Caracterização do comportamento tribológico das ferramentas de corte de Al2O3 e β-Si3N4
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Data
Autores
Orientador
Martins, Gislene Valdete 
Coorientador
Souza, José Vitor Candido de
Pós-graduação
Curso de graduação
Guaratinguetá - FEG - Engenharia Mecânica
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Trabalho de conclusão de curso
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
A Tribologia, ciência que estuda o atrito, desgaste e lubrificação, é fundamental para otimizar
sistemas mecânicos, impactando diretamente o consumo energético global. No entanto,
persistem lacunas no conhecimento sobre o comportamento tribológico de ferramentas
cerâmicas de corte. Este estudo investigou o comportamento tribológico de duas cerâmicas de
corte amplamente utilizadas na indústria: óxido de alumínio (Al2O3) e β-nitreto de silício
(β-Si3N4). O objetivo foi caracterizar e comparar seu desempenho, associando propriedades
microestruturais e superficiais aos fenômenos de atrito e desgaste. A metodologia incluiu
caracterização microestrutural e química por difração de raios-X (DRX), microscopia
eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV-FEG) e espectroscopia por energia
dispersiva de raios X (EDS). A análise topográfica foi avaliada por perfilometria óptica,
enquanto ensaios tribológicos quantificaram o coeficiente de atrito (COF) e a taxa de
desgaste, utilizando esferas de ZrO2 e WC como contracorpos. Os resultados confirmaram a
conformidade microestrutural e composicional dos materiais e revelaram que o β-Si3N4
apresenta rugosidade superficial significativamente superior à da alumina. Os ensaios
demonstraram que o desempenho é altamente dependente do par tribológico e da carga
aplicada. Para a alumina sob 10 N, o contracorpo de ZrO2 promoveu o menor coeficiente de
atrito (0,14) e desgaste, enquanto WC elevou o atrito cerca de 60% e a taxa de desgaste
aproximadamente quatro vezes superior. Já para o β-Si3N4 sob 30 N, o WC proporcionou o
menor coeficiente de atrito (0,23), porém com maior dispersão nos resultados, indicando
comportamento menos estável sob as condições testadas. Conclui-se que a seleção otimizada
de cerâmicas para usinagem deve considerar não apenas propriedades intrínsecas, mas
também a rugosidade superficial e a interação com o contracorpo, fatores que podem
prolongar a vida útil e aumentar a eficiência de processos industriais.
Resumo (inglês)
Tribology, the science that studies friction, wear, and lubrication, is fundamental for
optimizing mechanical systems, directly impacting global energy consumption. However,
gaps remain in the knowledge regarding the tribological behavior of ceramic cutting tools.
This study investigated the tribological behavior of two ceramics widely used in industry:
aluminum oxide (Al2O3) and β-silicon nitride (β-Si3N4). The objective was to characterize and
compare their performance, associating microstructural and surface properties with friction
and wear phenomena. The methodology included microstructural and chemical
characterization by X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscopy
(FEG-SEM), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Topographic analysis was
performed using optical profilometry, while tribological tests quantified the coefficient of
friction (COF) and wear rate, employing ZrO₂ and WC spheres as counterbodies. The results
confirmed the microstructural and compositional conformity of the materials and revealed that
β-Si3N4 exhibits significantly higher surface roughness compared to alumina. The tests
demonstrated that performance is highly dependent on the tribological pair and the applied
load. For alumina under 10 N, the ZrO2 counterbody promoted the lowest coefficient of
friction (0.14) and wear, while WC increased friction by about 60% and the wear rate by
approximately four times. For β-Si3N4 under 30 N, WC provided the lowest coefficient of
friction (0.23), but with greater dispersion in the results, indicating less stable behavior under
the tested conditions. It is concluded that the optimized selection of ceramics for machining
should consider not only intrinsic properties but also surface roughness and interaction with
the counterbody, factors that can extend tool life and increase the efficiency of industrial
processes.
Descrição
Palavras-chave
alumina, nitreto de silício, rugosidade, desgaste, COF
Idioma
Português
Citação
AOKI, Igor Hideki. Caracterização do comportamento tribológico das ferramentas de corte de Al2O3 e β-Si3N4. Orientador: Gislene Valdete Martins. 2025. 59 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia e Ciências, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2025.
