2006 universidade federal de santa catarina ... - Materiais - UFSC

2006
PALLOMA VIEIRA MUTERLLE
TCC – UFSC
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CARACTERIZAÇÃO TRIBOLÓGICA DE LIGAS SINTERIZADAS
A BASE DE FERRO E COBRE
PALLOMA VIEIRA MUTERLLE

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS
PALLOMA VIEIRA MUTERLLE
CARACTERIZAÇÃO TRIBOLÓGICA DE LIGAS SINTERIZADAS
A BASE DE FERRO E COBRE
FLORIANÓPOLIS
2006

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS
PALLOMA VIEIRA MUTERLLE
CARACTERIZAÇÃO TRIBOLÓGICA DE LIGAS SINTERIZADAS
A BASE DE FERRO E COBRE
Trabalho de Graduação apresentado ao Curso de
Graduação em Engenharia de Materiais da
Universidade Federal de Santa Catarina como
parte dos requisitos para a obtenção do título de
Engenheiro de Materiais.
Orientador: Prof. Hazim Ali Al-Qureshi
Co-orientadores: Prof. Alberto Molinari e
Prof. Giovanni Straffelini
FLORIANÓPOLIS
2006

PALLOMA VIEIRA MUTERLLE
CARACTERIZAÇÃO TRIBOLÓGICA DE LIGAS SINTERIZADAS
A BASE DE FERRO E COBRE
Este Trabalho de graduação foi julgado adequado para a obtenção do título de
Engenheiro de Materiais e aprovado em sua forma final pelo Curso de Graduação em
Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina.
Comissão Examinadora
_________________________________
Prof. Dylton Do Vale Pereira Filho, M.Sc.
Coordenador
___________________________
Prof. Hazim Ali Al-Qureshi, Ph.D
Orientador
__________________________
Prof. Aloisio Klein, Dr. Ing.
UFSC

Ficha Catalográfica
MUTERLLE, Palloma Vieira.
Caracterização tribológica de ligas sinterizadas a base de ferro e
cobre. Florianópolis, UFSC, Curso de Graduação em Engenharia de
Materiais, 2006.
CII, 102 p.
Trabalho de Graduação: Engenharia de Materiais
Orientador: Hazim Ali Al-Qureshi
1. Sinterizados 2. Resistência ao desgaste 3. Buchas 4. Engrenagens
I. Universidade Federal de Santa Catarina
II. Título

AGRADECIMENTOS
À empresa GKN Sinter Metals Itália pela oportunidade e confiança na Universidade de
Trento, pois sem esta, este projeto de pesquisa não seria desenvolvido. À comissão de
estágios da UFSC, pelo acompanhamento, orientação e organização.
Aos Profs. Giovanni Straffelini (orientador do estágio) e Alberto Molinari (Chefe de
departamento, orientador e coordenador do projeto), pela atenção e orientação
dispensada, pelo apoio e amizade, e principalmente por haverem me concentido esta
oportunidade na Itália.
Aos Profs. Hazim A. Al-Queresh, Márcio Fredel e Aloísio Klein, pelo apoio, ajuda e
amizade durante todos estes anos de faculdade, inclusive neste período que estou longe.
Ao Henrique Pavanati, pelo apoio e ajuda prestados durante todo este período que
estive na Itália.
Aos doutorandos, amigos e colegas de trabalho, Marianna, Denis, Stefano, Luca
Girardini, Francesco Casari, Mario, Francesco Endrici, Matteo, Luca Fachini, Pepe,
Georgio, pela ajuda prestada na realização das atividades desenvolvidas, ajuda no
italiano e inglês, pelas horas de intervalo, e principalmente pela amizade de sempre.
Ao Professor Massimo Pellizzari, e às pesquisadoras Cinzia Menapace e Lorena
Maines, pela amizade e alegria de sempre. Ao pessoal do laboratório de cerâmica, o qual
foi obrigado a suportar os ruídos agudos dos meus experimentos e mesmo assim me
tratavam muito bem. Aos meus companheiros de casa e amigos Valentina, Sara e
Lorenzo, pelo apoio e pelas jantas.
Aos meus amigos do Brasil, em especial a minha amiga Letícia, que mesmo estando a
distância sempre estavam apoiando-me e incentivando-me, como se estivessem aqui.
Aos meus amigos do pólo aquático que durante todos estes anos de faculdade sempre
fizeram parte da minha vida.
Às minhas amigas Nolisa e Patrícia, amigas da época de Blumenau que me deram
tanta força quando fui morar fora de casa, com apenas 16 anos, a se não fossem elas!
Infelizmente o tempo e a vida nos separou, mas a amizade e o carinho por elas não
acabará nunca.
Às amigas da época de escola e de hoje, Débora, Karine e Daniela, eramos um
quarteto terrível, maravilhoso aquele tempo, muitas saudades, adoro vocês.
À Manuela, grande companheira de quarto por tanto tempo, amiga de todas as horas,
sempre muito sabia e louca, sem falar do quanto é inteligente e competente.

Aos meus amigos da época de adolescente, galera da rua, principalmente Dani (que
Deus o tenha), e Gustavo, e aqueles dos verões do caça e tiro, tempo muito bom. À
galera da nataçao, o turminha festeira e boa que era aquela.
À todos os meus ex. rolos e namorados durante estes anos, os quais me ajudaram a
crescer e me ensinaram alguma coisa, de um jeito ou de outro.
À Dona Maria, minha 3° vó, que me acolheu e me ajudou muito naquela época em
Jaragua do Sul.
Ao Rodrigo e a Débora, amizade da facul que tenho certeza não terminará aqui, se
mesmo quando estávamos longe deram um jeito e acabamos nos encontrando aqui na
Europa. E a todos aqueles outros que estudaram comigo durante todos esses anos.
À Carol e Michelle, amigas brasileiras que tive o prazer e a sorte de conhecer aqui, as
quais me ajudaram tanto durante meu período de adaptação.
Ao Dário, uma pessoa maravilhosa, amiga, companheira, leal, que é muito importante
pra mim e que tive o privilégio e a sorte de conhecer na Itália, a qual me deu muita força
neste período, estando sempre ao meu lado, mesmo naqueles dias que eu estava
impossível de lidar. Grazie per tutto bello mio.
Ao Ju, meu primo amado, que sempre pra onde eu fui me acompanhou, até o dia que
resolveu voltar pra casa me abandonando, te adoro gurí.
À Rita, Mema, e sua família, pessoas amigas especiais as quais são como se fossem
da minha família, e que sempre estiveram presentes tanto nas horas boas quanto nas
difíceis.
E em especial a minha família, principalmente aos meus pais Erineu e Zilda, minhas
irmãs Carmella e Carolle e meus avós Sílvio e Zilda, as pessoas que mais amo na vida,
as quais sempre fizeram de tudo pra me verem crescer e chegar onde estou hoje, se não
fosse eles, não seria o que sou.
Pai e mãe, obrigada do fundo do meu coração por todo o esforço que fizeram até
agora, e que provavelmente ainda farão, para eu ser esta pessoa que sou. Desculpem-me
por todas aquelas horas que fiz vocês perderem a paciência e o sono devido a minha
vontade de largar a faculdade, se não fosse vocês......principalmente o senhor meu pai, se
não tivesse insistido e a senhora mãe, se não tivesse segurado a barra, eu não teria
chegado aqui, demorei um pouco, mas consegui. Amo muito vocês.
E por ultimo agradeço a Deus por ter colocado todas essas pessoas maravilhosas na
minha vida, e porque sem ele nada disso tudo seria possível.
Obrigada a todos, e desculpem-me se às vezes sou um tanto quanto ausente.

RESUMO
Este trabalho baseia-se na caracterização microestrutural e tribológia de diversos
materiais fabricados pela GKN SinterMetals, com o objetivo de obter informações quanto
a qualidade do processo de sinterização que realizam, e o comportamento destes
materiais quando expostos aos esforços de trabalho, pois apresentam uma grande
solicitação mecânica. Estes materias são fabricados através da metalurgia do pó, e são
divididos em: Ligas a base de Ferro (Distaloys somente sinterizados e tratados
termicamente), a base de Cobre (bronzes) e a base de Fe+Cu. Os Distaloys são utilizados
na fabricação de engrenagens e as ligas de bronze e Fe+Cu na fabricação de buchas
autolubrificantes. As análises realizadas foram: de densidade, porosidade, microestrutura,
micro e macro dureza, rugosidade superficial através da curva de Abbott-Firestone e teste
tribológico de desgaste por deslizamente. As análises tribológicas foram realizadas em
um tribômetro AMSLER A135, com configuração “disco contra disco” sendo o movimento
relativo entre estes discos realizado por contato deslizante a seco, contracorpo
estacionário (AISI M2) e amostra em rotoção. Foram aplicadas forças normais entre 30N
e 500N, e as velocidades de deslizamento entre 0,105 m/s e 0,838 m/s, dependendo das
propriedades de cada amostra. Após caracterização tribológica os Distaloys apresentaram
todos comportamento ao desgaste considerado moderado, sendo que aqueles tratados
termicamente apresentaram um melhor comportamento,ou seja, menor taxa de desgaste
que todos os outros, devido aumento de dureza da matriz. Nas amostras de bronze e
Fe+Cu a presença de grafita apresentou uma grande contribuição para o aumento da
resistência ao desgaste quando comparadas aquelas com ausência de grafita, diminuindo
também o valor do coeficiente de atrito, mas esta grafita perde sua propriedade
lubrificante após um certo tempo e o desgaste passa a ser severo, isso ocorreu
principalmente quando foi aumentada a velocidade de deslizamento para 0,838 m/s, neste
caso as amostras que não possuíam grafita apresentaram melhor desempenho.

ABSTRACT
This work bases on the microstructural and tribological characterization of several PM
materials sintered by GKN SinterMetals; the aim is to investigate the quality of the
sintering process and the behaviour of these materials during exercise. These materials
are manufactured by powder metallurgy and they are divided in: Iron based alloys
(Distaloys as sintered and heat treated), Copper alloys (bronzes) and Fe+Cu alloys.
Distaloys are used to product gears and bronze and Fe+Cu alloys are used to product self
lubrification bearings. Every specimens were characterized by means of density, porosity,
microstructure, hardness and microhardness, superficial roughness through the curve of
Abbott-Firestone. Dry sliding tests were carried out in a disk on disk configuration using a
AMSLER A135 testing machine. The counterface stationary disk was made of AISI M2 tool
steel. The tests were carried out with sliding speed ranging between 0,105 and 0.838 m/s
and applied loads ranging between 30N and 500N, depending on the mechanical
properties of each sample. Distaloys shown a good tribological behaviour; heat treated
specimens displayed lower wear coefficient because of their higher hardness. The
bronze+graphite samples were characterized by a lower friction coefficient than bronze
samples. This behaviour was due to the lubricating action exerted by graphite, expecially
at lower speeds. A different wear mechanism, characterized by a higher friction coefficient,
took place at a certain sliding distance, shorter for the higher sliding speed.

SUMÁRIO
RESUMO ...........................................................................................................................24
ABSTRACT .......................................................................................................................25
LISTAS DE ILUSTRAÇÕES .............................................................................................28
LISTA DE TABELAS.........................................................................................................32
1. INTRODUÇÃO ..............................................................................................................17
2.1 OBJETIVO GERAL .................................................................................................17
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................... Errore. Il segnalibro non è definito.
2.1 FUNDAMENTOS DA METALURGIA DO PÓ..........................................................19
2.1.1 METALURGIA DO PÓ FERROSA....................................................................20
2.1.2 METALURGIA DO PÓ DE BRONZE ................................................................21
2.1.3 ETAPAS BÁSICAS DA METALURGIA DO PÓ ................................................21
2.1.3.1 Produção dos pós ......................................................................................21
2.1.3.2 Escolha e mistura dos pós .........................................................................21
2.1.3.3 Compactação/moldagem dos pós..............................................................22
2.1.3.4 Sinterização ...............................................................................................22
2.1.4 ELEMENTOS DE LIGA NA SINTERIZAÇÃO DE MATERIAIS DA MPF ..........24
2.2 CURVA DE ABBOUT-FIRESTONE .................................................................................25
2.3 RESISTÊNCIA AO DESGASTE..............................................................................26
2.3.1 DESGASTE ADESIVO .....................................................................................27
2.3.2 DESGASTE TRIBO-OXIDATIVO......................................................................28
2.3.3 DESGASTE ABRASIVO...................................................................................29
2.3.4 DESGASTE POR FADIGA SUPERFICIAL.......................................................29
2.3.5 DESGASTE POR DESLIZAMENTO.................................................................29
2.4 BUCHAS .............................................................................................................31
2.5 ENGRENAGENS.................................................................................................32
3. MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS ..............................................................33
3.1 MATERIAIS.............................................................................................................33
3.1.1 DISTALOYS......................................................................................................33
3.1.2 LIGAS DE BRONZE E A BASE DE Fe+Cu ......................................................34
3.2 MÉTODOS EXPERIMENTAIS ................................................................................35

3.2.1 DENSIDADE E POROSIDADE.........................................................................35
3.2.2 PREPARAÇÃO METALOGRÁFICA .................................................................35
3.2.3 MEDIÇÃO DE MICRO E MACRO DUREZA.....................................................36
3.2.4 MEDIÇÃO DA RUGOSIDADE SUPERFICIAL..................................................36
3.2.5 ANÁLISE QUANTITATIVA DE C e S................................................................36
3.2.6 CARACTERIZAÇÃO TRIBOLÓGICA ...............................................................37
3.2.7 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA AMBIENTAL (ESEM) ........38
3.2.8 ANÁLISE MACROSCÓPICA COM LUPA ESTEREOSCÓPICA ......................39
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ..................................................................................40
4.1 CARACTERIZAÇÃO MACRO E MICRO ESTRUTURAL ....................................40
4.1.1 DISTALOYS SOMENTE SINTERIZADOS........................................................40
4.1.2 DISTALOYS TRATADOS TERMICAMENTE....................................................42
4.1.3 LIGAS DE BRONZE .........................................................................................47
4.1.4 LIGAS DE Cu + Fe ...........................................................................................49
4.1.5 ANÁLISE DA RUGOSIDADE SUPERFICIAL ...................................................51
4.2 CARACTERIZAÇÃO TRIBILÓGICA........................................................................54
4.2.1 DISTALOYS......................................................................................................54
4.2.1.1 Distaloys Sinterizados...............................................................................54
4.2.1.2 Distaloys Tratados Termicamente..............................................................62
4.2.2 LIGAS DE BRONZE E Fe+Cu ..........................................................................76
4.2.2.1 Bronzes......................................................................................................76
4.2.2.2 Ligas de Fe+Cu..........................................................................................86
5. CONCLUSÕES .............................................................................................................98
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...........................................................................101

LISTAS DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Estágios principais do processo de sinterização [8]. ........................................23
Figura 2: Demonstração da curva de Abbott-Firestone [17]. .............................................26
Figura 3: Típica evolução do volume de desgaste com a distância de deslizamento........30
Figura 5 – Imagem frontal do tribômetro Amsler A137 (a) e desenho esquemático do
ensaio disco contra disco...................................................................................................37
Figura 6 – Exemplo de curvas de desgaste (a) e coeficiente de atrito (b). ........................38
Figuras 7: Densidade 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 500X.......................................................................................40
Figura 9: Densidade 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 500X.......................................................................................42
Figura 10: Densidade 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 500X.......................................................................................43
Figura 11: Perfil de microdureza das amostras de DistaloyAE cementadas, densidades 6,9
(a) e 7,1 (b) g/cm 3 ..............................................................................................................44
Figura 12: Densidade 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 500X.......................................................................................45
Figura 13: Densidade 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 500X.......................................................................................46
Figura 14: Densidade 6,6 e 7,0 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 200X.......................................................................................47
Figuras 15: Densidade 6,4 e 6,8 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 200X.......................................................................................48
Figuras 16: Densidade 5,8 e 6,2 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 500X.......................................................................................49
Figuras 17: Densidade 5,8 e 6,2 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 500X.......................................................................................50
Figura 18: Curva de Abbott-Firestone. Material DAE2 sinterizado. ...................................51
Figura 20: Resultados do teste de desgaste para o material DistaloyAE* sinterizado.......54
Figura 21: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 ...55
Figura 22: Resultados do teste de desgaste para o material DistaloyAE sinterizado. .......55
Figura 23: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 ...56

Figura 24: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b)................57
Figura 25: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no intervalo de
0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c). (ESEM). ...........................................................57
Figura 26: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-15min (a) e no
intervalo de 60-90 min (b) (ESEM). ...................................................................................57
Figura 27: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b)................60
Figura 28: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no intervalo de
0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................60
Figura 29: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-15min e 60-90
min (ESEM). ......................................................................................................................60
Figura 30: Resultados do teste de desgaste para o material DistaloyAE* tratado
termicamente. ....................................................................................................................62
Figura 31: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 ...62
Figura 32: Resultados do teste de desgaste para o material DistaloyAE cementado........63
Figura 33: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 ...63
Figura 34: Resultados do teste de desgaste para o material DistaloyDH* sintertemperado
+ revenido..........................................................................................................................64
Figura 35: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 ...64
Figura 36: Resultados do teste de desgaste para o material DistaloyDH* sintertemperado.
...........................................................................................................................................65
Figura 37: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 ...65
Figura 38: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b)................67
Figura 39: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no intervalo de
0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................67
Figura 40: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-15min (a) e no
intervalo de 60-90 min (b)(ESEM). ....................................................................................67
Figura 41: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b)................68
Figura 42: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no intervalo de
0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................68
Figura 43: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-15min (a) e no
intervalo de 60-90 min (b)(ESEM). ....................................................................................68
Figura 44: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b)................71
Figura 45: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no intervalo de
0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................71

Figura 46: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-15min e 60-90
min (ESEM). ......................................................................................................................72
Figura 47: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b)................72
Figura 48: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no intervalo de
0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................72
Figura 49: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-15min (a) e no
intervalo de 60-90 min (b) (ESEM). ...................................................................................73
Figura 51: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,6 (a) e 7,0 (b) g/cm 3 ...77
Figura 53: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,4 (a) e 6,8 (b) g/cm 3 ...78
Figura 54: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b)................79
Figura 55: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no intervalo de
0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................79
Figura 56: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-15min e 60-90
min (ESEM). ......................................................................................................................79
Figura 57: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b)................80
Figura 58: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no intervalo de
30-90min (ESEM). .............................................................................................................80
Figura 59: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 30-90min
(ESEM). .............................................................................................................................80
Figura 60: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no intervalo de
0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................84
Figura 61: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-15min (a) e no
intervalo de 60-90min (b)(ESEM). .....................................................................................84
Figura 62: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no intervalo de
0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................85
Figura 63: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-15min e 60-
90min (ESEM). ..................................................................................................................85
Figura 67: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 5,8 (a) e 6,2 (a) g/cm 3 ...87
Figura 68: Amostra F* (a) e contracorpo (b) após prova de desgaste a 100N...................88
Figura 69: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b)................89
Figura 70: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no intervalo de
0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM). ...........................................................89
Figura 71: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-15min e 60-90
min (ESEM). ......................................................................................................................90

Figura 72: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b)................90
Figura 73: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no intervalo de
30-60 min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM). ........................................................90
Figura 74: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 30-60 min (a) e
no intervalo de 60-90 min (b)(ESEM). ...............................................................................91
Figura 75: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b)................93
Figura 76: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no intervalo de
30-60 min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM). ........................................................93
Figura 77: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 30-60 min e 60-
90 min (ESEM). .................................................................................................................94
Figura 78: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b)................94
Figura 79: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no intervalo de
0-90 min (b) (ESEM)..........................................................................................................95
Figura 80: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-90 min
(ESEM). .............................................................................................................................95

LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Valores típicos de taxa de desgaste moderado, para materiais não porosos. [20]
...........................................................................................................................................31
Tabela 2: Condições de fabricação e composição química dos Distaloys.........................33
Tabela 3: Condições de fabricação e composição química das ligas de bronze e Fe+Cu.
...........................................................................................................................................34
Tabela 4: Resultados da análise de densidade e porosidade para DistaloyAE* sinterizado.
...........................................................................................................................................41
Tabela 5: Resultados da análise de densidade e porosidade para DistaloyAE sinterizado.
...........................................................................................................................................42
Tabela 6: Resultados da análise de densidade e porosidade para DistaloyAE* TT. .........43
Tabela 7: Resultados da análise de densidade e porosidade para DistaloyAE cementado.
...........................................................................................................................................44
Tabela 8: Resultados da analise de densidade e porosidade para DistaloyDH* sintert+rev.
...........................................................................................................................................45
Tabela 9: Resultados da analise de densidade e porosidade para DistaloyDH* sintert. ...46
Tabela 10: Resultados da analise de densidade e porosidade para B sinterizado............47
Tabela 11: Resultados da analise de densidade e porosidade para B2 sinterizado..........48
Tabela 12: Resultados da analise de densidade e porosidade para F sinterizado. ...........49
Tabela 13: Resultados da analise de densidade e porosidade para F* sinterizado...........50
Tabela 14: Valores médios da curva de Abbott-Firestone. ................................................52
Tabela 15: Taxa de desgaste de DistaloyAE* sinterizado. ................................................54
Tabela 16: Taxa de desgaste de DistaloyAE sinterizado...................................................55
Tabela 17: Resultados dos testes de desgaste a 100N para Distaloys somente
sinterizados........................................................................................................................59
Tabela 18: Taxa de desgaste de DistaloyAE* sinterizado + trat. termicamente. ...............62
Tabela 19: Taxa de desgaste de DistaloyAE sinterizado + cementado.............................63
Tabela 20: Taxa de desgaste de DistaloyDH* sintertemperado + revenido.......................64
Tabela 21: Taxa de desgaste de DistaloyDH* sintertemperado. .......................................65
Tabela 22: Resultados dos testes de desgaste a 500N nos Distaloys tratados
termicamente. ....................................................................................................................70

Tabela 23: Resultados dos testes de desgaste a 500N nos Distaloys tratados
termicamente. ....................................................................................................................74
Tabela 24: Resumo dos resultados obtidos com os ensaios de desgaste para os Distaloys
...........................................................................................................................................75
Tabela 25: Taxa de desgaste de B sinterizado..................................................................76
Tabela 26: Taxa de desgaste de B2 sinterizado................................................................77
Tabela 27: Resultados dos testes de desgaste a 30N para bronzes.................................82
Tabela 28: Resultados dos testes de desgaste a 100N para bronzes...............................83
Tabela 29: Taxa de desgaste de F sinterizado. .................................................................86
Tabela 30: Taxa de desgaste de F* sinterizado.................................................................87
Tabela 31: Resultados dos testes de desgaste a 30N para ligas a base de Fe+Cu..........92
Tabela 32: Resultados dos testes de desgaste a 100N para ligas a base de Fe+Cu........95
Tabela 33: Resumo dos resultados obtidos com os ensaios de desgaste para buchas e
ligas Fe+Cu. ......................................................................................................................96

INTRODUÇÃO
1. INTRODUÇÃO
O presente trabalho de conclusão de curso foi desenvolvido através de uma
colaboração entre o departamento de Engenharia de Materiais da Università degli Studi di
Trento e a Empresa GKN Sinter Metals – Itália, a qual é fabricante líder mundial em
componentes sinterizados. Entre estes os principais são buchas e engrenagens.
Estes componentes apresentam uma grande solicitação mecânica quando em
trabalho, pois durante seu funcionamento estão em contato com outro corpo metálico, o
que favorece o mecanismo de desgaste. Outro ponto que favorece este mecanismo é o
fato de serem expostos a um sistema tribológico – constituintes atmosféricos (moléculas
de ar, umidade, agentes corrosivos, entre outros) e elementos interfaciais como
lubrificantes e partículas abrasivas – o qual é bastante nocivo, interferindo negativamente
na resistência ao desgaste do material.
Estes componentes são fabricados através da metalurgia do pó pois normalmente
onde são aplicados não é possível realizar uma adequada manutenção, ou, e sobre tudo,
em aplicações onde não é possível realizar um sistema de alimentação com ólio, o que é
o caso das buchas autolubrificantes.
A quantidade de poros presente no material sinterizado e o tamanho dos mesmos
possui uma grande influência sobre suas propriedades. Componentes sinterizados são
normalmente mais susceptíveis ao desgaste, corrosão e fadiga do que os materiais
fabricados por fundição, conformação ou usinagem [1].
2.1 OBJETIVO GERAL
Devido a alta solicitação mecânica destes componentes, a Empresa GKN solicitou a
Universidade de Trento uma análise bastante completa das propriedades macro e
microestruturais, juntamente com a análise tribológica de desgaste por deslizamento de
alguns de seus principais materiais. Esta análise servirá para que possam obter
informações quanto a qualidade do processo de sinterização que realizam, e o
comportamento destes materiais quando expostos aos esforços de trabalho, podendo
com isso otimizarem o processo de fabricação destes componentes e oferecer uma maior
informação de suas propriedades aos seus clientes.
Os materiais de estudo são basicamente divididos em: Ligas a base de Ferro
(Distaloys), a base de Cobre (bronzes) e a base de Fe+Cu.
17

INTRODUÇÃO
As ligas a base de Fe, as quais são utilizadas para fabricação de engrenagens,
apresentam duas densidades, 6,9 g/cm 3 e 7,1 g/cm 3 , sendo algumas amostras apenas
sinterizadas e outras que sofreram algum tipo de tratamento tratamento. Estas ligas são:
DistaloyAE*, AE e DH*, e serão melhor descritas no capítulo 3.
As ligas de bronze e a base de Fe+Cu, utilizadas para fabricação de buchas,
apresentam uma variação de densidade muito maior, a qual varia de 5,8 a 7 g/cm 3 , sendo
todas apenas sinterizadas. Estas ligas são: B, B2, F e F*, e também serão descritas no
capítulo 3.
As análises foram iniciadas com a caracterização micro e macroestrutural das
amostras, sendo elas: Análise de densidade, porosidade, microestrutura, micro e macro
dureza e rugosidade superficial através da curva de Abbott-Firestone. Após estas análises
as amostras foram submetidas ao teste tribológico de desgaste.
As análises tribológicas foram realizadas em um tribômetro AMSLER A135, com
configuração “disco contra disco” (a seco). O movimento relativo entre estes discos foi
realizado com contato deslizante (contracorpo estacionário (AISI M2) e amostra em
rotoção. As forças normais aplicadas variaram de 30N a 500N, dependendo das
propriedades de cada amostra. As velocidades de deslizamento utilizadas foram:0,105
m/s, 0,314m/s e 0,838 m/s.
Nestas condicões de prova, os mecanismos que regulam o processo tribológico são a
adesão, a abrasão e a tribo-oxidação, dependendo do tipo de mecanismo temos como
consequência um desgaste servero ou moderado. Para obtermos esta informação foram
analisados os fragmentos de desgaste de cada material, pois a morfologia e a dimensão
destes dizem muito sobre o mecanismo de desgaste, juntamente com a análise
microestrutural da superfície desgastada.
A apresentação do trabalho segue a seqüência tradicional, apresentando no Capítulo 2
uma revisão bibliográfica do assunto a ser explorado. Esta revisão aborda os principais
aspectos da metalurgia do pó, enfocando detalhes importantes da adição e difusão de
elementos de liga. O comportamento mecânico e tribológico dos materiais sinterizados
são também abordados neste capítulo. No Capítulo 3 é apresentada uma descrição dos
materiais, procedimento experimental e da metodologia utilizada na pesquisa. A
apresentação e discussão dos resultados é realizada no capítulo 4. Finalmente, as
conclusões, sugestões e referências bibliográficas são enumeradas no fim do trabalho.
18

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 FUNDAMENTOS DA METALURGIA DO PÓ
A Metalurgia do Pó, segundo German [1], é uma técnica conhecida há mais de 5000
anos. Nesta época, tanto os egípcios quanto os incas já produziam utensílios a partir do
pó de ferro e ouro, respectivamente. Outro exemplo mais recente da utilização da
metalurgia do pó é a Coluna de Delhi na Índia, datada de 300 d.C., confeccionada a partir
de, aproximadamente, 6,5 ton de pó de ferro reduzido. A metalurgia do pó se tornou um
processamento importante no início do século XVII quando foram produzidos
componentes a partir do pó de platina e moedas a partir do pó de cobre, prata e chumbo.
O interesse por esta técnica teve uma grande expansão no século XX produzindo-se uma
infinidade de componentes como: filamentos de lâmpada de tungstênio, mancais porosos
de bronze, contatores elétricos, metais refratários e suas ligas (Nb, W, Mo, Zr, Ti e Re).
Esta técnica passou a ser utilizada na indústria com o propósito de minimizar custos,
aumentar produtividade, e/ou obter características somente possíveis a partir dela.
Este método de processar materiais consiste basicamente no aquecimento de uma
massa de pós, compactados a uma dada pressão e com geometria específica, a uma
temperatura abaixo do ponto de fusão do componente principal da liga. Com o uso desta
técnica, é possível obter as propriedades físicas, químicas e mecânicas desejadas, tendose,
desta forma, considerável economia de energia quando comparado a outros
processos de fabricação, como por exemplo, a fundição [2].
A vantagem principal da metalurgia do pó é a possibilidade de obtenção do
componente na geometria, dimensões e microestrutura já no estado final desejado. Este
processamento segue uma rota básica: produção e escolha criteriosa dos pós a serem
utilizados, mistura destes com um lubrificante, posterior moldagem na forma desejada e
sinterização. Processamentos e variáveis podem ser introduzidas, substituídas ou
suprimidas desta rota básica a fim de se obter componentes com melhores performances
[1].
19

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1.1 METALURGIA DO PÓ FERROSA
A metalurgia do pó ferrosa (MPF) pode ser considerada como um dos mais
importantes ramos da metalurgia do pó, pois o ferro e suas ligas são materiais
extensamente aplicados na indústria.
O crescimento da MPF nas últimas três décadas foi impulsionado pela possibilidade de
redução de custos na obtenção de componentes quando comparada aos processos de
usinagem, fundição, forjamento e outros. Avanços no desenvolvimento de novas ligas,
fabricação de pós, ligantes, lubrificantes e métodos de produção foram decisivos na
condição atual em que se encontra a MPF [3].
Atualmente os maiores usuários desta técnica vêm sendo a indústria automobilística,
abrangendo uma vasta gama de aplicações, principalmente em componentes que
constituem o motor, transmissão e chassis [4].
Dentre as aplicações da MP em maior crescimento na atualidade, pode-se citar: bielas
de pós forjados e sinterizados, flanges do sistema de exaustão em aço inoxidável
sinterizado, sistema de válvulas variáveis do motor (VVT), suporte de engrenagens
planetárias da caixa de transmissão automática [5].
Os materiais produzidos pela MP apresentam características microestruturais que
podem ser consideradas positivas ou negativas dependendo do tipo de aplicação e
condições em que os mesmos estão submetidos. A porosidade, por exemplo,
característica intrínseca à maioria dos produtos produzidos por metalurgia do pó,
influencia muito as suas propriedades. Em alguns casos a porosidade é desejada, como
por exemplo, na confecção de filtros ou mancais auto-lubrificantes [1]. Também, uma
certa quantidade de poros com geometria específica pode ser positivo para a resistência à
fadiga reduzindo o efeito de propagação de trincas [6].
No entanto, para a maioria das aplicações industriais a porosidade é geralmente
classificada como defeito. Neste sentido, os estudos realizados para o desenvolvimento
da MPF buscam principalmente atingir um material sinterizado com densidade próxima da
teórica [3]. Avanços na utilização e otimização de elementos de liga adicionados ao pó de
ferro, bem como a forma com que estes são adicionados, representam uma parte
significativa na melhoria das propriedades dos componentes sinterizados. A obtenção de
características microestruturais convenientes à aplicação bem como a ativação do
processamento de sinterização são exemplos de aperfeiçoamentos bem sucedidos
obtidos com a adição de elementos de liga. [1], [3], [4], [7], [8].
20

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1.2 METALURGIA DO PÓ DE BRONZE
O bronzeporoso é uma classe particular de bronze, na qual a porosidade resídua do
material é usada para fabricar buchas com função auto-lubrificante. Esta porosidade vem
impregnada com um lubrificante, o qual durante o exercício expande-se e interpõe-se
entre as superfícies em contato, juntamente com o aumento da temperatura. Deste modo
o lubrificante consegue também realizar uma lubrificação hidrodinâmica.
2.1.3 ETAPAS BÁSICAS DA METALURGIA DO PÓ
Para a obtenção dos produtos da MP, segundo German [1], as etapas básicas do
processamento são:
- produção dos pós;
- escolha e mistura dos pós;
- compactação/moldagem dos pós;
- sinterização do compactado.
Após a sinterização os componentes podem se encontrar já com as características
desejadas para a sua utilização. No entanto, dependendo das propriedades requeridas
estes podem ainda ser submetidos a processamentos posteriores à sinterização, como
por exemplo, forjamento, calibração ou tratamentos térmicos e/ou termoquímicos como
têmpera, ferroxidação, cementação, nitretação e carbonitretação.
2.1.3.1 Produção dos pós
Existem basicamente três categorias básicas de fabricação de pós, sendo elas
baseadas em métodos mecânicos (atomização de metal fundido, quebra e moagem)
métodos químicos (reações de redução) e métodos eletrolíticos (deposição eletrolítica). O
processamento dependerá principalmente da composição química do pó a ser obtido.
Além disso, existem outras características importantes que irão definir a rota a ser
utilizada. Destas características pode-se citar: a forma do pó, área superficial e demais
propriedades a elas relacionadas, como escoabilidade, densidade aparente e
compressibilidade. Estas três últimas características são fundamentais, pois se tratam de
parâmetros de controle do produto final no processamento de materiais a partir do pó. [2],
[6], [9].
2.1.3.2 Escolha e mistura dos pós
O interesse em obter pós com variadas características está relacionado ao estado do
componente compactado antes da sinterização. Tendo-se pós com distribuição de
tamanho de partícula, forma, superfície específica livre e escoabilidade adequadas, pode-
21

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
se obter um compactado com propriedades otimizadas a fim de se ter o componente final
(após sinterização) com as características requeridas, consumindo o mínimo de energia
[6].
A mistura dos diversos pós escolhidos deve ser realizada juntamente com um
lubrificante sólido em concentrações que variam frequentemente, entre 0,5 a 1,5% em
peso. Apesar da lubrificação das paredes da matriz ser mais eficiente, esta não é muito
utilizada devido a sua difícil incorporação na indústria. Pós de estearato baseados em Al,
Zn, Li, Mg ou Ca são os mais utilizados para fabricação de componentes a partir de pós
metálicos. Dentre estes, o lubrificante mais comumente usado é o estearato de zinco,
consistindo numa cadeva molecular relativamente curta (CH3-(CH2)16-COO)2Zn,
derivada de gordura animal [1].
2.1.3.3 Compactação/moldagem dos pós
A etapa de compactação é responsável por dar forma ao volume de pó. Nesta etapa o
componente é obtido nas dimensões próximo as das finais e com resistência mecânica
suficiente para que este não perca sua identidade durante o manuseio. A etapa de
moldagem, para pós metálicos, é de fundamental importância dentro do processo como
um todo, pois nela se obtém praticamente toda a densificação do componente. Esta etapa
é realizada com a aplicação de carga mecânica em matrizes rígidas. Os processos
usualmente empregados são: compactação unidirecional (de simples ou dupla ação),
compactação isostática, laminação de pós, extrusão e moldagem por injeção [9].
A compactação unidirecional em matriz é usada com maior freqüência. O emprego de
matriz de ação dupla visa minimizar os gradientes de densidade reduzindo assim a
heterogeneidade da retração do componente durante a etapa de sinterização. Entretanto,
no processo de compactação a frio sempre haverá gradientes de densidades. Este
problema pode ser minimizado utilizando-se o processo de moldagem por injeção (MPI).
Neste processo os pós metálicos são misturados aos ligantes e lubrificantes obtendo-se
uma massa viscosa passível de ser injetada num molde produzindo-se, desta forma, um
componente densificado com maior homogeneidade [1].
2.1.3.4 Sinterização
Segundo Thümmler e Oberacker [9] "...a sinterização é entendida como sendo o
transporte de matéria, ativado termicamente, em uma massa de pós ou um compactado
poroso, resultando na diminuição da superfície específica livre pelo crescimento de
contatos entre as partículas, redução do volume e alteração da geometria dos poros".
22

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A sinterização é, portanto, a etapa onde os pós compactados adquirem resistência
mecânica através da formação de contatos entre as partículas, no sentido de se obter a
continuidade de matéria [1]. No entanto, antes da sinterização dos pós propriamente dita,
è necessário remover o lubrificante (ou ligante) a eles adicionados no estágio anterior ao
de compactação. O processamento de remoção utilizado mais freqüentemente é por via
térmica executado, geralmente, no mesmo ciclo de sinterização, num patamar de
temperatura em torno de 500ºC durante 30 min, para o caso do estearato de zinco [10].
A força motriz para que ocorra a sinterização é a diminuição da energia livre do
sistema (∆G < 0). Este processo pode ocorrer através da redução dos defeitos cristalinos
fora do equilíbrio, diminuição de heterogeneidades em sistemas multicomponentes e de
superfície livre específica proveniente do crescimento dos contatos entre as partículas
gerando continuidade de matéria, diminuição do volume e arredondamento dos poros [9].
A sinterização pode ser dividida em três estágios principais, conforme a Figura 1 [6],
[8], [9]:
Figura 1 – Estágios principais do processo de sinterização [8].
- Estágio Inicial – Os contatos entre as partículas formam ligações, ou seja, a matéria
se torna contínua na região dos contatos, mantendo-se a identidade das mesmas. Neste
estágio não ocorre significativa movimentação de partículas;
- Estágio Intermediário – Com o crescimento da relação raio do “neck”/ raio da
partícula (x/R), estas perdem gradativamente sua identidade. Este estágio è caracterizado
pela densificação, e crescimento de grãos, apresentando a ocorrência da maior parte da
retração;
- Estágio Final - Ocorre o isolamento e arredondamento dos poros. Se os poros
contiverem gases insolúveis no metal de base, não será possível atingir a densificação
total, no entanto, se os poros forem vazios ou nestes existir gases solúveis ao metal de
base a densificação total poderá ocorrer.
23

