Comportamento em desgaste por erosão cavitação, erosão - corrosão e em ensaios de microesclerometria linear instrumentada de um aço inoxidável martensítico AISI 410 nitretado a plasma em baixa temperatura, utilizando a tecnologia de tela ativa.

Amostras de um aço inoxidável martensítico AISI 410 temperado e revenido foram nitretadas a plasma em baixa temperatura usando o tratamento de nitretação plasma DC e a nitretação a plasma com tela ativa. Ambos os tratamentos foram realizados a 400 °C, utilizando mistura gasosa de 75 % de nitrogênio e 25 % de hidrogênio durante 20 horas e 400 Pa de pressão. As amostras de aço AISI 410 temperado e revenido foram caracterizadas antes e depois dos tratamentos termoquímicos, usando as técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, medidas de microdureza, difração de raios X e medidas de teor de nitrogênio em função da distância à superfície por espectrometria WDSX de raios X. A resistência à erosão por cavitação do aço AISI 410 nitretado DC e com tela ativa foi avaliada segundo a norma ASTM G32 (1998). Os ensaios de erosão, de erosão - corrosão e de esclerometria linear instrumentada segundo norma ASTM C1624 (2005) somente foram realizados no aço AISI 410 nitretado com tela ativa. Ensaios de nanoindentação instrumentada forma utilizados para medir a dureza (H) e o módulo de elasticidade reduzido (E*) e calcular as relações H/E* e H3/E*2 e a recuperação elástica (We), utilizando o método proposto por Oliver e Pharr. Ambos os tratamentos produziram camadas nitretadas de espessura homogênea constituídas por martensita expandida supersaturada em nitrogênio e nitretos de ferro com durezas superiores a 1200 HV, porém, a nitretação DC produziu maior quantidade de nitretos de ferro do que o tratamento de tela ativa. Os resultados de erosão por cavitação do aço nitretado DC mostraram que a precipitação de nitretos de ferro é prejudicial para a resistência à cavitação já que reduziu drasticamente o período de incubação e aumentou a taxa de perda de massa nos estágios iniciais do ensaio; entretanto, depois da remoção desses nitretos de ferro, a camada nitretada formada somente por martensita expandida resistiu bem ao dano por cavitação. Já no caso do aço nitretado com tela ativa, a resistência à erosão por cavitação aumentou 27 vezes quando comparada com o aço AISI 410 sem nitretar, fato atribuído à pequena fração volumétrica e ao menor tamanho dos nitretos de ferro presente na camada nitretada, às maiores relações H/E* e H3/E*2 e à alta recuperação elástica da martensita expandida. A remoção de massa ocorreu, principalmente, pela formação de crateras e de destacamento de material da superfície dos grãos por fratura frágil sem evidente deformação plástica. As perdas de massa acumulada mostradas pelo aço nitretado foram menores do que aquelas do aço AISI 410 nos ensaios de erosão e de erosão corrosão. O aço nitretado apresentou uma diminuição nas taxas de desgaste em ambos os ensaios de aproximadamente 50 % quando comparadas com o aço AISI 410. O mecanismo de remoção de material foi predominantemente dúctil, mesmo com o grande aumento na dureza. Os resultados de esclerometria linear instrumentada mostraram que a formação de martensita expandida possibilitou uma diminuição considerável do coeficiente de atrito em relação ao observado no caso do aço AISI 410 sem nitretar. O valor de carga crítica de falha foi de 14 N. O mecanismo de falha operante no aço nitretado foi trincamento por tensão.

Comportamento tribo-mecânico e desgaste adesivo de materiais em nanoescala: análises por dinâmica molecular e mecânica do contínuo.

As formulações baseadas na mecânica do contínuo, embora precisas até certo ponto, por vezes não podem ser utilizadas, ou não são conceitualmente corretas para o entendimento de fenômenos em escalas reduzidas. Estas limitações podem aparecer no estudo dos fenômenos tribológicos em escala nanométrica, que passam a necessitar de novos métodos experimentais, teóricos e computacionais que permitam explorar estes fenômenos com a resolução necessária. Simulações atomísticas são capazes de descrever fenômenos em pequena escala, porém, o número necessário de átomos modelados e, portanto, o custo computacional - geralmente torna-se bastante elevado. Por outro lado, os métodos de simulação associados à mecânica do contínuo são mais interessantes em relação ao custo computacional, mas não são precisos na escala atômica. A combinação entre essas duas abordagens pode, então, permitir uma compreensão mais realista dos fenômenos da tribologia. Neste trabalho, discutem-se os conceitos básicos e modelos de atrito em escala atômica e apresentam-se estudos, por meio de simulação numérica, para a análise e compreensão dos mecanismos de atrito e desgaste no contato entre materiais. O problema é abordado em diferentes escalas, e propõe-se uma abordagem conjunta entre a Mecânica do Contínuo e a Dinâmica Molecular. Para tanto, foram executadas simulações numéricas, com complexidade crescente, do contato entre superfícies, partindo-se de um primeiro modelo que simula o efeito de defeitos cristalinos no fenômeno de escorregamento puro, considerando a Dinâmica Molecular. Posteriormente, inseriu-se, nos modelos da mecânica do contínuo, considerações sobre o fenômeno de adesão. A validação dos resultados é feita pela comparação entre as duas abordagens e com a literatura.

