Estudo do efeito do escorregamento e da temperatura na resistência ao desgaste de um aço de roda ferroviária classe C usando o tribômetro disco-contra-disco

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rocha, Renan Carreiro, 1987-
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/9235
Resumo: Orientadores: Paulo Roberto Mei, Andrei Bavaresco Rezende
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spelling Estudo do efeito do escorregamento e da temperatura na resistência ao desgaste de um aço de roda ferroviária classe C usando o tribômetro disco-contra-discoStudy of the effect of slip and temperature on the wear resistance of a class C railway wheel steel using a twin disc tribometerTribologiaMateriais - Propriedades mecânicasMateriais - FadigaDesgaste mecânicoTribologyMaterials - Mechanical propertiesMechanical wearMaterials - FatigueOrientadores: Paulo Roberto Mei, Andrei Bavaresco RezendeTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Ao longo das últimas décadas, o aumento do tráfego, elevação da velocidade operacional e da exigência de maior carga por eixo tornaram o contato entre rodas e trilhos mais severos, levando a um aumento do desgaste desses componentes. Assim, compreender os mecanismos de desgaste e as transições que ocorrem em aços para rodas é de grande importância para os operadores ferroviários. Neste sentido, este trabalho tem como objetivo avaliar o efeito da temperatura e escorregamento no comportamento tribológico de um aço de roda classe C. Para isso foi utilizado um sistema de controle de temperatura que foi acoplado ao tribômetro disco-contra-disco, permitindo o controle da temperatura independentemente do nível de escorregamento adotado no ensaio. Os ensaios foram realizados à temperatura ambiente e a 60 °C para os níveis de escorregamento de 1, 3 e 5%. Os resultados mostraram que o escorregamento governa o regime de desgaste da roda. Outras grandezas também foram influenciadas pelo escorregamento, como coeficiente de atrito, camada deformada, oxidação superficial e dureza do disco Roda, todas se elevando com o aumento do escorregamento. Uma competição entre desgaste e Fadiga Contato de Rolamento (FCR) também foi observada, com predominância da FCR para baixo escorregamento e desgaste para maiores escorregamentos, o que refletiu no comportamento das trincas de FCR, que reduziram em quantidade com o aumento do escorregamento. Todos esses resultados foram mais bem compreendidos com os resultados de tensão residual dos discos Roda após o ensaio disco-contra-disco, com a reversão das tensões compressivas para trativas na superfície dos discos. A realização de ensaios com a temperatura de 60 °C, simulando as condições mais próximas das reais das ferrovias brasileiras, mostraram que essa variável precisa ser levada em consideração ao avaliar o desgaste dos componentes ferroviários, pois foi observado que a temperatura reduziu a taxa de desgaste da roda o do trilho quando esses estão em um regime de desgaste severo, identificado neste trabalho com 3 e 5% de escorregamento. Esses resultados foram alcançados pelo maior encruamento, redução da tensão residual, menores trincas de fadiga de contato, mudança na oxidação superficial e de mecanismo de desgaste que atuaram de maneira sinérgica reduzindo a taxa de desgaste dos materiais. O coeficiente de atrito e a camada deformada não foram impactados pelo aumento da temperaturaAbstract: Over the past few decades, increasing traffic, operational speed, and greater load demands per axle have made the contact between wheels and rails more severe, leading to an increase in wear of these components. Therefore, understanding the wear mechanisms and transitions that occur in wheel steels is of great importance to railway operators. This work aims to evaluate the effect of temperature and slip on the tribological behavior of a class C wheel steel. For this purpose, a temperature control system was coupled to a twin disc machine, allowing the temperature to be controlled independently of the slip level adopted in the test. The tests were performed at room temperature and at 60 °C for slip levels of 1, 3, and 5%. The results showed that slip governs the wheel wear regime. Other parameters were also influenced by slip, such as friction coefficient, deformed layer, surface oxidation, and wheel disc hardness, all of which increased with increasing slip. A competition between wear and rolling contact fatigue (RCF) was also observed, with predominance of RCF for low slip and wear for higher slips, which was reflected in the behavior of RCF cracks, which decreased in quantity with increasing slip. All these results were better understood with the residual stress results of the wheel discs after the twin disc test, with the reversal of compressive stresses to tensile stresses on the surface of the discs. Tests performed at a temperature of 60°C, simulating the conditions closest to those of Brazilian railways, showed that this variable needs to be taken into account when evaluating the wear of railway components, as it was observed that temperature reduced the wear rate of the wheel and rail when they are in a severe wear regime, identified in this work with 3 and 5% slip. These results were achieved by greater work hardening, reduction of residual stress, smaller rolling contact fatigue cracks, change in surface oxidation, and wear mechanism that acted synergistically to reduce the wear rate of the materials. The friction coefficient and deformed layer were not impacted by the increase in temperatureDoutoradoMateriais e Processos de FabricaçãoDoutor em Engenharia MecânicaCAPES88887.469371/2019-00[s.n.]Mei, Paulo Roberto, 1953-Rezende, Andrei Bavaresco, 1991-Soyama, JulianoCheung, NoéCunha, Adilto Pereira AndradeUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASRocha, Renan Carreiro, 1987-20232023-02-13T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (178 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/9235ROCHA, Renan Carreiro. Estudo do efeito do escorregamento e da temperatura na resistência ao desgaste de um aço de roda ferroviária classe C usando o tribômetro disco-contra-disco. 2023. 1 recurso online (178 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/9235. 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