Avaliação do desempenho de componentes de ferro sinterizado nitretados por plasma em reator de escala industrial

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de MateriaisNeste trabalho foi inicialmente caracterizado e avaliado o desempenho tribológico de duas fases distintas de nitreto de ferro (fases e '), utilizando componentes industriais fabricados em ferro puro sinterizado. A nitretação foi realizada em reator a plasma de escala industrial projetado e construído no LabMat/UFSC. Foram realizadas caracterizações microestruturais, através de microscopia ótica e análise de fases por difração de raios X, topográficas através de interferômetro a laser e tribológicas através de ensaio de deslizamento alternado a seco e microabrasão utilizando SiC como abrasivo. Durante os ensaios de desgaste por deslizamento alternado foram monitorados o coeficiente de atrito e o potencial de contato. O desgaste das peças foi determinado através de perda volumétrica da marca de desgaste pelo uso dos dados de topografia fornecidos por um interferômetro a laser. Também foi avaliado o desgaste do contra-corpo. Os mecanismos de desgaste dos ensaios de deslizamento alternado e microabrasão foram avaliados via microscopia eletrônica de varredura. Após a avaliação da fase de nitreto de melhor desempenho tribológico para este sistema, foram realizados três ciclos de nitretação com carga completa (5.000 peças/ciclo) para certificação do reator. Com o objetivo de verificar possíveis variações nas peças tratadas ao longo da carga, foram analisadas peças de doze regiões diferentes pré-definidas da carga. As análises realizadas foram microestruturais, espessura de camada e fase de nitreto e dimensionais, diâmetro e circularidade das peças. Após a verificação da homogeneidade do tratamento de nitretação ao longo da carga e entre ciclos foram realizadas análises topográficas e tribológicas (ensaios de deslizamento alternado e microabrasão) por amostragem comparando os resultados com peças nitretadas em equipamento comercial importado. Em uma última etapa, peças foram montadas em compressores para testes acelerados e novamente comparadas às peças nitretadas em equipamento comercial importado. Em relação ao desempenho tribológico, a camada de fase possui uma resistência ao desgaste, para o ensaio de deslizamento alternado, cerca de 2,5 vezes maior em relação a camada de fase '. As peças nitretadas no equipamento LabMat/UFSC apresentaram desempenho levemente superior quando comparadas com as peças nitretadas em equipamento comercial importado. O ensaio de deslizamento alternado mostrou-se eficiente para reproduzir o mecanismo de desgaste das peças apresentando resultados similares aos ensaios acelerados em compressores

Desenvolvimento de novos tipos de aços sinterizados autolubrificantes a seco com elevada resistência mecânica aliada a baixo coeficiente de atrito via moldagem de pós por injeção

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2009No presente trabalho foram desenvolvidos aços sinterizados autolubrificantes a seco, produzidos via moldagem de pós por injeção, nos quais o lubrificante sólido é gerado "in situ" durante a sinterização pela dissociação de carboneto de silício (SiC). O carboneto de silício é introduzido ao material na forma de partículas na etapa de preparação da massa de injeção. Na fase inicial do trabalho foi estudada a cinética de dissociação das partículas de SiC em função da temperatura e do tempo, quando misturadas a pó de ferro puro e a pó de ferro+0,8% de carbono. Nestas misturas foram adicionados teores crescentes de carboneto de silício (1 até 5% em massa). O elemento químico Si resultante da dissociação do carboneto de silício enriquece a matriz ferrosa e estabiliza a fase , na qual a solubilidade de carbono é muito baixa (menor que 0,02%); em decorrência, o carbono é retido no local de origem da partícula de carboneto em dissociação. Os estudos da cinética de dissociação mostraram ainda que esta é lenta e que depende, da temperatura, da composição química da matriz e do tamanho de partícula de ambos os componentes da mistura (pó de carboneto de silício e pó de ferro). Tamanhos de partícula da ordem de 10 m se mostraram mais adequados para promover a total dissociação em tempos e temperaturas normais de sinterização. Utilizando estas informações, foram produzidas amostras de aço sinterizado via moldagem de pós por injeção para o estudo do comportamento mecânico e tribológico. Conforme esperado, grande parte do carbono liberado na dissociação das partículas de carboneto de silício é retido no volume originalmente ocupado por estas, levando a obtenção de um aço sinterizado autolubrificante a seco durante a sua sinterização. O carbono resultante da dissociação apresenta-se na forma de folhas finas, com espessura na escala nanométrica, relativamente espaçadas entre si. Grande parte das ligas estudadas possuem um coeficiente de atrito especialmente baixo ( 0,1) associado a uma resistência à tração elevada (de 400 a 1000MPa). Considerando esta larga faixa de propriedades, pode-se dizer que é possível projetar o aço sinterizado especificamente para cada aplicação particular de engenharia demandada, ou seja, de acordo com a função de engenharia particular do componente

Genesis and stability of tribolayers in solid lubrication: case of pair DLC-stainless steel

