Avaliação tribológica de novas modificações superficiais para cilindros de laminação a frio

The present work analyzed the tribological behavior of coatings/surface modifications traditionally used in cold rolling mill rolls and new coatings/surface modificationswith potential to replace the carcinogenic hard chrome. The study started with identification of wear mechanisms occurring in real coldrollingmill rolls. Due the high cost and dimensions of the rolls, thereplication technique was used. Replicas were obtained from 4 different rolling millBrazilian companies before and after a normal rolling campaign. Initial sliding tests were conducted using spherical and cylindrical counter bodies in order to verifywhichtribological conditions allowed to reproduce the wear mechanisms found in the replicas. These tests indicated the use of reciprocating sliding tests with cylindrical counter bodies (line contact), normal load of 100 N, and test times of and 1 h and 5 h. Different surface modifications were carried out on samples produced from a fragment of a rolling mill roll. The specimens were heat treated and ground on both sides. After, some specimens were surface textured by electrical discharge texturing (EDT). For both groups (ground and EDT), subsequent treatments of chromium plating, electroless NiP coating and plasma nitriding were carried out. The results of the reciprocating tests showed that specimens with electroless NiP coating presented the lowest friction coefficients, while plasma nitrided specimens showed the highest. In general, previous surface texturing before the coating/surface modification increased the wear of the counter bodies. Oneexceptionwas for EDT with subsequent electroless NiP coating, which presented the lowest counter bodies wear rate. The samples withelectroless NiP coating promoted a tribolayer consisting of Nickel, Phosphorus and Oxygen on both the specimens andthecounter bodies, which was apparently responsible for the reduction of friction coefficient and wear rate. The increase of the test time reduced the wear rate of the samples, apparently due the stability of the tribolayers formed, except for the nitrided samples. For the textured specimens, NiP coating showed the best performance in maintaining the surface topography of the specimens after the sliding tests.

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Tese (Doutorado)

O presente trabalho analisou o comportamento tribológico de revestimentos/modificações superficiais tradicionalmente utilizadas em cilindros para laminação a frio e de novos revestimentos/modificações superficiais com potencialidade de substituírem o cancerígeno cromo duro. Iniciou-se o processo com a identificação de mecanismos de desgaste que ocorrem em cilindros de laminação reais. Em função do elevado custo e dimensões de cilindros de laminação, foram produzidas réplicas obtidas em vários cilindros de laminação em diferentesempresasnacionais antes e após a laminação de uma campanha considerada normal. Realizaram-se pré-testes de deslizamento utilizando contracorpos esféricos e cilíndricos com o objetivo de reproduzir os mecanismos de desgaste encontrados nas réplicas. Os pré-testes indicaram como metodologia adequada ensaios de desgaste em modo alternado de deslizamento, com configuração de cilindro sobre um plano utilizando-se carga de 100 N e tempos de ensaio de 1 h e 5 h. Amostras foram produzidas a partir de um fragmento de cilindro de laminação real. Estas amostras passaram por tratamento térmico, retificação de ambas as faces e modificações superficiais de texturização superficial por descargas elétricas (EDT). Para os dois tipos de topografia superficial (retificadas e EDT), foram analisadas amostras sem revestimento posterior, com revestimento de cromo duro, com revestimento de NiPenitretadas a plasma. Os resultados mostraram que o revestimento de NiP reduziu o coeficiente de atrito médio ao longo dos ensaios, ao passo que valores mais altos foram encontrados para as amostras nitretadas. De uma forma geral, a texturização prévia das amostras elevou a taxa de desgaste do contracorpo quando comparada com as amostras retificadas, para a maioria dos revestimentos/modificações investigados. Uma exceção foram as amostras texturizadas com posterior revestimento de NiP, as quais apresentaram as menores taxas de desgaste do contracorpo. A adição do revestimento de NiP promoveu a formação de uma tribocamada no corpo e no contracorpo constituída de Níquel, Fósforo e Oxigênio, a qual aparentemente foi responsável pelas reduções de coeficiente de atrito e de taxa de desgaste verificadas. A elevação do tempo de ensaio de 1 h para 5 h reduziu a taxa de desgaste das amostras, aparentemente em função de uma maior estabilidade das tribocamadas formadas para maiores tempos de ensaio, com exceção das amostras nitretadas. Considerando-se as amostras previamente texturizadas, o revestimento de NiP foi o que melhor manteve a topografia das amostras após os ensaios de deslizamento.