METODOLOGIA EXPERIMENTAL

3.2.1 Testes de adesão

Os testes de adesão foram realizados utilizando um durômetro Rockwell C, seguindo as diretrizes da VDI 3824. Para as amostras que não foram nitretadas foram encontradas durezas entre 28 e 29 HRC, e para as amostras nitretadas durezas entre 30 e 31 HRC, de modo que as durezas são relativamente próximas, e, embora abaixo da faixa recomendada pela VDI 3824 foi possível analisar as bordas da identação e comparar a adesão entre as amostras ensaiadas. As impressões foram avaliadas através de microscopia ótica e MEV.

3.2.2 Ensaios de desgaste por deslizamento

Para a realização de ensaios de desgaste por deslizamento foi utilizado um tribômetro do tipo pino sobre disco desenvolvido no laboratório de metalurgia do pó da UDESC. O tribômetro de pino sobre disco é largamente utilizado por ser um dispositivo relativamente simples, fácil operação, promove o desgaste através do deslizamento entre o pino e o disco, e possibilita o registro das forças de atrito, e consequentemente, o coeficiente de atrito durante todo o período do ensaio.

O ensaio requer dois corpos de prova, um pino com ponta com um determinado raio, que é posicionado perpendicularmente a um corpo de prova plano, usualmente um disco. Uma esfera rigidamente fixada pode ser utilizada como pino. A máquina de ensaio faz com que o disco ou o pino girem em torno do centro do disco. Em qualquer caso o movimento relativo entre os corpos de prova formam uma pista circular no disco. O plano do disco pode ser orientado na horizontal ou na vertical, sendo que os resultados do ensaio podem ser diferentes dependendo da posição que é realizado (ASTM International, 2005).

Uma força é aplicada ao pino, de modo que este seja pressionado contra o disco. Essa força pode ser aplicada por um peso ou por algum outro método, como por exemplo, algum sistema hidráulico ou pneumático (ASTM International, 2005).. A Figura 17 mostra esquematicamente a configuração do ensaio.

Figura 17: Configuração do ensaio de desgaste Pino sobre Disco

Fonte: Próprio Autor

O volume de material removido do pino e do disco é medido separadamente, podem ser utilizados instrumentos de medição dimensionais ou através da diferença de massa antes e depois do ensaio. O coeficiente de atrito pode ser obtido com o uso de sensores, como por exemplo, uma célula de carga, de modo que seja possível medir a força resistente ao movimento, ou seja, a força de atrito. Conhecendo a força normal aplicada, é possível determinar o coeficiente de atrito como sendo a razão entre a força de atrito e a força normal (ASTM International, 2005).

Após pré-testes, os parâmetros do ensaio foram determinados de modo que se houvesse desgaste suficiente de modo que fosse possível mensurá-lo, mas tomando o cuidado para que o filme não rompesse logo no início do ensaio. Foram usados dois tipos de contra-corpo, um cerâmico, de alumina e um de aço AISI 52100. Não foi possível mensurar o desgaste com o uso do contra-corpo de aço, decidiu-se utilizar o contra-corpo de alumina para os testes deste trabalho. Apenas foram feitos experimento a caráter de pré-teste e com apenas uma amostra dos tipos ST, Nit10, Nit80 e TiO2+Nit80 com contra-corpo de aço. Neste trabalho são

mostrados apenas os resultados das medições do coeficiente de atrito contra aço. Os parâmetros utilizados foram:

a) força normal: 5 N;

b) velocidade de deslizamento: 0,1m/s;

c) distâncias percorridas: 100 m (3979 voltas, 238,7 rotações por minuto) e 200 m (4547 voltas, 136,4 rotações por minuto);

d) raios de pista: 4 mm para 100m e 7 mm para 200m; e) umidade relativa do armenor que 50%;

f) contra-corpo: esfera de alumina com 6 mm de diâmetro e dureza HV 2000 kgf/mm² e esfera de aço AISI 52100 com dureza de 902±21 kgf/mm² (LEITE, NETO, et al., 2010).

As distâncias de 100 e 200 metros foram escolhidas pois para distâncias maiores (até 500 m) o comportamento verificado (através do coeficiente de atrito) é constante, sendo que em 200 metros todas as amostras testadas já apresentavam pelo menos a metade da distância percorrida em um regime onde o coeficiente de atrito não sofria mais variações.

Para cada condição de ensaio (com contra-corpo de alumina), foram feitos três experimentos, ou seja, para cada um dos seis tipos de amostra (ST, Nit10, Nit80, TiO2+ST TiO2+Nit10 e TiO2+Nit80), foram realizados três ensaios com distância de deslizamento de 200 m e três com 100 m.

O coeficiente de atrito dinâmico foi calculado a partir das forças de atrito medidas pela célula de carga no tribômetro e da força normal conhecida com a equação [ 8 ]

= [ 8 ]

Os valores foram colocados em uma planilha e o gráfico do coeficiente de atrito durante todo o ensaio foi plotado. Para o cálculo da média, foram utilizados os valores após a estabilização, que são indicados com uma barra nos gráficos na apresentação dos resultados. Foi também medido um coeficiente de atrito no inicio do deslizamento, este foi avaliado na porção anterior a barra, em uma faixa que

represente bom o comportamento inicial, sempre que possível excluindo as porções de transição entre o comportamento inicial e o comportamento estabilizado,

O volume de material removido (VMR) foi calculado a partir dos perfis das pistas medidos com um rugosímetro modelo Surtronic 25 de marca Taylor Hobson, com resolução de 0,01 µm, os perfis foram analisados com o software Talyporfile Silver 4. A partir da análise dos perfis foi possível medir a área média da secção da pista de desgaste (foram feitas medições em quatro secções da pista para o cálculo da média). A Figura 18 mostra um perfil medido de uma amostra sem tratamento, realizada com contra-corpo de alumina.

Figura 18: Perfil de desgaste medido de uma amostra ST com contra-corpo de alumina.

Fonte: Próprio Autor

Como não foi possível medir desgaste na esfera de alumina, por não haver nenhum ou o mesmo ser tão pequeno que sua medição é impraticável, assumiu-se que não houve desgaste na mesma em todos os ensaios. O VMR a pista foi com a equação [ 9 ]:

= ̅ [ 9 ]

Onde _̅ é média das quatro áreas medidas de cada pista e é o raio da pista de desgaste. Através dos perfis de desgaste também é possível fazer uma estimativa da profundidade da pista.

O parâmetro utilizado para avaliar a resistência ao desgaste foi o coeficiente e desgaste dimensional, uma vez que a determinação da dureza do filme é complexa, pois ela varia com o tipo de material (TiO2 ou aço) e ainda varia com a profundidade da camada nitretada. Assim, a partir equação [ 7 ] é possivel encontrar o coeficiente de desgaste dimensional [ 10 ] isolando a parcela . A unidade em que

geralmente é utilizada é mm³/Nm.

= ₌ [ 10 ]

Antes de cada ensaio as amostras e o contra-corpo foram limpos com acetona antes do inicio do ensaio.

Para a análise das superfícies de desgaste nas pistas de deslizamento dos corpos de prova foram utilizadas imagens feitas com um microscópio eletrônico de varredura modelo Zeiss 940A.