AbstractThe morphology, dimensions and chemical composition of tribolayers strongly depend on the pressures and temperatures acting on the contact. They are formed by reactions between surfaces in contact with each other as well as with the atmosphere, lubricants and possible contaminants. In this paper, the influence of test time (180, 500, 1000 and 2500h) on the formation and characteristics of tribolayers in pairs of DLC-stainless steel that were tested under an atmosphere of refrigerant gas R134a and without lubricating oil was analyzed. The characterization was performed using scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS) (morphology and chemical composition) and white light interferometry (thickness). The tribolayer thicknesses ranged from 100 to 500nm, and they were composed of elements originating from mutual transfers between the tribological pairs, as well as oxides that were more pronounced on the stainless steel surface. The results show that the tribolayers are chemically stable, maintaining the same composition over time, and their thicknesses remained constant after 1000h of testing

Observation of breather-like states in a single Josephson cell

We present experimental observation of broken-symmetry states in a superconducting loop with three Josephson junctions. These states are generic for discrete breathers in Josephson ladders. The existence region of the breather-like states is found to be in good accordance with the theoretical expectations. We observed three different resonant states in the current-voltage characteristics of the broken-symmetry state, as predicted by theory. The experimental dependence of the resonances on the external magnetic field is studied in detail.Comment: 7 pages, 8 figure

Tool Wear Effect on Surface Integrity in AISI 1045 Steel Dry Turning

In the present work, the surface integrity and flank wear of uncoated cermet inserts in dry turning of AISI 1045 steel were evaluated. Three-dimensional techniques were used to assess the surface roughness. Previously, finite element analysis was carried out to predict the cutting forces and heat distribution in the chip formation region. Cutting speed and feed were the parameters varied in the experiments. Feed is decisive in the final quality of the turned surface and cutting speed had little influence on this aspect. The surface was significantly damaged with the progression of the insert flank wear. Considering an average flank wear VBB of 0.1 mm, a tool life of 35 min was achieved using a cutting speed of 175 m/min, and of 23 min for a cutting speed of 275 m/min. Abrasive wear was predominant during the experiments. No microstructure defects were observed, as well as crack propagation or accentuated deformations near the machined surface region. Therefore, the dry turning of 1045 steel with cermet inserts route has proven extremely viable from the standpoints of tool life, surface integrity, chip formation, and sustainability.Thanks are also addressed to MICINN PDC2021-121792-I00. Special thanks to the basic collaboration scheme between the Brazilian groups and the Basque university group IT 573-22

Effect of cutting parameters on surface integrity of monocrystalline silicon sawn with an endless diamond wire saw

The cutting of silicon wafers using multi-diamond wire sawing is a critical stage in solar cell manufacturing due to brittleness of silicon. Improving the cutting process output requires an in-depth understanding of phenomena associated with cutting parameters. In order to investigate the influence of diamond wire sawing on surface integrity of monocrystalline silicon, a looped diamond wire was used and cutting parameters wire cutting speed, feed rate and wire tension were varied. The surface morphology was observed by scanning electron microscopy. Surface roughness Sa was measured with a non-contact profilometer. The brittle-ductile transition was identified by presence of residual phases on sawn surface. A bevel-polishing method was employed to determine the microcrack depth. The results show that with higher feed rate the surface presents deeper and wider craters because of deeper penetration of diamond grain. On increasing wire cutting speed, there were more regions formed in ductile mode. The higher Sa values was observed on increasing both feed rate and wire tension, while Sa decreased with an increase in wire cutting speed. The brittle mode was predominant with an increase in feed rate, resulting in Si-I phase in regions formed in fragile mode. Material removal in ductile mode led to appearance of a-Si phase at high wire cutting speed. No significant effect was observed on increasing wire tension. Subsurface microcracks mainly initiating from bottom of grooves generated by cutting mechanism. The most appropriate set of cutting parameters is the lowest feed rate and wire tension and highest wire cutting speed.CAPES (Brazil

Microstructural Evaluation of Ni-graphite Composites Sintered from NiO-SiC Powder Mixtures

Nickel alloys and composites are interesting engineering materials as a result of a combination of mechanical, corrosion and wear resistance at service temperatures that exceed those of steels and steel-based materials. The present study aimed at sintering Ni-graphite composites from NiO-SiC mixtures and investigate the in-situ formation of graphite. NiO powders were mixed with SiC (0, 3, 5 and 10 wt.%) and attrition-milled during 1 h. The mixtures were then granulated using 1.5 wt.% paraffin in hexane solution and uniaxially pressed under 400 MPa. The cylindrical pellets were then sintered at 1200 ºC. The sintered materials were characterized by density measurements, dilatometric and microstructural analyses, as well as Vickers microhardness. The results showed that Ni-graphite composites were successfully produced from NiO-SiC mixtures with full reduction of NiO and dissociation of SiC to form a Ni-Si matrix and graphite nodules