong> ocorrer por fadiga superficial ou por <strong>de</strong>slizamento (com eventual<br />
contributo do <strong>de</strong>sgaste abrasivo se partículas abrasivas permanecem entre as superfícies<br />
do <strong>de</strong>nte em contato) [20].<br />
32
MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS<br />
3.1 MATERIAIS<br />
3. MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS<br />
3.1.1 DISTALOYS<br />
Os Distaloys sinterizados pela GKN são utilizados como engrenagens, as quais<br />
tiveram o funcionamento <strong>de</strong>scrito no capítulo anterior. A seguir na tabela 2, estes foram<br />
<strong>de</strong>scritos segundo ao tipo <strong>de</strong> tratamento térmico, <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e composição química, sendo<br />
estas especificados pela indústria em questão.<br />
As condições <strong>de</strong> sinterização, tratamentos térmicos e percentual dos elementos <strong>de</strong> liga<br />
em cada material, são confidênciais e porisso não foram <strong>de</strong>scritas.<br />
Tabela 2: Condições <strong>de</strong> fabricação e composição química dos Distaloys.<br />
Material<br />
DistaloyAE*<br />
DistaloyAE*<br />
DistaloyAE<br />
DistaloyAE<br />
DistaloyDH*<br />
DistaloyDH*<br />
Densida<strong>de</strong><br />
g/cm 3<br />
6,9<br />
7,1<br />
6,9<br />
7,1<br />
6,9<br />
7,1<br />
6,9<br />
7,1<br />
6,9<br />
7,1<br />
6,9<br />
7,1<br />
Composição<br />
Fe - Ni - Mo<br />
- Cu - C<br />
Fe - Ni - Mo<br />
- Cu - C<br />
Fe - Ni - Mo<br />
- Cu<br />
Fe - Ni - Mo<br />
- Cu<br />
Fe - Mo - Cu<br />
- C<br />
Fe - Mo - Cu<br />
- C<br />
Somente<br />
Sinterizado<br />
*<br />
*<br />
Tratado<br />
Termicamente<br />
*<br />
Cementação<br />
SinterTemperado<br />
+ Revenido<br />
SinterTemperado<br />
33
MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS<br />
3.1.2 LIGAS DE BRONZE E A BASE DE Fe+Cu<br />
As ligas <strong>de</strong> bronze e a base <strong>de</strong> Fe+Cu sinterizadas pela GKN, são utilizadas como<br />
buchas auto-lubrificantes (capítulo 2). A seguir na tabela 3, estas ligas foram <strong>de</strong>scritas<br />
segundo a composição química e <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> as quais foram expecificados pela indústria.<br />
Neste caso todas as amostras foram apenas sinterizadas.<br />
As condições <strong>de</strong> sinterização e percentual dos elementos <strong>de</strong> liga em cada material,<br />
são confidênciais e também não foram <strong>de</strong>scritas.<br />
Tabela 3: Condições <strong>de</strong> fabricação e composição química das ligas <strong>de</strong> bronze e Fe+Cu.<br />
Material<br />
B<br />
B2<br />
F<br />
F*<br />
Densida<strong>de</strong><br />
g/cm 3<br />
6,6<br />
7,0<br />
6,4<br />
6,8<br />
5,8<br />
6,2<br />
5,8<br />
6,2<br />
Composição<br />
Somente<br />
Sinterizados<br />
Cu - Sn *<br />
Cu - Sn - C *<br />
Fe - Cu *<br />
Fe - Cu - P - C *<br />
As amostras B2 e F*, as quais possuem carbono em suas composições, apresentam<br />
este na forma <strong>de</strong> grafita. A seguir, a Fig 4 mostra como se apresenta distribuída a grafita<br />
nestas amostras.<br />
Figura 4: Análise da superfície do material B2 (ESEM).<br />
Grafita<br />
34
MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS<br />
3.2 MÉTODOS EXPERIMENTAIS<br />
3.2.1 DENSIDADE E POROSIDADE<br />
A análise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> foi realizada através do método <strong>de</strong> Arquime<strong>de</strong>s – norma ASTM<br />
B328, em balança <strong>de</strong> precisão 0,1 mg o qual baseia-se em: pesagem da amostra ao ar<br />
(Par), pesagem da amostra impregnada com óleo (Póleo) e pesagem <strong>de</strong>sta com óleo em<br />
água (Págua). Através da equação: Par / (Póleo – Págua), foi encontrado o valor <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> real do sinterizado poroso, e, a diferença <strong>de</strong>ste com a <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> teórica (valor<br />
do composto maciço, não poroso), nos dá os valores <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> relativa. Os valores <strong>de</strong><br />
porosida<strong>de</strong> aberta e fechada consequentemente são calculados com base nestes<br />
resultados.<br />
A quantificação da porosida<strong>de</strong> também foi realizada por análise <strong>de</strong> imagens com<br />
auxílio do programa Image-Pro Plus.<br />
3.2.2 PREPARAÇÃO METALOGRÁFICA<br />
Todas as amostras, analisadas antes e <strong>de</strong>pois dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, foram<br />
seccionadas utilizando-se uma máquina <strong>de</strong> corte.<br />
As amostras <strong>de</strong> Distaloy foram embutidas a quente em embutidora automática<br />
Primopress (Struers), com resina fenólica. Posteriormente as amostras embutidas foram<br />
lixadas sucessivamente com lixas <strong>de</strong> granulometria 200, 500, 800 e 1200, e polidas<br />
utilizando-se pastas abrasivas com tamanho médio <strong>de</strong> 3 e 1 µm. O ataque usado para<br />
revelar a microestrutura foi Nital+Picral para os Distaloys AE* e AE, e somente Picral para<br />
os DH*.<br />
As amostras <strong>de</strong> bronze e ligas Fe+Cu foram embutidas a frio <strong>de</strong>vido ao fato <strong>de</strong><br />
apresentarem um elevado valor <strong>de</strong> porosida<strong>de</strong> aberta, pois caso fossem embutidas a<br />
quente não seria possível abrir os poros posteriormente. O embutimento foi realizado com<br />
resina epóxi+epofix har<strong>de</strong>ner. As amostras foram subsequentemente lixadas com lixa <strong>de</strong><br />
granulometria 200, 500, 800 e 1200, e polidas com pastas abrasivas com tamanho médio<br />
<strong>de</strong> 3 e 1 µm. Os reagentes químicos usados para revelar a microestrutura foram: Nital 2%,<br />
para amostras F e F*, e 60ml ethanol 96% + 30ml água <strong>de</strong>stilada + 10ml HCl + 2g<br />
FeCl 3 .6H2O, para B e B2.<br />
Após a preparação metalográfica as amostras foram visualizadas e fotografadas em<br />
microscópio ótico Zeiss Axiophot. A análise <strong>de</strong> quase todos os resultados, exceto para as<br />
35
MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS<br />
amostras B e B*, foi realizada usando como referência as microestruturas apresentadas<br />
no livro <strong>de</strong> metalografia da Höganäs [20].<br />
3.2.3 MEDIÇÃO DE MICRO E MACRO DUREZA<br />
A análise <strong>de</strong> microdureza (HV0,025), foi realizada através do microdurômetro MHT-4<br />
(Anton Paar) acoplado a um microscópio óptico (Carl Zeiss) – Norma ASTM384. A análise<br />
antes do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste foi realizada nas diferentes fases presentes, com o objetivo <strong>de</strong><br />
i<strong>de</strong>ntificar a dureza <strong>de</strong> cada fase, já que as amostras não são homogêneas.<br />
Nas amostras <strong>de</strong> DistaloyAE Cementadas, também foi realizado um perfil <strong>de</strong><br />
microdureza (HV0,1) com o intuito <strong>de</strong> estimar a profundida<strong>de</strong> da camada cementada. Este<br />
perfil foi construído medindo-se vários valores <strong>de</strong> microdureza no sentido da superfície<br />
tratada para o interior da amostra, até que os valores se assemelhassem àqueles obtidos<br />
sem este tratamento.<br />
Os ensaios <strong>de</strong> macrodureza foram realizados com o objetivo <strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificar a dureza<br />
total da amostra, obtendo assim o valor <strong>de</strong> dureza média <strong>de</strong> todas as fases presentes no<br />
local da in<strong>de</strong>ntação. O equipamento utilizado foi EMCO.TEST, e o tipo <strong>de</strong> dureza:<br />
HB2.5/15.62– Norma ASTM 118, para ligas <strong>de</strong> bronze (B, B2) e Fe+Cu (F, F*), pois<br />
apresentam um elevado percentual <strong>de</strong> porosida<strong>de</strong>, e HV30 – Norma ASTM 18, para<br />
amostras <strong>de</strong> Distaloys.<br />
O valor <strong>de</strong> micro e macro dureza final foi obtido realizando-se a média <strong>de</strong> pelo menos<br />
5 in<strong>de</strong>ntações.<br />
3.2.4 MEDIÇÃO DA RUGOSIDADE SUPERFICIAL<br />
A análise <strong>de</strong> rugosida<strong>de</strong> superficial foi realizada em todas as amostras, através da<br />
norma DIN 4776 pelo método <strong>de</strong> análise da curva <strong>de</strong> Abbott-Firestone, <strong>de</strong>scritos no<br />
capítulo 2, usando perfilômetro <strong>de</strong> contato (Hommelwerke T8000) e os resultados foram<br />
analisados com o programma Turbo Roughness V 2.86”. Foram realizadas 3 medições<br />
por amostra. A distância percorrida pelo perfilômetro na amostra foi <strong>de</strong> 5 mm com uma<br />
velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> varredura <strong>de</strong> 0,05 mm/s.<br />
3.2.5 ANÁLISE QUANTITATIVA DE C e S<br />
A análise elemental <strong>de</strong> carbono e enxofre foi realizada nas amostras <strong>de</strong> DistaloyAE<br />
somente sinterizadas e nas amostras F, <strong>de</strong>vido ao fato <strong>de</strong> apresentarem em suas<br />
microestruturas uma certa quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> perlita. A presença <strong>de</strong>sta fase não era esperada<br />
36
MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS<br />
<strong>de</strong>vido à ausência <strong>de</strong> C na composição <strong>de</strong> suas ligas. A análise foi realizada em um<br />
equipamento LECO CS125.<br />
3.2.6 CARACTERIZAÇÃO TRIBOLÓGICA<br />
Os ensaios foram realizados usando um tribômetro Amsler A135 com configuração<br />
disco contra disco, e o movimento relativo entre estes discos foi realizado com contato<br />
<strong>de</strong>slizante a seco (contracorpo estacionário e amostra em rotação). A Figura 5 mostra<br />
uma foto do tribômetro utilizado e o <strong>de</strong>senho esquemático do ensaio disco contra disco.<br />
Amostra<br />
Aplicação da<br />
carga normal<br />
Contracorpo<br />
(a) (b)<br />
Figura 5 – Imagem frontal do tribômetro Amsler A137 (a) e <strong>de</strong>senho esquemático do<br />
ensaio disco contra disco.<br />
O disco do contracorpo foi produzido com aço AISI M2 (exemplificado na figura acima),<br />
com dureza <strong>de</strong> 64HC. Ambos os discos possuem a dimensão <strong>de</strong> 40mm <strong>de</strong> diâmetro<br />
externo e 10mm <strong>de</strong> espessura.<br />
Os ensaios foram realizados a temperatura ambiente com velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>slizamento <strong>de</strong> 0,105 m/s, 0,314m/s e 0,838m/s as quais são obtidas através da rotação<br />
da amostra a 50 rpm, 150 rpm e 400 rpm, respectivamente.<br />
Todos os ensaios foram realizados no mínimo 2 vezes e todas as amostras foram<br />
limpas em acetona com utilização <strong>de</strong> ultra-som, secadas em estufa por aproximadamente<br />
5 min, para evaporação da acetona e o valor da massa obtida com balança <strong>de</strong> precisão<br />
<strong>de</strong> 0,1 mg. Este procedimento foi realizado no intervalo <strong>de</strong> 0-15-30-60-90 min, num total<br />
<strong>de</strong> 5 medições, ou seja uma hora e meia <strong>de</strong> teste. Os fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste foram<br />
recolhidos para posterior análise em ESEM (microscópio eletrônico <strong>de</strong> varredura<br />
ambiental – Environmental Scanning Electron Microscopy).<br />
37
MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS<br />
Forças Normais Aplicadas:<br />
• Distaloys somente sinterizados – 100N e 200N;<br />
• Distaloys tratados termicamente – 200N e 500N;<br />
• Bronzes e ligas <strong>de</strong> Fe+Cu – 30N e 100N.<br />
A força normal foi aplicada com o auxílio <strong>de</strong> uma mola ajustada com um parafuso e<br />
uma escala graduada acoplada ao tribômetro. O cálculo da taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste específico é<br />
realizado através do cálculo da inclinação da reta no gráfico (volume <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (x10 -6 ,<br />
m 3 ) x Distância <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento (m)), exemplificado na figura 6 (a) a seguir, este valor è<br />
dividido pela força aplicada, o que nos fornece a taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste.<br />
Volume Desgastado [x10 -6 ,m 3 ]<br />
0,035<br />
0,030<br />
0,025<br />
0,020<br />
0,015<br />
0,010<br />
0,005<br />
Distaloy AE* - Sinterizado<br />
(Força 100N - Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
Densida<strong>de</strong> 6,9<br />
Densida<strong>de</strong> 7,1<br />
0,000<br />
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800<br />
Distance <strong>de</strong> Deslizamento [m]<br />
a<br />
Coeficiente <strong>de</strong> atrito<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
Distaloy AE* - Sinterizado<br />
(Densida<strong>de</strong> 6,9)<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
Figura 6 – Exemplo <strong>de</strong> curvas <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a) e coeficiente <strong>de</strong> atrito (b).<br />
O atrito é expresso através do coeficiente <strong>de</strong> atrito (µ), figura 6 (b), o qual <strong>de</strong>riva da<br />
formula: Fat = µ x W. O equipamento <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (tribômetro) nos fornece o valor <strong>de</strong><br />
torque, o qual dividido pelo raio do disco <strong>de</strong>slizante (amostra), nos fornece o valor <strong>de</strong> Fat,<br />
e W é o componente normal à força aplicada entre as superfícies.<br />
3.2.7 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA AMBIENTAL (ESEM)<br />
A caracterização da morfologia dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste e da superfície<br />
<strong>de</strong>sgastada foi realizada através da análise em microscópio eletrônico <strong>de</strong> varredura<br />
ambiental (Environmental Scanning Electron Microscopy - ESEM) mo<strong>de</strong>lo Philips XL-30. A<br />
composição química dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste realizada através da microssonda <strong>de</strong><br />
energia dispersiva <strong>de</strong> raios X (EDXS) acoplada ao ESEM.<br />
b<br />
38
MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS<br />
As imagens das superfícies <strong>de</strong>sgastadas foram obtidas com aumento <strong>de</strong> 200x e 250x,<br />
tensão <strong>de</strong> 20 kV e “spot” 5 utilizando-se o <strong>de</strong>tector <strong>de</strong> elétrons retroespalhados (BSE). As<br />
imagens dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste foram obtidas com um aumento <strong>de</strong> 100x e 200x<br />
usando-se o <strong>de</strong>tector <strong>de</strong> elétrons retroespalhados (BSE) e o <strong>de</strong>tector <strong>de</strong> elétrons<br />
secundários (GSE) (conhecido como SE em MEV), também usando uma tensão <strong>de</strong> 20kV<br />
e “spot” em torno <strong>de</strong> 5.<br />
O <strong>de</strong>tector BSE é utilizado com o intuito <strong>de</strong> <strong>de</strong>stacar a presença <strong>de</strong> óxidos formados<br />
durante ensaio, tanto nos fragmentos quanto nas superfícies <strong>de</strong>sgastadas. Para a análise<br />
composicional dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste com EDXS, foi utilizada tensão <strong>de</strong> 20 kV,<br />
“spot” 5,1 e uma área <strong>de</strong> varredura suficientemente gran<strong>de</strong>, para obtermos uma média<br />
razoável (aumento 200x). Neste caso, o tempo total <strong>de</strong> contagem dos raios X<br />
provenientes da amostra foi <strong>de</strong> 50 s.<br />
3.2.8 ANÁLISE MACROSCÓPICA COM LUPA ESTEREOSCÓPICA<br />
Foi utilizado lupa estereoscópica Zeiss – Stemi 2000-C, com câmera digital ½ inch<br />
CCD acoplada, no intuito <strong>de</strong> auxiliar na caracterização da superfície <strong>de</strong>sgastada, pois<br />
através <strong>de</strong>sta é possível visualizar as marcas <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, o que facilita o entendimento<br />
do mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste presente, juntamente com a análise em ESEM. As imagens<br />
foram adquiridas com câmara digital acoplada.<br />
39
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
4.1 CARACTERIZAÇÃO MACRO E MICRO ESTRUTURAL<br />
Todos os materiais <strong>de</strong>scritos no capítulo 3, foram submetidos a uma caracterização<br />
macro e microestrutural antes da realização dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste. Esta caracterização<br />
foi solicitada pela empresa GKN com o intuito <strong>de</strong> conhecer em que condições está seu<br />
processo <strong>de</strong> sinterização.<br />
Esta análise engloba: análise metalográfica, <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>, percentual <strong>de</strong> porosida<strong>de</strong>,<br />