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1.4 ELEMENTOS DE LIGA NA SINTERIZAÇÃO DE MATERIAIS DA MPF
A adição controlada de elementos de liga ao componente principal da mistura é um
dos meios mais utilizados para se atingir a qualidade desejada aos componentes da MPF.
Os elementos de liga usualmente adicionados ao pó de ferro são: C, Cu, Ni, P, Al, Cr, W,
Co, Mo, entre outros [1].
A adição dos elementos de liga é realizada com a utilização de pós elementares, préligados
ou portadores. Nem sempre é possível utilizar pós elementares, devido a
problemas com estabilidade do elemento químico e formação de fases indesejáveis
(sólidas ou líquidas) quando da homogeneização. O emprego de pós pré-ligados é
dificultada devido à redução da capacidade de densificação da mistura durante a
compactação em conseqüência da menor ductilidade do pó. Assim sendo, os portadores
de liga são usados no intuito de minimizar os problemas citados [2], [6].
A homogeneização dos elementos de liga durante a sinterização é um dos aspectos
fundamentais neste processo, pois o controle microestrutural está intimamente
relacionado com este fenômeno. A cinética de homogeneização é controlada pela difusão
dos elementos de liga na matriz. A difusão de massa no estado sólido pode ocorrer de
duas maneiras: difusão intersticial ou substitucional. De um modo geral, pode-se dizer que
os átomos se difundem instersticiamente quando apresentam raio atômico com dimensão
da ordem de grandeza dos interstícios entre os átomos da matriz. Caso os diferentes
átomos tenham dimensões da mesma ordem de grandeza, a difusão ocorrerá
substitucionalmente. Os mecanismos de difusão podem ser agrupados, a princípio, em
duas classes: difusão individual de átomos (difusão intersticial ou substitucional por
lacunas) e difusão que envolve movimento cooperativo de dois ou mais átomos (difusão
substitucional com mecanismo de troca direta de átomos ou mecanismo do anel de Zener
para difusão) [11].
Um dos efeitos importantes da adição de elementos de liga é o endurecimento da
matriz devido à presença destes em solução sólida, formação de precipitados cerâmicos
ou intermetálicos, entre outros. Porém, um aspecto não menos relevante da adição de
elementos de liga na MPF é o controle da formação das fases alotrópicas do ferro (ferritaα,
austenita-γ e ferrita-δ). A adição de elementos gama-gênios como C, N, Ni, Cu e Mn,
por exemplo, fazem com que haja o favorecimento da formação da fase austenítica. Para
alguns casos a adição destes elementos pode significar a estabilização desta fase para
24

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
uma extensa faixa de temperaturas. O mesmo pode ocorrer para a fase ferrítica quando
da adição de elementos alfa-gênios como, por exemplo, Cr, Si, Mo, Ti e P [12].
Para as ligas de bronze sinterizadas os elementos de liga mais usados são: C na
forma de grafita, para evitar o desgaste adesivo durante os primeiros instantes de
desgaste; e o P para prevenir o desgaste por fadiga superficial e porque seu temperatura
de fusao é relativamente baixa, formando fase liquida com o Fe e ajudando no processo
de sinterizaçao a baixa temperatura, como é o caso destas ligas.
2.2 CURVA DE ABBOUT-FIRESTONE
A rugosidade superficial de uma peça maciça (com ausência de porosidade), a qual foi
introduzida pela BOSCH em 1980, é medida através de perfilômetro e nos dá como
resultados as grandezas Rz, Rmax e Ra. Estas grandezas não são adequadas para medir
a rugosidade superficial das peças porosas, pois o que é determinante para a qualidade
destas superfícies são as características microgeométricas do perfil externo [17].
A norma DIN 4776 (N13 B89) [17], também introduzida pela BOSCH em 1990, define
as grandezas que permitem a correta descrição da função rugosidade na superfície de
contato. Estas grandezas, segundo a norma, são derivadas da curva de Abbott-Firestone
e determinam a profundidade e o caráter do perfil (superficial) de rugosidade.
A forma deste perfil (arredondado ou pontudo) é determinante, juntamente com a
profundidade desta rugosidade, para o comportamento funcional da superfície de
deslizamento (sliding) e de rolamento altamente solicitadas [18]. As grandezas derivadas
da curva de Abbott-Firestone descrevem o aumento de material referido à profundidade
do perfil de rugosidade e servem como um judício sobre o comportamento funcional
mecânico desta superfície [17].
A qualidade de uma superfície é frequentemente determinada pelo tipo de interação
entre esta e uma outra superfície em contato. Exemplos de superfícies onde se desejam
boas propriedades de contato são as buchas e rolamentos. No caso das buchas, as duas
superfícies em contato são normalmente separadas de um lubrificante líquido. Caso a
altura do maior pico da rugosidade de uma superfície seja maior que a espessura do filme
fluído esta superfície entrará em contato com a superfície oposta causando desgaste,
deste modo a superfície que contém picos muito grandes (altos), não será uma boa
superfície para uma bucha, como também não será se esta superfície possuir picos
baixos e uma grande quantidade de profundos vales, porque assim o lubrificante entrará
25

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
muito nos poros, fazendo com que seja necessário uma quantidade maior de lubrificante
[18].
A proporção de material é usada pra predizer o caráter da superfície, e é calculada em
diferentes profundidades do perfil, sendo expresso graficamente por uma curva contínua,
esta curva é chamada de Curva de Abbott-Firestone (ver figura 2). Para o cálculo da
família de parâmetros Rk a curva se aproxima a uma linha reta que a divide em três zonas
que são: os picos (Rpk), os vales (Rvk) e o coração (Rk) da rugosidade superficial [18].
Para superfícies com elevado esforço mecânico, ∆Mr (Mr2-Mr1, fig. 2) deve ser no
mínimo de 40%, esta grandeza caracteriza a inclinação da curva da figura 2, e significa o
acréscimo de material no campo central. Ex: Rk= 5µm (∆Mr = 10%) significa um aumento
de material de 10% a cada 0.5 µm de profundidade do incave no perfil central [17].
Figura 2: Demonstração da curva de Abbott-Firestone [17].
Rpk – Quantidade de superfície que será desgastada durante a carga inicial.
Rk – Quantidade de superfície que soportará a maior parte da carga.
Rvk – Quantidade de superfície que absorvirá a maior parte de lubrificante.
Mr1 – Relação de material que conecta Rpk e Rk.
Mr2 – Relação de material que conecta Rk e Rvk.
2.3 RESISTÊNCIA AO DESGASTE
A interação entre superfícies em contato com movimento relativo sob determinadas
condições (sistema tribológico) implica na ocorrência de uma série de efeitos, dentre os
26

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
quais, dissipação de energia por atrito e dissipação de matéria sob forma de fragmentos,
em outras palavras, desgaste [12].
A força de atrito pode ser definida como sendo a resistência encontrada por um corpo
ao se mover sobre outro [13]. Dependendo do modo como se comporta o movimento
relativo entre as superfícies pode-se fazer a seguinte classificação: movimento relativo de
deslizamento, rolamento ou a combinação de ambos. Como regra geral, sabe-se que a
força de atrito é proporcional ao carregamento resultante na direção normal ao plano de
contato. É admitido também que esta força seja independente da área aparente de
contato e que, após iniciado o movimento relativo, não depende da velocidade de
deslizamento [14]. A força de atrito (Fat) pode ser escrita da seguinte forma (Eq. 1):
Fat = µ W (Eq. 1)
Onde, µ é um coeficiente de proporcionalidade, conhecido como “coeficiente de atrito”,
que depende das condições interfaciais entre as superfícies em contato e W é a
componente normal ao plano da força aplicada entre as duas superfícies.
Conforme a terminologia adotada pela ASTM [15] o desgaste se caracteriza como
sendo a danificação de uma superfície sólida, envolvendo, usualmente, perda progressiva
de material devido ao movimento relativo entre esta superfície em contato com uma ou
várias substâncias. O movimento relativo entre a superfície de dois corpos geralmente
ocorre sob interferência dos constituintes atmosféricos (moléculas do ar, umidade,
agentes corrosivos, entre outros). Além disso, na região de contato podem existir
elementos inter-superficiais como lubrificantes e partículas abrasivas. Estes elementos
presentes no sistema tribológico influenciam drasticamente o comportamento ao desgaste
e ao atrito. Seguindo este raciocínio é possível dizer que o desgaste e a força de atrito
não são propriedades intrínsecas do material, mas do sistema tribológico [16].
Comumente, os mecanismos de desgaste são classificados em quatro grandes
grupos: desgaste adesivo, abrasivo, tribo-oxidadtivo e fadiga superficial.
2.3.1 DESGASTE ADESIVO
É o mecanismo de desgaste entre dois corpos em deslizamento, onde o fenômeno de
deformação plástica e de adesão entre as asperidades em contato desenvolvem uma
ação que é predominante na formação dos fragmentos de desgaste [20].
27

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Foi observado experimentalmente que durante o deslizamento ocorrem particulares
fenômenos, sendo eles [20]:
• As repetidas deformações plásticas nas asperidades podem induzir fenômenos de
fadiga oligociclica localizados, ou o acúmulo de deformação plástica (ratchetting);
estes fenômenos podem atingir as zonas sub-superficiais, enfraquecendo
localmante o material e assim levando a formação dos fragmentos de desgaste.
• Dificilmente o fragmento de desgaste abandona rapidamente o sistema tribológico,
pode é transferir-se ao contracorpo ou, no caso de deslizamento prolongado,
misturar-se com outros fragmentos provenientes do contracorpo e formar uma
camada tribológica sobre a superfície do corpo em contato.
2.3.2 DESGASTE TRIBO-OXIDATIVO
Este desgaste é um caso particular de desgaste corrosivo, ou seja, desgaste
favorecido da interação da superfície em contato com um ambiente agressivo. Na maioria
dos sistemas tribológicos o ambiente agressivo nos fornece uma oxidação superficial, e o
mecanismo de desgaste tribo-oxidativo é proveniente da combinação do processo
oxidativo e da ação mecânica que corresponde as duas superfícies em contato [20].
Existe dois tipos de desgaste tribo-oxidativo: direto e à baixa velocidade de
deslizamento.
O desgaste tribo-oxidativo direto acontece a altas velocidades de deslizamento
(superior a 1 m/s para os aços), ou quando os materiais em contato apresentam
temperaturas muito elevadas, em ambos os casos a temperatura atinge valores muito
elevados (≈ 400°C), que promovem uma oxidação direta das asperidades em contato,
com uma cinética de reação suficientemente elevada. O óxido cresce até atingir uma
espessura crítica depois de um certo tempo, levando a formação dos fragmentos de
desgaste.
Experiências mostram que pode existir presença de desgaste tribo-oxidativo (devido a
presenças de fragmentos de desgaste oxidados) também a baixas velocidades de
deslizamento (menores que 1 m/s), mesmo se não chegam a temperaturas maiores de
200°C. Este mecanismo desenvolve-se do seguinte modo [20]:
• Durante a fase inicial, quando se formam fragmentos metálicos (por adesão), estes
permanecem entre as superfícies de contato;
28

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
• Estes fragmentos são “triturados”, oxidados (a temperatura é baixa mas a ativação
da oxidação é elevada devido a elevada área superficial e elevada quantidade de
defeitos superficiais nos fragmentos) e aglomerados;
• Se as condições de carga e deslizamento são intensas, pode-se formar uma
camada de óxido constituído dos fragmentos sinterizados, com uma grande
capacidade de suportar elevadas cargas;
• As eventuais formações de fraturas frágeis, levam a fragmentação da camada
protetiva que formando assim os fragmentos de desgaste.
No geral, o coeficiente de atrito para o desgaste tribo-oxidativo, em um mesmo tipo de
teste, é inferior de uma ou duas ordens de grandeza que o coeficiente de atrito para o
desgaste adesivo.
2.3.3 DESGASTE ABRASIVO
A abrasão se refere à remoçãode material ocorrido por riscamento, e è normalmente
um desgaste severo.
A interação abrasiva pode ser [20]:
• Com dois corpos (ação abrasiva ocorre devido a asperidades de um dos dois
corpos em contato, ou a partículas duras presas em um dos dois corpos);
• Com três corpos (partículas duras são dispostas com a liberdade de rolarem entre
os dois corpos em contato).
2.3.4 DESGASTE POR FADIGA SUPERFICIAL
Pode existir a formação de fragmentos de desgaste entre dois corpos em contato
também em presença de lubrificação, quando a solicitação superficial é do tipo periódica
(por circulação ou pra frente e pra trás). Esta solicitação periódica induz um acúmulo de
deformação no material, normalmente na região subsuperficial, com a nucleação e a
sucessiva propagação de uma trinca de fadiga, que pode levar a formação do fragmento
de desgaste [20]. Este tipo de mecanismo somente se manifesta em presença de
lubrificante.
2.3.5 DESGASTE POR DESLIZAMENTO
Os mecanismos que determinam a deformação superficial de dois corpos em contato e
em deslizamento são a adesão e a tribo-oxidação (descritos acima). Se o mecanismo é
caracterizado da presença de partículas duras, podemos ter também a abrasão [20].
29

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Durante o deslizamento entre dois corpos em contato, o volume de desgaste (V)
aumenta com a distância de deslizamento (m), segundo o típico comportamento
esquematizado na figura 3. Este comportamento apresenta três fases [20]:
• Run-in: Durante esta fase a taxa de desgaste W (∆V/∆m) è geralmente muito alta.
As superfícies de contato desgastam-se até que a conformidade dos contatos è
otimizada ou até que as superfícies sejam livres da presença de óxidos ou outros
contaminantes;
• Estágio 1: Terminada a fase de run-in, inicia o estágio estacionário, caracterizado
de uma taxa de desgaste normalmente menor ao run-in. Esta é a fase principal do
processo tribológico, controlada por um dos mecanismos de desgaste.
• Estágio 2: Pode acontecer que, depois de uma certa distância de deslizamento,
ocorra uma transição na taxa de desgaste (podendo aumentar, como mostrado na
fig. 3, ou diminuir), devido mudança do tipo de mecanismo de desgaste.
Figura 3: Típica evolução do volume de desgaste com a distância de deslizamento.
Quando temos a presença de desgaste tribo-oxidativo a taxa de desgaste é inferior em
relação ao desgaste adesivo, sendo neste caso considerada desgaste moderado. Se o
mecanismo de desgaste predominante é a adesão, o desgaste é considerado severo.
Em muitos casos quando tenho a formação da camada de óxido, esta não se forma
imediatamente, então antes de ocorrer a tribo-oxidação, tenho a presença de adesão
durante os primeiros minutos (run-in).
A seguir está apresentado alguns valores de taxa de desgaste (Ka) moderada para
alguns materiais, não porosos, testados contra um contracorpo de alta resistência e que
serão usados como referência na hora da discussão dos resultados deste trabalho.
30

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Tabela 1: Valores típicos de taxa de desgaste moderado, para materiais não porosos. [20]
Material
Intervalo de Dureza,
Kg/mm 2
Taxa de Desgaste Ka, m 2 /N
Aço baixo carbono 100-150 ~ 5x10 -13
Aço médio carbono 150-300 ~ 10 -13
Aço alto carbono 300-600 ~ 5x10 -14
Bronze 300-400 10 -15 – 10 -14
No caso dos aços (e também outras ligas metálicas), o valor da taxa de desgaste
diminui visivelmente com o aumento da dureza da liga, isso acontece devido ao fato que
ao aumentar a dureza aumenta a capacidade do metal em fixar a camada de óxido
superficial.
As ligas de bronze também podem obter baixos valores de taxa de desgaste, devido a
sua boa dureza, a baixa compatibilidade com as ligas de Fe e a elevada condutividade
térmica, que facilita a dispersão do calor produzido por atrito, reduzindo assim as
temperaturas superficiais [20].
2.4 BUCHAS
São cilindros fixos que tem a finalidade de manter um eixo rodante (normalmente de
aço a alta resistência ou cementado) e são capazes de suportar forças radiais.
O movimento relativo entre o eixo e a bucha é de deslizamento puro, sendo que as
duas superfícies em contato podem sofrer o processo de desgaste por deslizamento [20].
No geral, as buchas usadas em componentes mecânicos vêm lubrificadas com óleo
lubrificante. Se as forças em questão são muito altas e a velocidade de deslizamento é
baixa, se utiliza graxa como lubrificante, mas se esta velocidade é relativamente alta pode
ser adotado a lubricação com ar ou outro gás.
A lubrificação é o melhor método pra reduzir o desgaste por deslizamento, em
particular se este lubrificante é fluido, pois o desgaste é quase zero, devido ao fluido
31

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
impedir o contato entre as asperidades. Nestas buchas o óleo lubrificante permanece na
região de contato entre a bucha e o eixo.
As buchas a seco, ou seja, que não usam lubrificantes, são usadas em particulares
aplicações de engenharia, principalmente onde não é possível realizar uma adequada
manutenção, ou não é possível realizar uma alimentação com óleo. Nestes casos são
empregadas buchas que trabalham a seco (polímeros e compósitos) e buchas
autolubrificantes.
Buchas autolubrificantes são fabricadas através da metalurgia do pó e possuem uma
grande quantidade de porosidade, a qual vem empregnada de óleo lubrificante, mas antes
desta empregnação a superfície de trabalho das buchas vem calibrada para reduzir a
rugosidade do material, fechar parte da porosidade superficial (para otimizar a qualidade
dos poros interconexos que levam a superfície) e obter uma elevada precisão
dimensional. Durante o exercício, o aquecimento superficial provoca a saída do óleo dos
poros, acumulando-se na região de contato bucha-eixo, e exercita uma força
hidrodinâmica [20]. A fase crítica destas buchas é a fase inicial de trabalho, quando o óleo
lubrificante ainda não está na região de contato, e esta é a fase onde ocorre o maior
desgaste e o material deve suportar bem a estes esforços.
Materiais sinterizados muito usados são os bronzes (ex. Cu+10%Sn), ferro puro, ligas
de Fe+Cu e bronze grafitado [20].
2.5 ENGRENAGENS
As rodas dentadas têm a função de transmetir o movimento de rotação de um eixo a
outro, e união entre duas rodas dentadas é chamado engrenagem. As engrenagens são
normalmente lubrificadas (em banho de óleo ou a borrifo), mas em algumas particulares
aplicações trabalham a seco. Na maioria dos casos são fabricadas em aços de alta
resistência, aços cementados ou carbonitratados, ferro fundido (esferoidal) ou em bronze.
As regiões dos dentes são frequentemente retificadas para reduzir a rugosidade [20].
O movimento relativo é de puro rolamento somente quando o contato é ligado a
circunferência primitiva, senão o contato é por rolamento-deslizamento. A danificação
superficial pode ocorrer por fadiga superficial ou por deslizamento (com eventual
contributo do desgaste abrasivo se partículas abrasivas permanecem entre as superfícies
do dente em contato) [20].
32

MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS
3.1 MATERIAIS
3. MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS
3.1.1 DISTALOYS
Os Distaloys sinterizados pela GKN são utilizados como engrenagens, as quais
tiveram o funcionamento descrito no capítulo anterior. A seguir na tabela 2, estes foram
descritos segundo ao tipo de tratamento térmico, densidade e composição química, sendo
estas especificados pela indústria em questão.
As condições de sinterização, tratamentos térmicos e percentual dos elementos de liga
em cada material, são confidênciais e porisso não foram descritas.
Tabela 2: Condições de fabricação e composição química dos Distaloys.
Material
DistaloyAE*
DistaloyAE*
DistaloyAE
DistaloyAE
DistaloyDH*
DistaloyDH*
Densidade
g/cm 3
6,9
7,1
6,9
7,1
6,9
7,1
6,9
7,1
6,9
7,1
6,9
7,1
Composição
Fe - Ni - Mo
- Cu - C
Fe - Ni - Mo
- Cu - C
Fe - Ni - Mo
- Cu
Fe - Ni - Mo
- Cu
Fe - Mo - Cu
- C
Fe - Mo - Cu
- C
Somente
Sinterizado
*
*
Tratado
Termicamente
*
Cementação
SinterTemperado
+ Revenido
SinterTemperado
33

MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS
3.1.2 LIGAS DE BRONZE E A BASE DE Fe+Cu
As ligas de bronze e a base de Fe+Cu sinterizadas pela GKN, são utilizadas como
buchas auto-lubrificantes (capítulo 2). A seguir na tabela 3, estas ligas foram descritas
segundo a composição química e densidade as quais foram expecificados pela indústria.
Neste caso todas as amostras foram apenas sinterizadas.
As condições de sinterização e percentual dos elementos de liga em cada material,
são confidênciais e também não foram descritas.
Tabela 3: Condições de fabricação e composição química das ligas de bronze e Fe+Cu.
Material
B
B2
F
F*
Densidade
g/cm 3
6,6
7,0
6,4
6,8
5,8
6,2
5,8
6,2
Composição
Somente
Sinterizados
Cu - Sn *
Cu - Sn - C *
Fe - Cu *
Fe - Cu - P - C *
As amostras B2 e F*, as quais possuem carbono em suas composições, apresentam
este na forma de grafita. A seguir, a Fig 4 mostra como se apresenta distribuída a grafita
nestas amostras.
Figura 4: Análise da superfície do material B2 (ESEM).
Grafita
34

MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS
3.2 MÉTODOS EXPERIMENTAIS
3.2.1 DENSIDADE E POROSIDADE
A análise de densidade foi realizada através do método de Arquimedes – norma ASTM
B328, em balança de precisão 0,1 mg o qual baseia-se em: pesagem da amostra ao ar
(Par), pesagem da amostra impregnada com óleo (Póleo) e pesagem desta com óleo em
água (Págua). Através da equação: Par / (Póleo – Págua), foi encontrado o valor de
densidade real do sinterizado poroso, e, a diferença deste com a densidade teórica (valor
do composto maciço, não poroso), nos dá os valores de densidade relativa. Os valores de
porosidade aberta e fechada consequentemente são calculados com base nestes
resultados.
A quantificação da porosidade também foi realizada por análise de imagens com
auxílio do programa Image-Pro Plus.
3.2.2 PREPARAÇÃO METALOGRÁFICA
Todas as amostras, analisadas antes e depois dos testes de desgaste, foram
seccionadas utilizando-se uma máquina de corte.
As amostras de Distaloy foram embutidas a quente em embutidora automática
Primopress (Struers), com resina fenólica. Posteriormente as amostras embutidas foram
lixadas sucessivamente com lixas de granulometria 200, 500, 800 e 1200, e polidas
utilizando-se pastas abrasivas com tamanho médio de 3 e 1 µm. O ataque usado para
revelar a microestrutura foi Nital+Picral para os Distaloys AE* e AE, e somente Picral para
os DH*.
As amostras de bronze e ligas Fe+Cu foram embutidas a frio devido ao fato de
apresentarem um elevado valor de porosidade aberta, pois caso fossem embutidas a
quente não seria possível abrir os poros posteriormente. O embutimento foi realizado com
resina epóxi+epofix hardener. As amostras foram subsequentemente lixadas com lixa de
granulometria 200, 500, 800 e 1200, e polidas com pastas abrasivas com tamanho médio
de 3 e 1 µm. Os reagentes químicos usados para revelar a microestrutura foram: Nital 2%,
para amostras F e F*, e 60ml ethanol 96% + 30ml água destilada + 10ml HCl + 2g
FeCl 3 .6H2O, para B e B2.
Após a preparação metalográfica as amostras foram visualizadas e fotografadas em
microscópio ótico Zeiss Axiophot. A análise de quase todos os resultados, exceto para as
35

MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS
amostras B e B*, foi realizada usando como referência as microestruturas apresentadas
no livro de metalografia da Höganäs [20].
3.2.3 MEDIÇÃO DE MICRO E MACRO DUREZA
A análise de microdureza (HV0,025), foi realizada através do microdurômetro MHT-4
(Anton Paar) acoplado a um microscópio óptico (Carl Zeiss) – Norma ASTM384. A análise
antes do teste de desgaste foi realizada nas diferentes fases presentes, com o objetivo de
identificar a dureza de cada fase, já que as amostras não são homogêneas.
Nas amostras de DistaloyAE Cementadas, também foi realizado um perfil de
microdureza (HV0,1) com o intuito de estimar a profundidade da camada cementada. Este
perfil foi construído medindo-se vários valores de microdureza no sentido da superfície
tratada para o interior da amostra, até que os valores se assemelhassem àqueles obtidos
sem este tratamento.
Os ensaios de macrodureza foram realizados com o objetivo de identificar a dureza
total da amostra, obtendo assim o valor de dureza média de todas as fases presentes no
local da indentação. O equipamento utilizado foi EMCO.TEST, e o tipo de dureza:
HB2.5/15.62– Norma ASTM 118, para ligas de bronze (B, B2) e Fe+Cu (F, F*), pois
apresentam um elevado percentual de porosidade, e HV30 – Norma ASTM 18, para
amostras de Distaloys.
O valor de micro e macro dureza final foi obtido realizando-se a média de pelo menos
5 indentações.
3.2.4 MEDIÇÃO DA RUGOSIDADE SUPERFICIAL
A análise de rugosidade superficial foi realizada em todas as amostras, através da
norma DIN 4776 pelo método de análise da curva de Abbott-Firestone, descritos no
capítulo 2, usando perfilômetro de contato (Hommelwerke T8000) e os resultados foram
analisados com o programma Turbo Roughness V 2.86”. Foram realizadas 3 medições
por amostra. A distância percorrida pelo perfilômetro na amostra foi de 5 mm com uma
velocidade de varredura de 0,05 mm/s.
3.2.5 ANÁLISE QUANTITATIVA DE C e S
A análise elemental de carbono e enxofre foi realizada nas amostras de DistaloyAE
somente sinterizadas e nas amostras F, devido ao fato de apresentarem em suas
microestruturas uma certa quantidade de perlita. A presença desta fase não era esperada
36

MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS
devido à ausência de C na composição de suas ligas. A análise foi realizada em um
equipamento LECO CS125.
3.2.6 CARACTERIZAÇÃO TRIBOLÓGICA
Os ensaios foram realizados usando um tribômetro Amsler A135 com configuração
disco contra disco, e o movimento relativo entre estes discos foi realizado com contato
deslizante a seco (contracorpo estacionário e amostra em rotação). A Figura 5 mostra
uma foto do tribômetro utilizado e o desenho esquemático do ensaio disco contra disco.
Amostra
Aplicação da
carga normal
Contracorpo
(a) (b)
Figura 5 – Imagem frontal do tribômetro Amsler A137 (a) e desenho esquemático do
ensaio disco contra disco.
O disco do contracorpo foi produzido com aço AISI M2 (exemplificado na figura acima),
com dureza de 64HC. Ambos os discos possuem a dimensão de 40mm de diâmetro
externo e 10mm de espessura.
Os ensaios foram realizados a temperatura ambiente com velocidades de
deslizamento de 0,105 m/s, 0,314m/s e 0,838m/s as quais são obtidas através da rotação
da amostra a 50 rpm, 150 rpm e 400 rpm, respectivamente.
Todos os ensaios foram realizados no mínimo 2 vezes e todas as amostras foram
limpas em acetona com utilização de ultra-som, secadas em estufa por aproximadamente
5 min, para evaporação da acetona e o valor da massa obtida com balança de precisão
de 0,1 mg. Este procedimento foi realizado no intervalo de 0-15-30-60-90 min, num total
de 5 medições, ou seja uma hora e meia de teste. Os fragmentos de desgaste foram
recolhidos para posterior análise em ESEM (microscópio eletrônico de varredura
ambiental – Environmental Scanning Electron Microscopy).
37

MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS
Forças Normais Aplicadas:
• Distaloys somente sinterizados – 100N e 200N;
• Distaloys tratados termicamente – 200N e 500N;
• Bronzes e ligas de Fe+Cu – 30N e 100N.
A força normal foi aplicada com o auxílio de uma mola ajustada com um parafuso e
uma escala graduada acoplada ao tribômetro. O cálculo da taxa de desgaste específico é
realizado através do cálculo da inclinação da reta no gráfico (volume de desgaste (x10 -6 ,
m 3 ) x Distância de deslizamento (m)), exemplificado na figura 6 (a) a seguir, este valor è
dividido pela força aplicada, o que nos fornece a taxa de desgaste.
Volume Desgastado [x10 -6 ,m 3 ]
0,035
0,030
0,025
0,020
0,015
0,010
0,005
Distaloy AE* - Sinterizado
(Força 100N - Velocidade 0,314m/s)
Densidade 6,9
Densidade 7,1
0,000
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Distance de Deslizamento [m]
a
Coeficiente de atrito
0,8
0,6
0,4
0,2
Distaloy AE* - Sinterizado
(Densidade 6,9)
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
Figura 6 – Exemplo de curvas de desgaste (a) e coeficiente de atrito (b).
O atrito é expresso através do coeficiente de atrito (µ), figura 6 (b), o qual deriva da
formula: Fat = µ x W. O equipamento de desgaste (tribômetro) nos fornece o valor de
torque, o qual dividido pelo raio do disco deslizante (amostra), nos fornece o valor de Fat,
e W é o componente normal à força aplicada entre as superfícies.
3.2.7 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA AMBIENTAL (ESEM)
A caracterização da morfologia dos fragmentos de desgaste e da superfície
desgastada foi realizada através da análise em microscópio eletrônico de varredura
ambiental (Environmental Scanning Electron Microscopy - ESEM) modelo Philips XL-30. A
composição química dos fragmentos de desgaste realizada através da microssonda de
energia dispersiva de raios X (EDXS) acoplada ao ESEM.
b
38

MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS
As imagens das superfícies desgastadas foram obtidas com aumento de 200x e 250x,
tensão de 20 kV e “spot” 5 utilizando-se o detector de elétrons retroespalhados (BSE). As
imagens dos fragmentos de desgaste foram obtidas com um aumento de 100x e 200x
usando-se o detector de elétrons retroespalhados (BSE) e o detector de elétrons
secundários (GSE) (conhecido como SE em MEV), também usando uma tensão de 20kV
e “spot” em torno de 5.
O detector BSE é utilizado com o intuito de destacar a presença de óxidos formados
durante ensaio, tanto nos fragmentos quanto nas superfícies desgastadas. Para a análise
composicional dos fragmentos de desgaste com EDXS, foi utilizada tensão de 20 kV,
“spot” 5,1 e uma área de varredura suficientemente grande, para obtermos uma média
razoável (aumento 200x). Neste caso, o tempo total de contagem dos raios X
provenientes da amostra foi de 50 s.
3.2.8 ANÁLISE MACROSCÓPICA COM LUPA ESTEREOSCÓPICA
Foi utilizado lupa estereoscópica Zeiss – Stemi 2000-C, com câmera digital ½ inch
CCD acoplada, no intuito de auxiliar na caracterização da superfície desgastada, pois
através desta é possível visualizar as marcas de desgaste, o que facilita o entendimento
do mecanismo de desgaste presente, juntamente com a análise em ESEM. As imagens
foram adquiridas com câmara digital acoplada.
39

RESULTADOS E DISCUSSÕES
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 CARACTERIZAÇÃO MACRO E MICRO ESTRUTURAL
Todos os materiais descritos no capítulo 3, foram submetidos a uma caracterização
macro e microestrutural antes da realização dos testes de desgaste. Esta caracterização
foi solicitada pela empresa GKN com o intuito de conhecer em que condições está seu
processo de sinterização.
Esta análise engloba: análise metalográfica, de densidade, percentual de porosidade,
macro e micro dureza e rugosidade superficial.
Os materiais com a mesma composição estão diferenciados em função das
densidades fornecidas pela empresa e descritas no capítulo 3, ou seja, densidades 6,9
g/cm 3 e 7,1 g/cm 3 .
4.1.1 DISTALOYS SOMENTE SINTERIZADOS
1 2
DistaloyAE*- Sinterizado
(Fe- Ni- Mo- Cu- C)
4
3
Figuras 7: Densidade 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 500X.
Nas figuras acima é possível notar a presença de perlita (1), austenita (2), ferrita (3) e
martensita (4). As microestruturas são heterogêneas devido a presença de Cu, Ni e Mo,
que apresentam diferentes funções dentro da liga, ou seja, a austenita ocorre devido ao
Cu e Ni pois estes são elementos que estabilizam a fase δ (austenítica), por este motivo a
austenita é rica em níquel e a martensita em Ni+Cu, já a presença de Mo estabiliza a fase
3
1
2
4
40

RESULTADOS E DISCUSSÕES
α (ferrítica), sendo esta um pouco mais difícil de identificar dentro da liga, normalmente
está presente nas bordas da perlita (ou na bainita, a qual não é presente nesta
microestrutura).
Valores de Microdureza:
Densidade 6,9 g/cm 3 : Martensita(4): 620HV Densidade 7,1 g/cm 3 : Martensita(4): 560HV
Ferrita(3): 148HV Ferrita(3): 150HV
Austenita(2): 407HV Austenita(2): 370HV
Perlita(1): 225HV Perlita(1): 232HV
Macrodureza(HV30): 186HV 196HV
Tabela 4: Resultados da análise de densidade e porosidade para DistaloyAE* sinterizado.
Materiais/
densidade,
g/cm 3
1
ρs
(densidade
real, g/cm 3 )
Densidade
Teórica
(g/cm 3 )
Densidade
Relativa, %
εa, %
(%poros
abertos)
εt, %
(% poros
fechados)
AE*(6,9) 7,03 7,86 89,48 7,30 7,03
AE*(7,1) 7,21 7,86 91,79 2,60 7,21
2
3
DistaloyAE- Sinterizado
(Fe- Ni- Mo- Cu)
Figura 8: Densidade 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 500X.
Nas figuras acima nota-se a presença de austenita (1), ferrita (2) e perlita (3), a
presença de austenita e a influência de Ni, Cu e Mo já foram explicadas nas primeiras
microestruturas. Neste caso, devido à ausência de carbono não deveria haver a presença
de perlita, mas esta foi detectada, como percebe-se claramente na microestrutura. A
3
1
2
41

RESULTADOS E DISCUSSÕES
análise de carbono foi realizada utilizando-se um equipamento LECO CS125, mas o
percentual de carbono encontrado é muito baixo, aproximandamente 0,05%. Supõe-se
que a presença de carbono na microestrutura tenha ocorrido devido à atmosfera do forno
de sinterização, a qual não é controlada.
Valores de Microdureza:
Densidade 6,9 g/cm 3 : Austenita(1): 213HV Densidade 7,1 g/cm 3 : Austenita (1): 239HV
Ferrita(2): 118HV Ferrita(2): 116HV
Perlita(3): 305HV Perlita(3): 300HV
Macrodureza(HV30): 137HV 144HV
Tabela 5: Resultados da análise de densidade e porosidade para DistaloyAE sinterizado.
Materiais/
densidade,
g/cm 3
ρs
(densidade
real, g/cm 3 )
Densidade
Teórica
(g/cm 3 )
Densidade
Relativa, %
εa, %
(% de poros
abertos)
εt, %
(% poros
fechados)
AE(6,9) 7,00 7,96 87,94 7,17 4,89
AE(7,1) 7,21 7,96 90,54 3,88 5,58
4.1.2 DISTALOYS TRATADOS TERMICAMENTE
DistaloyAE*- Sinterizado + Tratado Termicamente
(Fe- Ni- Mo- Cu- C)
2
1 1
Figura 9: Densidade 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 500X.
2
42

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Nas figuras acima nota-se a presença de martensita (1) e austenita (2). A austenita é
atribuída a presença de Cu e Ni na matriz, sendo principalmente rica em Ni, e já
mencionada anteriormente. Neste caso, devido ao tratamento térmico e taxa de
resfriamento, não se observa a presença de ferrita ou perlita, pois tudo é transformado em
martensita.
Valores de Microdureza:
Densidade 6,9 g/cm 3 : Martensita(1): 708HV Densidade 7,1 g/cm 3 : Martensita(1): 808HV
Austenita(2): 319HV Austenita(2): 366HV
Macrodureza(HV30): 321HV 430HV
Tabela 6: Resultados da análise de densidade e porosidade para DistaloyAE* TT.
Materiais/
densidade,
g/cm 3
ρs
(densidade
real, g/cm 3 )
Densidade
Teórica
(g/cm 3 )
Densidade
Relativa, %
εa, %
(% de poros
abertos)
εt, %
(% poros
fechados)
AE*(6,9) 7,02 7,86 89,38 4,88 5,74
AE*(7,1) 7,21 7,86 91,79 3,20 5,01
1
2
DistaloyAE- Cementado + Revenido
(Fe- Ni- Mo- Cu)
Figura 10: Densidade 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 500X.
Nas figuras acima nota-se a presença de martensita (1) e austenita (2), a presença de
austenita devido ao Cu e Ni, os quais já foram explicados anteriormente. Neste caso,
devido ao tratamento de cementação e revenimento, não se observa a presença de ferrita
1
2
43

RESULTADOS E DISCUSSÕES
ou perlita, pois tudo é transformado em martensita, apresentando microestrutura e dureza
similares às amostras de DistaloyAE*, as quais são tratadas termicamente e apresentam
C na composição (fig. 9).
Valores de Microdureza:
Densidade 6,9 g/cm 3 : Martensita(1): 762HV Densidade 7,1 g/cm 3 : Martensita(1): 869HV
Austenita(2): 441HV Austenita(2): 431HV
Macrodureza(HV30): 359HV 374HV
Tabela 7: Resultados da análise de densidade e porosidade para DistaloyAE cementado.
Materiais/
densidade,
g/cm 3
ρs
(densidade
real, g/cm 3 )
Densidade
Teórica
(g/cm 3 )
Densidade
Relativa, %
εa, %
(% de poros
abertos)
εt, %
(% poros
fechados)
AE(6,9) 6,99 7,96 87,80 5,28 6,92
AE(7,1) 7,21 7,96 90,56 2,17 7,27
Perfil de Microdureza:
Dureza, HV0,1
800
700
600
500
400
300
200
Perfil de Microdureza
Material DistaloyAE 6,9 Cementado
0 500 1000 1500 2000
Distancia, µm
700
600
500
400
300
200
Perfil de Microdureza
Material DistaloyAE 7,1 Cementado
0 500 1000 1500 2000
44
a
900
800
b
Dureza, HV0,1
Distancia, µm
Figura 11: Perfil de microdureza das amostras de DistaloyAE cementadas,
densidades 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 .
Analisando os gráficos da figura 11 acima, vemos que estas amostras apresentam um
grande aumento da dureza superficial, e uma boa profundidade de cementação. Estas
propriedades são interessantes do ponto de vista tribológico, aumentando a resistência ao
desgaste destes componentes, o que será descrito posteriormente.

