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http://hdl.handle.net/1843/37143| Type: | Tese |
| Title: | Estudo sobre a integridade superficial de revestimentos de aço baixa liga MnSi depositados sobre aço ABNT 1015 |
| Other Titles: | Study on surface integrity of low-alloy MnSi STEEL coatings deposited on SAE 1015 steel |
| Authors: | Sandro da Costa Silva |
| First Advisor: | Alexandre Mendes Abrão |
| First Co-advisor: | Marcelo Araújo Câmara |
| First Referee: | Ariel Rodriguez Arias |
| Second Referee: | Paulo César de Matos Rodrigues |
| Third Referee: | Sandro Cardoso Santos |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Luiz Leite da Silva |
| Abstract: | Máquinas e equipamentos de manutenção rodoferroviária trabalham em ambientes abrasivos e estão sujeitos ao desgaste dos componentes e peças. A análise das etapas de fabricação dos componentes da socadora de lastro (máquina para manutenção ferroviária) permite identificar as regiões críticas sob condição de atrito, que são as superfícies de mancais planos reparados por deposição de revestimento e fresamento. Os processos de fabricação empregados produzem condições superficiais determinantes para desempenho dos mancais. Este estudo tem por objetivo analisar a integridade superficial de conjugados formados por revestimento de aço MnSi depositado sobre aço ABNT 1015, por meio da caracterização e correlação com o comportamento tribológico de revestimentos tratados termicamente por normalização, têmpera profunda e têmpera superficial, nas condições de contato a seco e na presença de lubrificante. A operação de fresamento frontal foi realizada após a deposição do revestimento pelo processo de soldagem a arco com gás de proteção. Medições de dureza, microdureza, rugosidade e do perfil de tensões residuais foram executadas. A dureza e microdureza foram avaliadas com o objetivo de verificar os efeitos dos tratamentos térmicos propostos e de se conhecer o comportamento de cada fase formada nas diferentes regiões do conjugado fabricado (revestimento, zona fundida, zona termicamente afetada e substrato). Foram realizadas medições dos parâmetros de rugosidade selecionados, a partir do agrupamento dos corpos de prova em dois conjuntos amostrais com Ra= 0,8 µm e Ra= 0,2 µm. Já a medição dos perfis de tensões residuais visam à determinação das intensidades e tipo de tensões na superfície e subsuperfície induzidas pelos processos de fabricação. A caracterização microestrutural realizada por meio de microscopia óptica permitiu observar a morfologia dos grãos formados e, junto à microdureza, inferir sobre as fases presentes em cada conjugado; a revelação da martensita formada após têmpera foi obtida por microscopia eletrônica de varredura (MEV). As composições químicas do revestimento e do substrato foram obtidas pela associação de espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDS) e do determinador de carbono. Cálculos do índice de plasticidade e da espessura mínima do filme lubrificante foram executados para auxiliar na análise dos resultados dos ensaios tribológicos. Os revestimentos foram analisados quanto aos mecanismos de desgaste por meio de MEV e do cálculo da taxa de desgaste. Os resultados indicaram que o revestimento sob têmpera superficial reuniu as melhores condições para aplicação em relação aos revestimentos normalizado e sob têmpera profunda, associando os parâmetros de integridade superficial selecionados em função do conjugado fabricado, obtendo assim as menores taxas de desgaste influenciadas pelos maiores valores de dureza obtidos, principalmente na condição Ra = 0,2 µm, situação em que foi encontrado um índice de plasticidade de 0,23 (valor que indica fluxo plástico permanente nas asperezas em contato), e coeficiente de regime de lubrificação de 6 (superior a três, valor de referência). |
| Abstract: | Machines and equipment for road and rail maintenance generaly work in abrasive environments and are subject to severe wear. The analysis of the manufacturing stages of the components of the railway maintenance machine (ballast compressor) allowed to identify the critical points under in-service friction condition, which are the surfaces of flat bearings repaired by coating and milling. The manufacturing processes employed produce surface conditions, which are crucial for the performance of the bearings. The goal of this work to analyze the surface integrity of pairs formed by MnSi steel coating deposited on AISI 1015 steel by characterizing and correlating the tribological behavior of thermally treated coatings by normalizing, full quenching and surface quenching conditions in the presence of lubricant. Face milling operation was performed after the deposition of the coating by gas metal arc welding. Measurements of the hardness, microhardness and residual stresses profile of the coated surface and below it were performed; the hardness and microhardness were evaluated in order to verify the responses of the conjugate subject to the proposed heat treatments and determine the hardness of each phase formed in the different regions of the conjugate (coating, recast layer, heat affected zone and substrate), the residual stresses profile aimed at the identifying intensity and nature of stresses induce by the manufacturing processes. Microstructural characterization, performed by means of optical microscopy, allowed to observe the morphology of the formed grains and, together with the microhardness values, infer on the phases present in each conjugate. Scanning electron microscopy was used to identify martensite formed after quenching, and energy dispersion X-ray spectroscopy provided data on the chemical composition of the alloy obtained and the substrate. Roughness measurements were performed prior to the start of pin on disc tests, gathering the specimens into two sample sets with Ra = 0.8 μm and Ra = 0.2 μm. Calculations of the plasticity index and the minimum thickness of the formed lubricant film were performed, aiding in the analysis of the results regarding the tribological tests. The coatings subjected to pin on disc tests were analyzed in relation to the wear mechanisms and the wear rate. For all pin on disc tests, a reduction of the coefficient of friction (μ) was observed in the presence of lubricant. The results indicated that the coating subject to surface hardening gathed the best conditions for application in relation to the normalized and deep hardened coatings, with regard to the selected surface integrity parameters, thus obtaining the lowest wear rates due to the highest hardness values, mainly in the Ra condition = 0.2 µm, when best results were found for a plasticity index of 0.23 (indicating permanent plastic flow in the contact), and lubrication regime coefficient of 6 (greater than three, reference value). |
| Subject: | Engenharia mecânica Revestimentos Tribologia |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica |
| Rights: | Acesso Aberto |
| metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/pt/ |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/37143 |
| Issue Date: | 19-Feb-2021 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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| TESE-VERSAO-FINAL-2021.pdf | ESTUDO SOBRE A INTEGRIDADE SUPERFICIAL DE REVESTIMENTOS DE AÇO BAIXA LIGA MnSi DEPOSITADOS SOBRE AÇO ABNT 1015 | 22.74 MB | Adobe PDF | View/Open |
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