macro e micro dureza e rugosida<strong>de</strong> superficial.<br />
Os materiais com a mesma composição estão diferenciados em função das<br />
<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s fornecidas pela empresa e <strong>de</strong>scritas no capítulo 3, ou seja, <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,9<br />
g/cm 3 e 7,1 g/cm 3 .<br />
4.1.1 DISTALOYS SOMENTE SINTERIZADOS<br />
1 2<br />
DistaloyAE*- Sinterizado<br />
(Fe- Ni- Mo- Cu- C)<br />
4<br />
3<br />
Figuras 7: Densida<strong>de</strong> 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 500X.<br />
Nas figuras acima é possível notar a presença <strong>de</strong> perlita (1), austenita (2), ferrita (3) e<br />
martensita (4). As microestruturas são heterogêneas <strong>de</strong>vido a presença <strong>de</strong> Cu, Ni e Mo,<br />
que apresentam diferentes funções <strong>de</strong>ntro da liga, ou seja, a austenita ocorre <strong>de</strong>vido ao<br />
Cu e Ni pois estes são elementos que estabilizam a fase δ (austenítica), por este motivo a<br />
austenita é rica em níquel e a martensita em Ni+Cu, já a presença <strong>de</strong> Mo estabiliza a fase<br />
3<br />
1<br />
2<br />
4<br />
40
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
α (ferrítica), sendo esta um pouco mais difícil <strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificar <strong>de</strong>ntro da liga, normalmente<br />
está presente nas bordas da perlita (ou na bainita, a qual não é presente nesta<br />
microestrutura).<br />
Valores <strong>de</strong> Microdureza:<br />
Densida<strong>de</strong> 6,9 g/cm 3 : Martensita(4): 620HV Densida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 : Martensita(4): 560HV<br />
Ferrita(3): 148HV Ferrita(3): 150HV<br />
Austenita(2): 407HV Austenita(2): 370HV<br />
Perlita(1): 225HV Perlita(1): 232HV<br />
Macrodureza(HV30): 186HV 196HV<br />
Tabela 4: Resultados da análise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para DistaloyAE* sinterizado.<br />
<strong>Materiais</strong>/<br />
<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>,<br />
g/cm 3<br />
1<br />
ρs<br />
(<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong><br />
real, g/cm 3 )<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Teórica<br />
(g/cm 3 )<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Relativa, %<br />
εa, %<br />
(%poros<br />
abertos)<br />
εt, %<br />
(% poros<br />
fechados)<br />
AE*(6,9) 7,03 7,86 89,48 7,30 7,03<br />
AE*(7,1) 7,21 7,86 91,79 2,60 7,21<br />
2<br />
3<br />
DistaloyAE- Sinterizado<br />
(Fe- Ni- Mo- Cu)<br />
Figura 8: Densida<strong>de</strong> 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 500X.<br />
Nas figuras acima nota-se a presença <strong>de</strong> austenita (1), ferrita (2) e perlita (3), a<br />
presença <strong>de</strong> austenita e a influência <strong>de</strong> Ni, Cu e Mo já foram explicadas nas primeiras<br />
microestruturas. Neste caso, <strong>de</strong>vido à ausência <strong>de</strong> carbono não <strong>de</strong>veria haver a presença<br />
<strong>de</strong> perlita, mas esta foi <strong>de</strong>tectada, como percebe-se claramente na microestrutura. A<br />
3<br />
1<br />
2<br />
41
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
análise <strong>de</strong> carbono foi realizada utilizando-se um equipamento LECO CS125, mas o<br />
percentual <strong>de</strong> carbono encontrado é muito baixo, aproximandamente 0,05%. Supõe-se<br />
que a presença <strong>de</strong> carbono na microestrutura tenha ocorrido <strong>de</strong>vido à atmosfera do forno<br />
<strong>de</strong> sinterização, a qual não é controlada.<br />
Valores <strong>de</strong> Microdureza:<br />
Densida<strong>de</strong> 6,9 g/cm 3 : Austenita(1): 213HV Densida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 : Austenita (1): 239HV<br />
Ferrita(2): 118HV Ferrita(2): 116HV<br />
Perlita(3): 305HV Perlita(3): 300HV<br />
Macrodureza(HV30): 137HV 144HV<br />
Tabela 5: Resultados da análise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para DistaloyAE sinterizado.<br />
<strong>Materiais</strong>/<br />
<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>,<br />
g/cm 3<br />
ρs<br />
(<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong><br />
real, g/cm 3 )<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Teórica<br />
(g/cm 3 )<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Relativa, %<br />
εa, %<br />
(% <strong>de</strong> poros<br />
abertos)<br />
εt, %<br />
(% poros<br />
fechados)<br />
AE(6,9) 7,00 7,96 87,94 7,17 4,89<br />
AE(7,1) 7,21 7,96 90,54 3,88 5,58<br />
4.1.2 DISTALOYS TRATADOS TERMICAMENTE<br />
DistaloyAE*- Sinterizado + Tratado Termicamente<br />
(Fe- Ni- Mo- Cu- C)<br />
2<br />
1 1<br />
Figura 9: Densida<strong>de</strong> 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 500X.<br />
2<br />
42
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Nas figuras acima nota-se a presença <strong>de</strong> martensita (1) e austenita (2). A austenita é<br />
atribuída a presença <strong>de</strong> Cu e Ni na matriz, sendo principalmente rica em Ni, e já<br />
mencionada anteriormente. Neste caso, <strong>de</strong>vido ao tratamento térmico e taxa <strong>de</strong><br />
resfriamento, não se observa a presença <strong>de</strong> ferrita ou perlita, pois tudo é transformado em<br />
martensita.<br />
Valores <strong>de</strong> Microdureza:<br />
Densida<strong>de</strong> 6,9 g/cm 3 : Martensita(1): 708HV Densida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 : Martensita(1): 808HV<br />
Austenita(2): 319HV Austenita(2): 366HV<br />
Macrodureza(HV30): 321HV 430HV<br />
Tabela 6: Resultados da análise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para DistaloyAE* TT.<br />
<strong>Materiais</strong>/<br />
<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>,<br />
g/cm 3<br />
ρs<br />
(<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong><br />
real, g/cm 3 )<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Teórica<br />
(g/cm 3 )<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Relativa, %<br />
εa, %<br />
(% <strong>de</strong> poros<br />
abertos)<br />
εt, %<br />
(% poros<br />
fechados)<br />
AE*(6,9) 7,02 7,86 89,38 4,88 5,74<br />
AE*(7,1) 7,21 7,86 91,79 3,20 5,01<br />
1<br />
2<br />
DistaloyAE- Cementado + Revenido<br />
(Fe- Ni- Mo- Cu)<br />
Figura 10: Densida<strong>de</strong> 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 500X.<br />
Nas figuras acima nota-se a presença <strong>de</strong> martensita (1) e austenita (2), a presença <strong>de</strong><br />
austenita <strong>de</strong>vido ao Cu e Ni, os quais já foram explicados anteriormente. Neste caso,<br />
<strong>de</strong>vido ao tratamento <strong>de</strong> cementação e revenimento, não se observa a presença <strong>de</strong> ferrita<br />
1<br />
2<br />
43
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
ou perlita, pois tudo é transformado em martensita, apresentando microestrutura e dureza<br />
similares às amostras <strong>de</strong> DistaloyAE*, as quais são tratadas termicamente e apresentam<br />
C na composição (fig. 9).<br />
Valores <strong>de</strong> Microdureza:<br />
Densida<strong>de</strong> 6,9 g/cm 3 : Martensita(1): 762HV Densida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 : Martensita(1): 869HV<br />
Austenita(2): 441HV Austenita(2): 431HV<br />
Macrodureza(HV30): 359HV 374HV<br />
Tabela 7: Resultados da análise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para DistaloyAE cementado.<br />
<strong>Materiais</strong>/<br />
<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>,<br />
g/cm 3<br />
ρs<br />
(<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong><br />
real, g/cm 3 )<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Teórica<br />
(g/cm 3 )<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Relativa, %<br />
εa, %<br />
(% <strong>de</strong> poros<br />
abertos)<br />
εt, %<br />
(% poros<br />
fechados)<br />
AE(6,9) 6,99 7,96 87,80 5,28 6,92<br />
AE(7,1) 7,21 7,96 90,56 2,17 7,27<br />
Perfil <strong>de</strong> Microdureza:<br />
Dureza, HV0,1<br />
800<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
Perfil <strong>de</strong> Microdureza<br />
Material DistaloyAE 6,9 Cementado<br />
0 500 1000 1500 2000<br />
Distancia, µm<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
Perfil <strong>de</strong> Microdureza<br />
Material DistaloyAE 7,1 Cementado<br />
0 500 1000 1500 2000<br />
44<br />
a<br />
900<br />
800<br />
b<br />
Dureza, HV0,1<br />
Distancia, µm<br />
Figura 11: Perfil <strong>de</strong> microdureza das amostras <strong>de</strong> DistaloyAE cementadas,<br />
<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 .<br />
Analisando os gráficos da figura 11 acima, vemos que estas amostras apresentam um<br />
gran<strong>de</strong> aumento da dureza superficial, e uma boa profundida<strong>de</strong> <strong>de</strong> cementação. Estas<br />
proprieda<strong>de</strong>s são interessantes do ponto <strong>de</strong> vista tribológico, aumentando a resistência ao<br />
<strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong>stes componentes, o que será <strong>de</strong>scrito posteriormente.
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
1<br />
DistaloyDH*- SinterTemperado + Revenido<br />
(Fe- Mo- Cu- C)<br />
Figura 12: Densida<strong>de</strong> 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 500X.<br />
Nas figuras acima nota-se a presença <strong>de</strong> martensita rica em cobre (1) e bainita (2).<br />
Esta microestrutura ocorre <strong>de</strong>vido à alta taxa <strong>de</strong> resfriamento utilizada no ciclo térmico <strong>de</strong><br />
tratamento, quando maior esta taxa maior a quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> martensita em relação à<br />
bainita. Se a taxa se resfriamento é muito baixa, menor <strong>de</strong> 0.25°C/s, tem-se também a<br />
presença <strong>de</strong> ferrita, o qual nao é o caso <strong>de</strong>sta amostra.<br />
Valores <strong>de</strong> Microdureza:<br />
Densida<strong>de</strong> 6,9 g/cm 3 : Martensita(1): 710HV Densida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 : Martensita(1): 702HV<br />
Bainita(2): 426HV Bainita(2): 440HV<br />
Macrodureza(HV30): 300HV 353HV<br />
Tabela 8: Resultados da analise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para DistaloyDH* sintert+rev.<br />
<strong>Materiais</strong>/<br />
<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>,<br />
g/cm 3<br />
ρs<br />
(<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong><br />
real, g/cm 3 )<br />
2<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Teórica<br />
(g/cm 3 )<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Relativa, %<br />
εa, %<br />
(% <strong>de</strong> poros<br />
abertos)<br />
εt, %<br />
(% poros<br />
fechados)<br />
DH*(6,9) 7,03 7,83 89,74 9,59 0,67<br />
DH*(7,1) 7,14 7,83 91,17 7,43 1,39<br />
1<br />
2<br />
45
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
DistaloyDH*- SinterTemperado<br />
(Fe- Mo- Cu-C)<br />
Figura 13: Densida<strong>de</strong> 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 500X.<br />
.<br />
Nas figuras acima nota-se a presença <strong>de</strong> martensita rica em cobre (1) e bainita (2).<br />
Esta liga não apresenta outra fase além <strong>de</strong> martensita e bainita, <strong>de</strong>vido ao tratamento<br />
térmico sofrido e <strong>de</strong>scrito para a amostra <strong>de</strong> DistaloyDH* sintertemperado e revenido.<br />
Estas amostras apenas temperadas apresentaram uma martensita mais grosseira e um<br />
aumento dos valores <strong>de</strong> microdureza quando comparadas aquelas temperada + revenida,<br />
(fig. 14).<br />
Valores <strong>de</strong> Microdureza:<br />
Densida<strong>de</strong> 6,9 g/cm 3 : Martensita(1): 795HV Densida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 : Martensita(1): 788HV<br />
Bainita(2): 501HV Bainita(2): 498HV<br />
Macrodureza(HV30): 306HV 380HV<br />
Tabela 9: Resultados da analise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para DistaloyDH* sintert.<br />
<strong>Materiais</strong>/<br />
<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>,<br />
g/cm 3<br />
1<br />
ρs<br />
(<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong><br />
real, g/cm 3 )<br />
2<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Teórica<br />
(g/cm 3 )<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Relativa, %<br />
εa, %<br />
(% <strong>de</strong> poros<br />
abertos)<br />
εt, %<br />
(% poros<br />
fechados)<br />
DH*(6,9) 6,95 7,85 88,55 10,38 1,07<br />
DH*(7,1) 7,15 7,85 91,06 6,90 2,04<br />
1<br />
2<br />
46
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
4.1.3 LIGAS DE BRONZE<br />
B- Sinterizado<br />
(Cu-Sn)<br />
Figura 14: Densida<strong>de</strong> 6,6 e 7,0 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 200X.<br />
Nas figuras acima nota-se a presença <strong>de</strong> bronze α(1) e cobre(2). Existe também uma<br />
gran<strong>de</strong> quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> poros, <strong>de</strong>vido à baixa temperatura <strong>de</strong> sinterização. A presença <strong>de</strong><br />
esferas <strong>de</strong> cobre também é constante em toda amostra, mostrando ausência <strong>de</strong> difusão.<br />
Esta elevada quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> poros é justificada <strong>de</strong>vido ao fato <strong>de</strong>ste componente ser<br />
usado como bucha auto-lubrificante. No entanto, sua real condição <strong>de</strong> trabalho será<br />
analisada posteriormente, durante os testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste.<br />
Valores <strong>de</strong> Microdureza:<br />
Densida<strong>de</strong> 6,6 g/cm 3 : Bronze α(1): 106HV Densida<strong>de</strong> 7,0 g/cm 3 : Bronze α(1): 106HV<br />
Cobre(2): 84HV Cobre(2): 88HV<br />
Macrodureza(HB 2.5/15.62): 51HV 58HV<br />
Tabela 10: Resultados da analise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para B sinterizado.<br />
<strong>Materiais</strong>/<br />
<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>,<br />
g/cm 3<br />
2<br />
ρs<br />
(<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong><br />
real, g/cm 3 )<br />
1<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Teórica<br />
(g/cm 3 )<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Relativa, %<br />
εa, %<br />
(% <strong>de</strong> poros<br />
abertos)<br />
εt, %<br />
(% poros<br />
fechados)<br />
B(6,6) 6,52 8,73 74,69 25,28 0,03<br />
B(7,0) 6,84 8,73 78,33 21,22 0,45<br />
1<br />
2<br />
47
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
2<br />
B2- Sinterizado<br />
(Cu-9%Sn- 1.5%C)<br />
Figuras 15: Densida<strong>de</strong> 6,4 e 6,8 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 200X.<br />
Nas figuras acima nota-se a presença <strong>de</strong> bronze α(1) e Carbono na forma <strong>de</strong> grafita<br />
(2). A amostra também apresenta uma gran<strong>de</strong> quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> poros, como a amostra B,<br />
mas neste caso, a difusão entre cobre e estanho é completa, pois não há presença <strong>de</strong> Cu<br />
puro na microestrutura. A composição <strong>de</strong>sta liga é idêntica àquela da liga B, sendo, no<br />
entanto, adicionado C (grafita), a qual serve como um auxílio na lubrificação nos primeiros<br />
momentos <strong>de</strong> trabalho, diminuindo o atrito inicial e consequentemente o <strong>de</strong>sgaste, o que<br />
será mostrado posteriormente nas análises <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste.<br />
Valores <strong>de</strong> Microdureza:<br />
Densida<strong>de</strong> 6.4 g/cm 3 : Bronze α(1): 110HV Densida<strong>de</strong> 6.8 g/cm 3 : Bronze α(1): 112HV<br />
Macrodureza(HB 2.5/15.62): 44HV 55HV<br />
Tabela 11: Resultados da analise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para B2 sinterizado.<br />
<strong>Materiais</strong>/<br />
<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>,<br />
g/cm 3<br />
1<br />
ρs<br />
(<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong><br />
real, g/cm 3 )<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Teórica<br />
(g/cm 3 )<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Relativa, %<br />
εa, %<br />
(% <strong>de</strong> poros<br />
abertos)<br />
εt, %<br />
(% poros<br />
fechados)<br />
B2(6,4) 6,20 8,36 74,12 25,44 0,44<br />
B2(6,8) 6,54 8,36 78,26 19,05 2,69<br />
1<br />
2<br />
48
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
4.1.4 LIGAS DE Cu + Fe<br />
3<br />
F - Sinterizado<br />
(Fe- Cu)<br />
Figuras 16: Densida<strong>de</strong> 5,8 e 6,2 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 500X.<br />
Nas figuras acima nota-se a presença <strong>de</strong> ferrita (1), perlita (2) e cobre (3). A amostra<br />