RESULTADOS E DISCUSSÕES
1
DistaloyDH*- SinterTemperado + Revenido
(Fe- Mo- Cu- C)
Figura 12: Densidade 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 500X.
Nas figuras acima nota-se a presença de martensita rica em cobre (1) e bainita (2).
Esta microestrutura ocorre devido à alta taxa de resfriamento utilizada no ciclo térmico de
tratamento, quando maior esta taxa maior a quantidade de martensita em relação à
bainita. Se a taxa se resfriamento é muito baixa, menor de 0.25°C/s, tem-se também a
presença de ferrita, o qual nao é o caso desta amostra.
Valores de Microdureza:
Densidade 6,9 g/cm 3 : Martensita(1): 710HV Densidade 7,1 g/cm 3 : Martensita(1): 702HV
Bainita(2): 426HV Bainita(2): 440HV
Macrodureza(HV30): 300HV 353HV
Tabela 8: Resultados da analise de densidade e porosidade para DistaloyDH* sintert+rev.
Materiais/
densidade,
g/cm 3
ρs
(densidade
real, g/cm 3 )
2
Densidade
Teórica
(g/cm 3 )
Densidade
Relativa, %
εa, %
(% de poros
abertos)
εt, %
(% poros
fechados)
DH*(6,9) 7,03 7,83 89,74 9,59 0,67
DH*(7,1) 7,14 7,83 91,17 7,43 1,39
1
2
45

RESULTADOS E DISCUSSÕES
DistaloyDH*- SinterTemperado
(Fe- Mo- Cu-C)
Figura 13: Densidade 6,9 e 7,1 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 500X.
.
Nas figuras acima nota-se a presença de martensita rica em cobre (1) e bainita (2).
Esta liga não apresenta outra fase além de martensita e bainita, devido ao tratamento
térmico sofrido e descrito para a amostra de DistaloyDH* sintertemperado e revenido.
Estas amostras apenas temperadas apresentaram uma martensita mais grosseira e um
aumento dos valores de microdureza quando comparadas aquelas temperada + revenida,
(fig. 14).
Valores de Microdureza:
Densidade 6,9 g/cm 3 : Martensita(1): 795HV Densidade 7,1 g/cm 3 : Martensita(1): 788HV
Bainita(2): 501HV Bainita(2): 498HV
Macrodureza(HV30): 306HV 380HV
Tabela 9: Resultados da analise de densidade e porosidade para DistaloyDH* sintert.
Materiais/
densidade,
g/cm 3
1
ρs
(densidade
real, g/cm 3 )
2
Densidade
Teórica
(g/cm 3 )
Densidade
Relativa, %
εa, %
(% de poros
abertos)
εt, %
(% poros
fechados)
DH*(6,9) 6,95 7,85 88,55 10,38 1,07
DH*(7,1) 7,15 7,85 91,06 6,90 2,04
1
2
46

RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1.3 LIGAS DE BRONZE
B- Sinterizado
(Cu-Sn)
Figura 14: Densidade 6,6 e 7,0 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 200X.
Nas figuras acima nota-se a presença de bronze α(1) e cobre(2). Existe também uma
grande quantidade de poros, devido à baixa temperatura de sinterização. A presença de
esferas de cobre também é constante em toda amostra, mostrando ausência de difusão.
Esta elevada quantidade de poros é justificada devido ao fato deste componente ser
usado como bucha auto-lubrificante. No entanto, sua real condição de trabalho será
analisada posteriormente, durante os testes de desgaste.
Valores de Microdureza:
Densidade 6,6 g/cm 3 : Bronze α(1): 106HV Densidade 7,0 g/cm 3 : Bronze α(1): 106HV
Cobre(2): 84HV Cobre(2): 88HV
Macrodureza(HB 2.5/15.62): 51HV 58HV
Tabela 10: Resultados da analise de densidade e porosidade para B sinterizado.
Materiais/
densidade,
g/cm 3
2
ρs
(densidade
real, g/cm 3 )
1
Densidade
Teórica
(g/cm 3 )
Densidade
Relativa, %
εa, %
(% de poros
abertos)
εt, %
(% poros
fechados)
B(6,6) 6,52 8,73 74,69 25,28 0,03
B(7,0) 6,84 8,73 78,33 21,22 0,45
1
2
47

RESULTADOS E DISCUSSÕES
2
B2- Sinterizado
(Cu-9%Sn- 1.5%C)
Figuras 15: Densidade 6,4 e 6,8 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 200X.
Nas figuras acima nota-se a presença de bronze α(1) e Carbono na forma de grafita
(2). A amostra também apresenta uma grande quantidade de poros, como a amostra B,
mas neste caso, a difusão entre cobre e estanho é completa, pois não há presença de Cu
puro na microestrutura. A composição desta liga é idêntica àquela da liga B, sendo, no
entanto, adicionado C (grafita), a qual serve como um auxílio na lubrificação nos primeiros
momentos de trabalho, diminuindo o atrito inicial e consequentemente o desgaste, o que
será mostrado posteriormente nas análises de desgaste.
Valores de Microdureza:
Densidade 6.4 g/cm 3 : Bronze α(1): 110HV Densidade 6.8 g/cm 3 : Bronze α(1): 112HV
Macrodureza(HB 2.5/15.62): 44HV 55HV
Tabela 11: Resultados da analise de densidade e porosidade para B2 sinterizado.
Materiais/
densidade,
g/cm 3
1
ρs
(densidade
real, g/cm 3 )
Densidade
Teórica
(g/cm 3 )
Densidade
Relativa, %
εa, %
(% de poros
abertos)
εt, %
(% poros
fechados)
B2(6,4) 6,20 8,36 74,12 25,44 0,44
B2(6,8) 6,54 8,36 78,26 19,05 2,69
1
2
48

RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1.4 LIGAS DE Cu + Fe
3
F - Sinterizado
(Fe- Cu)
Figuras 16: Densidade 5,8 e 6,2 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 500X.
Nas figuras acima nota-se a presença de ferrita (1), perlita (2) e cobre (3). A amostra
apresenta uma difusão cobre-ferro muito baixa, na realidade quase nenhuma. Isto porque
as partículas de cobre não apresentaram modificação após a sinterização. Este efeito é
atribuído à temperatura de sinterização usada (abaixo de 1120 ºC). Nota-se também a
presença de perlita, que não deveria estar presente, pois esta é uma liga somente de Cu
e Fe, mas devido a atmosfera do forno não ser controlada, é possível que este seja
proveniente da atmosfera do mesmo, devido à uma provável contaminação. Nestes 2
casos uma análise de carbono foi realizada, em LECO CS125, e os valores encontrados
foram de 0,12%C para densidade 5,8g/cm 3 e 0,11%C para 6,2g/cm 3 .
Valores de Microdureza:
Densidade 5,8 g/cm 3 : Ferrita(1): 100HV Densidade 6,2 g/cm 3 : Ferrita(1): 119HV
Cobre(3): 80HV Cobre(3): 84HV
Macrodureza(HB 2.5/15.62): 64HV 70HV
Tabela 12: Resultados da analise de densidade e porosidade para F sinterizado.
Materiais/
densidade,
g/cm 3
2
ρs
(densidade
real, g/cm 3 )
1
Densidade
Teórica
(g/cm 3 )
Densidade
Relativa, %
εa, %
(% de poros
abertos)
εt, %
(% poros
fechados)
F(5,8) 5,89 7,92 74,41 23,81 1,78
F(6,2) 6,31 7,92 79,62 17,39 2,99
1
3
2
49

RESULTADOS E DISCUSSÕES
F*- Sinterizado
(Fe- Cu- P- C)
Figuras 17: Densidade 5,8 e 6,2 g/cm 3 (como expecificado pelo fabricante),
respectivamente. Aumento 500X.
Nas figuras acima nota-se a presença de ferrita (1), perlita (2), cobre (3) e carbono na
forma de grafita (4). Esta amostra também apresenta uma difusão cobre-ferro muito baixa,
como já foi descrito na amostra anterior (F sinterizado). Esta liga apresenta C na forma de
grafita, pois este tem a função de auxiliar na lubrificação nos primeiros momentos de
trabalho, asim como já descrito para as amostras B2. O fósforo nestas ligas é adicionado
com o intuito de auxiliar na formação de fase líquida do Fe a baixa temperatura de
sinterização. Estas amostras também apresentaram uma alta quantidade de perlita, sendo
proveniente da atmosfera do forno e da grafita presente na amostra.
Valores de Microdureza:
Densidade 5,8 g/cm 3 : Ferrita(1): 100HV Densidade 6,2 g/cm 3 : Ferrita(1): 119HV
Cobre(3): 80HV Cobre(3): 84HV
Macrodureza(HB 2.5/15.62): 68HV 74HV
Tabela 13: Resultados da analise de densidade e porosidade para F* sinterizado.
Materiais/
densidade,
g/cm 3
1
ρs
(densidade
real, g/cm 3 )
4
3
2
Densidade
Teórica
(g/cm 3 )
Densidade
Relativa, %
εa, %
(% de poros
abertos)
εt, %
(% poros
fechados)
F*(5,8) 5,91 7,71 76,70 23,22 0,08
F*(6,2) 6,28 7,71 81,43 17,23 1,35
3
4
2
1
50

RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1.5 ANÁLISE DA RUGOSIDADE SUPERFICIAL
Devido a quantidade de amostras ser muito grande, não serão mostrados todos os
gráficos. Na figura 18, há um exemplo da medição realizada em uma das amostras, sendo
que as demais seguem todas esta mesma linha de análise. Na tabela 14 e figura 19,
estão descritos todos os valores médios de Rk, Rvk, Rpk e ∆Mr (Mr2-Mr1), encontrados.
Quanto maior o valor de Rk, menor será a área de contato e maior a inclinação da reta
da figura 18, como consequência um pior acabamento superficial.
HOMMELWERKE
Turbo Roughness V2.86
Measuring conditions
Pick-up type TK100
Measuring range 80 µm
Assessment length 5.00 mm
Speed 0.05mm/s
Lc ( Cut Off ) 0.800 mm
Filter M1 DIN4777
Zero Line TPA: 0.00%
Zero Line TPI: 0.00%
DistaloyAE* (6.9) – Sinterizado
Rpk 0.70 µm
Rk 2.38 µm
Rvk 6.90 µm
A2 1141.83 µm**2/mm
A1 20.94 µm**2/mm
Mr2 66.9 %
Mr1 6.0 %
Figura 18: Curva de Abbott-Firestone. Material DAE2 sinterizado.
51

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Rk medio,µm
8
7
6
5
4
3
2
Tabela 14: Valores médios da curva de Abbott-Firestone.
Materiale
Rpk – médio
(µm)
Rk – médio
(µm)
Rvk – médio
(µm)
(∆Mr) –
médio, %
Dist.AE* (6,9) – Sinterizado 1,06 2,38 6,48 64,1
Dist.AE* (7,1) – Sinterizado 1,02 1,92 4,68 67,43
Dist.AE* (6,9) – Tratado
termicamente
2,27 3,42 8,36 64,7
Dist.AE* (7,1) - Tratado
0,55 1,81 4,9 67,63
termicamente
Dist.AE (6,9) - Sinterizado 0,73 2,6 7,02 62,83
Dist.AE (7,1) - Sinterizado 0,49 1,49 5,05 67,97
Dist.AE (6,9) – Cementado 0,92 2,69 7,75 63,97
Dist.AE (7,1) - Cementado 0,51 1,74 5,47 67,13
Dist.DH* (6,9) –
Sintertemp+revenido
1,5 3,2 9,2 58,33
Dist.DH* (7,1) –
Sintertemp+revenido
0,55 1,55 6,75 63,8
Dist.DH* (6,9) -
Sintertemperado
0,81 3,13 9,14 59,03
Dist.DH* (7,1) -
0,5 2,06 7,34 63,1
Sintertemperado
B (6,6) - Sinterizado 3,16 6,58 16,23 63,9
B (7,0) - Sinterizado 2,68 6,49 16,61 66,57
B2 (6,4) - Sinterizado 2,32 7,13 14,43 70,5
B2 (6,8) - Sinterizado 2,82 6,14 11,89 66,23
F (5,8) - Sinterizado 1,03 4,44 10,45 59,93
F (6,2) - Sinterizado 0,88 3,01 8,53 60,43
F* (5,8) - Sinterizado 1,12 6,92 8,95 69,17
F* (6,2) - Sinterizado 0,92 4,65 9,72 64,37
1
5,6 5,8 6,0 6,2 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2
Densidade, g/cm 3
Ligas de Bronze
Ligas de Fe
Figura 19 – Rk médio x Densidade
Somente Sinterizados
tratados Termicamente
Os valores obtidos para as ligas a base de Fe, figura 19 e tabela 14, mostram um
pioramento de Rk - quanto maior o valor de Rk pior a rugosidade superficial - com o
52

RESULTADOS E DISCUSSÕES
decréscimo de densidade, o que é justo devido ao consequente aumento de porosidade.
Os valores encontrados para os Distaloys são bons e relativamente baixos. Nota-se uma
diferença nos valores entre os que são apenas sinterizados e aqueles tratados
termicamente, isso provavelmente acontece devido a contração no volume quando estes
materiais são expostos a algum tipo de tratamento, aumentando consequentemente os
valores de Rk. Já os valores de F e F* são um pouco elevados, devido a menor
densidade. Talvez com o aumento na temperatura de sinterização e por consequência a
homogeneização da microestrutura, estes valores de Rk diminuam.
As ligas de bronze também mostram um pioramento de Rk em função do
descrécimo da densidade, com exceção de um ponto (figura 19). Nota-se também um alto
valor de Rvk (tabela 14), isso acontece devido a estes materiais terem a função de
buchas autolubrificante.
Os valores de Rk encontrados para as ligas B e B2, são maiores que para as ligas F
e F*, as quais apresentam menor densidade e que por consequência deveriam apresentar
um Rk maior. Isto provavelmente ocorre devido estas peças não apresentarem uma boa
sinterização e/ou devido a temperatura de sinterização ser muito baixa comparada as de
F e F*. Um outro ponto é que ao sinterizar Fe+Cu, caso de F e F*, o cobre se difunde no
ferro e faz aumentar o volume da célula, não interferindo na densidade, e isso, apesar
destas peças não apresentarem uma boa sinterização e por consequência uma baixa
difusão do Cu no Fe, pode ter proporcionado um acabamento superficial melhor que em B
e B2, mesmo tendo uma densidade menor.
A influência destes valores no resultado de desgaste destas peças poderão ser
analisados posteriormente, quando provavelmente serão realizados testes de desgaste
com lubrificantes, pois durante os testes a seco não foi possível encontrar nenhuma
correlação entre os resultados, como será visto a seguir, muito provavelmente devido ao
elevado atrito e elevada severidade do desgaste.
53

RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.2 CARACTERIZAÇÃO TRIBILÓGICA
4.2.1 DISTALOYS
As análises de desgaste em todas as amostras de Distaloys foram iniciadas através da
aplicação de uma força normal de 200N e uma velocidade de desgaste de 0,314m/s.
Estes parâmetros foram escolhidos como referência, ou seja, depois da análise destes é
que foram identificados os outros parâmetros para os posteriores testes. Os resultados,
discusões e prosseguimento dos testes estão descritos a seguir.
4.2.1.1 Distaloys Sinterizados
Testes de desgaste a 200N e 0,314m/s – Distaloys somente Sinterizados:
Volume desgastado [x10 -6 ,m 3 ]
0,040
0,035
0,030
0,025
0,020
0,015
0,010
0,005
DistaloyAE* - Sinterizado
(Força 200N - Velocidade 0,314m/s)
Densidade 6,9
Densidade 7,1
0,000
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Distancia de deslizamento [m]
Figura 20: Resultados do teste de desgaste para o material DistaloyAE* sinterizado.
Tabela 15: Taxa de desgaste de DistaloyAE* sinterizado.
Material
AE* (densidade 6,9 g/cm 3 )
AE* (densidade 7,1 g/cm 3 )
Taxa de desgaste após
282,6m (m 2 /N)
6,1x10 -14
(3x10 -13 no início)
6,6x10 -14
(3x10 -13 no início)
54

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Coeficiente de Atrito
0,8
0,6
0,4
0,2
DistaloyAE* - Densidade 6,9
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
Coeficiente de Atrito
0,8
0,6
0,4
0,2
DistaloyAE* - Densidade 7,1
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
Figura 21: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 .
Volume desgastado [x10 -6 ,m 3 ]
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
DistaloyAE - Sinterizado
(Força 200N - Velocidade 0,314m/s)
Densidade 6,9
Densidade 7,1
0,00
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Distancia de deslizamento [m]
Figura 22: Resultados do teste de desgaste para o material DistaloyAE sinterizado.
Tabela 16: Taxa de desgaste de DistaloyAE sinterizado.
Material
AE (densidade 6,9 g/cm 3 )
AE (densidade 7,1 g/cm 3 )
a
Taxa de desgaste após
282,6m (m 2 /N)
1,6x10 -13
(5,9x10 -13 no início)
1,6x10 -13
(2,6,x10 -13 no início)
55
b

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Coeficiente de Atrito
0,8
0,6
0,4
0,2
DistaloyAE - Densidade 6,9
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
Coeficiente de Atrito
0,8
0,6
0,4
0,2
DistaloyAE - Densidade 7,1
a b
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
Figura 23: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 .
As amostras de Distaloys somente sinterizadas, expostas acima, apresentam uma taxa
de desgaste um tanto severa (tabela 1, capítulo 2) nos primeiros minutos de prova, ou
fase de run-in, descrita no capítulo 2, principalmente as amostras de DistaloyAE (tabela
16), devido a ausência de carbono na sua composição, o que torna a matriz mais dúctil e
consequentemente menos resistente. Depois do run-in as amostras atingiram o estágio 1
e estabilizaram-se, com um desgaste provavelmente ainda adesivo. O comportamento do
coeficiente de atrito apresentou uma grande variação de valores, caracterizando também
um contato supostamente adesivo.
Para uma melhor caracterização do mecanismo de desgaste ocorrido nestas amostras,
foi realizada uma análise nestas após desgaste. A seguir está representado o resultado
da análise no material DistaloyAE (densidade 6,9 g/cm 3 ), pois entre as amostras foi o qual
apresentou uma maior taxa de desgaste e onde é possível verificar nitidamente o
mecanismo de desgaste presente. As amostras de DistaloyAE* também apresentaram o
mesmo mecanismo, no entanto com uma deformação plástica menos acentuada.
56

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Análise Pós Desgaste:
DistaloyAE (densidade 6,9 g/cm 3 ) – Sinterizado
(Força 200N – Velocidade 0,314m/s)
a b
Figura 24: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b).
a b c
Figura 25: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no intervalo de
0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c). (ESEM).
a b
Figura 26: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-
15min (a) e no intervalo de 60-90 min (b) (ESEM).
57

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Analisando a secção transversal e os fragmentos de desgaste, foi confirmada a
presença do mecanismo de adesão, devido a grande deformação plástica encontrada na
região de contato (fig. 24) e da presença de fragmentos de desgaste metálicos nos
primeiros minutos de teste, run-in (figs. 25 e 26).
No entanto, quando analisamos a superfície desgastada (fig. 24), que apresenta uma
camada de óxido compactado, e os fragmentos de desgaste nos últimos minutos (figs. 25
e 26) que são oxidados, notamos a presença de um outro fenômeno, a tribo-oxidação a
baixas velocidades de deslizamento (capítulo 2), este fenômeno juntamente com a
adesão é o que controla o estágio 1 de desgaste e faz com que a taxa de desgaste não
seja severa e sim moderada, (ver tabela 1, capítulo 2). Este fenômeno provavelmente é
proveniente da elevação da temperatura na região de contato amostra-contracorpo, e
devido ao fato de que neste tipo de teste os fragmentos de desgaste tem uma grande
dificuldade de deixarem a região de contato durante desgaste, portanto permanecem ali e
oxidam-se, e uma boa parte deles compactasse sobre a amostra formando uma camada
de óxido. Este fenômeno é esperado em todas as amostras que serão analisadas.
Após a análise dos resultados dos testes de desgaste a 200N e 0,314m/s e devido as
amostras apresentarem um comportamento ao desgaste moderado, mas com uma
grande deformação plástica e estarem no limite dos valores de desgaste moderado, o
prosseguimento dos testes nestas amostras foi realizado com uma força normal de 100N
e a mesma velocidade de deslizamento que a 200N, com o objetivo de obter um melhor
comportamento ao desgaste destes materiais. Este parâmetro foi escolhido, pois com a
aplicação de uma força ou velocidades maiores o desgaste seria provavelmente severo, e
com uma velocidade e, ou força menores haveria uma maior adesão e consequentemente
uma pior resistência.
A seguir estão expostos os resultados obtidos durante este segundo teste.
58

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Testes de desgaste a 100N e 0,314m/s – Distaloys somente Sinterizados:
Tabela 17: Resultados dos testes de desgaste a 100N para Distaloys somente
sinterizados.
Material/
Densidade (g/cm 3 )
AE*- Sinterizado
(6,9)
AE*- Sinterizado
(7,1)
AE- Sinterizado
(6,9)
AE - Sinterizado
(7,1)
Taxa de desgaste
após 282,6m (m 2 /N)
4,8x10 -14
(8,4x10 -13 no início)
4,5x10 -14
(4,3x10 -13 no início)
7,4x10 -14
(2,0x10 -13 no início)
9,6x10 -14
(5,9x10 -13 no início)
Coeficiente de
atrito médio
0,59
0,60
0,66
0,64
Nota
Durante os
primeiros 15 min o
coeficiente de atrito
era 0,56.
As amostras acima, apresentaram um comportamento ao desgaste um pouco melhor
que as mesmas quando testadas a 200N, ou seja, o valor da taxa de desgaste encontrado
foi ligeiramente inferior, neste caso também foi verificada a presença de run-in durante os
primeiros minutos de ensaio, com posterior estágio 1 (capítulo 2). O desgaste é
considerado moderado, devido as taxas de desgastes das amostras apresentarem um
valor inferior àqueles especificados na tabela 1 capítulo 2. As amostras de DistaloyAE
apresentaram outra vez uma menor resistência ao desgaste, devido a ausência de C, a
qual já foi discutida anteriormente.
O comportamento do coeficiente de atrito não apresentou a variação de valores ao
longo do ensaio como encontrados a 200N (ex. Fig. 22), mas sim um valor médio mais
elevado.
Neste caso também foi realizada a análise nas amostras após o ensaio com o intuito
de identificar o mecanismo de desgaste. A seguir está representado o resultado da
análise do material DistaloyAE (densidade 7,1 g/cm 3 ), pelo mesmo motivo apresentado na
análise a 200N.
59

