Analise de desgaste em materiais aplicados em discos de freio

Baja SAE competitions challenge engineering students to design and build offroad vehicles, preparing them for the competitive job market. This monograph aims to study a part of the braking of a Baja SAE vehicle system, the brake disc. Giving attention to the wear suffered by discs of two different materials, steel 1045 and stainless steel 304, helping the team Piratas do Vale Bardahl in the best selection between them. Braking tests were performed on a test bench. Both discs have suffered the same braking conditions. Brake pads material, brake line pressure, braking time, number of braking, were parameters which were repeated in the testing of different types of disk, in order to ensure a high power comparison between the obtained data. Before and after the disk tests were weighed and measured, to make a comparison. After the brake tests, the disks were subjected to hardness and surface roughness testing. With the data collected and observations made in the worn parts, the comparison between these two materials was made, obtaining a selection of the best material for the team. The tests showed that steel 1045 has more advantages, compared to stainless steel 304, when applied to brake discs, on the tested conditions

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.

Desempenho do stellite como material de ferramenta no serramento da madeira

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo da dureza e da resistência à compressão de resinas compostas para dentes posteriores após a imersão em água destilada. Efeito da aplicação de selante superficial

Novos compósitos têm surgido no mercado especificamente destinados à confecção de restaurações estéticas posteriores. Entretanto, embora tais materiais apresentem resultados iniciais animadores, há a necessidade de comprovações adicionais para que possam ser utilizados com segurança. Resinas compostas posteriores são submetidas a estresses complexos de compressão e abrasão durante a mastigação e a aplicação de selantes superficiais tem sido relatada como forma de aumentar a resistência ao desgaste destes materiais. O presente trabalho teve como propósito avaliar a dureza e a resistência à compressão das resinas compostas Alert (Jeneric/Pentron), Ariston (Vivadent), Definite (Degussa), P60 (3M), Solitarie (Kulzer), Surefil (Dentsply) e Z100 (3M) após 90 dias de imersão em água destilada, recobertas com selante Protect It (Jeneric/Pentron) e submetidas à ciclagem mecânica (10.000 ciclos, 600N, 5Hz). Os ensaios de dureza (n=8) foram realizados em aparelho Wolpert, com diamante Vickers e peso de 50gf aplicado por 30 segundos, antes e após períodos de imersão de 30, 60 e 90 dias. Os ensaios de resistência à compressão (n=8) foram realizados somente após 90 dias, em corpos-de-prova cilíndricos medindo 8mm de altura por 4mm de diâmetro. Apenas os espécimes destinados à compressão foram ciclados mecanicamente. Os ensaios foram realizados em máquina MTS 810, equipada com célula de carga de 10kN (ciclagem) e 100kN (compressão) e velocidade de 0,5mm/min. Após análise de variância (p<0,05), os resultados mostraram, previamente à imersão, maiores valores de dureza para os materiais Z100 (74,253VHN) e Ariston (71,308VHN). A seguir, com valor semelhante à resina Ariston, mas inferior à resina Z100, apresentou-se o material Surefil (69,969VHN)...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)

Experimental and numerical analysis of dry contact in the pin on disc test

The reduction of friction and wear in systems presenting metal-to-metal contacts, as in several mechanical components, represents a traditional challenge in tribology. In this context, this work presents a computational study based on the linear Archard's wear law and finite element modeling (FEM), in order to analyze unlubricated sliding wear observed in typical pin on disc tests. Such modeling was developed using finite element software Abaqus® with 3-D deformable geometries and elastic–plastic material behavior for the contact surfaces. Archard's wear model was implemented into a FORTRAN user subroutine (UMESHMOTION) in order to describe sliding wear. Modeling of debris and oxide formation mechanisms was taken into account by the use of a global wear coefficient obtained from experimental measurements. Such implementation considers an incremental computation for surface wear based on the nodal displacements by means of adaptive mesh tools that rearrange local nodal positions. In this way, the worn track was obtained and new surface profile is integrated for mass loss assessments. This work also presents experimental pin on disc tests with AISI 4140 pins on rotating AISI H13 discs with normal loads of 10, 35, 70 and 140 N, which represent, respectively, mild, transition and severe wear regimes, at sliding speed of 0.1 m/s. Numerical and experimental results were compared in terms of wear rate and friction coefficient. Furthermore, in the numerical simulation the stress field distribution and changes in the surface profile across the worn track of the disc were analyzed. The applied numerical formulation has shown to be more appropriate to predict mild wear regime than severe regime, especially due to the shorter running-in period observed in lower loads that characterizes this kind of regime.