apresenta uma difusão cobre-ferro muito baixa, na realida<strong>de</strong> quase nenhuma. Isto porque<br />
as partículas <strong>de</strong> cobre não apresentaram modificação após a sinterização. Este efeito é<br />
atribuído à temperatura <strong>de</strong> sinterização usada (abaixo <strong>de</strong> 1120 ºC). Nota-se também a<br />
presença <strong>de</strong> perlita, que não <strong>de</strong>veria estar presente, pois esta é uma liga somente <strong>de</strong> Cu<br />
e Fe, mas <strong>de</strong>vido a atmosfera do forno não ser controlada, é possível que este seja<br />
proveniente da atmosfera do mesmo, <strong>de</strong>vido à uma provável contaminação. Nestes 2<br />
casos uma análise <strong>de</strong> carbono foi realizada, em LECO CS125, e os valores encontrados<br />
foram <strong>de</strong> 0,12%C para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 5,8g/cm 3 e 0,11%C para 6,2g/cm 3 .<br />
Valores <strong>de</strong> Microdureza:<br />
Densida<strong>de</strong> 5,8 g/cm 3 : Ferrita(1): 100HV Densida<strong>de</strong> 6,2 g/cm 3 : Ferrita(1): 119HV<br />
Cobre(3): 80HV Cobre(3): 84HV<br />
Macrodureza(HB 2.5/15.62): 64HV 70HV<br />
Tabela 12: Resultados da analise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para F sinterizado.<br />
<strong>Materiais</strong>/<br />
<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>,<br />
g/cm 3<br />
2<br />
ρs<br />
(<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong><br />
real, g/cm 3 )<br />
1<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Teórica<br />
(g/cm 3 )<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Relativa, %<br />
εa, %<br />
(% <strong>de</strong> poros<br />
abertos)<br />
εt, %<br />
(% poros<br />
fechados)<br />
F(5,8) 5,89 7,92 74,41 23,81 1,78<br />
F(6,2) 6,31 7,92 79,62 17,39 2,99<br />
1<br />
3<br />
2<br />
49
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
F*- Sinterizado<br />
(Fe- Cu- P- C)<br />
Figuras 17: Densida<strong>de</strong> 5,8 e 6,2 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),<br />
respectivamente. Aumento 500X.<br />
Nas figuras acima nota-se a presença <strong>de</strong> ferrita (1), perlita (2), cobre (3) e carbono na<br />
forma <strong>de</strong> grafita (4). Esta amostra também apresenta uma difusão cobre-ferro muito baixa,<br />
como já foi <strong>de</strong>scrito na amostra anterior (F sinterizado). Esta liga apresenta C na forma <strong>de</strong><br />
grafita, pois este tem a função <strong>de</strong> auxiliar na lubrificação nos primeiros momentos <strong>de</strong><br />
trabalho, asim como já <strong>de</strong>scrito para as amostras B2. O fósforo nestas ligas é adicionado<br />
com o intuito <strong>de</strong> auxiliar na formação <strong>de</strong> fase líquida do Fe a baixa temperatura <strong>de</strong><br />
sinterização. Estas amostras também apresentaram uma alta quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> perlita, sendo<br />
proveniente da atmosfera do forno e da grafita presente na amostra.<br />
Valores <strong>de</strong> Microdureza:<br />
Densida<strong>de</strong> 5,8 g/cm 3 : Ferrita(1): 100HV Densida<strong>de</strong> 6,2 g/cm 3 : Ferrita(1): 119HV<br />
Cobre(3): 80HV Cobre(3): 84HV<br />
Macrodureza(HB 2.5/15.62): 68HV 74HV<br />
Tabela 13: Resultados da analise <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e porosida<strong>de</strong> para F* sinterizado.<br />
<strong>Materiais</strong>/<br />
<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>,<br />
g/cm 3<br />
1<br />
ρs<br />
(<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong><br />
real, g/cm 3 )<br />
4<br />
3<br />
2<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Teórica<br />
(g/cm 3 )<br />
Densida<strong>de</strong><br />
Relativa, %<br />
εa, %<br />
(% <strong>de</strong> poros<br />
abertos)<br />
εt, %<br />
(% poros<br />
fechados)<br />
F*(5,8) 5,91 7,71 76,70 23,22 0,08<br />
F*(6,2) 6,28 7,71 81,43 17,23 1,35<br />
3<br />
4<br />
2<br />
1<br />
50
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
4.1.5 ANÁLISE DA RUGOSIDADE SUPERFICIAL<br />
Devido a quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> amostras ser muito gran<strong>de</strong>, não serão mostrados todos os<br />
gráficos. Na figura 18, há um exemplo da medição realizada em uma das amostras, sendo<br />
que as <strong>de</strong>mais seguem todas esta mesma linha <strong>de</strong> análise. Na tabela 14 e figura 19,<br />
estão <strong>de</strong>scritos todos os valores médios <strong>de</strong> Rk, Rvk, Rpk e ∆Mr (Mr2-Mr1), encontrados.<br />
Quanto maior o valor <strong>de</strong> Rk, menor será a área <strong>de</strong> contato e maior a inclinação da reta<br />
da figura 18, como consequência um pior acabamento superficial.<br />
HOMMELWERKE<br />
Turbo Roughness V2.86<br />
Measuring conditions<br />
Pick-up type TK100<br />
Measuring range 80 µm<br />
Assessment length 5.00 mm<br />
Speed 0.05mm/s<br />
Lc ( Cut Off ) 0.800 mm<br />
Filter M1 DIN4777<br />
Zero Line TPA: 0.00%<br />
Zero Line TPI: 0.00%<br />
DistaloyAE* (6.9) – Sinterizado<br />
Rpk 0.70 µm<br />
Rk 2.38 µm<br />
Rvk 6.90 µm<br />
A2 1141.83 µm**2/mm<br />
A1 20.94 µm**2/mm<br />
Mr2 66.9 %<br />
Mr1 6.0 %<br />
Figura 18: Curva <strong>de</strong> Abbott-Firestone. Material DAE2 sinterizado.<br />
51
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Rk medio,µm<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
Tabela 14: Valores médios da curva <strong>de</strong> Abbott-Firestone.<br />
Materiale<br />
Rpk – médio<br />
(µm)<br />
Rk – médio<br />
(µm)<br />
Rvk – médio<br />
(µm)<br />
(∆Mr) –<br />
médio, %<br />
Dist.AE* (6,9) – Sinterizado 1,06 2,38 6,48 64,1<br />
Dist.AE* (7,1) – Sinterizado 1,02 1,92 4,68 67,43<br />
Dist.AE* (6,9) – Tratado<br />
termicamente<br />
2,27 3,42 8,36 64,7<br />
Dist.AE* (7,1) - Tratado<br />
0,55 1,81 4,9 67,63<br />
termicamente<br />
Dist.AE (6,9) - Sinterizado 0,73 2,6 7,02 62,83<br />
Dist.AE (7,1) - Sinterizado 0,49 1,49 5,05 67,97<br />
Dist.AE (6,9) – Cementado 0,92 2,69 7,75 63,97<br />
Dist.AE (7,1) - Cementado 0,51 1,74 5,47 67,13<br />
Dist.DH* (6,9) –<br />
Sintertemp+revenido<br />
1,5 3,2 9,2 58,33<br />
Dist.DH* (7,1) –<br />
Sintertemp+revenido<br />
0,55 1,55 6,75 63,8<br />
Dist.DH* (6,9) -<br />
Sintertemperado<br />
0,81 3,13 9,14 59,03<br />
Dist.DH* (7,1) -<br />
0,5 2,06 7,34 63,1<br />
Sintertemperado<br />
B (6,6) - Sinterizado 3,16 6,58 16,23 63,9<br />
B (7,0) - Sinterizado 2,68 6,49 16,61 66,57<br />
B2 (6,4) - Sinterizado 2,32 7,13 14,43 70,5<br />
B2 (6,8) - Sinterizado 2,82 6,14 11,89 66,23<br />
F (5,8) - Sinterizado 1,03 4,44 10,45 59,93<br />
F (6,2) - Sinterizado 0,88 3,01 8,53 60,43<br />
F* (5,8) - Sinterizado 1,12 6,92 8,95 69,17<br />
F* (6,2) - Sinterizado 0,92 4,65 9,72 64,37<br />
1<br />
5,6 5,8 6,0 6,2 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2<br />
Densida<strong>de</strong>, g/cm 3<br />
Ligas <strong>de</strong> Bronze<br />
Ligas <strong>de</strong> Fe<br />
Figura 19 – Rk médio x Densida<strong>de</strong><br />
Somente Sinterizados<br />
tratados Termicamente<br />
Os valores obtidos para as ligas a base <strong>de</strong> Fe, figura 19 e tabela 14, mostram um<br />
pioramento <strong>de</strong> Rk - quanto maior o valor <strong>de</strong> Rk pior a rugosida<strong>de</strong> superficial - com o<br />
52
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
<strong>de</strong>créscimo <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>, o que é justo <strong>de</strong>vido ao consequente aumento <strong>de</strong> porosida<strong>de</strong>.<br />
Os valores encontrados para os Distaloys são bons e relativamente baixos. Nota-se uma<br />
diferença nos valores entre os que são apenas sinterizados e aqueles tratados<br />
termicamente, isso provavelmente acontece <strong>de</strong>vido a contração no volume quando estes<br />
materiais são expostos a algum tipo <strong>de</strong> tratamento, aumentando consequentemente os<br />
valores <strong>de</strong> Rk. Já os valores <strong>de</strong> F e F* são um pouco elevados, <strong>de</strong>vido a menor<br />
<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>. Talvez com o aumento na temperatura <strong>de</strong> sinterização e por consequência a<br />
homogeneização da microestrutura, estes valores <strong>de</strong> Rk diminuam.<br />
As ligas <strong>de</strong> bronze também mostram um pioramento <strong>de</strong> Rk em função do<br />
<strong>de</strong>scrécimo da <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>, com exceção <strong>de</strong> um ponto (figura 19). Nota-se também um alto<br />
valor <strong>de</strong> Rvk (tabela 14), isso acontece <strong>de</strong>vido a estes materiais terem a função <strong>de</strong><br />
buchas autolubrificante.<br />
Os valores <strong>de</strong> Rk encontrados para as ligas B e B2, são maiores que para as ligas F<br />
e F*, as quais apresentam menor <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> e que por consequência <strong>de</strong>veriam apresentar<br />
um Rk maior. Isto provavelmente ocorre <strong>de</strong>vido estas peças não apresentarem uma boa<br />
sinterização e/ou <strong>de</strong>vido a temperatura <strong>de</strong> sinterização ser muito baixa comparada as <strong>de</strong><br />
F e F*. Um outro ponto é que ao sinterizar Fe+Cu, caso <strong>de</strong> F e F*, o cobre se difun<strong>de</strong> no<br />
ferro e faz aumentar o volume da célula, não interferindo na <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>, e isso, apesar<br />
<strong>de</strong>stas peças não apresentarem uma boa sinterização e por consequência uma baixa<br />
difusão do Cu no Fe, po<strong>de</strong> ter proporcionado um acabamento superficial melhor que em B<br />
e B2, mesmo tendo uma <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> menor.<br />
A influência <strong>de</strong>stes valores no resultado <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong>stas peças po<strong>de</strong>rão ser<br />
analisados posteriormente, quando provavelmente serão realizados testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste<br />
com lubrificantes, pois durante os testes a seco não foi possível encontrar nenhuma<br />
correlação entre os resultados, como será visto a seguir, muito provavelmente <strong>de</strong>vido ao<br />
elevado atrito e elevada severida<strong>de</strong> do <strong>de</strong>sgaste.<br />
53
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
4.2 CARACTERIZAÇÃO TRIBILÓGICA<br />
4.2.1 DISTALOYS<br />
As análises <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste em todas as amostras <strong>de</strong> Distaloys foram iniciadas através da<br />
aplicação <strong>de</strong> uma força normal <strong>de</strong> 200N e uma velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> 0,314m/s.<br />
Estes parâmetros foram escolhidos como referência, ou seja, <strong>de</strong>pois da análise <strong>de</strong>stes é<br />
que foram i<strong>de</strong>ntificados os outros parâmetros para os posteriores testes. Os resultados,<br />
discusões e prosseguimento dos testes estão <strong>de</strong>scritos a seguir.<br />
4.2.1.1 Distaloys Sinterizados<br />
Testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 200N e 0,314m/s – Distaloys somente Sinterizados:<br />
Volume <strong>de</strong>sgastado [x10 -6 ,m 3 ]<br />
0,040<br />
0,035<br />
0,030<br />
0,025<br />
0,020<br />
0,015<br />
0,010<br />
0,005<br />
DistaloyAE* - Sinterizado<br />
(Força 200N - Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
Densida<strong>de</strong> 6,9<br />
Densida<strong>de</strong> 7,1<br />
0,000<br />
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800<br />
Distancia <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento [m]<br />
Figura 20: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material DistaloyAE* sinterizado.<br />
Tabela 15: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> DistaloyAE* sinterizado.<br />
Material<br />
AE* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,9 g/cm 3 )<br />
AE* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 )<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste após<br />
282,6m (m 2 /N)<br />
6,1x10 -14<br />
(3x10 -13 no início)<br />
6,6x10 -14<br />
(3x10 -13 no início)<br />
54
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
DistaloyAE* - Densida<strong>de</strong> 6,9<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
DistaloyAE* - Densida<strong>de</strong> 7,1<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
Figura 21: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 .<br />
Volume <strong>de</strong>sgastado [x10 -6 ,m 3 ]<br />
0,09<br />
0,08<br />
0,07<br />
0,06<br />
0,05<br />
0,04<br />
0,03<br />
0,02<br />
0,01<br />
DistaloyAE - Sinterizado<br />
(Força 200N - Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
Densida<strong>de</strong> 6,9<br />
Densida<strong>de</strong> 7,1<br />
0,00<br />
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800<br />
Distancia <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento [m]<br />
Figura 22: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material DistaloyAE sinterizado.<br />
Tabela 16: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> DistaloyAE sinterizado.<br />
Material<br />
AE (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,9 g/cm 3 )<br />
AE (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 )<br />
a<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste após<br />
282,6m (m 2 /N)<br />
1,6x10 -13<br />
(5,9x10 -13 no início)<br />
1,6x10 -13<br />
(2,6,x10 -13 no início)<br />
55<br />
b
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
DistaloyAE - Densida<strong>de</strong> 6,9<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
DistaloyAE - Densida<strong>de</strong> 7,1<br />
a b<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
Figura 23: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 .<br />
As amostras <strong>de</strong> Distaloys somente sinterizadas, expostas acima, apresentam uma taxa<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste um tanto severa (tabela 1, capítulo 2) nos primeiros minutos <strong>de</strong> prova, ou<br />
fase <strong>de</strong> run-in, <strong>de</strong>scrita no capítulo 2, principalmente as amostras <strong>de</strong> DistaloyAE (tabela<br />
16), <strong>de</strong>vido a ausência <strong>de</strong> carbono na sua composição, o que torna a matriz mais dúctil e<br />
consequentemente menos resistente. Depois do run-in as amostras atingiram o estágio 1<br />
e estabilizaram-se, com um <strong>de</strong>sgaste provavelmente ainda a<strong>de</strong>sivo. O comportamento do<br />
coeficiente <strong>de</strong> atrito apresentou uma gran<strong>de</strong> variação <strong>de</strong> valores, caracterizando também<br />
um contato supostamente a<strong>de</strong>sivo.<br />
Para uma melhor caracterização do mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste ocorrido nestas amostras,<br />
foi realizada uma análise nestas após <strong>de</strong>sgaste. A seguir está representado o resultado<br />
da análise no material DistaloyAE (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,9 g/cm 3 ), pois entre as amostras foi o qual<br />
apresentou uma maior taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste e on<strong>de</strong> é possível verificar nitidamente o<br />
mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste presente. As amostras <strong>de</strong> DistaloyAE* também apresentaram o<br />
mesmo mecanismo, no entanto com uma <strong>de</strong>formação plástica menos acentuada.<br />
56
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Análise Pós Desgaste:<br />
DistaloyAE (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,9 g/cm 3 ) – Sinterizado<br />
(Força 200N – Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
a b<br />
Figura 24: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b).<br />
a b c<br />
Figura 25: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no intervalo <strong>de</strong><br />
0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c). (ESEM).<br />
a b<br />
Figura 26: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-<br />
15min (a) e no intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (b) (ESEM).<br />
57
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Analisando a secção transversal e os fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, foi confirmada a<br />
presença do mecanismo <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são, <strong>de</strong>vido a gran<strong>de</strong> <strong>de</strong>formação plástica encontrada na<br />
região <strong>de</strong> contato (fig. 24) e da presença <strong>de</strong> fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste metálicos nos<br />
