Caracterização de falha em discos de freio em ferro fundido cinzento aplicado em veículos de competição e testes de bancada em discos convencionais para melhora de material pela adição de nióbio

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dc.contributor.advisorVatavuk, Jan
dc.contributor.authorHenriquez, Timóteo Nathan Macedo
dc.date.accessioned2023-04-17T12:26:30Z
dc.date.available2023-04-17T12:26:30Z
dc.date.issued2023-02-27
dc.description.abstractO principal material utilizado nos sistemas de frenagem é o ferro fundido cinzento, devido às suas propriedades térmicas, lubrificação sólida e resistência mecânica. Com as contínuas mudanças das exigências do mercado consumidor quanto à eficiência energética e a emissão de gases poluentes somados a evolução do desempenho de veículos automotores, é necessário que seja apresentado uma alternativa para a redução de massa dos discos de freio sem que se tenha perda de eficiência de frenagem, durabilidade do produto e que atendam os requisitos técnicos exigidos pelos órgãos governamentais, ou as condições severas de funcionamento nas pistas de corrida. Como contribuição para o entendimento da resposta dos materiais com os quais se fabricam os discos de freio, realizou-se um estudo de caso em disco falhado em competição da Stock Car Pro Series Brasil, monitorado por telemetria abrangendo condições dinâmicas bem como acompanhamento da temperatura do disco ao longo de toda competição. Estudou-se a topografia na pista de frenagem do disco (contato com a pastilha de freio) além de análise da microestrutura tanto por microscópio óptico como eletrônico de varredura e raio-x da superfície atritada e não atritada. A partir destas técnicas experimentais, constatouse que na região atritada ocorria um processo de transformação de fases produzindo um microconstituinte, denominado nanoperlita. Realizaram-se também testes tecnológicos de fadiga térmica em material similar ao do disco analisado, apoiando-se também na literatura técnica industrial com resultados de ensaio acelerado de desgaste em ensaio Krauss. A análise dos resultados destas condições de carregamento (disco falhado; ensaio Krauss; fadiga térmica), indicam que a falha do disco em competição foi decorrente principalmente de carregamento mecânico cíclico associado à mudança de fase no aquecimento e resfriamento (mudança localizada de volume), mesmo assim a trinca não apresentava ramificação o que se traduz por menor colaboração da fadiga térmica na falha. Para o ensaio Krauss percebem-se ramificações da trinca principal, o que sugere uma maior contribuição da ciclagem térmica ao carregamento mecânico na formação da trinca. No teste tecnológico de fadiga térmica a superfície apresentou uma superfície com rendilhado de trincas. Os testes de fadiga térmica foram realizados em ferro fundido cinzento perlítico similar ao disco falhado, e o mesmo material com adição de 0,8 % de nióbio, não apresentaram diferenças perceptíveis, o que aumenta a chance de se utilizar o nióbio em teor mais elevado do que o praticado na indústria para redução da taxa de desgaste sem prejuízo em termos de fadiga térmica. Por fim sugere-se um aumento de porcentagem de silício para se evitar a ocorrência de austenitização nos discos utilizados em aplicações severas.pt_BR
dc.description.sponsorshipCNPQ - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológicopt_BR
dc.description.sponsorshipIPM - Instituto Presbiteriano Mackenziept_BR
dc.description.sponsorshipOutrospt_BR
dc.identifier.urihttps://dspace.mackenzie.br/handle/10899/32277
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.language.isoenpt_BR
dc.publisherUniversidade Presbiteriana Mackenzie
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectanálise de falhapt_BR
dc.subjectdisco de freio de competiçãopt_BR
dc.subjecttransformação de fase em disco de freiopt_BR
dc.subjectferro fundido cinzento com nióbiopt_BR
dc.subjectfadiga térmicapt_BR
dc.titleCaracterização de falha em discos de freio em ferro fundido cinzento aplicado em veículos de competição e testes de bancada em discos convencionais para melhora de material pela adição de nióbiopt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
local.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2607688973456560pt_BR
local.contributor.advisorOrcidhttps://orcid.org/0000-0002-9603-3338pt_BR
local.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6216926686291215pt_BR
local.contributor.board1Almeida, Gisele Fabiane Costa
local.contributor.board1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4501083548628976pt_BR
local.contributor.board1Orcidhttps://orcid.org/0000-0003-4158-2337pt_BR
local.contributor.board2Lima, Nelson Batista de
local.contributor.board2Latteshttp://lattes.cnpq.br/6675251190520162pt_BR
local.description.abstractenThe main material used in braking systems is gray cast iron, due to its thermal properties, solid lubrication and mechanical strength. With the continuous changes in the consumer market's demands regarding energy efficiency and the emission of polluting gases, added to the evolution of the performance of motor vehicles, it is necessary to present an alternative to reduce the mass of brake discs without loss of performance, braking efficiency, product durability and that meet the technical requirements demanded by government agencies, or the severe operating conditions on the race tracks. As a contribution to understanding the response of the materials with which brake discs are manufactured, a case study was carried out on a failed disc in a Stock Car Pro Series Brasil competition, monitored by telemetry covering dynamic conditions as well as monitoring the temperature of the brake disc. disk throughout the entire competition. The topography of the disc braking region (contact with the brake pad) was studied, in addition to the analysis of the microstructure both by optical and scanning electron microscopy and x-ray of the rubbed and non-rubbed surface. From these experimental techniques, it was found that in the rubbed region there was a phase transformation process producing a microconstituent, called nanoperlite. Technological tests of thermal fatigue were also carried out on material similar to that of the disc analyzed, also relying on the industrial technical literature with results of accelerated wear test in Krauss test. The analysis of the results of these loading conditions (failed disk; Krauss test; thermal fatigue), indicate that the failure of the disk in competition was due mainly to cyclic mechanical loading associated with the phase change in heating and cooling (localized volume change), even so, the crack did not present branching, which translates into less collaboration of thermal fatigue in the failure. For the Krauss test, ramifications of the main crack can be seen, which suggests a greater contribution of thermal cycling to the mechanical loading in the formation of the crack. In the technological test of thermal fatigue, the surface showed a surface with tracery of cracks. The thermal fatigue tests were carried out on pearlitic gray cast iron similar to the failed disk, and the same material with the addition of 0.8% of niobium, did not show noticeable differences, which increases the chance of using niobium in a higher content than what is practiced in the industry to reduce the rate of wear without prejudice in terms of thermal fatigue. Finally, an increase in the percentage of silicon is suggested to avoid the occurrence of austenitization in discs used in severe applications.pt_BR
local.description.sponsorshipOtherEmpresa/Indústria: CBMMpt_BR
local.keywordsfailure analysispt_BR
local.keywordscompetition brake discpt_BR
local.keywordsphase transformation in brake discpt_BR
local.keywordsgray cast iron with niobiumpt_BR
local.keywordsthermal fatiguept_BR
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentEscola de Engenharia Mackenzie (EE)pt_BR
local.publisher.initialsUPM
local.publisher.programEngenharia de Materiais e Nanotecnologiapt_BR
local.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIASpt_BR
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