Retificação plana tangencial dos ferros fundidos nodular, vermicular e cinzento em várias condições de corte

In a scenario of increasing competitiveness of the global industrial sector and with a consumer market increasingly demanding, there is an increased demand for new materials and, consequently, possibilities to explore new research and technological advances towards the development of new manufacturing methods or the improvement of existing technologies. In the case of cast irons, new grades of them have been developed so that their mechanical properties have been improved, making them more competitive with steel, expanding the applications and thus represents great economic gain for metallurgy and manufacturing sectors. This increases the interest and creates new opportunities to study these materials and identify how they respond in terms of the surface integrity, tool wear, cutting forces, among others, when machined by grinding operation. In this context, due to the lack of results from grinding of cast irons and studies comparing grindability among several grades of cast irons found in the literature, this work aims to generate scientific and technological contribution to the metallurgical and metal working sector through roughness results (Ra and Rz parameters) and evaluation and analysis of the subsurface integrity of three cast iron grades (gray, compacted graphite and nodular). The machining trials were performed on a surface grinding machine with silicon carbide grinding wheel at different cutting conditions. The input variables were the radial depth of cut (15 and 30 μm), worktable speed, vw (5 and 10 m/min) and the abrasive grain size of the grinding wheel. The results showed that surface roughness increased with the radial depth of cut for all materials tested; and the lowest values were obtained for gray cast iron. Also, roughness was sensitive to variation of worktable speed and the lowest values were obtained after machining with vw = 5 m/min. With respect to the abrasive grain size, as it decreased the roughness values increased to gray and nodular cast iron grades. Furthermore, grinding burns marks were observed on the surfaces of nodular cast iron and compacted graphite iron grades after grinding the smallest grain size, contrary to what is usually reported in literature. However, no evidence of severe thermal damages below the machined surfaces of all cast iron grades was observed after analyzing the results of hardness and the SEM micrograph images.

Desenvolvimento de uma técnica para análise de desgaste em peças metálicas com o uso do ciclotron CV-28 do IEN

As técnicas nucleares, com ênfase a técnica conhecida como TLA - Thin Layer Activation, tem sido utilizada com sucesso e contribuído significativamente para o estudo de sistemas tribológicos, na análise e medição de desgaste para profundidades na ordem de grandeza de 10 µm apesar potencialmente poder aplicadas a espessuras de dezenas de milímetros. Esta limitação é intrínseca da técnica utilizada na ativação da camada superficial da peça ou elemento a ser investigado, que consiste na aplicação direta de um feixe de partículas carregadas a uma determinada energia, equivalente a máxima seção de choque do material a fim de obter uma taxa ativação constante ao longo de uma determinada espessura ou utilizando uma energia menor que este valor para se obter uma taxa ativação linear também para uma determinada profundidade de ativação. O objetivo desse trabalho é apresentar uma nova técnica que consiste na utilização de um feixe de energia superior a energia correspondente à máxima seção de choque e aplicar um elemento degradador (Roda Degradadora) como objetivo de homogeneizar a ativação superficial ao longo da espessura da amostra, possibilitando uma melhoria na precisão da análise e possibilitando ainda um maior alcance dessa camada e aumentando a gama de aplicações possíveis dessa técnica, onde por exemplo, maiores taxas de desgaste possam ser analisadas. Após o experimento e análise dos dados constatou-se que a técnica proposta melhora a linearidade da curva que representa a taxa de ativação e aumentando significativamente a profundidade analisável podendo chegar a ordem 6 x 10 µm. Em adição este trabalho reinaugura a pesquisa em aplicações nucleares no IEN - Instituto de Engenharia Nuclear com utilização de aceleradores de partículas tipo ciclotron.