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Análise Pós Desgaste:
DistaloyAE (densidade 7,1 g/cm 3 ) – Sinterizado
(Força 100N – Velocidade 0,314m/s)
a b
Figura 27: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b).
a b c
Figura 28: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no
intervalo de 0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM).
Figura 29: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-
15min e 60-90 min (ESEM).
60

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Analisando a secção transversal, superfície de desgaste e os fragmentos de desgaste,
pode-se supor que o mecanismo de desgaste atuante tenha sido a adesão. Isto porque foi
observada a presença de deformação plástica e marcas de adesão encontrados na região
de contato (fig. 27), e de fragmentos de desgaste metálicos durante todo o teste (fig. 28),
não apenas nos primeiros minutos de ensaio, como no teste a 200N. Estes fragmentos
também apresentaram uma certa quantidade de óxido (fig. 29), que é causado pelo
mesmo motivo já explicado quando analisados a 200N.
Neste caso o mecanismo de desgaste que provavelmente prevaleceu durante todo o
ensaio foi a adesão, podendo-se notar também a presença de tribo-oxidação, mas muito
inferior que aquela encontrada nas amostras testadas a 200N. Apesar desta adesão as
amostras apresentaram um comportamento ao desgaste moderado, com taxas de
desgaste inferiores aquelas mostradas na tabela 1, capítulo2.
61

RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.2.1.2 Distaloys Tratados Termicamente
Testes de desgaste a 200N e 0,314m/s – Distaloys Tratados Termicamente:
Coeficiente de Atrito
0,8
0,6
0,4
0,2
Volume desgastado [x10 -6 ,m 3 ]
0,0030
0,0025
0,0020
0,0015
0,0010
0,0005
0,0000
DistaloyAE* - Densidade 6,9
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
DistaloyAE* - Sinterizado + Tratado Termicamente
(Força 200N - Velocidade 0,314m/s)
-0,0005
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Tempo [s]
Densidade 6,9
Densidade 7,1
Distancia de deslizamento [m]
Figura 30: Resultados do teste de desgaste para o material DistaloyAE* tratado
termicamente.
Tabela 18: Taxa de desgaste de DistaloyAE* sinterizado + trat. termicamente.
Material
Taxa de desgaste após
565,2m (m 2 /N)
AE* (densidade 6,9 g/cm 3 ) 9,9x10 -15
AE* (densidade 7,1 g/cm 3 ) 1,0x10 -14
a
Coeficiente de Atrito
0,8
0,6
0,4
0,2
DistaloyAE* - Densidade 7,1
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
Figura 31: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 .
b
62

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Volume desgastado [x10 -6 ,m 3 ]
0,0020
0,0018
0,0016
0,0014
0,0012
0,0010
0,0008
0,0006
0,0004
0,0002
0,0000
DistaloyAE - Sinterizado + Cementado
(Força 200N - Velocidade 0,314m/s)
Densidade 6,9
Densidade 7,1
-0,0002
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Distancia de deslizamento [m]
Figura 32: Resultados do teste de desgaste para o material DistaloyAE cementado.
Tabela 19: Taxa de desgaste de DistaloyAE sinterizado + cementado.
Material
Taxa de desgaste após
565,2m (m 2 /N)
AE (densidade 6,9 g/cm 3 ) 6,1x10 -15
AE (densidade 7,1 g/cm 3 ) 5,6x10 -15
Coeficiente de Atrito
0,8
0,6
0,4
0,2
DistaloyAE - Densidade 6,9
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
a
Coeficiente de Atrito
0,8
0,6
0,4
0,2
DistaloyAE - Densidade 7,1
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
Figura 33: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 .
b
63

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Volume desgastado [x10 -6 ,m 3 ]
0,0014
0,0012
0,0010
0,0008
0,0006
0,0004
0,0002
0,0000
-0,0002
DistaloyDH* - Sintertemperado + Revenido
(Força 200N - Velocidade 0,314m/s)
Densidade 6,9
Densidade 7,1
-0,0004
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Distancia de deslizamento [m]
Figura 34: Resultados do teste de desgaste para o material DistaloyDH*
sintertemperado + revenido.
Tabela 20: Taxa de desgaste de DistaloyDH* sintertemperado + revenido.
Material
Taxa de desgaste após
565,2m (m 2 /N)
DH* (densidade 6,9 g/cm 3 ) 5,4x10 -15
DH* (densidade 7,1 g/cm 3 ) 6,2x10 -15
Coeficiente de Atrito
0,8
0,6
0,4
0,2
DistaloyDH* - Densidade 6,9
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
a
Coeficiente de Atrito
0,8
0,6
0,4
0,2
DistaloyDH* - Densidade 7,1
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
Figura 35: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 .
b
64

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Volume desgastado [x10 -6 ,m 3 ]
0,0008
0,0006
0,0004
0,0002
0,0000
-0,0002
-0,0004
DistaloyDH* - SinterTemperado
(Força 200N - Velocidade 0,314m/s)
Density 6,9
Density 7,1
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Distancia de deslizamento [m]
Figura 36: Resultados do teste de desgaste para o material DistaloyDH* sintertemperado.
Tabela 21: Taxa de desgaste de DistaloyDH* sintertemperado.
Material
Taxa de desgaste após
565,2m (m 2 /N)
DH* (densidade 6,9g/cm 3 ) 4,2x10 -15
DH* (densidade 7,1g/cm 3 ) 4,0x10 -15
Coeficiente de Atrito
0,8
0,6
0,4
0,2
DistaloyDH* - Densidade 6,9
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
0,8
a b
Coeficiente de Atrito
0,6
0,4
0,2
DistaloyDH* - Densidade 7,1
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
Figura 37: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,9 (a) e 7,1 (b) g/cm 3 .
65

RESULTADOS E DISCUSSÕES
As amostras de Distaloys tratadas termicamente e expostas acima, apresentaram uma
taxa de desgaste moderada (tabela 1, capítulo 2), principalmente as amostras
DistaloyDH* sintertemperadas, devido à presença de uma microestrutura somente com
martensita e bainita , com ausência de austenita, que por ser uma zona mais dúctil,
diminui a resistência ao degaste dos materiais, como é o caso das amostras de
DistaloyAE* e DistaloyAE.
O comportamento do coeficiente de atrito nos materiais DistaloyAE e DistaloyDH* (figs.
33, 35 e 37) apresentou uma maior variação de valores após alguns minutos, isto ocorre
provavelmente devido ao incremento do mecanismo de adesão. Já nas amostras de
DistaloyAE* (fig. 31), isso não ocorre, apresentando durante todo o teste um atrito
constante, ou seja, com uma variação de valores um pouco maior, evidenciando somente
adesão.
Este comportamento do coeficiente de atrito, juntamente com a fase de run-in, onde
observa-se ganho em peso e consequentemente uma taxa de desgaste inferior ao estágio
1, presente em todas as amostras, nos faz acreditar que nos primeiros minutos de
desgaste o mecanismo era a tribo-oxidação, e depois de alguns minutos inicia o
mecanismo de adesão.
Para uma confirmação, e melhor caracterização do mecanismo de desgaste ocorrido
nas amostras, foi realizada uma análise nestas após desgaste. A seguir estão
representados os resultados das análises para os materiais DistaloyAE* (densidade 7,1
g/cm 3 ) e DistaloyDH* sintertemperado (densidade 7,1 g/cm 3 ), pois entre as amostras
foram os quais apresentaram uma menor e maior taxa de desgaste, respectivamente.
Assim, foi possível comparar os resultados e identificar se apresentavam mecanismos de
desgaste diferentes ou não.
66

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Análise Pós Desgaste:
DistaloyAE* (densidade 7,1 g/cm 3 ) – Tratado Termicamente
(Força 200N – Velocidade 0,314m/s)
a b
Figura 38: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b).
a b c
Figura 39: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no
intervalo de 0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM).
a b
Figura 40: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-
15min (a) e no intervalo de 60-90 min (b)(ESEM).
67

RESULTADOS E DISCUSSÕES
DistaloyDH* (densidade 7,1 g/cm 3 ) – SinterTemperado
(Força 200N – Velocidade 0,314m/s)
a b
Figura 41: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b).
a b c
Figura 42: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no
intervalo de 0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM).
a
Figura 43: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-
15min (a) e no intervalo de 60-90 min (b)(ESEM).
b
68

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Analisando a secção transversal, superfície de desgaste e os fragmentos de desgaste,
pode-se supor que o mecanismo de desgaste durante o estágio 1 (após
aproximadamente 30 minutos de ensaio) foi a adesão, devido à presença de deformação
plástica (figs. 38 e 41), e de fragmentos de desgaste metálicos durante este período (figs.
39 e 42). Durante a fase de run-in foi confirmada a presença de oxidação, devido a
presença de fragmentos de desgaste do contracorpo oxidadas (figs. 40 e 43), devido a
força aplicada e a velocidade de deslizamento não serem muito elevadas não foi possível
formar uma camada de óxido contínua, sendo esta removida, pois após um certo tempo
estas amostras se tornam frágeis na região sub-superficial, devido a adesão e ao esforço
contínuo (fadiga), desgastando-se.
A deformação plástica no material DistaloyAE* é muito pequena comparada ao
material DistaloyDH* sintertemperado, isto acontece provavelmente porque o primeiro
apresentou um desgaste maior, este desgaste foi tão forte que removeu muito rápido o
material, como vede-se bem nos fragmentos de desgaste (fig. 39), já a amostra
DistaloyDH*, a qual é mais dura e resistente, ocorreu uma grande adesão mas com pouca
perda de material, provavelmente devido a sua grande resistência microestrutural, que
contribui para uma maior resistência a fragilização subsuperficial e a fixar a camada de
óxido formada.
Todos os materiais aprensentaram o mesmo mecanismo de desgaste, ou seja, no
início (run-in) tribo-oxidação e posteriormente (estágio 1) adesão, mas em alguns devido a
presença de fase dúctil (austenita), este comportamento ao desgaste foi inferior (para
ambos os mecanismos) aquele encontrado para os materiais que não apresentam esta
fase. No entanto todos os valores de taxa de desgaste encontrados são consideradas
moderadas (tabela 1 capítulo 2).
As amostras apresentaram um comportamento ao desgaste similar entre si, quando
realizado testes com força normal aplicada de 200 N e velocidade relativa de 0,314 m/s,
com exceção da amostra de DistaloyAE*. Com isso, o prosseguimento dos testes foi
desenvolvido buscando-se identificar, dentre os materiais estudados (tabela 2 capítulo 3),
aquele que apresente melhor comportamento tribológico para uma determinada condição.
Como estes materiais trabalham normalmente com uma força normal aplicada mais
elevada que aqueles apenas sinterizados, os testes seguintes foram realizados com uma
força normal de 500N e com velocidades de deslizamento de 0,314 m/s e 0,105 m/s, para
todos os materiais, exceto para os DistaloyAE*, devido apresentarem uma maior taxa de
desgaste a 200N, ao serem testados a 0,105 m/s apresentariam uma adesão e um
69

RESULTADOS E DISCUSSÕES
desgaste muito maior, portanto foi testado apenas a velocidade de 0,314 m/s. Como
veremos a seguir, esta velocidade de 0,105 m/s foi utilizada para que fosse possível
identificar qual, entre os materiais com elevada resistência, se comportaria melhor. Os
resultados destes testes estão expostos a seguir.
Testes de desgaste a 500N e 0,314m/s – Distaloys Tratados Termicamente:
Tabela 22: Resultados dos testes de desgaste a 500N nos Distaloys tratados
termicamente.
Material/
Densidade (g/cm 3 )
AE* – Tratado
Termicamente (6,9)
AE* – Tratado
Termicamente (7,1)
AE* – Cementado
(6,9)
AE* – Cementado
(7,1)
DH* – Sintertemp. +
revenido (6,9)
DH*– Sintertemp. +
revenido (7,1)
DH*– Sintertemp.
(6,9)
DH*– Sintertemp.
(7,1)
Taxa de desgaste
após 565,2m (m 2 /N)
Coeficiente de
atrito médio
9,4x10 -15 0,29
1,1x10 -14 0,34
8,5x10 -15 0,32
7,1x10 -15 0,30
5,0x10 -15 0,28
4,7x10 -15 0,26
4,1x10 -15 0,28
2,8x10 -15 0,26
Nota
Durante os
primeiros 15 min o
coeficiente de atrito
era 0,32.
Durante os
primeiros 15 min o
coeficiente de atrito
era 0,34.
As amostras de DistaloyAE* e DistaloyAE acima, apresentaram um comportamento ao
desgaste ligeiramente inferior ou igual às mesmas quando testadas a 200N, enquanto nas
amostras de DistaloyDH* este comportamento foi sensivelmente superior . Esta diferença
ocorre, provavelmente, devido ao mesmo motivo descrito anteriormente, ou seja, a
microestrutura das amostras, sendo que aquelas que apresentam maior taxa de desgaste
apresentam a fase austenítica, que apresenta uma baixa resistência ao desgaste, e
aquelas mais resistentes não apresentam esta fase.
O valor do coeficiente de atrito para todas as amostras é inferior aquele encontrado
durante ensaio a 200N, causa provavelmente da presença do mecanismo de tribooxidação.
70

RESULTADOS E DISCUSSÕES
A seguir estão representados os resultados das análises após desgaste para os
materiais DistaloyAE* (densidade 7,1 g/cm 3 ) e DistaloyDH* sintertemperado (densidade
7,1 g/cm 3 ), pois entre as amostras foram os quais apresentaram uma menor e maior taxa
de desgaste, respectivamente, com o intuito de identificar o mecanismo de desgate.
Análise Pós Desgaste:
a
DistaloyAE* (densidade 7,1 g/cm 3 ) – Tratado Termicamente
(Força 500N – Velocidade 0,314m/s)
Figura 44: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b).
a b c
b
Figura 45: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no
intervalo de 0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM).
71

RESULTADOS E DISCUSSÕES
a
Figura 46: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-
15min e 60-90 min (ESEM).
DistaloyDH* (densidade 7,1 g/cm 3 ) – SinterTemperado
(Força 500N – Velocidade 0,314m/s)
Figura 47: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b).
a b c
b
Figura 48: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no
intervalo de 0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM).
72

RESULTADOS E DISCUSSÕES
a b
Figura 49: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-
15min (a) e no intervalo de 60-90 min (b) (ESEM).
Analisando a secção transversal (figs. 44 e 47), das amostras acima o que vemos é
uma acentuada deformação plástica, principalmente na amostra de DistaloyAE* que
apresentou maior taxa de desgaste, na amostra de DistaloyDH* esta deformação é
menor. Esta diferença é devido a amostra de DistaloyAE* apresentar uma microestrutura
muito dúctil, que não suporta a fragilização subsuperficial, e principalmente neste caso,
devido a grande oxidação, não é suficientemente resistente para fixar a camada de óxido,
desgastando-se, o que não acontece na amostra de DistaloyDH* que é mais resistente.
O mecanismo de tribo-oxidação é identificado, devido a presença de fragmentos de
desgaste oxidados (figs. 45 e 48), e da superfície desgastada (figs. 44 e 47), que
apresenta uma camada de óxido compactada. Neste caso a camada de óxido foi formada
pois a força normal utilizada era suficientemente grande para compactar os fragmentos de
desgaste na superfície das amostras.
73

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Testes de desgaste a 500N e 0,105m/s – Distaloys Tratados Termicamente:
Tabela 23: Resultados dos testes de desgaste a 500N nos Distaloys tratados
termicamente.
Material/
Densidade (g/cm 3 )
AE – Cementado
(6,9)
AE – Cementado
(7,1)
DH* – Sintertemp.
+ revenido (6,9)
DH*– Sintertemp. +
revenido (7,1)
DH*– Sintertemp.
(6,9)
DH*– Sintertemp.
(7,1)
Taxa de desgaste
após 189m (m 2 /N)
Coeficiente de
atrito médio
8,0x10 -15 0,62
9,5x10 -15 0,61
1,0x10 -14 0,55
8,7x10 -15 0,55
5,6x10 -15 0,59
5,1x10 -15 0,57
Nota
Como previsto, a uma velocidade de deslizamento de 0,105 m/s o mecanismo de
adesão seria evidenciado, o qual se nota principalmente devido ao elevado valor do
coeficiente de atrito e do aumento da taxa de desgaste. Mas, ainda assim, as amostras
apresentaram um bom comportamento ao desgaste, sendo todos os valores considerados
moderados (tabela 1, capítulo 2).
Novamente, a amostra de DistaloyDH* sintertemperado apresentou a menor taxa de
desgaste e neste caso como não foram analisadas as amostras de DistaloyAE*, as que
apresentaram um pior comportamento foram as amostras DAE e DDH2 sintertemp+rev.,
apresentando comportamento ao desgaste semelhantes.
A análise após o ensaio tribológico foi realizado, mas não será apresentada, pois os
materiais apresentaram um comportamento similar àqueles testados a 200N, ou seja, a
superfície desgastada é igual, ou seja, com marcas de desgaste adesivo e a secção
transversal com deformação plástica. A maior diferença encontrada foi nos fragmentos de
desgaste, os quais eram praticamente óxidos, este fenômeno ocorre provavelmente
devido a baixa velocidade de desgaste, porque assim os fragmentos têm uma maior
dificuldade de deixar a região de contato amostra-contracorpo, oxidando-se.
Outra vez o provável mecanismo de desgaste atuante foi o de adesão com contributo
da tribo-oxidação.
A seguir, tabela 24, apresenta os resultados resumidos dos ensaios de desgaste das
amostras somente sinterizadas e das sinterizadas e tratadas termicamente.
74

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Tabela 24: Resumo dos resultados obtidos com os ensaios de desgaste para os Distaloys
Material 100N
0,314 m/s
DistaloyAE*-
sinterizado
DistaloyAEsinterizado
DistaloyAE*-
Trat. Term.
DistaloyAE -
cementado
DistaloyDH*sintert.+rev.
DistaloyDH*-
Sintertemp.
Taxa de Desgaste Específico, Ka (m 2 /N)
200N
0,314 m/s
≈ 4,6x10 -14 ≈ 6,4x10 -14
≈ 8,5x10 -14 1,6x10 -13
500N
0,314 m/s
≈ 1,0x10 -14 ≈ 1,0x10 -14
500N
0,105 m/s
≈ 5,8x10 -15 ≈ 7,8x10 -15 ≈ 8,8x10 -15
≈ 5,8x10 -15 ≈ 4,8x10 -15 ≈ 9,4x10 -15
≈ 4,1x10 -15 ≈ 3,4x10 -15 ≈ 5,4x10 -15
75
Mecanismo(s)
de Desgaste
Adesão (run-in)
e tribo-oxidação
(200N) e adesão
(100N).
Tribo-oxidação
(run-in), após
adesão a 200N e
500N (0,105
m/s) e tribooxidação
a 500N
(0,314 m/s).
Comparando os resultados a 100N e a 200N para os Distaloys apenas sinterizados o
que vemos é uma pequena variação na taxa de desgaste, mas o suficiente para identificar
a qual condição e qual material comporta-se melhor. Ou seja, as amostras de DistaloyAE*
apresentaram um melhor comportamento ao desgaste em qualquer condição de análise
quando comparadas com as amostras de DistaloyAE (mais dúctil, C ausente), sendo que
entre os ensaios realizados o melhor desempenho foi quando aplicada uma força de 100N
e uma velocidade de deslizamento de 0,314 m/s.
Quando comparamos os resultados de desgaste para os Distaloys tratados
termicamente o que vemos foi uma pequena variação na taxa de desgaste para diferentes
forças e velocidades aplicadas. Foi possível identificar que o material que desempenha o
melhor comportamento ao desgaste é o DistaloyDH* sintertemperado, apresentando
sempre um bom resultado em qualquer condição de análise. Já o DistaloyAE* tratado
termicamente foi o que apresentou a menor resistência ao desgaste entre os Distaloys
tratados, provavelmente devido ao fato de apresentar uma fase austenítica rica em níquel
que não é muito resistente a este tipo de esforço e a fadiga subsuperficial.
A porosidade em todos os casos não influenciou no resultado final das análises,
provavelmente devido aos fragmentos de desgaste entrarem nos poros fechando-os.
Pode-se dizer que apesar do mecanismo de adesão e de algumas amostras
apresentarem taxa de desgaste inferior à outras, o resultado de desgaste encontrado em
todas as amostra e em todas as condições foi bom, estando sempre na faixa de valores
do desgaste moderado (tabela 1, capítulo 2).

RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.2.2 LIGAS DE BRONZE E Fe+Cu
As análises de desgaste em todas as amostras de bronze e Fe+Cu foram iniciadas
através da aplicação de uma força normal de 100N e uma velocidade de desgaste de
0,314m/s. Estes parâmetros foram escolhidos como referência, da mesma forma como foi
realizado para as amostras de Distaloys, ou seja, depois da análise destes é que foram
identificados os outros parâmetros para os posteriores testes. Os resultados, discussões e
prosseguimento dos testes estão descritos a seguir.
4.2.2.1 Bronzes
Testes de desgaste a 100N e 0,314m/s – Bronzes:
Volume Desgastado[x10 -6 ,m 3 ]
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
B - Sinterizado
(Força 100N - Velocidade 0,314m/s)
Densidade 6,6
Densidade 7,0
0,00
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Distancia de deslizamento [m]
Figura 50: Resultados do teste de desgaste para o material B sinterizado.
Tabela 25: Taxa de desgaste de B sinterizado.
Material
Taxa de desgaste após
565,2m (m 2 /N)
B – densidade 6,6 g/cm 3 3,9x10 -13
B – densidade 7,0 g/cm 3 3,15x10 -13
76

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Coeficiente de Atrito
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
B - Densidade 6,6
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
1,0
a b
Coeficiente de Atrito
0,8
0,6
0,4
0,2
B - Densidade 7,0
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
Figura 51: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,6 (a) e 7,0 (b) g/cm 3 .
Volume desgastado [x10 -6 ,m 3 ]
0,0016
0,0014
0,0012
0,0010
0,0008
0,0006
0,0004
0,0002
0,0000
-0,0002
B2 - Sinterizado
(Força 100N - Velocidade 0,314m/s)
Densidade 6,4
Densidade 6,8
-0,0004
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Distancia de deslizamento [m]
Figura 52: Resultados do teste de desgaste para o material B2 sinterizado.
Tabela 26: Taxa de desgaste de B2 sinterizado.
Material
Taxa de desgaste após
565,2m (m 2 /N)
B2 – densidade 6,4 g/cm 3 9,42x10 -15
B2 – densidade 6,8 g/cm 3 6,09x10 -15
77

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Coeficiente de Atrito
0,6
0,4
0,2
B2 - Densidade 6,4
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
Coeficiente de Atrito
0,6
0,4
0,2
B2 - Densidade 6,8
a b
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
Figura 53: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 6,4 (a) e 6,8 (b) g/cm 3 .
As amostras B, expostas acima, apresentaram uma taxa de desgaste um tanto severa,
quando comparadas aos valores de taxa de desgaste da tabela 1 capítulo 2, e um valor
de coeficiente de atrito muito alto, causados, provavelmente, devido ao contato adesivo.
Já as amostras de B2 apresentaram um ótimo resultado ao desgaste, devido a
presença da grafita que tem uma função lubrificante, formando uma camada na superfície
de contato diminuindo assim o atrito, fig. 53, e consequentemente evitando o fenômeno
de adesão. Pode-se notar claramente na fig. 53 que ao decorrer do tempo de desgaste
essa grafita vai perdendo seu efeito lubrificante e como consequência o valor do
coeficiente de atrito aumenta. Um outro motivo por este material ter um melhor
comportamento ao desgaste é o fato de ter uma microestrutura muito mais homogênea
que o B (ver capítulo 3).
Ambas as amostras apresentaram fase de run-in, entretanto nas amostras B esta fase
apresenta uma taxa de desgaste mais elevada que no estágio 1, provavelmente devido
maior adesão inicial, já nas amostras B2 este run-in parece ser oxidativo, com posterior
estágio 1 e estágio 2, onde acontece o progressivo aumento do contato adesivo.
Para uma melhor caracterização do mecanismo de desgaste ocorrido nestas amostras,
foi realizada uma análise nestas após desgaste. A seguir está representado o resultado
da análise do material B (densidade 6,6 g/cm 3 ) e do B2 (densidade 6,4 g/cm 3 ), pois entre
as amostras foram os quais apresentaram uma maior taxa de desgaste e onde pode-se
verificar nitidamente o mecanismo de desgaste presente.
78

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Análise Pós Desgaste:
B (densidade 6,6 g/cm 3 ) – Sinterizado
(Força 100N – Velocidade 0,314m/s)
a b
Figura 54: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b).
a b c
Figura 55: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no
intervalo de 0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM).
Figura 56: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-
15min e 60-90 min (ESEM).
79

RESULTADOS E DISCUSSÕES
B2 (densidade 6,4 g/cm 3 ) – Sinterizado
(Força 100N – Velocidade 0,314m/s)
a b
Figura 57: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b).
a b
Figura 58: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no
intervalo de 30-90min (ESEM).
Figura 59: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 30-
90min (ESEM).
80

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Analisando a secção transversal, os fragmentos de desgaste e a superfície de
desgaste da amostra B, foi confirmada a presença do mecanismo de adesão, devido a
deformação plástica encontrada na região de contato (fig. 54) e da presença de
fragmentos de desgaste metálicos durante todos os minutos de teste (figs. 55 e 56).
Pode-se notar também que a presença de fragmentos de desgaste compactados na
região de contato (figs. 54 e 55).
Nas amostras de B2 a deformação plástica praticamente não ocorreu, fig 56, e quando
observamos a superfície de desgaste (fig. 57), que não apresenta traços de adesão, mas
sim certo grau de oxidação, e os fragmentos de desgaste (fig. 58), os quais são oxidados,
o que suponhamos é que o mecanismo de desgaste nestas amostras é o de tribooxidação,
seguido posteriormente de adesão.
Após a análise dos resultados destes testes de desgaste a 100N e 0,314m/s e devido
as amostras apresentarem um comportamento muito diferente entre si, o proseguimento
dos testes foi realizado com o intuito de encontrar uma condição de desgaste onde a
amostra B desempenhe um melhor comportamento e onde a amostra B2 apresente algum
pioramento, assim indentificamos os pontos fortes e fracos de ambas. Como a 100N
obtivemos um resultado um pouco severo para as amostras B, e como estas amostras
(buchas) quando em funcionamento não são expostas a uma força normal muito elevada,
e sim a uma alta velocidade de deslizamento, os testes prosseguiram com a aplicação de
30N de força, com a mesma velocidade de deslizamento de antes e a 100N com uma
velocidade de deslizamento de 0,838 m/s, mas neste caso, para o material B somente foi
testada a amostra com 6,6 g/cm 3 de densidade, pois o contracorpo utilizado apresentava
problemas e porisso não foi possível realizar o ensaio para todas as amostras. A amostra
com densidade de 6,6 g/cm 3 foi escolhida porque é aquela que sofre maior desgaste, e
como entre as 2 densidades (7 e 6,6 g/cm 3 ) não foram encontradas grandes diferenças
de valores durante os testes de desgaste, nesse caso pode-se dizer que não seria
diferente.
A seguir estão expostos os resultados encontrados durante este segundo teste.
81

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Testes de desgaste a 30N e 0,314m/s – Bronzes:
Tabela 27: Resultados dos testes de desgaste a 30N para bronzes.
Material/
Densidade (g/cm 3 )
Taxa de desgaste
após 565,2m (m 2 /N)
Coeficiente de
atrito médio
B – Sinterizado (6,6) 1,2x10 -12 0,7
B – Sinterizado (7,0) 9,9x10 -13 0,98
B2 – Sinterizado (6,4) 1,05x10 -14 0,14 - 0,20
B2 – Sinterizado (6,8) 9,92x10 -15 0,10
Nota
As amostras testadas a 30N apresentaram uma taxa de desgaste ligeiramente mais
elevada que as mesmas quando testadas a 100N, devido, provavelmente, ao aumento do
mecanismo de adesão quando aplicamos forças menores, como aconteceu nas amostras
de Distaloys tratadas termicamente, quando testadas a velocidades menores (0,105 m/s).
O coeficiente de atrito para as amostras B2 não apresentaram um grande aumento
com o tempo como quando testadas a 100N, o que nos faz intuir que a camada
lubrificante formada pela grafita a 30N apresenta uma boa resistência, praticamente não
perdendo suas propriedades de lubrificante.
Ambas as amostras apresentaram fase de run-in praticamente iguais aquelas a 100N,
entretanto nas amostras B2 este run-in parece ser oxidativo, com posterior estágio 1,
onde possivelmente o material se desgasta devido a fadiga subsuperficial causada pelo
contato cíclico pois estes materiais não apresentam uma microestrutura muito resistente,
o que também dificulta a fixar a camada de óxido formada.
A análise após desgaste foi realizada mas não será apresentada devido os resultados
serem iguais aqueles a 100N, somente um pouco mais severos, com uma maior
deformação plástica da secção transversal de ambas as amostras, e fragmentos
metálicos para amostra B e oxidados para a B2. O mecanismo de desgaste
provavelmente foi o mesmo que a 100N, adesão em B com desgaste considerado severo
(tabela 1, capítulo2) e tribo-oxidação em B2, com desgaste considerado moderado (tabela
1, capítulo 2).
82

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Testes de desgaste a 100N e 0,838m/s – Bronzes:
Tabela 28: Resultados dos testes de desgaste a 100N para bronzes.
Material/
Densidade (g/cm 3 )
B – Sinterizado
(6,6)
B2 – Sinterizado
(6,4)
B2 – Sinterizado
(6,8)
Taxa de desgaste
após 1508,4m (m 2 /N)
Coeficiente de
atrito médio
1,1x10 -13 0,68
2,81x10 -13 0,15 - 0,56
3,78x10 -13 0,16 - 0,58
Nota
83
Durante os primeiros
15 min o coeficiente
de atrito é constante
(0,15), depois
aumenta até 0,56.
Coeficiente de atrito
aumenta de 0,16
para 0,58 no
intervalo de 30 min,
depois permanece
constante.
Nestes testes a 100N e 0,838 m/s o que podemos observar foi um aumento na taxa de
desgaste para as amostras B2, e um decréscimo para as amostras B.
O coeficiente de atrito para as amostras B apresentou um decréscimo em relação ao
mesmo encontrado durante os outros ensaios, o que pode ser devido a uma oxidação da
amostra. Já as amostras B2 tiveram um aumento no valor de atrito, pois a camada
lubrificante de grafita neste caso apresentou uma baixa resistência, perdendo
rapidamente sua propriedade lubrificante.
Também neste caso a fase de run-in aconteceu, para as amostras B o run-in
apresentou uma taxa de desgaste mais elevada que no estágio 1, provavelmente devido
maior adesão inicial e posterior tribo-oxidação. Nas amostras B2 este run-in parece ser
oxidativo, com posterior estágio 1 o qual é caracterizado pelo contato adesivo.
Para uma melhor caracterização do mecanismo de desgaste ocorrido nestas amostras,
foi realizada uma análise nestas após desgaste. A seguir estão dispostos os resultados
destas análises para as amostras B (densidade 6,6 g/cm 3 ) e B2 (densidade 6,8 g/cm 3 ),
pois foram aquelas as quais apresentaram uma maior taxa de desgaste. Nestas análises
estão demonstrados apenas os resultados dos fragmentos de desgaste e da superfície de
contato, sem apresentar a secção transversal, pois esta apresenta apenas uma maior
deformação plástica para as amostras B2, comparando às amostras testadas
anteriormente a 100N e 30N, caracterizando adesão.

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Análise Pós Desgaste:
a b
B (densidade 6,6 g/cm 3 ) – Sinterizado
(Força 100N – Velocidade 0,838m/s)
Figura 60: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no
intervalo de 0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM).
Figura 61: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-
15min (a) e no intervalo de 60-90min (b)(ESEM).
c
a b
84

RESULTADOS E DISCUSSÕES
B2 (densidade 6,8 g/cm 3 ) – Sinterizado
(Força 100N – Velocidade 0,838m/s)
a b c
Figura 62: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no
intervalo de 0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM).
Figura 63: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-
15min e 60-90min (ESEM).
Analisando as amostras B após desgaste, fig. 60 , foi possível identificar a presença de
oxidação na amostra após os primeiros 15 minutos de ensaio, provavelmente por este
motivo que o coeficiente de atrito e a taxa de desgaste apresentaram um melhor
resultado. O mecanismo de desgaste foi o de adesão seguido de tribo-oxidação.
Nas amostras B2 também foi identificado a presença de uma pequena quantidade de
óxido, fig. 62, mas o mecanismo de desgaste é a adesão, devido a marcas adesivas na
superfície de desgaste, fig. 62, aos fragmentos de desgaste com dimensões muito
grandes, e ao elevado valor de atrito já mencionado anteriormente (tabela 28).
Neste caso a taxa de desgaste para os dois materiais são consideradas severas
segunda a tabela 1, capítulo 2.
85

RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.2.2.2 Ligas de Fe+Cu
Testes de desgaste a 100N e 0,314m/s – Ligas a base de Fe+Cu:
Volume desgastado [x10 -6 ,m 3 ]
0,040
0,035
0,030
0,025
0,020
0,015
0,010
0,005
F - Sinterizado
(Força 100N - Velocidade 0,314m/s)
Densidade 5,8
Densidade 6,2
0,000
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Distancia de deslizamento [m]
Figura 64: Resultados do teste de desgaste para o material F sinterizado.
Tabela 29: Taxa de desgaste de F sinterizado.
Material
Taxa de desgaste após
565,2m (m 2 /N)
F – densidade 5,8g/cm 3 1,25x10 -13
F – densidade 6,2g/cm 3 1,65x10 -13
Coeficiente de Atrito
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
F - Densidade 5,8
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
1,0
a b
Coeficiente de Atrito
0,8
0,6
0,4
0,2
F - Densidade 6,2
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
Figura 65: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 5,8 (a) e 6,2 (a) g/cm 3 .
86

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Volume desgastado [x10 -6 ,m 3 ]
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
F* - Sinterizado
(Força 100N - Velocidade 0,314m/s)
Densidade 5,8
Densidade 6,2
-0,2
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Distancis de deslizamento [m]
Figura 66: Resultados do teste de desgaste para o material F* sinterizado.
Tabela 30: Taxa de desgaste de F* sinterizado.
Material
F* – densidade 5,8g/cm 3
F* – densidade 6,2g/cm 3
Coeficiente de Atrito
0,8
0,6
0,4
0,2
F * - Densidade 5,8
Taxa de desgaste após
565,2m (m 2 /N)
7,3x10 -12
(7,8x10 -14 no início)
1,12x10 -11
(1,3x10 -14 no início)
0,0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Tempo [s]
0,8
0,6
0,4
0,2
F * - Densidade 6,2
a b
Coeficiente de Atrito
0,0
0 1000 2000 3000
Tempo [s]
4000 5000 6000
Figura 67: Andamento do coeficiente de atrito para densidades 5,8 (a) e 6,2 (a) g/cm 3 .
87

RESULTADOS E DISCUSSÕES
As amostras F, expostas acima, apresentaram uma boa taxa de desgaste, considerada
moderada segundo tabela 1 capítulo 2 , apresentando um valor de coeficiente de atrito um
pouco elevado, provavelmente causados devido ao contato adesivo.
Já as amostras de F* apresentaram um ótimo resultado ao desgaste (praticamente não
desgastando-se) nos primeiros minutos de teste, run-in, devido a presença da grafita que
tem uma função lubrificante, formando uma camada na superfície de contato diminuindo
assim o atrito, fig. 67, e consequentemente evitando o fenômeno de adesão. Pode-se
notar claramente na fig. 67 que ao decorrer do tempo de desgaste, igualmente como
aconteceu para o material B2, essa grafita vai perdendo seu efeito lubrificante e como
consequência o valor do coeficiente de atrito aumenta. Quando isso ocorre o
comportamento do desgaste é totalmente severo, porque a amostra se adere ao
contracorpo e desgaste-se violentamente. A seguir, fig. 68, está demonstrado a situação
da amostra e do contracorpo após a realização do ensaio.
As amostras F* apresentaram uma fase de run-in e estágio 1 bem definidas, sendo
estas praticamente oxidativa e adesiva, respectivamente, entretanto nas amostras F* a
fase de run-in foi praticamente inexistente, apresentando um comportamento ao desgaste
quase constante e provavelmente adesivo.
a b
Figura 68: Amostra F* (a) e contracorpo (b) após prova de desgaste a 100N.
O porque desta adesão da amostra ao contracorpo (fig. 68) não foi esclarecida porque
não foi possível analisar a composição do material aderido ao contracorpo, pois não era
possível destruí-lo para análise ao ESEM.
Para a confirmação do mecanismo de desgaste ocorrido nestas amostras, foi realizada
uma análise nestas após desgaste. A seguir está representado o resultado da análise do
88

RESULTADOS E DISCUSSÕES
material F (densidade 6,2 g/cm 3 ) e do F* (densidade 6,2 g/cm 3 ), pois entre as amostras
foram os quais apresentaram uma maior taxa de desgaste e onde pode-se verificar
nitidamente o mecanismo de desgaste presente.
Análise Pós Desgaste:
F (densidade 6,2 g/cm 3 ) – Sinterizado
(Força 100N – Velocidade 0,314m/s)
a b
Figura 69: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b).
a b c
Figura 70: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no
intervalo de 0-15min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM).
89

RESULTADOS E DISCUSSÕES
a
Figura 71: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-
15min e 60-90 min (ESEM).
F* (densidade 6,2 g/cm 3 ) – Sinterizado
(Força 100N – Velocidade 0,314m/s)
Figura 72: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b).
a b c
b
Figura 73: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no
intervalo de 30-60 min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM).
90