primeiros minutos <strong>de</strong> teste, run-in (figs. 25 e 26).<br />
No entanto, quando analisamos a superfície <strong>de</strong>sgastada (fig. 24), que apresenta uma<br />
camada <strong>de</strong> óxido compactado, e os fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste nos últimos minutos (figs. 25<br />
e 26) que são oxidados, notamos a presença <strong>de</strong> um outro fenômeno, a tribo-oxidação a<br />
baixas velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento (capítulo 2), este fenômeno juntamente com a<br />
a<strong>de</strong>são é o que controla o estágio 1 <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste e faz com que a taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste não<br />
seja severa e sim mo<strong>de</strong>rada, (ver tabela 1, capítulo 2). Este fenômeno provavelmente é<br />
proveniente da elevação da temperatura na região <strong>de</strong> contato amostra-contracorpo, e<br />
<strong>de</strong>vido ao fato <strong>de</strong> que neste tipo <strong>de</strong> teste os fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste tem uma gran<strong>de</strong><br />
dificulda<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>ixarem a região <strong>de</strong> contato durante <strong>de</strong>sgaste, portanto permanecem ali e<br />
oxidam-se, e uma boa parte <strong>de</strong>les compactasse sobre a amostra formando uma camada<br />
<strong>de</strong> óxido. Este fenômeno é esperado em todas as amostras que serão analisadas.<br />
Após a análise dos resultados dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 200N e 0,314m/s e <strong>de</strong>vido as<br />
amostras apresentarem um comportamento ao <strong>de</strong>sgaste mo<strong>de</strong>rado, mas com uma<br />
gran<strong>de</strong> <strong>de</strong>formação plástica e estarem no limite dos valores <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste mo<strong>de</strong>rado, o<br />
prosseguimento dos testes nestas amostras foi realizado com uma força normal <strong>de</strong> 100N<br />
e a mesma velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento que a 200N, com o objetivo <strong>de</strong> obter um melhor<br />
comportamento ao <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong>stes materiais. Este parâmetro foi escolhido, pois com a<br />
aplicação <strong>de</strong> uma força ou velocida<strong>de</strong>s maiores o <strong>de</strong>sgaste seria provavelmente severo, e<br />
com uma velocida<strong>de</strong> e, ou força menores haveria uma maior a<strong>de</strong>são e consequentemente<br />
uma pior resistência.<br />
A seguir estão expostos os resultados obtidos durante este segundo teste.<br />
58
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 100N e 0,314m/s – Distaloys somente Sinterizados:<br />
Tabela 17: Resultados dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 100N para Distaloys somente<br />
sinterizados.<br />
Material/<br />
Densida<strong>de</strong> (g/cm 3 )<br />
AE*- Sinterizado<br />
(6,9)<br />
AE*- Sinterizado<br />
(7,1)<br />
AE- Sinterizado<br />
(6,9)<br />
AE - Sinterizado<br />
(7,1)<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste<br />
após 282,6m (m 2 /N)<br />
4,8x10 -14<br />
(8,4x10 -13 no início)<br />
4,5x10 -14<br />
(4,3x10 -13 no início)<br />
7,4x10 -14<br />
(2,0x10 -13 no início)<br />
9,6x10 -14<br />
(5,9x10 -13 no início)<br />
Coeficiente <strong>de</strong><br />
atrito médio<br />
0,59<br />
0,60<br />
0,66<br />
0,64<br />
Nota<br />
Durante os<br />
primeiros 15 min o<br />
coeficiente <strong>de</strong> atrito<br />
era 0,56.<br />
As amostras acima, apresentaram um comportamento ao <strong>de</strong>sgaste um pouco melhor<br />
que as mesmas quando testadas a 200N, ou seja, o valor da taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste encontrado<br />
foi ligeiramente inferior, neste caso também foi verificada a presença <strong>de</strong> run-in durante os<br />
primeiros minutos <strong>de</strong> ensaio, com posterior estágio 1 (capítulo 2). O <strong>de</strong>sgaste é<br />
consi<strong>de</strong>rado mo<strong>de</strong>rado, <strong>de</strong>vido as taxas <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgastes das amostras apresentarem um<br />
valor inferior àqueles especificados na tabela 1 capítulo 2. As amostras <strong>de</strong> DistaloyAE<br />
apresentaram outra vez uma menor resistência ao <strong>de</strong>sgaste, <strong>de</strong>vido a ausência <strong>de</strong> C, a<br />
qual já foi discutida anteriormente.<br />
O comportamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito não apresentou a variação <strong>de</strong> valores ao<br />
longo do ensaio como encontrados a 200N (ex. Fig. 22), mas sim um valor médio mais<br />
elevado.<br />
Neste caso também foi realizada a análise nas amostras após o ensaio com o intuito<br />
<strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificar o mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste. A seguir está representado o resultado da<br />
análise do material DistaloyAE (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 ), pelo mesmo motivo apresentado na<br />
análise a 200N.<br />
59
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Análise Pós Desgaste:<br />
DistaloyAE (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 ) – Sinterizado<br />
(Força 100N – Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
a b<br />
Figura 27: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b).<br />
a b c<br />
Figura 28: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no<br />
intervalo <strong>de</strong> 0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM).<br />
Figura 29: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-<br />
15min e 60-90 min (ESEM).<br />
60
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Analisando a secção transversal, superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste e os fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste,<br />
po<strong>de</strong>-se supor que o mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste atuante tenha sido a a<strong>de</strong>são. Isto porque foi<br />
observada a presença <strong>de</strong> <strong>de</strong>formação plástica e marcas <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são encontrados na região<br />
<strong>de</strong> contato (fig. 27), e <strong>de</strong> fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste metálicos durante todo o teste (fig. 28),<br />
não apenas nos primeiros minutos <strong>de</strong> ensaio, como no teste a 200N. Estes fragmentos<br />
também apresentaram uma certa quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> óxido (fig. 29), que é causado pelo<br />
mesmo motivo já explicado quando analisados a 200N.<br />
Neste caso o mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste que provavelmente prevaleceu durante todo o<br />
ensaio foi a a<strong>de</strong>são, po<strong>de</strong>ndo-se notar também a presença <strong>de</strong> tribo-oxidação, mas muito<br />
inferior que aquela encontrada nas amostras testadas a 200N. Apesar <strong>de</strong>sta a<strong>de</strong>são as<br />
amostras apresentaram um comportamento ao <strong>de</strong>sgaste mo<strong>de</strong>rado, com taxas <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste inferiores aquelas mostradas na tabela 1, capítulo2.<br />
61
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
4.2.1.2 Distaloys Tratados Termicamente<br />
Testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 200N e 0,314m/s – Distaloys Tratados Termicamente:<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
Volume <strong>de</strong>sgastado [x10 -6 ,m 3 ]<br />
0,0030<br />
0,0025<br />
0,0020<br />
0,0015<br />
0,0010<br />
0,0005<br />
0,0000<br />
DistaloyAE* - Densida<strong>de</strong> 6,9<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
DistaloyAE* - Sinterizado + Tratado Termicamente<br />
(Força 200N - Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
-0,0005<br />
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800<br />
Tempo [s]<br />
Densida<strong>de</strong> 6,9<br />
Densida<strong>de</strong> 7,1<br />
Distancia <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento [m]<br />
Figura 30: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material DistaloyAE* tratado<br />
termicamente.<br />
Tabela 18: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> DistaloyAE* sinterizado + trat. termicamente.<br />
Material<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste após<br />
565,2m (m 2 /N)<br />
AE* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,9 g/cm 3 ) 9,9x10 -15<br />
AE* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 ) 1,0x10 -14<br />
a<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
DistaloyAE* - Densida<strong>de</strong> 7,1<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
Figura 31: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 .<br />
b<br />
62
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Volume <strong>de</strong>sgastado [x10 -6 ,m 3 ]<br />
0,0020<br />
0,0018<br />
0,0016<br />
0,0014<br />
0,0012<br />
0,0010<br />
0,0008<br />
0,0006<br />
0,0004<br />
0,0002<br />
0,0000<br />
DistaloyAE - Sinterizado + Cementado<br />
(Força 200N - Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
Densida<strong>de</strong> 6,9<br />
Densida<strong>de</strong> 7,1<br />
-0,0002<br />
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800<br />
Distancia <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento [m]<br />
Figura 32: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material DistaloyAE cementado.<br />
Tabela 19: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> DistaloyAE sinterizado + cementado.<br />
Material<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste após<br />
565,2m (m 2 /N)<br />
AE (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,9 g/cm 3 ) 6,1x10 -15<br />
AE (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 ) 5,6x10 -15<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
DistaloyAE - Densida<strong>de</strong> 6,9<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
a<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
DistaloyAE - Densida<strong>de</strong> 7,1<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
Figura 33: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 .<br />
b<br />
63
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Volume <strong>de</strong>sgastado [x10 -6 ,m 3 ]<br />
0,0014<br />
0,0012<br />
0,0010<br />
0,0008<br />
0,0006<br />
0,0004<br />
0,0002<br />
0,0000<br />
-0,0002<br />
DistaloyDH* - Sintertemperado + Revenido<br />
(Força 200N - Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
Densida<strong>de</strong> 6,9<br />
Densida<strong>de</strong> 7,1<br />
-0,0004<br />
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800<br />
Distancia <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento [m]<br />
Figura 34: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material DistaloyDH*<br />
sintertemperado + revenido.<br />
Tabela 20: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> DistaloyDH* sintertemperado + revenido.<br />
Material<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste após<br />
565,2m (m 2 /N)<br />
DH* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,9 g/cm 3 ) 5,4x10 -15<br />
DH* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 ) 6,2x10 -15<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
DistaloyDH* - Densida<strong>de</strong> 6,9<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
a<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
DistaloyDH* - Densida<strong>de</strong> 7,1<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
Figura 35: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 .<br />
b<br />
64
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Volume <strong>de</strong>sgastado [x10 -6 ,m 3 ]<br />
0,0008<br />
0,0006<br />
0,0004<br />
0,0002<br />
0,0000<br />
-0,0002<br />
-0,0004<br />
DistaloyDH* - SinterTemperado<br />
(Força 200N - Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
Density 6,9<br />
Density 7,1<br />
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800<br />
Distancia <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento [m]<br />
Figura 36: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material DistaloyDH* sintertemperado.<br />
Tabela 21: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> DistaloyDH* sintertemperado.<br />
Material<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste após<br />
565,2m (m 2 /N)<br />
DH* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,9g/cm 3 ) 4,2x10 -15<br />
DH* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,1g/cm 3 ) 4,0x10 -15<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
DistaloyDH* - Densida<strong>de</strong> 6,9<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
0,8<br />
a b<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
DistaloyDH* - Densida<strong>de</strong> 7,1<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
Figura 37: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 .<br />
65
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
As amostras <strong>de</strong> Distaloys tratadas termicamente e expostas acima, apresentaram uma<br />
taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste mo<strong>de</strong>rada (tabela 1, capítulo 2), principalmente as amostras<br />
DistaloyDH* sintertemperadas, <strong>de</strong>vido à presença <strong>de</strong> uma microestrutura somente com<br />
martensita e bainita , com ausência <strong>de</strong> austenita, que por ser uma zona mais dúctil,<br />
diminui a resistência ao <strong>de</strong>gaste dos materiais, como é o caso das amostras <strong>de</strong><br />
DistaloyAE* e DistaloyAE.<br />
O comportamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito nos materiais DistaloyAE e DistaloyDH* (figs.<br />
33, 35 e 37) apresentou uma maior variação <strong>de</strong> valores após alguns minutos, isto ocorre<br />
provavelmente <strong>de</strong>vido ao incremento do mecanismo <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são. Já nas amostras <strong>de</strong><br />
DistaloyAE* (fig. 31), isso não ocorre, apresentando durante todo o teste um atrito<br />
constante, ou seja, com uma variação <strong>de</strong> valores um pouco maior, evi<strong>de</strong>nciando somente<br />
a<strong>de</strong>são.<br />
Este comportamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito, juntamente com a fase <strong>de</strong> run-in, on<strong>de</strong><br />
observa-se ganho em peso e consequentemente uma taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste inferior ao estágio<br />
1, presente em todas as amostras, nos faz acreditar que nos primeiros minutos <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste o mecanismo era a tribo-oxidação, e <strong>de</strong>pois <strong>de</strong> alguns minutos inicia o<br />
mecanismo <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são.<br />
Para uma confirmação, e melhor caracterização do mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste ocorrido<br />
nas amostras, foi realizada uma análise nestas após <strong>de</strong>sgaste. A seguir estão<br />
representados os resultados das análises para os materiais DistaloyAE* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,1<br />
g/cm 3 ) e DistaloyDH* sintertemperado (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 ), pois entre as amostras<br />
foram os quais apresentaram uma menor e maior taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, respectivamente.<br />
Assim, foi possível comparar os resultados e i<strong>de</strong>ntificar se apresentavam mecanismos <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste diferentes ou não.<br />
66
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Análise Pós Desgaste:<br />
DistaloyAE* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 ) – Tratado Termicamente<br />
(Força 200N – Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
a b<br />
Figura 38: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b).<br />
a b c<br />
Figura 39: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no<br />
intervalo <strong>de</strong> 0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM).<br />
a b<br />
Figura 40: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-<br />
15min (a) e no intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (b)(ESEM).<br />
67
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
DistaloyDH* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 ) – SinterTemperado<br />
(Força 200N – Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
a b<br />
Figura 41: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b).<br />
a b c<br />
Figura 42: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no<br />
intervalo <strong>de</strong> 0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM).<br />