Caracterização de materiais utilizados na fabricação de cilindros de laminação submetidos ao desgaste abrasivo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo da susceptibilidade ao polimento dos agregados para camadas de desgaste de pavimentos rodoviários

Mestrado em Engenharia Geotécnica e Geoambiente

RailScan – desenvolvimento de software para a detecção e caracterização de desgaste ondulatório em ferrovias

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Caracterização de Particulas de Desgaste do Rolamentos por Ferrografia e Ferrometria

Avarias em rolamentos são causas comuns de falhas em máquinas e equipamentos industriais. Portanto, é importante a aplicação de técnicas que permitam a deteção e a identificação do problema o mais cedo possível a fim de evitar a destruição do rolamento e consequente paragem da máquina. Logo, o processo de monitorização do estado dos rolamentos deve receber uma atenção especial no plano de manutenção de qualquer indústria. Este trabalho tem, assim, como principal objetivo a caracterização das partículas de desgaste provenientes de rolamentos através da análise dos seus lubrificantes por ferrometria e ferrografia analítica. Estas técnicas permitem identificar e caracterizar as várias partículas de desgaste presentes numa amostra de lubrificante, permitindo não só avaliar o grau de severidade do desgaste mas também identificar o tipo de desgaste predominante (fadiga, abrasão, corrosão,etc.), e até identificar os diferentes materiais das partículas que se podem associar a componentes específicos com falhas. A criação de uma base de dados para armazenar os resultados, os comentários e as informações mais importantes obtidos nos ensaios experimentais, assim como a análise de alguns casos práticos, foram também realizados no âmbito deste trabalho. Para desenvolver um conhecimento mais profundo sobre as técnicas utilizadas foi importante fazer uma análise aos diversos tipos de rolamentos, a sua lubrificação e as causas e tipos principais de avarias encontradas.

Estudo do comportamento tribológico de materiais compósitos à base de titânio reforçado com partículas cerâmicas para aplicação em implantes articulares

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica

Determinação de propriedades físicas de diferentes materiais para discos e pastilhas de freio e relação destas propriedades com ruído

Este trabalho visou a determinação experimental de propriedades físicas básicas de materiais para pastilhas e discos de freio de diferentes composições químicas. Posteriormente, estas propriedades foram correlacionadas com resultados de avaliação de ruído de freio dos respectivos materiais. As propriedades físicas determinadas para os materiais de pastilhas de freio foram: dureza, densidade, porosidade, compressibilidade a frio, compressibilidade a quente, transmissão térmica, resistência à compressão, resistência à tração, resistência interna ao cisalhamento, módulo de elasticidade, freqüências de ressonância, índice de amortecimento, coeficiente de atrito em diferentes condições de frenagem, e taxas de desgaste. Medições incluem verificações do efeito do aumento da temperatura na variação de algumas das propriedades citadas. A avaliação de ruído de freio gerado com uso das diferentes composições de materiais foi realizada através do uso de um sistema de freio padrão, e o ensaio executado em um dinamômetro tipo inercial dotado de recursos como câmara para isolamento acústico de ruído externo e sistema de aquisição de sinais para monitoramento dos parâmetros de frenagem: tempo, torque, pressão, temperatura e espectro de ruído gerado em escala de tempo e freqüência. Os materiais de pastilhas de freios incluídos nesta verificação experimental foram selecionados de seis aplicações bastante distintas, como por exemplo: materiais para pastilhas de freio traseiro de veículos de passeio, pastilhas para freio dianteiro de veículos de passeio, pastilhas para caminhonetes, pastilhas para caminhões leves e microônibus Além da composição química bastante distinta, estudos da influência da alteração de parâmetros de processo de fabricação nas propriedades físicas do material de atrito foram considerados. Para a avaliação do efeito da variação de composição de materiais de discos de freio na geração de ruído, cinco diferentes tipos de discos foram selecionados. Dentre estas versões estão incluídas: a liga de ferro fundido cinzento do material tipo original do sistema de freio a disco padrão, uma versão de ferro fundido cinzento de baixo custo comprada no mercado de autopeças de reposição, um ferro fundido cinzento com alto de teor de carbono, um ferro fundido cinzento com adição de titânio como elemento de liga, e, finalmente, um ferro fundido vermicular. Propriedades físicas dos materiais de discos de freio não foram tão amplamente avaliadas como no caso dos materiais de pastilhas, mesmo assim dados de dureza, densidade, resistência à tração, índice de amortecimento e freqüências fundamentais de ressonância foram determinados para os diferentes materiais.Ao final do trabalho, foram definidas correlações entre ruído de freio e propriedades físicas dos materiais de pastilhas de freio que indicam que o material de atrito da pastilha é mais propenso a apresentar ruído quando: menos poroso, com maior resistência mecânica, maior módulo de elasticidade, maior dureza (valores mais baixos de dureza Gogan), e maior coeficiente de atrito. Também foram detectadas alterações significativas no comportamento de ruído com uso de diferentes materiais de discos de freio, mas não foram estabelecidas correlações conclusivas entre as propriedades dos discos de freio e sua propensão a ruído devido ao baixo número de versões avaliadas.