RESULTADOS E DISCUSSÕES
a
Figura 74: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 30-60
min (a) e no intervalo de 60-90 min (b)(ESEM).
Analisando a secção transversal, os fragmentos de desgaste e a superfície de
desgaste da amostra F, foi confirmada a presença do mecanismo de adesão, devido a
deformação plástica encontrada na região de contato (fig. 69) e da presença de traços
adesivos na superfície de contato (fig. 70). No entanto as amostras apresentaram durante
todo o período de desgaste fragmentos de desgaste oxidados (figs. 70 e 71), o qual é
proveniente do desgaste por deslizamento, porque os fragmentos permanecem na região
de contato e oxidan-se, este mecanismo já foi explicado no capítulo 2 e para os Distaloys,
e também devido ao fato destas amostras serem praticamente de Fe puro, o qual oxidase
facilmente.
Nas amostras de F* foi observado a presença de fragmentos oxidados durante os
primeiros minutos de ensaio, e devido ao baixo coeficiente de atrito pode-se confirmar que
no início o mecanismo de desgaste era a tribo-oxidação. Quando a grafita perde seu
efeito lubrificante, este mecanismo é alterado e vemos a presença da adesão, figs. 72 e
73.
Após a análise dos resultados destes testes a 100N e 0,314m/s e devido as amostras
F* apresentarem um comportamento ao desgaste severo, o proseguimento dos testes foi
realizado com o intuito de encontrar uma condição de desgaste onde as amostras
desempenhem um melhor comportamento, assim indentificamos os pontos fortes e fracos
de ambas. Como a 100N obtivemos um resultado um pouco severo e como estas
amostras têm a mesma função e desenvolvem o mesmo tipo de esforço que aquelas de
bronze, o prosseguimento dos testes será igual, ou seja, com a aplicação de 30N de força
normal, com a mesma velocidade de desgaste de antes e a 100N com uma velocidade de
desgaste de 0,838 m/s, mas neste caso, para ambas as amostras somente foram
testadas as amostras com 6,2 g/cm 3 de densidade, pois o contracorpo utilizado
91
b

RESULTADOS E DISCUSSÕES
apresentava problemas, como já mencionado para as amostras B e B2, e porisso não foi
possível realizar o ensaio para todas as amostras. As amostras com densidade de 6,2
g/cm 3 foram escolhidas porque foram as que apresentaram maior taxa de desgaste, e
como entre as 2 densidades (5,8 e 6,2 g/cm 3 ) não foram encontradas grandes diferenças
de valores durante os testes de desgaste, nesse caso pode-se considerar que ocorreria a
mesma coisa.
A seguir estão expostos os resultados encontrados durante este segundo teste.
Testes de desgaste a 30N e 0,314m/s – Ligas a base de Fe+Cu:
Tabela 31: Resultados dos testes de desgaste a 30N para ligas a base de Fe+Cu.
Material/
Densidade (g/cm 3 )
Taxa de desgaste
após 565,2m (m 2 /N)
Coeficiente de
atrito médio
F – Sinterizado (5,8) 6,66x10 -14 0,58
F – Sinterizado (6,2) 6,31x10 -14 0,59
F* – Sinterizado (5,8) 3,54x10 -14 0,1 - 0,18
F* – Sinterizado (6,2) 1,03x10 -14 0,12 - 0,18
Nota
92
Coeficiente de atrito
muda apos 70 min,
e aumenta até 0,60.
As amostras acima testadas a 30N apresentaram um ótimo comportamento ao
desgaste comparando-se aquelas a 100N, este resultado foi um pouco diferente
comparado aquelas de bronze, as quais tiveram um pior rendimento, isso ocorreu
provavelmente devido a presença da matriz ferrosa, a qual oxida-se rapidamente quando
a baixa velocidade de deslizamento.
Como pode-se perceber nas amostras F* o coeficiente de atrito apresentou valores
baixos, juntamente com a taxa de desgaste, o que nos faz intuir que a camada lubrificante
formada pela grafita a 30N apresenta uma boa resistência, praticamente não perdendo
suas propriedades de lubrificante assim a amostra não aderiu ao contracorpo envitando o
mecanismo de adesão. As amostras de F apresentaram um decréscimo nos valores de
taxa de desgaste e um decréscimo, não muito acentuado, do coeficiente de atrito,
apresentando uma fase de run-in provavelmente caracterizada pelo mecanismo de
adesão, e um estágio 1 provavelmente tribo-oxidativo.
Para uma melhor caracterização do mecanismo de desgaste ocorrido nestas amostras,
foi realizada uma análise após desgaste. A seguir estão dispostos os resultados destas

RESULTADOS E DISCUSSÕES
análises para as amostras F (densidade 5,8 g/cm 3 ) e F* (densidade 5,8 g/cm 3 ), pois foram
aquelas as quais apresentaram uma maior taxa de desgaste.
Análise Pós Desgaste:
a
a
F (densidade 5,8 g/cm 3 ) – Sinterizado
(Força 30N – Velocidade 0,314m/s)
Figura 75: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b).
b c
b
Figura 76: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no
intervalo de 30-60 min, (b) e intervalo de 60-90 min (c), (ESEM).
93

RESULTADOS E DISCUSSÕES
a
a
Figura 77: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 30-60
min e 60-90 min (ESEM).
F* (densidade 5,8 g/cm 3 ) – Sinterizado
(Força 30N – Velocidade 0,314m/s)
Figura 78: Secção transversal (aumento 200x)(a) e superfície de desgaste (b).
b
b
M
94

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Figura 79: Superfície de desgaste (a), fragmentos de desgaste coletados no
intervalo de 0-90 min (b) (ESEM).
Figura 80: Espectro dos fragmentos de desgaste coletados no interval de 0-90
min (ESEM).
Analisando os resultados encontrados para a amostra F o que percebemos é a
confirmação da presença do mecanismo de adesão seguido de tribo-oxidação, pois
duante os primeiros minutos de ensaio os fragmentos são metálicos, fig. 76, e a secção
transversal apresenta uma certa deformação plástica (fig. 75), depois de alguns minutos
os fragmentos e a superfície de contato são oxidados (fig. 76 e 77).
As amostras F* apresentaram um mecanismo de tribo-oxidação, com, provavelmente,
um início de desgaste adesivo, devido a presença de uma pequena deformação plástica,
fig. 78, e de marcas adesivas na região de contato (fig. 79).
Testes de desgaste a 100N e 0,838m/s – Ligas a base de Fe+Cu:
Tabela 32: Resultados dos testes de desgaste a 100N para ligas a base de Fe+Cu.
Material/
Densidade (g/cm 3 )
Taxa de desgaste
após 1508,4m (m 2 /N)
Coeficiente de
atrito médio
F – Sinterizado (6,2) 6,73x10 -14 0,46
F** – Sinterizado (6,2) 2,24x10 -11 0,3 - 0,59
* Ensaio durou apenas 15 minutos.
Nota
95
Durante os pimeiros
5 min o coeficiente
de atrito é constante
(0,3), depois
aumenta até 0,59.

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste último teste a amostra F apresentou outra vez um ótimo resultado ao desgaste,
com um baixo valor de taxa de desgaste e um coeficiente de atrito inferior ao encontrado
nos testes anteriores, devido, provavelmente, a oxidação da amostra a alta velocidade de
deslizamento e ao aquecimento da mesma a esta velocidade. Apresentou uma fase de
run-in, provavelmente caracterizada pelo mecanismo de adesão, e um estágio 1
provavelmente tribo-oxidativo. Não foram expostas as análises após desgaste, pois os
resultados encontrados foram praticamente iguais aos encontrados a 30N, os quais
confirmam a presença do mecanismo de adesão seguido por tribo-oxidação.
A amostra F* apresentou um mecanismo de desgaste por adesão igual aquele à 100N,
ou seja a amostra aderiu-se ao contracorpo (fig. 68), pois a camada lubrificante de grafita
neste caso apresentou uma baixa resistência, perdendo rapidamente sua propriedade
lubrificante, sendo que o tempo de duração do teste foi de apenas 15 minutos. A análise
após desgaste é idêntica aquela a 100N (fig. 72).
A seguir, tabela 33, apresenta os resultados resumidos dos ensaios de desgaste para
as amostras de bronze e para as ligas de Fe+Cu.
Tabela 33: Resumo dos resultados obtidos com os ensaios de desgaste para bronzes e
ligas Fe+Cu.
Material /
Composição
Taxa de Desgaste Específico, Ka (m 2 /N)
30N
0,314 m/s
100N
0,314 m/s
100N
0,838 m/s
B - (Cu-Sn) ≈ 1,1x10 -12 ≈ 3,5x10 -13 ≈ 1,1x10 -13
B2 - (Cu-Sn-C) ≈ 1,0x10 -14 ≈ 7,8x10 -15 ≈ 3,3x10 -13
F - (Fe-Cu) ≈ 6,5x10 -14 ≈ 1,4x10 -13 ≈ 6,7x10 -14
F* - (Fe-Cu-P-C) ≈ 2,3x10 -14 ≈ 9,2x10 -12 ≈ 2,2x10 -11 **
** Ensaio realizado durante apenas 15 minutos.
96
Mecanismo(s)
de Desgaste
Adesão. Tribooxidação
em
0,838 m/s
Tribo-oxidação
e posterior
adesão após
alguns minutos
Adesão a
100N. Tribooxidação
a 30
N e a 0,838m/s
Tribo-oxidação
e posterior
adesão após
alguns minutos

RESULTADOS E DISCUSSÕES
Após a realização dos testes de desgaste nas amostras de bronze B e B2, o que
podemos concluir foi que a presença de grafita, amostra B2, melhora muito a resistência
do material ao desgaste, mas isso apenas quando a velocidade de deslizamento é em
torno de 0,314m/s, quando esta velocidade é aumentada, a grafita perde sua
característica lubrificante rapidamente, provocando um desgaste maior que aquele
encontrado para a amostra B, que não apresenta grafita.
Ou seja, a amostra B somente comporta-se melhor que a B2 a velocidades altas de
deslizamento, entretanto apresenta em qualquer uma das condições analisadas uma taxa
de desgaste considerada severa (tabela 1, capítulo 2), provavelmente se fosse melhorado
o processo de sinterização destas amostras, obtendo assim uma microestrutura mais
homogênea e resistente este comportamento ao desgaste seria melhorado. As amostras
B2 apresentaram uma taxa de desgaste moderado (tabela 1, capítulo 2), exceto quando
testadas a 100N e 0,838 m/s, onde a taxa foi severa.
Nas amostras a base de Fe+Cu, o que podemos concluir foi que neste caso a
presença de grafita também melhora muito a resistência do material ao desgaste, como já
mencionado para as amostras de bronze, mas no caso do F* quando esta grafita perde
sua característica lubrificante a resistência ao desgaste cai a zero, e o material é
praticamente destruído, devido ao mecanismo de adesão. Estas amostras somente
apresentaram uma taxa de desgaste moderada (tabela 1 capítulo 2) quando testadas a
30N e 0,314 m/s, sendo que nas duas outras condições o mecanismo foi muito severo.
As amostras F apresentaram uma boa resistência ao desgaste quando expostas a
velocidade de deslizamento alta ou a uma baixa força normal aplicada, isso ocorre devido
ao fenômeno de tribo-oxidação presente a estas condições. Entretanto apresentou um
mecanismo de desgaste considerado moderado, tabela 1 capítulo 2, para todas as três
condições de ensaio testadas, inclusiva a 100N e 0,314 m/s, onde o mecanismo de
desgaste foi adesivo.
Ou seja, entre estes materiais, bronzes e ligas Fe+Cu, o material B2 foi o qual
apresentou maior resistência ao desgaste quando expostos a velocidade de deslizamento
de 0,314 m/s. Ao aumentar esta velocidade para 0,838 m/s, o material que se mostrou
mais resistente foi o F (tabela 33). Sendo que também para estas amostras a porosidade
em todos os casos não influenciou no resultado final das análises, provavelmente devido
os fragmentos de desgaste entrarem nos poros fechando-os.
97

CONCLUSÕES
5. CONCLUSÕES
Após uma análise bastante completa das propriedades macro e microestruturais,
juntamente com a análise tribológica de desgaste por deslizamento a seco de alguns de
dos principais materiais fabricados pela indústria GKN SinterMetals, pode-se relacionar
uma série de pontos conclusivos, que serão apresentados a seguir, seguindo a mesma
ordem apresentada durante a discussão dos resultados, capítulo 4.
Caracterização Macro e Microestrutural:
Quase todos os materiais apresentaram uma microestrutura compatível aquela
esperada pela indústria, com exceção do material B que apresentou uma baixa
difusão cobre-estanho;
Os valores encontrados de densidade, porosidade, macro e micro-dureza também
apresentaram compatibilidade com aqueles desejados pela GKN, juntamente com
os valores de rugosidade superficial, expressos pela curva de Abbott-Firestone.
Caracterização Tribológica - Distaloys Somente Sinterizados:
As amostras de DistaloyAE* apresentaram uma maior resistência ao desgaste que
as amostras de DistaloyAE, para as duas condições de ensaio realizadas, devido a
ausência de carbono na sua composição, o que torna a matriz mais dúctil e
consequentemente menos resistente ao desgaste;
Entre os ensaios realizados, o melhor comportamente ao desgaste foi obtido para a
força aplicada de 100N e velocidade de deslizamento de 0,314 m/s;
Os mecanismos de desgaste encontrados foram de adesão nas fases de run-in e
estágio 1 (com presença de fragmentos de desgaste oxidados) após ensaios a
100N, e adesão (fase run-in) e tribo-oxidação (estágio 1), para os ensaios a 200N.
Caracterização Tribológica - Distaloys Tratados Termicamente:
Entre os materiais DistaloyAE somente sinterizado (ausência de C) e DistaloyAE
cementado, é possível notar uma grande diferença nos valores de taxa de
desgaste, sendo o material cementado o mais resistente, devido a presença de
98

CONCLUSÕES
martensita que endurece a microestrutura, aumentando a resistência do material à
deformação plástica e à fixação da camada de óxido superficial;
Entre os Distaloys AE* somente sinterizado e tratado termicamente também foi
possível verificar uma diferença nos valores de resistência ao desgaste, sendo que
as amostras tratadas termicamente apresentaram taxa de desgaste menores,
devido a presença de uma micoestrutura mais homogênea e com maior dureza
(maior quantidade de martensita);
Entre as amostras de DistaloyDH* sintertemperado+revenido e somente
sintertemperado, a amostra que apresenta melhor comportamento ao desgaste é
aquela que não sofre revenimento, pois apresenta uma dureza microestrutural mais
eleva, sendo consequentemente mais resistente ao desgaste por deslizamento;
Entre as amostras tratadas termicamente, aquela que apresentou maior resistência
ao desgaste foi DistaloyDH* somente sintertemperado, devido sua elevada dureza
microestrutural e ausência de fase rica em Ni (austenita) que é presente nas
amostras AE e AE*, e fragiliza o material quando em desgaste;
Todas as amostras apresentaram o mesmo mecanismo de desgaste, ou seja, tribooxidação
na fase de run-in, e adesão com fragmentos de desgaste oxidados no
estágio 1 quando testadas a 200N e 500N (0,105 m/s), e tribo-oxidação, estágio 1,
quando testadas a 500N (0,314 m/s).
Todos os valores de taxa de desgaste encontrados para as amostras de Distaloys
estão dentro da faixa de valores de desgaste moderado segundo a tabela 1 do capítulo 2.
A porosidade em todos os casos não influenciou no resultado final das análises,
provavelmente devido os fragmentos de desgaste entrarem nos poros fechando-os.
Caracterização Tribológica - Buchas e Ligas de Fe+Cu:
A presença de grafita melhora muito a resistência ao desgaste do material, pois
forma uma camada lubrificante em superfície, evitando o contato adesivo, no
entanto, dependendo das condições de ensaio esta grafita perde sua característica
lubrificante, provocando um desgaste maior que aquele encontrado para as
amostras que não apresentam grafita;
As amostras B2 e F*, as quais possuem grafita, apresentaram um mecanismo de
degaste por tribo-oxidação quando a grafita formava uma camada lubrificante na
99

CONCLUSÕES
superfície, desgaste moderado. Depois que a grafita perdia sua característica
lubrificante, o mecanismo foi alterado para adesão e o desgaste foi severo;
O mecanismo de desgaste para o material F foi considerado moderado, tabela 1
capítulo 2, para todas as condições de ensaio. O mecanismo de desgaste foi a
tribo-oxidação a 30N e 100N (0,838 m/s) e adesão a 100N (0,314 m/s);
O material B apresentou desgaste severo em todas as condições analisadas, e o
mecanismo de desgaste foi a adesão em todos os casos, mas a 100N e 0,838 m/s
depois da fase de run-in o mecanismo passa a ser tribo-oxidativo;
O material B2 foi o que apresentou maior resistência ao desgaste quando expostos
a velocidade de deslizamento de 0,314 m/s. Ao aumentar esta velocidade para
0,838 m/s, o material que se mostrou mais resistente foi o F;
Trabalhos Futuros:
Será estudado o porque que a camada de grafita lubrificante, formada no início do
desgaste, perde sua propriedade após um certo tempo de ensaio;
E serão realizados testes de fadiga superficial por rolamento-deslizamento com
lubrificante em todas as amostras.
100

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] GERMAN, R. M. Powder Metallurgy Science. 2nd. ed. Princeton, New Jersey: Metal
Powder Industries Federation, 1994. 472 p.
[2] LENEL, F. V. Powder Metallurgy: Principles and Applications. Princeton, New Jersey:
Metal Powder Industries Federation, 1980. 589 p.
[3] NARASIMHAN, K. S. Sintering of Powder Mixtures and the Growth of Ferrous Powder
Metallurgy, Materials Chemistry and Physics, v. 67, p. 56-65, 2001.
[4] WHITTAKER, D. Process Economics and Technological Advances in P/M Automotive
Parts, The international Journal of Powder Metallurgy, Princeton, NJ, v. 34, n. 4, p. 53-
60, 1998.
[5] P/M INDUSTRY NEWS: International P/M Trends, The International Journal of
Powder Metallurgy, Princeton, NJ, v. 38, n. 5, p. 15-17, 2002.
[6] KLEIN, A. N. Metalurgia do Pó [Notas de Aula da Disciplina Processamento de
Materiais a Partir do Pó], Florianópolis, 2001. Digitalizado.
[7] WHITE, D. G. The Challenges of Growth: State-of-the-P/M Industry: North America,
The international Journal of Powder Metallurgy, Princeton, NJ, v. 34, n 5, p. 27-35,
1998.
[8] GERMAN, R. M. Sintering Theory and Pratice. New York: J. Wiley & Sons, 1996. 550
p.
[9] THÜMMLER, F.; OBERACKER, R. Introduction to Powder Metallurgy. Cambridge:
The Institute of Materials, 1993. 332 p.
[10] HWANG, K. S.; LIN, K. H. Lubricant Removal in Metal Powders Compacts. The
International Journal of Powder Metallurgy, Princeton, NJ, v. 28, n. 4, p. 353-360,
1992.
[11] REED-HILL, R. E.; ABBRASCHIAN, R. Physical Metallurgy Principles, 3rd. ed.
Boston PWS, 1991. 926 p.
[12] PAVANATI, H. C. Sinterização de ferro puro com enriquecimento superficial
simultâneo de cromo em descarga elétrica em regime anormal. Florianópolis, 2005.
190 f. Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico.
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais.
[13] HUTCHINGS, I. M.; Tribology: Friction and Wear of Engineering Materials.
101

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
London: Edward Arnold, 1992, 273 p.
[14] DE MELLO, J. D. B. Introdução à Tribologia [Notas de Aula da Disciplina
Tribologia], Florianópolis, 2004. Digitalizado.
[15] ASTM INTERNATIONAL, G40-02, Standard Terminology Relating to Wear and
Erosion, West Conshohocken, 2002.
[16] ZUM GAHR, K. H., Microstructure and wear of materials, Tribology Series 10.
Amsterdam: Elsevier, 1987, 560 p.
[17] DIN 4776, Misura della Rugosità sui Pezzi Sinterizzati e sulle Superfici Porose,
1990.
[18] PESCHEDASCH, M. La vaporizzazione in continuo dei sinterizzati ferrosi. Trento,
2002. 92 f. Tesi di Laurea - Università Degli Studi di Trento, Facoltà di Ingegneria. Corso
di Laurea in Ingegneria dei Materiali.
[19] STRAFFELINI, Giovanni. Atrito e Usura Metodologie di Progettazione e Controllo,
1a. ed. Tecniche Nuove - Milão, 2005.
[20] Handbook for Sintered Components, Metallography. Ed. North American Hörganäs,
2004.
102