a<br />
Figura 43: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-<br />
15min (a) e no intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (b)(ESEM).<br />
b<br />
68
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Analisando a secção transversal, superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste e os fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste,<br />
po<strong>de</strong>-se supor que o mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste durante o estágio 1 (após<br />
aproximadamente 30 minutos <strong>de</strong> ensaio) foi a a<strong>de</strong>são, <strong>de</strong>vido à presença <strong>de</strong> <strong>de</strong>formação<br />
plástica (figs. 38 e 41), e <strong>de</strong> fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste metálicos durante este período (figs.<br />
39 e 42). Durante a fase <strong>de</strong> run-in foi confirmada a presença <strong>de</strong> oxidação, <strong>de</strong>vido a<br />
presença <strong>de</strong> fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste do contracorpo oxidadas (figs. 40 e 43), <strong>de</strong>vido a<br />
força aplicada e a velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento não serem muito elevadas não foi possível<br />
formar uma camada <strong>de</strong> óxido contínua, sendo esta removida, pois após um certo tempo<br />
estas amostras se tornam frágeis na região sub-superficial, <strong>de</strong>vido a a<strong>de</strong>são e ao esforço<br />
contínuo (fadiga), <strong>de</strong>sgastando-se.<br />
A <strong>de</strong>formação plástica no material DistaloyAE* é muito pequena comparada ao<br />
material DistaloyDH* sintertemperado, isto acontece provavelmente porque o primeiro<br />
apresentou um <strong>de</strong>sgaste maior, este <strong>de</strong>sgaste foi tão forte que removeu muito rápido o<br />
material, como ve<strong>de</strong>-se bem nos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (fig. 39), já a amostra<br />
DistaloyDH*, a qual é mais dura e resistente, ocorreu uma gran<strong>de</strong> a<strong>de</strong>são mas com pouca<br />
perda <strong>de</strong> material, provavelmente <strong>de</strong>vido a sua gran<strong>de</strong> resistência microestrutural, que<br />
contribui para uma maior resistência a fragilização subsuperficial e a fixar a camada <strong>de</strong><br />
óxido formada.<br />
Todos os materiais aprensentaram o mesmo mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, ou seja, no<br />
início (run-in) tribo-oxidação e posteriormente (estágio 1) a<strong>de</strong>são, mas em alguns <strong>de</strong>vido a<br />
presença <strong>de</strong> fase dúctil (austenita), este comportamento ao <strong>de</strong>sgaste foi inferior (para<br />
ambos os mecanismos) aquele encontrado para os materiais que não apresentam esta<br />
fase. No entanto todos os valores <strong>de</strong> taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste encontrados são consi<strong>de</strong>radas<br />
mo<strong>de</strong>radas (tabela 1 capítulo 2).<br />
As amostras apresentaram um comportamento ao <strong>de</strong>sgaste similar entre si, quando<br />
realizado testes com força normal aplicada <strong>de</strong> 200 N e velocida<strong>de</strong> relativa <strong>de</strong> 0,314 m/s,<br />
com exceção da amostra <strong>de</strong> DistaloyAE*. Com isso, o prosseguimento dos testes foi<br />
<strong>de</strong>senvolvido buscando-se i<strong>de</strong>ntificar, <strong>de</strong>ntre os materiais estudados (tabela 2 capítulo 3),<br />
aquele que apresente melhor comportamento tribológico para uma <strong>de</strong>terminada condição.<br />
Como estes materiais trabalham normalmente com uma força normal aplicada mais<br />
elevada que aqueles apenas sinterizados, os testes seguintes foram realizados com uma<br />
força normal <strong>de</strong> 500N e com velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento <strong>de</strong> 0,314 m/s e 0,105 m/s, para<br />
todos os materiais, exceto para os DistaloyAE*, <strong>de</strong>vido apresentarem uma maior taxa <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste a 200N, ao serem testados a 0,105 m/s apresentariam uma a<strong>de</strong>são e um<br />
69
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
<strong>de</strong>sgaste muito maior, portanto foi testado apenas a velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> 0,314 m/s. Como<br />
veremos a seguir, esta velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> 0,105 m/s foi utilizada para que fosse possível<br />
i<strong>de</strong>ntificar qual, entre os materiais com elevada resistência, se comportaria melhor. Os<br />
resultados <strong>de</strong>stes testes estão expostos a seguir.<br />
Testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 500N e 0,314m/s – Distaloys Tratados Termicamente:<br />
Tabela 22: Resultados dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 500N nos Distaloys tratados<br />
termicamente.<br />
Material/<br />
Densida<strong>de</strong> (g/cm 3 )<br />
AE* – Tratado<br />
Termicamente (6,9)<br />
AE* – Tratado<br />
Termicamente (7,1)<br />
AE* – Cementado<br />
(6,9)<br />
AE* – Cementado<br />
(7,1)<br />
DH* – Sintertemp. +<br />
revenido (6,9)<br />
DH*– Sintertemp. +<br />
revenido (7,1)<br />
DH*– Sintertemp.<br />
(6,9)<br />
DH*– Sintertemp.<br />
(7,1)<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste<br />
após 565,2m (m 2 /N)<br />
Coeficiente <strong>de</strong><br />
atrito médio<br />
9,4x10 -15 0,29<br />
1,1x10 -14 0,34<br />
8,5x10 -15 0,32<br />
7,1x10 -15 0,30<br />
5,0x10 -15 0,28<br />
4,7x10 -15 0,26<br />
4,1x10 -15 0,28<br />
2,8x10 -15 0,26<br />
Nota<br />
Durante os<br />
primeiros 15 min o<br />
coeficiente <strong>de</strong> atrito<br />
era 0,32.<br />
Durante os<br />
primeiros 15 min o<br />
coeficiente <strong>de</strong> atrito<br />
era 0,34.<br />
As amostras <strong>de</strong> DistaloyAE* e DistaloyAE acima, apresentaram um comportamento ao<br />
<strong>de</strong>sgaste ligeiramente inferior ou igual às mesmas quando testadas a 200N, enquanto nas<br />
amostras <strong>de</strong> DistaloyDH* este comportamento foi sensivelmente superior . Esta diferença<br />
ocorre, provavelmente, <strong>de</strong>vido ao mesmo motivo <strong>de</strong>scrito anteriormente, ou seja, a<br />
microestrutura das amostras, sendo que aquelas que apresentam maior taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste<br />
apresentam a fase austenítica, que apresenta uma baixa resistência ao <strong>de</strong>sgaste, e<br />
aquelas mais resistentes não apresentam esta fase.<br />
O valor do coeficiente <strong>de</strong> atrito para todas as amostras é inferior aquele encontrado<br />
durante ensaio a 200N, causa provavelmente da presença do mecanismo <strong>de</strong> tribooxidação.<br />
70
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
A seguir estão representados os resultados das análises após <strong>de</strong>sgaste para os<br />
materiais DistaloyAE* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 ) e DistaloyDH* sintertemperado (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong><br />
7,1 g/cm 3 ), pois entre as amostras foram os quais apresentaram uma menor e maior taxa<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, respectivamente, com o intuito <strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificar o mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgate.<br />
Análise Pós Desgaste:<br />
a<br />
DistaloyAE* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 ) – Tratado Termicamente<br />
(Força 500N – Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
Figura 44: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b).<br />
a b c<br />
b<br />
Figura 45: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no<br />
intervalo <strong>de</strong> 0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM).<br />
71
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
a<br />
Figura 46: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-<br />
15min e 60-90 min (ESEM).<br />
DistaloyDH* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,1 g/cm 3 ) – SinterTemperado<br />
(Força 500N – Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
Figura 47: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b).<br />
a b c<br />
b<br />
Figura 48: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no<br />
intervalo <strong>de</strong> 0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM).<br />
72
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
a b<br />
Figura 49: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-<br />
15min (a) e no intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (b) (ESEM).<br />
Analisando a secção transversal (figs. 44 e 47), das amostras acima o que vemos é<br />
uma acentuada <strong>de</strong>formação plástica, principalmente na amostra <strong>de</strong> DistaloyAE* que<br />
apresentou maior taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, na amostra <strong>de</strong> DistaloyDH* esta <strong>de</strong>formação é<br />
menor. Esta diferença é <strong>de</strong>vido a amostra <strong>de</strong> DistaloyAE* apresentar uma microestrutura<br />
muito dúctil, que não suporta a fragilização subsuperficial, e principalmente neste caso,<br />
<strong>de</strong>vido a gran<strong>de</strong> oxidação, não é suficientemente resistente para fixar a camada <strong>de</strong> óxido,<br />
<strong>de</strong>sgastando-se, o que não acontece na amostra <strong>de</strong> DistaloyDH* que é mais resistente.<br />
O mecanismo <strong>de</strong> tribo-oxidação é i<strong>de</strong>ntificado, <strong>de</strong>vido a presença <strong>de</strong> fragmentos <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste oxidados (figs. 45 e 48), e da superfície <strong>de</strong>sgastada (figs. 44 e 47), que<br />
apresenta uma camada <strong>de</strong> óxido compactada. Neste caso a camada <strong>de</strong> óxido foi formada<br />
pois a força normal utilizada era suficientemente gran<strong>de</strong> para compactar os fragmentos <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste na superfície das amostras.<br />
73
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 500N e 0,105m/s – Distaloys Tratados Termicamente:<br />
Tabela 23: Resultados dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 500N nos Distaloys tratados<br />
termicamente.<br />
Material/<br />
Densida<strong>de</strong> (g/cm 3 )<br />
AE – Cementado<br />
(6,9)<br />
AE – Cementado<br />
(7,1)<br />
DH* – Sintertemp.<br />
+ revenido (6,9)<br />
DH*– Sintertemp. +<br />
revenido (7,1)<br />
DH*– Sintertemp.<br />
(6,9)<br />
DH*– Sintertemp.<br />
(7,1)<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste<br />
após 189m (m 2 /N)<br />
Coeficiente <strong>de</strong><br />
atrito médio<br />
8,0x10 -15 0,62<br />
9,5x10 -15 0,61<br />
1,0x10 -14 0,55<br />
8,7x10 -15 0,55<br />
5,6x10 -15 0,59<br />
5,1x10 -15 0,57<br />
Nota<br />
Como previsto, a uma velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento <strong>de</strong> 0,105 m/s o mecanismo <strong>de</strong><br />
a<strong>de</strong>são seria evi<strong>de</strong>nciado, o qual se nota principalmente <strong>de</strong>vido ao elevado valor do<br />
coeficiente <strong>de</strong> atrito e do aumento da taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste. Mas, ainda assim, as amostras<br />
apresentaram um bom comportamento ao <strong>de</strong>sgaste, sendo todos os valores consi<strong>de</strong>rados<br />
mo<strong>de</strong>rados (tabela 1, capítulo 2).<br />
Novamente, a amostra <strong>de</strong> DistaloyDH* sintertemperado apresentou a menor taxa <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste e neste caso como não foram analisadas as amostras <strong>de</strong> DistaloyAE*, as que<br />
apresentaram um pior comportamento foram as amostras DAE e DDH2 sintertemp+rev.,<br />
apresentando comportamento ao <strong>de</strong>sgaste semelhantes.<br />
A análise após o ensaio tribológico foi realizado, mas não será apresentada, pois os<br />
materiais apresentaram um comportamento similar àqueles testados a 200N, ou seja, a<br />
superfície <strong>de</strong>sgastada é igual, ou seja, com marcas <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a<strong>de</strong>sivo e a secção<br />
transversal com <strong>de</strong>formação plástica. A maior diferença encontrada foi nos fragmentos <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste, os quais eram praticamente óxidos, este fenômeno ocorre provavelmente<br />
<strong>de</strong>vido a baixa velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, porque assim os fragmentos têm uma maior<br />
dificulda<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>ixar a região <strong>de</strong> contato amostra-contracorpo, oxidando-se.<br />
Outra vez o provável mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste atuante foi o <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são com contributo<br />
da tribo-oxidação.<br />
A seguir, tabela 24, apresenta os resultados resumidos dos ensaios <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste das<br />
amostras somente sinterizadas e das sinterizadas e tratadas termicamente.<br />
74
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Tabela 24: Resumo dos resultados obtidos com os ensaios <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para os Distaloys<br />
Material 100N<br />
0,314 m/s<br />
DistaloyAE*-<br />
sinterizado<br />
DistaloyAEsinterizado<br />
DistaloyAE*-<br />
Trat. Term.<br />
DistaloyAE -<br />
cementado<br />
DistaloyDH*sintert.+rev.<br />
DistaloyDH*-<br />
Sintertemp.<br />
Taxa <strong>de</strong> Desgaste Específico, Ka (m 2 /N)<br />
200N<br />
0,314 m/s<br />
≈ 4,6x10 -14 ≈ 6,4x10 -14<br />
≈ 8,5x10 -14 1,6x10 -13<br />
500N<br />
0,314 m/s<br />
≈ 1,0x10 -14 ≈ 1,0x10 -14<br />
500N<br />
0,105 m/s<br />
≈ 5,8x10 -15 ≈ 7,8x10 -15 ≈ 8,8x10 -15<br />
≈ 5,8x10 -15 ≈ 4,8x10 -15 ≈ 9,4x10 -15<br />
≈ 4,1x10 -15 ≈ 3,4x10 -15 ≈ 5,4x10 -15<br />
75<br />
Mecanismo(s)<br />
<strong>de</strong> Desgaste<br />
A<strong>de</strong>são (run-in)<br />
e tribo-oxidação<br />
(200N) e a<strong>de</strong>são<br />
(100N).<br />
Tribo-oxidação<br />
(run-in), após<br />
a<strong>de</strong>são a 200N e<br />
500N (0,105<br />
m/s) e tribooxidação<br />
a 500N<br />
(0,314 m/s).<br />
Comparando os resultados a 100N e a 200N para os Distaloys apenas sinterizados o<br />
que vemos é uma pequena variação na taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, mas o suficiente para i<strong>de</strong>ntificar<br />
a qual condição e qual material comporta-se melhor. Ou seja, as amostras <strong>de</strong> DistaloyAE*<br />
apresentaram um melhor comportamento ao <strong>de</strong>sgaste em qualquer condição <strong>de</strong> análise<br />
quando comparadas com as amostras <strong>de</strong> DistaloyAE (mais dúctil, C ausente), sendo que<br />
entre os ensaios realizados o melhor <strong>de</strong>sempenho foi quando aplicada uma força <strong>de</strong> 100N<br />
e uma velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento <strong>de</strong> 0,314 m/s.<br />
Quando comparamos os resultados <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para os Distaloys tratados<br />
termicamente o que vemos foi uma pequena variação na taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para diferentes<br />
forças e velocida<strong>de</strong>s aplicadas. Foi possível i<strong>de</strong>ntificar que o material que <strong>de</strong>sempenha o<br />
melhor comportamento ao <strong>de</strong>sgaste é o DistaloyDH* sintertemperado, apresentando<br />
sempre um bom resultado em qualquer condição <strong>de</strong> análise. Já o DistaloyAE* tratado<br />
termicamente foi o que apresentou a menor resistência ao <strong>de</strong>sgaste entre os Distaloys<br />
tratados, provavelmente <strong>de</strong>vido ao fato <strong>de</strong> apresentar uma fase austenítica rica em níquel<br />
que não é muito resistente a este tipo <strong>de</strong> esforço e a fadiga subsuperficial.<br />
A porosida<strong>de</strong> em todos os casos não influenciou no resultado final das análises,<br />
provavelmente <strong>de</strong>vido aos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste entrarem nos poros fechando-os.<br />
Po<strong>de</strong>-se dizer que apesar do mecanismo <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são e <strong>de</strong> algumas amostras<br />
apresentarem taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste inferior à outras, o resultado <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste encontrado em<br />
todas as amostra e em todas as condições foi bom, estando sempre na faixa <strong>de</strong> valores<br />
do <strong>de</strong>sgaste mo<strong>de</strong>rado (tabela 1, capítulo 2).