Desgaste de ferramentas de puncionamento

O presente estudo fornece aos usuários de puncionadeiras, uma metodologia para quantificar o desgaste crítico das ferramentas e proporcionar a determinação do adequado procedimento de afiação, aplicado às particularidades e necessidades de cada condição de uso deste equipamento. A quantificação dos parâmetros de controle da afiação das ferramentas está vinculada ao controle do incremento do arredondamento da aresta de corte, em relação à quantidade de puncionamentos executados. É apresentada uma coletânea de informações publicadas acerca do assunto, com recomendações e resultados de estudos específicos que orientam os usuários destas ferramentas em seus planos particulares de manutenção. Um experimento prático, que pode ser repetido e atualizado facilmente dentro da indústria metalúrgica, auxilia na quantificação e estabelecimento do correto momento da afiação, considerando as condições específicas desta. A metodologia apresentada também pode ser utilizada na avaliação do processo usado, através da análise de ferramentas de fornecedores diferentes ou do uso de materiais e revestimentos diferentes aplicados às ferramentas. A análise econômica, considerando os custos envolvidos no processo de afiação e os custos operacionais envoltos com ferramenta e a troca desta na máquina, é confrontada com os resultados experimentais e com as recomendações publicadas, fornecendo um resultado seguro e confiável para a determinação correta da freqüência de manutenção das ferramentas.

Estudo da relação entre velocidade de corte, desgaste de ferramenta, rugosidade e forças de usinagem em torneamento com ferramenta de metal duro

O entendimento do processo de fabricação por usinagem passa pelo estudo de fenômenos de formação de cavaco, esforços de corte, qualidade superficial do material usinado, mecanismos de desgaste de ferramenta e a influência de parâmetros de corte e tipo de material usado sobre essas variáveis. Neste contexto, o objetivo principal deste trabalho é analisar os efeitos do desgaste de ferramenta sobre as forças de corte e a rugosidade dos componentes usinados. O procedimento adotado foi a realização de ensaios de usinabilidade de longa duração em torneamento cilíndrico externo, durante os quais foram medidos desgaste de flanco, força de corte, força de avanço e rugosidade média dos componentes usinados. Os ensaios foram realizados para os aços ABNT 1040 e 1045 usando ferramentas de metal duro com revestimento duplo (TiN-Al2O3). Os resultados de vida de ferramenta foram analisados através da equação de Taylor, com maiores vidas de ferramenta observadas para o aço ABNT 1040 em todas as velocidades de corte testadas. As demais variáveis medidas foram analisadas em função do tempo de usinagem, desgaste de flanco máximo e acabamento superficial No domínio do tempo, foram encontradas correlações fortes para o desgaste de flanco máximo, força de corte e força de avanço para ambos os materiais. A relação entre a rugosidade média e o tempo de corte observada foi mais “estável” para o aço ABNT 1040. Contudo, variações no comportamento da rugosidade média foram observadas na velocidade de corte inferior usada na usinagem do aço ABNT 1045, devido ao desgaste mais lento do raio de ponta de ferramenta. Não se observou relação entre as forças de usinagem e a rugosidade média. A relação entre a força de corte e o desgaste de flanco máximo apresentou forte correlação para ambos os materiais, assim como a relação entre a força de avanço e o desgaste de flanco máximo, sendo realizada regressão linear para ambas as relações. Foi observada fraca influência da velocidade de corte nas relações força-desgaste de flanco, o que sugere que uma única equação pode descrever estas relações para toda a faixa de condições de corte estudada. Os resultados da análise de regressão permitem a determinação do desgaste de flanco máximo em função da força de corte com um erro médio de 15% para os aços ABNT 1040 e 1045. Para a previsão do desgaste de flanco em função da força de avanço, o erro médio encontrado foi de 19% para o aço ABNT 1040 e 15% para o aço ABNT 1045.

