Desenvolvimento e aplicação de um sistema de aquecimento para o ensaio de desgaste disco-contra-disco

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ewald, Heiter, 1982-
Data de Publicação: 2022
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/20.500.12733/7823
Resumo: Orientadores: Paulo Roberto Mei, Cherlio Scandian
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O contato da sapata de freio com a roda e da roda com o trilho pode elevar a temperatura operacional na ferrovia e assim influenciar na vida desses elementos. O ensaio disco-contra-disco, que é um importante meio de simular em condições laboratoriais as interações que ocorrem no sistema roda-trilho, também é influenciado pelas temperaturas no contato entre os discos, podendo atuar nos danos, na formação de óxidos entre outras situações. Apesar disso, muitas vezes o controle e a medição da temperatura no ensaio disco-contra-disco são negligenciados. Este trabalho visa avaliar o efeito da temperatura no ensaio disco-contra-disco. Para isso foi construído um sistema de aquecimento para temperaturas de ensaio até 80 °C, o qual foi validado e a partir dos ensaios foi possível observar o efeito da temperatura na perda de massa e em outras características oriundas do ensaio. Após o ensaio foi avaliado o COT (coeficiente de tração), a rugosidade, foram feitas imagens da superfície desgastada via microscópio estereoscópico e microscópio eletrônico de varredura, caracterização das trincas subsuperficiais, medição do perfil de dureza e profundidade da camada deformada, quantificação do perfil de tensão residual e espectroscopia Raman além do cálculo da temperatura no contato. A perda de massa reduziu suavemente com a elevação da temperatura de ensaio e foi significativamente menor para o ensaio realizado a 70 °C. As análises das superfícies desgastadas e as características das trincas mostraram uma superfície menos degradada nessa condição e com trincas de menor comprimento e profundidade. A tensão residual se elevou até para níveis trativos nas amostras de roda ensaiadas em maiores temperaturas. A espectroscopia Raman observou a formação de diferentes óxidos em predominância nas amostras em cada condição de ensaio, porém na condição de menor taxa de desgaste se observou predominância de magnetita e de metal exposto no disco de roda e de trilho, respectivamente. A utilização de um mesmo material para ambos os discos ainda forneceu informações adicionais como diferença de rugosidade, de encruamento na camada deformada, de características das trincas, de tensão residual e de óxidos observados via espectroscopia Raman entre os discos. O disco que representa o trilho apresentou um maior encruamento na região próxima a superfície, menor rugosidade, trincas de maior comprimento, menor densidade de trincas e uma superfície menos degradada que o disco que representa a roda. Já para o disco de roda foram observadas tensões menos compressivas e até trativas em maiores temperaturas próximo a superfície além de uma superfície mais oxidadaAbstract: Railways stand out as a safe, fast, ecologically correct, and sustainable means of transport with low energy consumption and low environmental impact. The cost of maintaining wheels and rails is high and worsens with the tendency to increase speed and axle load, in addition to increasing traffic to reduce costs. Operating temperature can also influence the wear of these components. The contact of the brake shoe with the wheel and the wheel with the rail can raise the operating temperature on the railway and thus influence the life of these elements. The twin disc test, which is an important means of simulating the interactions that occur in the wheel-rail system under laboratory conditions, is also influenced by the temperatures in the contact between the discs, which can influence damage, oxide formation, among other situations. Despite this, the control and measurement of temperature in twin disc testing are often neglected. This work aims to evaluate the effect of temperature in the twin disc test. For this, a heating system was built for test temperatures up to 80 °C, which was validated and from the tests it was possible to observe the effect of temperature on mass loss and other characteristics arising from the test. After the test, the COT (coefficient of traction), roughness, images of the worn surface were made using a stereoscopic microscope and scanning electron microscope, characterization of subsurface cracks, measurement of the hardness profile and depth of the deformed layer, quantification of the profile of residual stress and Raman spectrometry in addition to the calculation of the temperature in the contact. The mass loss reduced smoothly with increasing test temperature and was significantly lower for the test performed at 70 °C. The analysis of the worn surfaces and the characteristics of the cracks showed a less degraded surface in this condition and with cracks of shorter length and depth. Residual stress rose even to traction levels in wheel samples tested at higher temperatures. Raman spectrometry observed the formation of different oxides predominating in the samples in each test condition, but in the condition of lower wear rate, magnetite and exposed metal predominated in the wheel and rail discs, respectively. The use of the same material for both discs also provided additional information such as difference in roughness, hardening in the deformed layer, crack characteristics, residual stress and oxides observed via Raman spectrometry between the discs. The disc that represents the rail showed greater hardening in the region close to the surface, less roughness, longer cracks, lower crack density and a less degraded surface than the disc that represents the wheel. As for the wheel disc, less compressive and even tensile stresses were observed at higher temperatures close to the surface, in addition to a more oxidized surfaceDoutoradoMateriais e Processos de FabricaçãoDoutor em Engenharia MecânicaCAPES88887.469381/2019-00[s.n.]Mei, Paulo Roberto, 1953-Scandian, CherlioSouza, Roberto Martins deFarina, Paula Fernanda da SilvaFranco, Luiz Alberto Pereira das NevesUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASEwald, Heiter, 1982-20222022-12-06T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (199 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/7823EWALD, Heiter. Desenvolvimento e aplicação de um sistema de aquecimento para o ensaio de desgaste disco-contra-disco. 2022. 1 recurso online (199 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/7823. Acesso em: 3 set. 2024.https://acervus.unicamp.br/acervo/detalhe/1261373porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2023-03-14T09:58:09Zoai::1261373Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2023-03-14T09:58:09Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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