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
4.2.2 LIGAS DE BRONZE E Fe+Cu<br />
As análises <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste em todas as amostras <strong>de</strong> bronze e Fe+Cu foram iniciadas<br />
através da aplicação <strong>de</strong> uma força normal <strong>de</strong> 100N e uma velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong><br />
0,314m/s. Estes parâmetros foram escolhidos como referência, da mesma forma como foi<br />
realizado para as amostras <strong>de</strong> Distaloys, ou seja, <strong>de</strong>pois da análise <strong>de</strong>stes é que foram<br />
i<strong>de</strong>ntificados os outros parâmetros para os posteriores testes. Os resultados, discussões e<br />
prosseguimento dos testes estão <strong>de</strong>scritos a seguir.<br />
4.2.2.1 Bronzes<br />
Testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 100N e 0,314m/s – Bronzes:<br />
Volume Desgastado[x10 -6 ,m 3 ]<br />
0,09<br />
0,08<br />
0,07<br />
0,06<br />
0,05<br />
0,04<br />
0,03<br />
0,02<br />
0,01<br />
B - Sinterizado<br />
(Força 100N - Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
Densida<strong>de</strong> 6,6<br />
Densida<strong>de</strong> 7,0<br />
0,00<br />
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800<br />
Distancia <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento [m]<br />
Figura 50: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material B sinterizado.<br />
Tabela 25: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> B sinterizado.<br />
Material<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste após<br />
565,2m (m 2 /N)<br />
B – <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,6 g/cm 3 3,9x10 -13<br />
B – <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 7,0 g/cm 3 3,15x10 -13<br />
76
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
1,0<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
B - Densida<strong>de</strong> 6,6<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
1,0<br />
a b<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
B - Densida<strong>de</strong> 7,0<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
Figura 51: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,6 (a) e 7,0 (b) g/cm 3 .<br />
Volume <strong>de</strong>sgastado [x10 -6 ,m 3 ]<br />
0,0016<br />
0,0014<br />
0,0012<br />
0,0010<br />
0,0008<br />
0,0006<br />
0,0004<br />
0,0002<br />
0,0000<br />
-0,0002<br />
B2 - Sinterizado<br />
(Força 100N - Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
Densida<strong>de</strong> 6,4<br />
Densida<strong>de</strong> 6,8<br />
-0,0004<br />
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800<br />
Distancia <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento [m]<br />
Figura 52: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material B2 sinterizado.<br />
Tabela 26: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> B2 sinterizado.<br />
Material<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste após<br />
565,2m (m 2 /N)<br />
B2 – <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,4 g/cm 3 9,42x10 -15<br />
B2 – <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,8 g/cm 3 6,09x10 -15<br />
77
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
B2 - Densida<strong>de</strong> 6,4<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
B2 - Densida<strong>de</strong> 6,8<br />
a b<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
Figura 53: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 6,4 (a) e 6,8 (b) g/cm 3 .<br />
As amostras B, expostas acima, apresentaram uma taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste um tanto severa,<br />
quando comparadas aos valores <strong>de</strong> taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste da tabela 1 capítulo 2, e um valor<br />
<strong>de</strong> coeficiente <strong>de</strong> atrito muito alto, causados, provavelmente, <strong>de</strong>vido ao contato a<strong>de</strong>sivo.<br />
Já as amostras <strong>de</strong> B2 apresentaram um ótimo resultado ao <strong>de</strong>sgaste, <strong>de</strong>vido a<br />
presença da grafita que tem uma função lubrificante, formando uma camada na superfície<br />
<strong>de</strong> contato diminuindo assim o atrito, fig. 53, e consequentemente evitando o fenômeno<br />
<strong>de</strong> a<strong>de</strong>são. Po<strong>de</strong>-se notar claramente na fig. 53 que ao <strong>de</strong>correr do tempo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste<br />
essa grafita vai per<strong>de</strong>ndo seu efeito lubrificante e como consequência o valor do<br />
coeficiente <strong>de</strong> atrito aumenta. Um outro motivo por este material ter um melhor<br />
comportamento ao <strong>de</strong>sgaste é o fato <strong>de</strong> ter uma microestrutura muito mais homogênea<br />
que o B (ver capítulo 3).<br />
Ambas as amostras apresentaram fase <strong>de</strong> run-in, entretanto nas amostras B esta fase<br />
apresenta uma taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste mais elevada que no estágio 1, provavelmente <strong>de</strong>vido<br />
maior a<strong>de</strong>são inicial, já nas amostras B2 este run-in parece ser oxidativo, com posterior<br />
estágio 1 e estágio 2, on<strong>de</strong> acontece o progressivo aumento do contato a<strong>de</strong>sivo.<br />
Para uma melhor caracterização do mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste ocorrido nestas amostras,<br />
foi realizada uma análise nestas após <strong>de</strong>sgaste. A seguir está representado o resultado<br />
da análise do material B (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,6 g/cm 3 ) e do B2 (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,4 g/cm 3 ), pois entre<br />
as amostras foram os quais apresentaram uma maior taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste e on<strong>de</strong> po<strong>de</strong>-se<br />
verificar nitidamente o mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste presente.<br />
78
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Análise Pós Desgaste:<br />
B (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,6 g/cm 3 ) – Sinterizado<br />
(Força 100N – Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
a b<br />
Figura 54: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b).<br />
a b c<br />
Figura 55: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no<br />
intervalo <strong>de</strong> 0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM).<br />
Figura 56: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-<br />
15min e 60-90 min (ESEM).<br />
79
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
B2 (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,4 g/cm 3 ) – Sinterizado<br />
(Força 100N – Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
a b<br />
Figura 57: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b).<br />
a b<br />
Figura 58: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no<br />
intervalo <strong>de</strong> 30-90min (ESEM).<br />
Figura 59: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 30-<br />
90min (ESEM).<br />
80
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Analisando a secção transversal, os fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste e a superfície <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste da amostra B, foi confirmada a presença do mecanismo <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são, <strong>de</strong>vido a<br />
<strong>de</strong>formação plástica encontrada na região <strong>de</strong> contato (fig. 54) e da presença <strong>de</strong><br />
fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste metálicos durante todos os minutos <strong>de</strong> teste (figs. 55 e 56).<br />
Po<strong>de</strong>-se notar também que a presença <strong>de</strong> fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste compactados na<br />
região <strong>de</strong> contato (figs. 54 e 55).<br />
Nas amostras <strong>de</strong> B2 a <strong>de</strong>formação plástica praticamente não ocorreu, fig 56, e quando<br />
observamos a superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (fig. 57), que não apresenta traços <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são, mas<br />
sim certo grau <strong>de</strong> oxidação, e os fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (fig. 58), os quais são oxidados,<br />
o que suponhamos é que o mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste nestas amostras é o <strong>de</strong> tribooxidação,<br />
seguido posteriormente <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são.<br />
Após a análise dos resultados <strong>de</strong>stes testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 100N e 0,314m/s e <strong>de</strong>vido<br />
as amostras apresentarem um comportamento muito diferente entre si, o proseguimento<br />
dos testes foi realizado com o intuito <strong>de</strong> encontrar uma condição <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste on<strong>de</strong> a<br />
amostra B <strong>de</strong>sempenhe um melhor comportamento e on<strong>de</strong> a amostra B2 apresente algum<br />
pioramento, assim in<strong>de</strong>ntificamos os pontos fortes e fracos <strong>de</strong> ambas. Como a 100N<br />
obtivemos um resultado um pouco severo para as amostras B, e como estas amostras<br />
(buchas) quando em funcionamento não são expostas a uma força normal muito elevada,<br />
e sim a uma alta velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento, os testes prosseguiram com a aplicação <strong>de</strong><br />
30N <strong>de</strong> força, com a mesma velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento <strong>de</strong> antes e a 100N com uma<br />
velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento <strong>de</strong> 0,838 m/s, mas neste caso, para o material B somente foi<br />
testada a amostra com 6,6 g/cm 3 <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>, pois o contracorpo utilizado apresentava<br />
problemas e porisso não foi possível realizar o ensaio para todas as amostras. A amostra<br />
com <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> <strong>de</strong> 6,6 g/cm 3 foi escolhida porque é aquela que sofre maior <strong>de</strong>sgaste, e<br />
como entre as 2 <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s (7 e 6,6 g/cm 3 ) não foram encontradas gran<strong>de</strong>s diferenças<br />
<strong>de</strong> valores durante os testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, nesse caso po<strong>de</strong>-se dizer que não seria<br />
diferente.<br />
A seguir estão expostos os resultados encontrados durante este segundo teste.<br />
81
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 30N e 0,314m/s – Bronzes:<br />
Tabela 27: Resultados dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 30N para bronzes.<br />
Material/<br />
Densida<strong>de</strong> (g/cm 3 )<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste<br />
após 565,2m (m 2 /N)<br />
Coeficiente <strong>de</strong><br />
atrito médio<br />
B – Sinterizado (6,6) 1,2x10 -12 0,7<br />
B – Sinterizado (7,0) 9,9x10 -13 0,98<br />
B2 – Sinterizado (6,4) 1,05x10 -14 0,14 - 0,20<br />
B2 – Sinterizado (6,8) 9,92x10 -15 0,10<br />
Nota<br />
As amostras testadas a 30N apresentaram uma taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste ligeiramente mais<br />
elevada que as mesmas quando testadas a 100N, <strong>de</strong>vido, provavelmente, ao aumento do<br />
mecanismo <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são quando aplicamos forças menores, como aconteceu nas amostras<br />
<strong>de</strong> Distaloys tratadas termicamente, quando testadas a velocida<strong>de</strong>s menores (0,105 m/s).<br />
O coeficiente <strong>de</strong> atrito para as amostras B2 não apresentaram um gran<strong>de</strong> aumento<br />
com o tempo como quando testadas a 100N, o que nos faz intuir que a camada<br />
lubrificante formada pela grafita a 30N apresenta uma boa resistência, praticamente não<br />
per<strong>de</strong>ndo suas proprieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> lubrificante.<br />
Ambas as amostras apresentaram fase <strong>de</strong> run-in praticamente iguais aquelas a 100N,<br />
entretanto nas amostras B2 este run-in parece ser oxidativo, com posterior estágio 1,<br />
on<strong>de</strong> possivelmente o material se <strong>de</strong>sgasta <strong>de</strong>vido a fadiga subsuperficial causada pelo<br />
contato cíclico pois estes materiais não apresentam uma microestrutura muito resistente,<br />
o que também dificulta a fixar a camada <strong>de</strong> óxido formada.<br />
A análise após <strong>de</strong>sgaste foi realizada mas não será apresentada <strong>de</strong>vido os resultados<br />
serem iguais aqueles a 100N, somente um pouco mais severos, com uma maior<br />
<strong>de</strong>formação plástica da secção transversal <strong>de</strong> ambas as amostras, e fragmentos<br />
metálicos para amostra B e oxidados para a B2. O mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste<br />
provavelmente foi o mesmo que a 100N, a<strong>de</strong>são em B com <strong>de</strong>sgaste consi<strong>de</strong>rado severo<br />
(tabela 1, capítulo2) e tribo-oxidação em B2, com <strong>de</strong>sgaste consi<strong>de</strong>rado mo<strong>de</strong>rado (tabela<br />
1, capítulo 2).<br />
82
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 100N e 0,838m/s – Bronzes:<br />
Tabela 28: Resultados dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 100N para bronzes.<br />
Material/<br />
Densida<strong>de</strong> (g/cm 3 )<br />
B – Sinterizado<br />
(6,6)<br />
B2 – Sinterizado<br />
(6,4)<br />
B2 – Sinterizado<br />
(6,8)<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste<br />
após 1508,4m (m 2 /N)<br />
Coeficiente <strong>de</strong><br />
atrito médio<br />
1,1x10 -13 0,68<br />
2,81x10 -13 0,15 - 0,56<br />
3,78x10 -13 0,16 - 0,58<br />
Nota<br />
83<br />
Durante os primeiros<br />
15 min o coeficiente<br />
<strong>de</strong> atrito é constante<br />
(0,15), <strong>de</strong>pois<br />
aumenta até 0,56.<br />
Coeficiente <strong>de</strong> atrito<br />
aumenta <strong>de</strong> 0,16<br />
para 0,58 no<br />
intervalo <strong>de</strong> 30 min,<br />
<strong>de</strong>pois permanece<br />
constante.<br />
Nestes testes a 100N e 0,838 m/s o que po<strong>de</strong>mos observar foi um aumento na taxa <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste para as amostras B2, e um <strong>de</strong>créscimo para as amostras B.<br />
O coeficiente <strong>de</strong> atrito para as amostras B apresentou um <strong>de</strong>créscimo em relação ao<br />
mesmo encontrado durante os outros ensaios, o que po<strong>de</strong> ser <strong>de</strong>vido a uma oxidação da<br />
amostra. Já as amostras B2 tiveram um aumento no valor <strong>de</strong> atrito, pois a camada<br />
lubrificante <strong>de</strong> grafita neste caso apresentou uma baixa resistência, per<strong>de</strong>ndo<br />
rapidamente sua proprieda<strong>de</strong> lubrificante.<br />
Também neste caso a fase <strong>de</strong> run-in aconteceu, para as amostras B o run-in<br />
apresentou uma taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste mais elevada que no estágio 1, provavelmente <strong>de</strong>vido<br />
maior a<strong>de</strong>são inicial e posterior tribo-oxidação. Nas amostras B2 este run-in parece ser<br />
oxidativo, com posterior estágio 1 o qual é caracterizado pelo contato a<strong>de</strong>sivo.<br />
Para uma melhor caracterização do mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste ocorrido nestas amostras,<br />
foi realizada uma análise nestas após <strong>de</strong>sgaste. A seguir estão dispostos os resultados<br />
<strong>de</strong>stas análises para as amostras B (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,6 g/cm 3 ) e B2 (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,8 g/cm 3 ),<br />
pois foram aquelas as quais apresentaram uma maior taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste. Nestas análises<br />
estão <strong>de</strong>monstrados apenas os resultados dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste e da superfície <strong>de</strong><br />
contato, sem apresentar a secção transversal, pois esta apresenta apenas uma maior<br />
<strong>de</strong>formação plástica para as amostras B2, comparando às amostras testadas<br />
anteriormente a 100N e 30N, caracterizando a<strong>de</strong>são.