Desgaste de polímeros estruturais de engenharia em contato de deslizamento com cilindro metálico

Present work proposed to map and features the wear mechanisms of structural polymers of engineering derived of the sliding contact with a metallic cylindrical spindle submitted to eccentricity due to fluctuations in it is mass and geometric centers. For this it was projected and makes an experimental apparatus from balancing machine where the cylindrical counterbody was supported in two bearings and the polymeric coupon was situated in a holder with freedom of displacement along counterbody. Thus, the experimental tests were standardized using two position of the two bearings (Fixed or Free) and seven different positions along the counterbody, that permit print different conditions to the stiffness from system. Others parameters as applied normal load, sliding velocity and distance were fixed. In this investigation it was used as coupon two structural polymers of wide quotidian use, PTFE (polytetrafluroethylene) and PEEK (poly-ether-ether-ketone) and the AISI 4140 alloy steel as counterbody. Polymeric materials were characterized by thermal analysis (thermogravimetric, differential scanning calorimetry and dynamic-mechanical), hardness and rays-X diffractometry. While the metallic material was submitted at hardness, mechanical resistance tests and metallographic analysis. During the tribological tests were recorded the heating response with thermometers, yonder overall velocity vibration (VGV) and the acceleration using accelerometers. After tests the wear surface of the coupons were analyzed using a Scanning Electronic Microscopy (SEM) to morphological analysis and spectroscopy EDS to microanalysis. Moreover the roughness of the counterbody was characterized before and after the tribological tests. It was observed that the tribological response of the polymers were different in function of their distinct molecular structure. It were identified the predominant wear mechanisms in each polymer. The VGV of the PTFE was smaller than PEEK, in the condition of minimum stiffness, in function of the higher loss coefficient of that polymer. Wear rate of the PTFE was more of a magnitude order higher than PEEK. With the results was possible developed a correlation between the wear rate and parameter (E/ρ)1/2 (Young modulus, E, density, ρ), proportional at longitudinal elastic wave velocity in the material.

Avaliação por pig de perfilagem de danos superfciais nos materiais das paredes de dutos de petróleo

The modern technology of materials and structural integrity of pipelines requests the use of inspection tools named inspection pigs to detect, localize and measure the length, width and depth dimensions of the thickness losses of walls of buried and underwater pipelines in service. These tools run them internally, performing and recording measurements, with performance that varies according to the pig s technology. It has been developed recently an instrumented pig technology, called feller pig. This work aims to indicate factors that influence the feller pig technology performance in the detection and in the accuracy of measurement of the length, width and depth dimensions of the thickness losses on the internal surface of an oil pipeline wall under normal conditions of oil pipe inspection with pig. In this work, is made a collection of factors and an analyses of the technology based on the available literature, as well as an experiment to observe the technology and the factors operating. In the experiment, a feeler pig is used in a pipeline built in carbon steel and in operation that flows petroleum, in witch are observed areas with internal thickness losses occurred naturally. Some of these areas and their dimensions taken by automated ultra-sound scanner are compared with the ones indicated by the feller pig. Based on the data collection, on the analysis and on the experiment, the influence of factors object of this research is discussed. It is concluded that, among these, there are factors related to pipe fabrication tolerances, to wear of pig components, to internal adhesive wear of pipeline, to other pipeline damages and to technology characteristics. Finally, actions are suggested to know better, improve and define the applicability of this technology