Comparação da resistência ao desgaste entre as microestruturas perlíticas e bainíticas obtidas de uma mesma roda ferroviária

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rezende, Andrei Bavaresco, 1991-
Data de Publicação: 2020
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/20.500.12733/1640025
Resumo: Orientadores: Paulo Roberto Mei, Solange Tamara da Fonseca
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spelling Comparação da resistência ao desgaste entre as microestruturas perlíticas e bainíticas obtidas de uma mesma roda ferroviáriaComparison of wear resistance between pearlitic and bainitic microstructures obtained from the same railway wheelTribologia - TestesMateriais - FadigaDesgaste mecânicoEngenharia ferroviáriaMetais - MicroestruturaTribology - TestsMaterials - FatigueWearRailway engineeringMetals - MicrostructureOrientadores: Paulo Roberto Mei, Solange Tamara da FonsecaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: O setor ferroviário de transporte de cargas tem buscado ao longo dos anos reduzir seu custo de operação por meio do incremento da carga transportada. Entretanto, este aumento do peso transportado acarreta o aumento do desgaste dos componentes, principalmente das rodas ferroviárias. Desta forma, novos materiais para aplicações em rodas ferroviárias têm sido desenvolvidos a fim de aumentar a resistência mecânica e reduzir o desgaste. A microestrutura bainítica tem sido estudada ao longo do tempo para aplicações em rodas ferroviárias e possui alta resistência mecânica e boa tenacidade. Os trabalhos realizados a fim de desenvolver esta microestrutura, buscam compará-la com a microestrutura perlítica por meio de ensaios de desgaste. Entretanto, a microestrutura perlítica e bainítica utilizadas em trabalhos já realizados foram obtidas a partir de aços com diferentes composições químicas. Assim, este trabalho objetivou realizar ensaios de desgaste disco-contra-disco com amostras de uma roda ferroviária classe D forjada (0,71C/0,84Mn/0,43Si/0,27Cr/0,20Mo/0,02Nb) com estrutura de martensita revenida, bainita e perlita, denominada de "mista", com dureza de 411 HV. Com tratamentos isotermicos e utilizando amostras da referida roda foram produzidos discos de perlita pura (356 HV) e de bainita inferior (481 HV). Os discos com as 3 microestruturas foram submetidos ao ensaio de desgaste disco-contra-disco por 100 mil ciclos com uma pressão máxima de contato inicial de 2.200 MPa e escorregamento de 0,75%. A perda de massa da microestrutura bainítica foi, 46% menor que nas microestruturas perlítica e mista devido à sua maior dureza e à maior capacidade de absorver tensões de contato com menor volume, apresentando uma menor profundida de camada deformada após o ensaio. A maior dureza da microestrutura mista em relação à perlítica não a beneficiou, visto que estas apresentaram a mesma perda de massa, indicando que somente a dureza não é o único parâmetro que define a resistência ao desgaste onde a FCR atua. As análises superficiais indicaram a presença de trincas características de FCR e evidenciaram o "ratchetting" como principal mecanismo de fadiga. Na frequência de excitação de 40 Hz, a qual capta as tensões mais próximas da superfície, verificou-se que para microestrutura bainítica houve um maior incremento do sinal de Ruído Magnético de Barkhausen após os ensaios de desgaste, indicando maior valor de tensão residual que nas outras microestruturasAbstract: The railway sector focused on cargo transportation has reduced the cost of operation over the years by increasing the cargo transported by wagon. However, the increment in the transported weight increases the wear of the components, mainly of the railway wheels. In this way, new materials for railway wheel applications have been developed in order to increase mechanical strength and reduce wear. The bainitic microstructure has been studied over time for railway wheel applications and has high mechanical strength and good toughness. The works carried out in order to develop this microstructure, seek to compare it with the pearlitic microstructure through wear tests. However, the pearlitic and bainitic microstructure used in these works were obtained from steels with different chemical compositions. Thus, this work aimed to carry out twin disc wear tests with samples from a forged class D railway wheel (0.71C/0.84Mn/0.43Si/0,27Cr/0.2Mo/0.02Nb) with tempered martensite, bainite and pearlite microstructure, called "mixed", with a hardness of 411 HV. Using isothermal treatments and samples of the referred wheel, discs of pure perlite (356 HV) and pure bainite (481 HV) were produced. Discs with 3 different microstructures were subjected to twin disc wear testing for 100,000 cycles with a maximum initial contact pressure of 2,200 MPa and a slip of 0.75%. The mass loss of the bainitic microstructure was 46% lower than the pearlitic and mixed, due to its greater hardness and also the greater capacity to absorb contact stress with less volume, presenting a lesser depth of the deformed layer after the test. The greater hardness of the mixed microstructure in relation to the pearlitic did not benefit it, since they presented the same loss of mass, indicating that the hardness is not the only parameter that defines the wear resistance where the FCR acts. The superficial analyses indicated the presence of cracks characteristic of FCR and showed "ratchetting" as the main fatigue mechanism. At the excitation frequency of 40 Hz, which captures the stresses closest to the surface, it was found that for bainitic microstructure there was a greater increase in the Barkhausen Magnetic Noise (RMB) signal after the wear tests, indicating a higher concentration of residual stress than in other microstructuresDoutoradoMateriais e Processos de FabricaçãoDoutor em Engenharia MecânicaCNPQ140786/2017-1[s.n.]Mei, Paulo Roberto, 1953-Fonseca, Solange Tamara da, 1978-Zoqui, Eugênio JoséGrijalba, Freddy Armando FrancoGoldenstein, HelioFranco, Luiz Alberto Pereira das NevesUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASRezende, Andrei Bavaresco, 1991-20202020-09-10T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online ( 177 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640025REZENDE, Andrei Bavaresco. Comparação da resistência ao desgaste entre as microestruturas perlíticas e bainíticas obtidas de uma mesma roda ferroviária. 2020. 1 recurso online ( 177 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640025. 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