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Análise Pós Desgaste:<br />
a b<br />
B (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,6 g/cm 3 ) – Sinterizado<br />
(Força 100N – Velocida<strong>de</strong> 0,838m/s)<br />
Figura 60: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no<br />
intervalo <strong>de</strong> 0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM).<br />
Figura 61: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-<br />
15min (a) e no intervalo <strong>de</strong> 60-90min (b)(ESEM).<br />
c<br />
a b<br />
84
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
B2 (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,8 g/cm 3 ) – Sinterizado<br />
(Força 100N – Velocida<strong>de</strong> 0,838m/s)<br />
a b c<br />
Figura 62: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no<br />
intervalo <strong>de</strong> 0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM).<br />
Figura 63: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-<br />
15min e 60-90min (ESEM).<br />
Analisando as amostras B após <strong>de</strong>sgaste, fig. 60 , foi possível i<strong>de</strong>ntificar a presença <strong>de</strong><br />
oxidação na amostra após os primeiros 15 minutos <strong>de</strong> ensaio, provavelmente por este<br />
motivo que o coeficiente <strong>de</strong> atrito e a taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste apresentaram um melhor<br />
resultado. O mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste foi o <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são seguido <strong>de</strong> tribo-oxidação.<br />
Nas amostras B2 também foi i<strong>de</strong>ntificado a presença <strong>de</strong> uma pequena quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong><br />
óxido, fig. 62, mas o mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste é a a<strong>de</strong>são, <strong>de</strong>vido a marcas a<strong>de</strong>sivas na<br />
superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, fig. 62, aos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste com dimensões muito<br />
gran<strong>de</strong>s, e ao elevado valor <strong>de</strong> atrito já mencionado anteriormente (tabela 28).<br />
Neste caso a taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para os dois materiais são consi<strong>de</strong>radas severas<br />
segunda a tabela 1, capítulo 2.<br />
85
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
4.2.2.2 Ligas <strong>de</strong> Fe+Cu<br />
Testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 100N e 0,314m/s – Ligas a base <strong>de</strong> Fe+Cu:<br />
Volume <strong>de</strong>sgastado [x10 -6 ,m 3 ]<br />
0,040<br />
0,035<br />
0,030<br />
0,025<br />
0,020<br />
0,015<br />
0,010<br />
0,005<br />
F - Sinterizado<br />
(Força 100N - Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
Densida<strong>de</strong> 5,8<br />
Densida<strong>de</strong> 6,2<br />
0,000<br />
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800<br />
Distancia <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento [m]<br />
Figura 64: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material F sinterizado.<br />
Tabela 29: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> F sinterizado.<br />
Material<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste após<br />
565,2m (m 2 /N)<br />
F – <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 5,8g/cm 3 1,25x10 -13<br />
F – <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,2g/cm 3 1,65x10 -13<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
1,0<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
F - Densida<strong>de</strong> 5,8<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
1,0<br />
a b<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
F - Densida<strong>de</strong> 6,2<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
Figura 65: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 5,8 (a) e 6,2 (a) g/cm 3 .<br />
86
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Volume <strong>de</strong>sgastado [x10 -6 ,m 3 ]<br />
1,4<br />
1,2<br />
1,0<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
0,0<br />
F* - Sinterizado<br />
(Força 100N - Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
Densida<strong>de</strong> 5,8<br />
Densida<strong>de</strong> 6,2<br />
-0,2<br />
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800<br />
Distancis <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento [m]<br />
Figura 66: Resultados do teste <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material F* sinterizado.<br />
Tabela 30: Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> F* sinterizado.<br />
Material<br />
F* – <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 5,8g/cm 3<br />
F* – <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,2g/cm 3<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
F * - Densida<strong>de</strong> 5,8<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste após<br />
565,2m (m 2 /N)<br />
7,3x10 -12<br />
(7,8x10 -14 no início)<br />
1,12x10 -11<br />
(1,3x10 -14 no início)<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Tempo [s]<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
F * - Densida<strong>de</strong> 6,2<br />
a b<br />
Coeficiente <strong>de</strong> Atrito<br />
0,0<br />
0 1000 2000 3000<br />
Tempo [s]<br />
4000 5000 6000<br />
Figura 67: Andamento do coeficiente <strong>de</strong> atrito para <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s 5,8 (a) e 6,2 (a) g/cm 3 .<br />
87
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
As amostras F, expostas acima, apresentaram uma boa taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, consi<strong>de</strong>rada<br />
mo<strong>de</strong>rada segundo tabela 1 capítulo 2 , apresentando um valor <strong>de</strong> coeficiente <strong>de</strong> atrito um<br />
pouco elevado, provavelmente causados <strong>de</strong>vido ao contato a<strong>de</strong>sivo.<br />
Já as amostras <strong>de</strong> F* apresentaram um ótimo resultado ao <strong>de</strong>sgaste (praticamente não<br />
<strong>de</strong>sgastando-se) nos primeiros minutos <strong>de</strong> teste, run-in, <strong>de</strong>vido a presença da grafita que<br />
tem uma função lubrificante, formando uma camada na superfície <strong>de</strong> contato diminuindo<br />
assim o atrito, fig. 67, e consequentemente evitando o fenômeno <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são. Po<strong>de</strong>-se<br />
notar claramente na fig. 67 que ao <strong>de</strong>correr do tempo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, igualmente como<br />
aconteceu para o material B2, essa grafita vai per<strong>de</strong>ndo seu efeito lubrificante e como<br />
consequência o valor do coeficiente <strong>de</strong> atrito aumenta. Quando isso ocorre o<br />
comportamento do <strong>de</strong>sgaste é totalmente severo, porque a amostra se a<strong>de</strong>re ao<br />
contracorpo e <strong>de</strong>sgaste-se violentamente. A seguir, fig. 68, está <strong>de</strong>monstrado a situação<br />
da amostra e do contracorpo após a realização do ensaio.<br />
As amostras F* apresentaram uma fase <strong>de</strong> run-in e estágio 1 bem <strong>de</strong>finidas, sendo<br />
estas praticamente oxidativa e a<strong>de</strong>siva, respectivamente, entretanto nas amostras F* a<br />
fase <strong>de</strong> run-in foi praticamente inexistente, apresentando um comportamento ao <strong>de</strong>sgaste<br />
quase constante e provavelmente a<strong>de</strong>sivo.<br />
a b<br />
Figura 68: Amostra F* (a) e contracorpo (b) após prova <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 100N.<br />
O porque <strong>de</strong>sta a<strong>de</strong>são da amostra ao contracorpo (fig. 68) não foi esclarecida porque<br />
não foi possível analisar a composição do material a<strong>de</strong>rido ao contracorpo, pois não era<br />
possível <strong>de</strong>struí-lo para análise ao ESEM.<br />
Para a confirmação do mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste ocorrido nestas amostras, foi realizada<br />
uma análise nestas após <strong>de</strong>sgaste. A seguir está representado o resultado da análise do<br />
88
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
material F (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,2 g/cm 3 ) e do F* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,2 g/cm 3 ), pois entre as amostras<br />
foram os quais apresentaram uma maior taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste e on<strong>de</strong> po<strong>de</strong>-se verificar<br />
nitidamente o mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste presente.<br />
Análise Pós Desgaste:<br />
F (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,2 g/cm 3 ) – Sinterizado<br />
(Força 100N – Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
a b<br />
Figura 69: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b).<br />
a b c<br />
Figura 70: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no<br />
intervalo <strong>de</strong> 0-15min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM).<br />
89
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
a<br />
Figura 71: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-<br />
15min e 60-90 min (ESEM).<br />
F* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 6,2 g/cm 3 ) – Sinterizado<br />
(Força 100N – Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
Figura 72: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b).<br />
a b c<br />
b<br />
Figura 73: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no<br />
intervalo <strong>de</strong> 30-60 min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM).<br />
90
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
a<br />
Figura 74: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 30-60<br />
min (a) e no intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (b)(ESEM).<br />
Analisando a secção transversal, os fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste e a superfície <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste da amostra F, foi confirmada a presença do mecanismo <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são, <strong>de</strong>vido a<br />
<strong>de</strong>formação plástica encontrada na região <strong>de</strong> contato (fig. 69) e da presença <strong>de</strong> traços<br />
a<strong>de</strong>sivos na superfície <strong>de</strong> contato (fig. 70). No entanto as amostras apresentaram durante<br />
todo o período <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste oxidados (figs. 70 e 71), o qual é<br />
proveniente do <strong>de</strong>sgaste por <strong>de</strong>slizamento, porque os fragmentos permanecem na região<br />
<strong>de</strong> contato e oxidan-se, este mecanismo já foi explicado no capítulo 2 e para os Distaloys,<br />
e também <strong>de</strong>vido ao fato <strong>de</strong>stas amostras serem praticamente <strong>de</strong> Fe puro, o qual oxidase<br />
facilmente.<br />
Nas amostras <strong>de</strong> F* foi observado a presença <strong>de</strong> fragmentos oxidados durante os<br />
primeiros minutos <strong>de</strong> ensaio, e <strong>de</strong>vido ao baixo coeficiente <strong>de</strong> atrito po<strong>de</strong>-se confirmar que<br />
no início o mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste era a tribo-oxidação. Quando a grafita per<strong>de</strong> seu<br />
efeito lubrificante, este mecanismo é alterado e vemos a presença da a<strong>de</strong>são, figs. 72 e<br />
73.<br />
Após a análise dos resultados <strong>de</strong>stes testes a 100N e 0,314m/s e <strong>de</strong>vido as amostras<br />
F* apresentarem um comportamento ao <strong>de</strong>sgaste severo, o proseguimento dos testes foi<br />
realizado com o intuito <strong>de</strong> encontrar uma condição <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste on<strong>de</strong> as amostras<br />
<strong>de</strong>sempenhem um melhor comportamento, assim in<strong>de</strong>ntificamos os pontos fortes e fracos<br />
<strong>de</strong> ambas. Como a 100N obtivemos um resultado um pouco severo e como estas<br />
amostras têm a mesma função e <strong>de</strong>senvolvem o mesmo tipo <strong>de</strong> esforço que aquelas <strong>de</strong><br />
bronze, o prosseguimento dos testes será igual, ou seja, com a aplicação <strong>de</strong> 30N <strong>de</strong> força<br />
normal, com a mesma velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> antes e a 100N com uma velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong> 0,838 m/s, mas neste caso, para ambas as amostras somente foram<br />
testadas as amostras com 6,2 g/cm 3 <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>, pois o contracorpo utilizado<br />
91<br />
b
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
apresentava problemas, como já mencionado para as amostras B e B2, e porisso não foi<br />
possível realizar o ensaio para todas as amostras. As amostras com <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> <strong>de</strong> 6,2<br />
g/cm 3 foram escolhidas porque foram as que apresentaram maior taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, e<br />
como entre as 2 <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s (5,8 e 6,2 g/cm 3 ) não foram encontradas gran<strong>de</strong>s diferenças<br />
<strong>de</strong> valores durante os testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, nesse caso po<strong>de</strong>-se consi<strong>de</strong>rar que ocorreria a<br />
mesma coisa.<br />
A seguir estão expostos os resultados encontrados durante este segundo teste.<br />
Testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 30N e 0,314m/s – Ligas a base <strong>de</strong> Fe+Cu:<br />
Tabela 31: Resultados dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 30N para ligas a base <strong>de</strong> Fe+Cu.<br />
Material/<br />
Densida<strong>de</strong> (g/cm 3 )<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste<br />
após 565,2m (m 2 /N)<br />
Coeficiente <strong>de</strong><br />
atrito médio<br />
F – Sinterizado (5,8) 6,66x10 -14 0,58<br />
F – Sinterizado (6,2) 6,31x10 -14 0,59<br />
F* – Sinterizado (5,8) 3,54x10 -14 0,1 - 0,18<br />
F* – Sinterizado (6,2) 1,03x10 -14 0,12 - 0,18<br />
Nota<br />
92<br />
Coeficiente <strong>de</strong> atrito<br />
muda apos 70 min,<br />
e aumenta até 0,60.<br />
As amostras acima testadas a 30N apresentaram um ótimo comportamento ao<br />
<strong>de</strong>sgaste comparando-se aquelas a 100N, este resultado foi um pouco diferente<br />
comparado aquelas <strong>de</strong> bronze, as quais tiveram um pior rendimento, isso ocorreu<br />
provavelmente <strong>de</strong>vido a presença da matriz ferrosa, a qual oxida-se rapidamente quando<br />
a baixa velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento.<br />
Como po<strong>de</strong>-se perceber nas amostras F* o coeficiente <strong>de</strong> atrito apresentou valores<br />
baixos, juntamente com a taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, o que nos faz intuir que a camada lubrificante<br />
formada pela grafita a 30N apresenta uma boa resistência, praticamente não per<strong>de</strong>ndo<br />
suas proprieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> lubrificante assim a amostra não a<strong>de</strong>riu ao contracorpo envitando o<br />
mecanismo <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são. As amostras <strong>de</strong> F apresentaram um <strong>de</strong>créscimo nos valores <strong>de</strong><br />
taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste e um <strong>de</strong>créscimo, não muito acentuado, do coeficiente <strong>de</strong> atrito,<br />
apresentando uma fase <strong>de</strong> run-in provavelmente caracterizada pelo mecanismo <strong>de</strong><br />
a<strong>de</strong>são, e um estágio 1 provavelmente tribo-oxidativo.<br />
Para uma melhor caracterização do mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste ocorrido nestas amostras,<br />
foi realizada uma análise após <strong>de</strong>sgaste. A seguir estão dispostos os resultados <strong>de</strong>stas
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
análises para as amostras F (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 5,8 g/cm 3 ) e F* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 5,8 g/cm 3 ), pois foram<br />
aquelas as quais apresentaram uma maior taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste.<br />
Análise Pós Desgaste:<br />
a<br />
a<br />
F (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 5,8 g/cm 3 ) – Sinterizado<br />
(Força 30N – Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
Figura 75: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b).<br />
b c<br />
b<br />
Figura 76: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no<br />
intervalo <strong>de</strong> 30-60 min, (b) e intervalo <strong>de</strong> 60-90 min (c), (ESEM).<br />
93
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
a<br />
a<br />
Figura 77: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 30-60<br />
min e 60-90 min (ESEM).<br />
F* (<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong> 5,8 g/cm 3 ) – Sinterizado<br />
(Força 30N – Velocida<strong>de</strong> 0,314m/s)<br />
Figura 78: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (b).<br />
b<br />
b<br />
M<br />
94
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Figura 79: Superfície <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste (a), fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no<br />
intervalo <strong>de</strong> 0-90 min (b) (ESEM).<br />
Figura 80: Espectro dos fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste coletados no interval <strong>de</strong> 0-90<br />
min (ESEM).<br />
Analisando os resultados encontrados para a amostra F o que percebemos é a<br />
confirmação da presença do mecanismo <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são seguido <strong>de</strong> tribo-oxidação, pois<br />
duante os primeiros minutos <strong>de</strong> ensaio os fragmentos são metálicos, fig. 76, e a secção<br />
transversal apresenta uma certa <strong>de</strong>formação plástica (fig. 75), <strong>de</strong>pois <strong>de</strong> alguns minutos<br />
os fragmentos e a superfície <strong>de</strong> contato são oxidados (fig. 76 e 77).<br />
As amostras F* apresentaram um mecanismo <strong>de</strong> tribo-oxidação, com, provavelmente,<br />
um início <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a<strong>de</strong>sivo, <strong>de</strong>vido a presença <strong>de</strong> uma pequena <strong>de</strong>formação plástica,<br />
fig. 78, e <strong>de</strong> marcas a<strong>de</strong>sivas na região <strong>de</strong> contato (fig. 79).<br />
Testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 100N e 0,838m/s – Ligas a base <strong>de</strong> Fe+Cu:<br />
Tabela 32: Resultados dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste a 100N para ligas a base <strong>de</strong> Fe+Cu.<br />
Material/<br />
Densida<strong>de</strong> (g/cm 3 )<br />
Taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste<br />
após 1508,4m (m 2 /N)<br />
Coeficiente <strong>de</strong><br />
atrito médio<br />
F – Sinterizado (6,2) 6,73x10 -14 0,46<br />
F** – Sinterizado (6,2) 2,24x10 -11 0,3 - 0,59<br />
* Ensaio durou apenas 15 minutos.<br />
Nota<br />
95<br />
Durante os pimeiros<br />
5 min o coeficiente<br />
<strong>de</strong> atrito é constante<br />
(0,3), <strong>de</strong>pois<br />
aumenta até 0,59.
