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

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Henriquez, Timóteo Nathan Macedo
• Orientador(a): Vatavuk, Jan
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por; eng
• Instituição de defesa: Universidade Presbiteriana Mackenzie
• Palavras-chave em Português: análise de falha; disco de freio de competição; transformação de fase em disco de freio; ferro fundido cinzento com nióbio; fadiga térmica
• Link de acesso: https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/32277

O 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.