• JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
 
  Bookmark and Share
 
 
Tese de Doutorado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Guido Boidi
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Machado, Izabel Fernanda (Presidente)
Murray, Henara Lillian Costa
Profito, Francisco José
Rodrigues, Daniel
Silva Junior, Washington Martins da
Título em inglês
An experimental assessment of surface micro irregularities (porosity and texture) effects on tribological behaviour under lubricated conditions.
Palavras-chave em inglês
Porosity
Sintering
Slide-to-roll ratio
Surface texture
Tribology
Resumo em inglês
Energy saving, improving system efficiency and using alternative energy sources are common strategies adopted nowadays for reducing human detrimental impact on environment. In particular, tribologists strive to reduce friction in rubbing parts using coatings, advanced lubricants or modifying surface topography. In this context surface texture has been significantly studied in recent years, although this procedure usually implies extra manufacturing operations and costs. On the other hand, sintered materials contain themselves surface cavities that could potentially act as surface texture and, consequently, lead to friction reduction. This research aims to extend the current knowledge on the tribological influence of micro surface irregularities (pores and laser texture) under lubricated experimental tests and explore the use of these features for tribological applications. Samples were manufactured using both sintering and texturing processes to obtain different surface characteristics. Three different porosity conditions were produced for sintered steels, whereas grooves and dimples configurations were designed for textured steel samples. After that, experimental tests were performed under varying sliding-rolling conditions (from prevalent rolling to prevalent sliding) especially using non-conformal contact. Speed was also varied during frictional tests to cover a wide range of operational conditions and verify the effects of surface features under different lubrication regimes. Friction tests were carried out with two tribometers using configurations of pin-on-disk, roller-on-disk and ball-on-disk. Film thickness was measured by an ultra-thin optical interferometry rig using a methodology properly designed for rough samples. Samples with smooth surfaces were utilized as a reference bench to be compared to material with surface modification (texture or porosity). Main results showed that the decrease of porosity led to friction reduction in the sintered steel. Material with reduced porosity performed even better than reference smooth samples. In addition, the dimple configuration promoted friction reduction, whereas grooves generally performed similarly or worse than reference material. Even if textured dimples and small porosity on sintered material were produced by different techniques, they presented similar geometrical characteristics and consequently they both reduced friction compared to reference samples. As part of the outcome, main results were mapped to better understand the effect of each surface feature on tribological performance. Furthermore, a preliminary phenomenological model was proposed to predict frictional response of surface with micro cavities (pores or texture) from reference steel results. Main findings suggest that the effect of tailored surface cavities could be somehow compared to randomly distributed ones, even if produced by very different manufacturing techniques.
Título em português
Avaliação experimental dos efeitos tribológicos de micro irregularidades superficiais (porosidade e textura) em ensaios lubrificados.
Palavras-chave em português
Porosidade
Relação deslizamento-rolamento
Sinterização
Textura superficial
Tribologia
Resumo em português
Os impactos negativos no meio ambiente causados pelo ser humano são atualmente mitigados por políticas de redução de energia, aumento de eficiência e utilização de fontes de energias alternativas. Os tribologistas visam reduzir o atrito entre componentes em movimento utilizando recobrimentos de elevada dureza, óleos aditivados ou modificando a topografia dos materiais. Nesse contexto, a textura superficial pode possibilitar redução de atrito em determinadas condições, mas esse processo exige operações de manufatura e custos adicionais. Por outro lado, os materiais sinterizados apresentam porosidade superficial após o processo de manufatura, que poderia atuar como textura superficial e consequentemente levar à redução do atrito. Com base nisso, esta pesquisa visa ampliar o conhecimento atual sobre a influência tribológica das micro irregularidades superficiais (porosidade e textura) em testes experimentais lubrificados e explorar o uso de superfícies nãoisotrópicas para aplicações tribológicas. As amostras foram produzidas usando tanto a sinterização como a texturização laser para obter cavidades superficiais com diferentes características. Três diferentes condições de porosidade foram estudadas em aço sinterizado, enquanto configurações de bolsos circulares e canais foram texturizadas em amostras de aço cromo. Em seguida, testes experimentais foram realizados variando as condições de deslizamento-rolamento (de rolamento predominante para deslizamento predominante), especialmente usando contato nãoconforme. Diferentes velocidades foram utilizadas durante os testes tribológicos para cobrir uma ampla gama de condições operacionais e estudar os efeitos das irregularidades superficiais em diferentes regimes de lubrificação. Os testes para avaliação do coeficiente de atrito foram realizados utilizando dois tribômetros usando as configurações de pino-disco, rotula-disco e esfera-disco. A espessura de filme foi medida utilizando um equipamento de interferometria óptica usando uma metodologia direcionada para amostras com rugosidade superficial elevada. Amostras com superfícies polidas foram utilizadas como material de referência para comparação com amostras contendo alterações superficiais (textura ou porosidade). Os principais resultados mostraram que a diminuição da porosidade levou a redução de atrito em aço sinterizado. As amostras com porosidade reduzida apresentaram melhores desempenhos que o material de referência (não-poroso). Além disso, a configuração de bolsos circulares promoveu redução de atrito, enquanto os canais tiveram um desempenho semelhante ou pior que o material de referência. Embora os bolsos texturizados e os poros de dimensões reduzidas no material sinterizado foram produzidos com diferentes técnicas de manufatura, eles apresentaram características geométricas similares e, consequentemente, levaram a redução de coeficiente de atrito em comparação com as amostras de referência. Os principais resultados foram mapeados para melhor entender o efeito de cada micro irregularidade superficial no desempenho tribológico. Além disso, um modelo fenomenológico preliminar foi proposto para prever a resposta em termos de coeficiente de atrito das superfícies com micro cavidades (porosidade ou textura) com base nos resultados do aço de referência. Os principais resultados sugerem que o efeito das cavidades superficiais projetadas (textura) e daquelas distribuídas aleatoriamente (porosidade) podem ser de alguma forma comparadas, mesmo sendo as modificações produzidas através de técnicas de fabricação muito diferentes.
 
AVISO - A consulta a este documento fica condicionada na aceitação das seguintes condições de uso:
Este trabalho é somente para uso privado de atividades de pesquisa e ensino. Não é autorizada sua reprodução para quaisquer fins lucrativos. Esta reserva de direitos abrange a todos os dados do documento bem como seu conteúdo. Na utilização ou citação de partes do documento é obrigatório mencionar nome da pessoa autora do trabalho.
GuidoBoidiCorr19.pdf (6.90 Mbytes)
Data de Publicação
2019-10-23
 
AVISO: Saiba o que são os trabalhos decorrentes clicando aqui.
Todos os direitos da tese/dissertação são de seus autores
CeTI-SC/STI
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP. Copyright © 2001-2019. Todos os direitos reservados.