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Neste último teste a amostra F apresentou outra vez um ótimo resultado ao <strong>de</strong>sgaste,<br />
com um baixo valor <strong>de</strong> taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste e um coeficiente <strong>de</strong> atrito inferior ao encontrado<br />
nos testes anteriores, <strong>de</strong>vido, provavelmente, a oxidação da amostra a alta velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>slizamento e ao aquecimento da mesma a esta velocida<strong>de</strong>. Apresentou uma fase <strong>de</strong><br />
run-in, provavelmente caracterizada pelo mecanismo <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são, e um estágio 1<br />
provavelmente tribo-oxidativo. Não foram expostas as análises após <strong>de</strong>sgaste, pois os<br />
resultados encontrados foram praticamente iguais aos encontrados a 30N, os quais<br />
confirmam a presença do mecanismo <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são seguido por tribo-oxidação.<br />
A amostra F* apresentou um mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste por a<strong>de</strong>são igual aquele à 100N,<br />
ou seja a amostra a<strong>de</strong>riu-se ao contracorpo (fig. 68), pois a camada lubrificante <strong>de</strong> grafita<br />
neste caso apresentou uma baixa resistência, per<strong>de</strong>ndo rapidamente sua proprieda<strong>de</strong><br />
lubrificante, sendo que o tempo <strong>de</strong> duração do teste foi <strong>de</strong> apenas 15 minutos. A análise<br />
após <strong>de</strong>sgaste é idêntica aquela a 100N (fig. 72).<br />
A seguir, tabela 33, apresenta os resultados resumidos dos ensaios <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para<br />
as amostras <strong>de</strong> bronze e para as ligas <strong>de</strong> Fe+Cu.<br />
Tabela 33: Resumo dos resultados obtidos com os ensaios <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para bronzes e<br />
ligas Fe+Cu.<br />
Material /<br />
Composição<br />
Taxa <strong>de</strong> Desgaste Específico, Ka (m 2 /N)<br />
30N<br />
0,314 m/s<br />
100N<br />
0,314 m/s<br />
100N<br />
0,838 m/s<br />
B - (Cu-Sn) ≈ 1,1x10 -12 ≈ 3,5x10 -13 ≈ 1,1x10 -13<br />
B2 - (Cu-Sn-C) ≈ 1,0x10 -14 ≈ 7,8x10 -15 ≈ 3,3x10 -13<br />
F - (Fe-Cu) ≈ 6,5x10 -14 ≈ 1,4x10 -13 ≈ 6,7x10 -14<br />
F* - (Fe-Cu-P-C) ≈ 2,3x10 -14 ≈ 9,2x10 -12 ≈ 2,2x10 -11 **<br />
** Ensaio realizado durante apenas 15 minutos.<br />
96<br />
Mecanismo(s)<br />
<strong>de</strong> Desgaste<br />
A<strong>de</strong>são. Tribooxidação<br />
em<br />
0,838 m/s<br />
Tribo-oxidação<br />
e posterior<br />
a<strong>de</strong>são após<br />
alguns minutos<br />
A<strong>de</strong>são a<br />
100N. Tribooxidação<br />
a 30<br />
N e a 0,838m/s<br />
Tribo-oxidação<br />
e posterior<br />
a<strong>de</strong>são após<br />
alguns minutos
RESULTADOS E DISCUSSÕES<br />
Após a realização dos testes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste nas amostras <strong>de</strong> bronze B e B2, o que<br />
po<strong>de</strong>mos concluir foi que a presença <strong>de</strong> grafita, amostra B2, melhora muito a resistência<br />
do material ao <strong>de</strong>sgaste, mas isso apenas quando a velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento é em<br />
torno <strong>de</strong> 0,314m/s, quando esta velocida<strong>de</strong> é aumentada, a grafita per<strong>de</strong> sua<br />
característica lubrificante rapidamente, provocando um <strong>de</strong>sgaste maior que aquele<br />
encontrado para a amostra B, que não apresenta grafita.<br />
Ou seja, a amostra B somente comporta-se melhor que a B2 a velocida<strong>de</strong>s altas <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>slizamento, entretanto apresenta em qualquer uma das condições analisadas uma taxa<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste consi<strong>de</strong>rada severa (tabela 1, capítulo 2), provavelmente se fosse melhorado<br />
o processo <strong>de</strong> sinterização <strong>de</strong>stas amostras, obtendo assim uma microestrutura mais<br />
homogênea e resistente este comportamento ao <strong>de</strong>sgaste seria melhorado. As amostras<br />
B2 apresentaram uma taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste mo<strong>de</strong>rado (tabela 1, capítulo 2), exceto quando<br />
testadas a 100N e 0,838 m/s, on<strong>de</strong> a taxa foi severa.<br />
Nas amostras a base <strong>de</strong> Fe+Cu, o que po<strong>de</strong>mos concluir foi que neste caso a<br />
presença <strong>de</strong> grafita também melhora muito a resistência do material ao <strong>de</strong>sgaste, como já<br />
mencionado para as amostras <strong>de</strong> bronze, mas no caso do F* quando esta grafita per<strong>de</strong><br />
sua característica lubrificante a resistência ao <strong>de</strong>sgaste cai a zero, e o material é<br />
praticamente <strong>de</strong>struído, <strong>de</strong>vido ao mecanismo <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são. Estas amostras somente<br />
apresentaram uma taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste mo<strong>de</strong>rada (tabela 1 capítulo 2) quando testadas a<br />
30N e 0,314 m/s, sendo que nas duas outras condições o mecanismo foi muito severo.<br />
As amostras F apresentaram uma boa resistência ao <strong>de</strong>sgaste quando expostas a<br />
velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento alta ou a uma baixa força normal aplicada, isso ocorre <strong>de</strong>vido<br />
ao fenômeno <strong>de</strong> tribo-oxidação presente a estas condições. Entretanto apresentou um<br />
mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste consi<strong>de</strong>rado mo<strong>de</strong>rado, tabela 1 capítulo 2, para todas as três<br />
condições <strong>de</strong> ensaio testadas, inclusiva a 100N e 0,314 m/s, on<strong>de</strong> o mecanismo <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste foi a<strong>de</strong>sivo.<br />
Ou seja, entre estes materiais, bronzes e ligas Fe+Cu, o material B2 foi o qual<br />
apresentou maior resistência ao <strong>de</strong>sgaste quando expostos a velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento<br />
<strong>de</strong> 0,314 m/s. Ao aumentar esta velocida<strong>de</strong> para 0,838 m/s, o material que se mostrou<br />
mais resistente foi o F (tabela 33). Sendo que também para estas amostras a porosida<strong>de</strong><br />
em todos os casos não influenciou no resultado final das análises, provavelmente <strong>de</strong>vido<br />
os fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste entrarem nos poros fechando-os.<br />
97
CONCLUSÕES<br />
5. CONCLUSÕES<br />
Após uma análise bastante completa das proprieda<strong>de</strong>s macro e microestruturais,<br />
juntamente com a análise tribológica <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste por <strong>de</strong>slizamento a seco <strong>de</strong> alguns <strong>de</strong><br />
dos principais materiais fabricados pela indústria GKN SinterMetals, po<strong>de</strong>-se relacionar<br />
uma série <strong>de</strong> pontos conclusivos, que serão apresentados a seguir, seguindo a mesma<br />
or<strong>de</strong>m apresentada durante a discussão dos resultados, capítulo 4.<br />
Caracterização Macro e Microestrutural:<br />
Quase todos os materiais apresentaram uma microestrutura compatível aquela<br />
esperada pela indústria, com exceção do material B que apresentou uma baixa<br />
difusão cobre-estanho;<br />
Os valores encontrados <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>, porosida<strong>de</strong>, macro e micro-dureza também<br />
apresentaram compatibilida<strong>de</strong> com aqueles <strong>de</strong>sejados pela GKN, juntamente com<br />
os valores <strong>de</strong> rugosida<strong>de</strong> superficial, expressos pela curva <strong>de</strong> Abbott-Firestone.<br />
Caracterização Tribológica - Distaloys Somente Sinterizados:<br />
As amostras <strong>de</strong> DistaloyAE* apresentaram uma maior resistência ao <strong>de</strong>sgaste que<br />
as amostras <strong>de</strong> DistaloyAE, para as duas condições <strong>de</strong> ensaio realizadas, <strong>de</strong>vido a<br />
ausência <strong>de</strong> carbono na sua composição, o que torna a matriz mais dúctil e<br />
consequentemente menos resistente ao <strong>de</strong>sgaste;<br />
Entre os ensaios realizados, o melhor comportamente ao <strong>de</strong>sgaste foi obtido para a<br />
força aplicada <strong>de</strong> 100N e velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento <strong>de</strong> 0,314 m/s;<br />
Os mecanismos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste encontrados foram <strong>de</strong> a<strong>de</strong>são nas fases <strong>de</strong> run-in e<br />
estágio 1 (com presença <strong>de</strong> fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste oxidados) após ensaios a<br />
100N, e a<strong>de</strong>são (fase run-in) e tribo-oxidação (estágio 1), para os ensaios a 200N.<br />
Caracterização Tribológica - Distaloys Tratados Termicamente:<br />
Entre os materiais DistaloyAE somente sinterizado (ausência <strong>de</strong> C) e DistaloyAE<br />
cementado, é possível notar uma gran<strong>de</strong> diferença nos valores <strong>de</strong> taxa <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sgaste, sendo o material cementado o mais resistente, <strong>de</strong>vido a presença <strong>de</strong><br />
98
CONCLUSÕES<br />
martensita que endurece a microestrutura, aumentando a resistência do material à<br />
<strong>de</strong>formação plástica e à fixação da camada <strong>de</strong> óxido superficial;<br />
Entre os Distaloys AE* somente sinterizado e tratado termicamente também foi<br />
possível verificar uma diferença nos valores <strong>de</strong> resistência ao <strong>de</strong>sgaste, sendo que<br />
as amostras tratadas termicamente apresentaram taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste menores,<br />
<strong>de</strong>vido a presença <strong>de</strong> uma micoestrutura mais homogênea e com maior dureza<br />
(maior quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> martensita);<br />
Entre as amostras <strong>de</strong> DistaloyDH* sintertemperado+revenido e somente<br />
sintertemperado, a amostra que apresenta melhor comportamento ao <strong>de</strong>sgaste é<br />
aquela que não sofre revenimento, pois apresenta uma dureza microestrutural mais<br />
eleva, sendo consequentemente mais resistente ao <strong>de</strong>sgaste por <strong>de</strong>slizamento;<br />
Entre as amostras tratadas termicamente, aquela que apresentou maior resistência<br />
ao <strong>de</strong>sgaste foi DistaloyDH* somente sintertemperado, <strong>de</strong>vido sua elevada dureza<br />
microestrutural e ausência <strong>de</strong> fase rica em Ni (austenita) que é presente nas<br />
amostras AE e AE*, e fragiliza o material quando em <strong>de</strong>sgaste;<br />
Todas as amostras apresentaram o mesmo mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste, ou seja, tribooxidação<br />
na fase <strong>de</strong> run-in, e a<strong>de</strong>são com fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste oxidados no<br />
estágio 1 quando testadas a 200N e 500N (0,105 m/s), e tribo-oxidação, estágio 1,<br />
quando testadas a 500N (0,314 m/s).<br />
Todos os valores <strong>de</strong> taxa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste encontrados para as amostras <strong>de</strong> Distaloys<br />
estão <strong>de</strong>ntro da faixa <strong>de</strong> valores <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste mo<strong>de</strong>rado segundo a tabela 1 do capítulo 2.<br />
A porosida<strong>de</strong> em todos os casos não influenciou no resultado final das análises,<br />
provavelmente <strong>de</strong>vido os fragmentos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste entrarem nos poros fechando-os.<br />
Caracterização Tribológica - Buchas e Ligas <strong>de</strong> Fe+Cu:<br />
A presença <strong>de</strong> grafita melhora muito a resistência ao <strong>de</strong>sgaste do material, pois<br />
forma uma camada lubrificante em superfície, evitando o contato a<strong>de</strong>sivo, no<br />
entanto, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ndo das condições <strong>de</strong> ensaio esta grafita per<strong>de</strong> sua característica<br />
lubrificante, provocando um <strong>de</strong>sgaste maior que aquele encontrado para as<br />
amostras que não apresentam grafita;<br />
As amostras B2 e F*, as quais possuem grafita, apresentaram um mecanismo <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>gaste por tribo-oxidação quando a grafita formava uma camada lubrificante na<br />
99
CONCLUSÕES<br />
superfície, <strong>de</strong>sgaste mo<strong>de</strong>rado. Depois que a grafita perdia sua característica<br />
lubrificante, o mecanismo foi alterado para a<strong>de</strong>são e o <strong>de</strong>sgaste foi severo;<br />
O mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste para o material F foi consi<strong>de</strong>rado mo<strong>de</strong>rado, tabela 1<br />
capítulo 2, para todas as condições <strong>de</strong> ensaio. O mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste foi a<br />
tribo-oxidação a 30N e 100N (0,838 m/s) e a<strong>de</strong>são a 100N (0,314 m/s);<br />
O material B apresentou <strong>de</strong>sgaste severo em todas as condições analisadas, e o<br />
mecanismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sgaste foi a a<strong>de</strong>são em todos os casos, mas a 100N e 0,838 m/s<br />
<strong>de</strong>pois da fase <strong>de</strong> run-in o mecanismo passa a ser tribo-oxidativo;<br />
O material B2 foi o que apresentou maior resistência ao <strong>de</strong>sgaste quando expostos<br />
a velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>slizamento <strong>de</strong> 0,314 m/s. Ao aumentar esta velocida<strong>de</strong> para<br />
0,838 m/s, o material que se mostrou mais resistente foi o F;<br />
Trabalhos Futuros:<br />
Será estudado o porque que a camada <strong>de</strong> grafita lubrificante, formada no início do<br />
<strong>de</strong>sgaste, per<strong>de</strong> sua proprieda<strong>de</strong> após um certo tempo <strong>de</strong> ensaio;<br />
E serão realizados testes <strong>de</strong> fadiga superficial por rolamento-<strong>de</strong>slizamento com<br />
lubrificante em todas as amostras.<br />
100
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS<br />
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS<br />
[1] GERMAN, R. M. Pow<strong>de</strong>r Metallurgy Science. 2nd. ed. Princeton, New Jersey: Metal<br />
Pow<strong>de</strong>r Industries Fe<strong>de</strong>ration, 1994. 472 p.<br />
[2] LENEL, F. V. Pow<strong>de</strong>r Metallurgy: Principles and Applications. Princeton, New Jersey:<br />
Metal Pow<strong>de</strong>r Industries Fe<strong>de</strong>ration, 1980. 589 p.<br />
[3] NARASIMHAN, K. S. Sintering of Pow<strong>de</strong>r Mixtures and the Growth of Ferrous Pow<strong>de</strong>r<br />
Metallurgy, Materials Chemistry and Physics, v. 67, p. 56-65, 2001.<br />
[4] WHITTAKER, D. Process Economics and Technological Advances in P/M Automotive<br />
Parts, The international Journal of Pow<strong>de</strong>r Metallurgy, Princeton, NJ, v. 34, n. 4, p. 53-<br />
60, 1998.<br />
[5] P/M INDUSTRY NEWS: International P/M Trends, The International Journal of<br />
Pow<strong>de</strong>r Metallurgy, Princeton, NJ, v. 38, n. 5, p. 15-17, 2002.<br />
[6] KLEIN, A. N. Metalurgia do Pó [Notas <strong>de</strong> Aula da Disciplina Processamento <strong>de</strong><br />
<strong>Materiais</strong> a Partir do Pó], Florianópolis, 2001. Digitalizado.<br />
[7] WHITE, D. G. The Challenges of Growth: State-of-the-P/M Industry: North America,<br />
The international Journal of Pow<strong>de</strong>r Metallurgy, Princeton, NJ, v. 34, n 5, p. 27-35,<br />
1998.<br />
[8] GERMAN, R. M. Sintering Theory and Pratice. New York: J. Wiley & Sons, 1996. 550<br />
p.<br />
[9] THÜMMLER, F.; OBERACKER, R. Introduction to Pow<strong>de</strong>r Metallurgy. Cambridge:<br />
The Institute of Materials, 1993. 332 p.<br />
[10] HWANG, K. S.; LIN, K. H. Lubricant Removal in Metal Pow<strong>de</strong>rs Compacts. The<br />
International Journal of Pow<strong>de</strong>r Metallurgy, Princeton, NJ, v. 28, n. 4, p. 353-360,<br />
1992.<br />
[11] REED-HILL, R. E.; ABBRASCHIAN, R. Physical Metallurgy Principles, 3rd. ed.<br />
Boston PWS, 1991. 926 p.<br />
[12] PAVANATI, H. C. Sinterização <strong>de</strong> ferro puro com enriquecimento superficial<br />
simultâneo <strong>de</strong> cromo em <strong>de</strong>scarga elétrica em regime anormal. Florianópolis, 2005.<br />
190 f. Tese (Doutorado) - Universida<strong>de</strong> Fe<strong>de</strong>ral <strong>de</strong> Santa Catarina, Centro Tecnológico.<br />
Programa <strong>de</strong> Pós-Graduação em Ciência e Engenharia <strong>de</strong> <strong>Materiais</strong>.<br />
[13] HUTCHINGS, I. M.; Tribology: Friction and Wear of Engineering Materials.<br />
101
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS<br />
London: Edward Arnold, 1992, 273 p.<br />
[14] DE MELLO, J. D. B. Introdução à Tribologia [Notas <strong>de</strong> Aula da Disciplina<br />
Tribologia], Florianópolis, 2004. Digitalizado.<br />
[15] ASTM INTERNATIONAL, G40-02, Standard Terminology Relating to Wear and<br />
Erosion, West Conshohocken, 2002.<br />
[16] ZUM GAHR, K. H., Microstructure and wear of materials, Tribology Series 10.<br />
Amsterdam: Elsevier, 1987, 560 p.<br />
[17] DIN 4776, Misura <strong>de</strong>lla Rugosità sui Pezzi Sinterizzati e sulle Superfici Porose,<br />
1990.<br />
[18] PESCHEDASCH, M. La vaporizzazione in continuo <strong>de</strong>i sinterizzati ferrosi. Trento,<br />
2002. 92 f. Tesi di Laurea - Università Degli Studi di Trento, Facoltà di Ingegneria. Corso<br />
di Laurea in Ingegneria <strong>de</strong>i Materiali.<br />
[19] STRAFFELINI, Giovanni. Atrito e Usura Metodologie di Progettazione e Controllo,<br />
1a. ed. Tecniche Nuove - Milão, 2005.<br />
[20] Handbook for Sintered Components, Metallography. Ed. North American Hörganäs,<br />
2004.<br />
102