Abstract Despite the experimentation of bainitic and martensitic microstructures in wheel-rail steels, pearlitic microstructure remains dominant in railway track. The wear resistance behavior of bainitic and pearlitic microstructures is still a matter of controversy. In this study, pin-on-disc sliding wear tests were performed to analyze the effects of the microstructure on wear resistance. The AISI 1080 steel was isothermally treated at five temperatures using a dilatometer in order to obtain pearlite, bainite and martensite structures. After these treatments, bainitic and martensitic samples were tempered at 500°C. It was possible to achieve pearlitic specimens with interlamellar spacing ranging from 70 ± 4 nm to 243 ± 9 nm. It was found that the wear resistance increases with decreasing the interlamellar spacing, fine pearlite showed 30% lower mass loss than coarse pearlite. The severe deformation and dislocation accumulation in different depth from the contact surface were analyzed by electron backscattered diffraction technique. The results showed that the first 10 µm depth from the contact surface was severely deformed and a high number of random high-angle boundaries developed due to the large compressive force. Fine pearlitic structure tends to present a better wear performance when compared to bainitic or martensitic structures.

Foi investigado o efeito da adição do carbono na evolução de segundas-fases e na densificação do AlN com 4% em massa de Y2O3. A mudança de composição da segunda-fase do AlN com Y2O3 foi induzida pela adição de 0,5% e 1,0% em massa de carbono. A sinterização sob atmosfera de nitrogênio foi realizada em forno com elemento resistivo de tungstênio entre 1650 ºC e 1850 ºC. A evolução de segunda-fase mostrou uma tendência para formar fases mais ricas em ítrio com o aumento do teor de carbono, o que atrasou a densificação do AlN com Y2O3 devido ao aumento da temperatura de formação de fase líquida. O efeito prejudicial causado pela adição de carbono diminuiu com o aumento da temperatura de sinterização, pois todas as amostras atingiram quase completa densificação após sinterização a 1800 ºC. A adição de carbono induziu uma evaporação significativa de compostos durante a sinterização, mas o comportamento de densificação foi pouco influenciado pela redução na fração de fase líquida existente na temperatura de sinterização e pelo gás aprisionado no interior dos poros fechados.

The effect of carbon addition on the second-phases evolution and on the densification of AlN with 4wt.%.Y2O3 was investigated. The change of second-phase composition of AlN with Y2O3 was induced by the addition of 0.5wt.% and 1.0wt.% carbon. Sintering under nitrogen atmosphere was performed in tungsten heated furnace between 1650 ºC and 1850 ºC. The second-phase evolution had a tendency to form Y-richer phases with increasing carbon content, which delayed the densification of AlN with Y2O3 due to the increase of liquid-phase formation temperature. The harmful effect caused by the addition of carbon was diminished with increasing sintering temperature, since all samples achieved almost full densification after sintering at 1800 ºC. The addition of carbon induced significant evaporation of compounds during sintering, but the densification behavior was little influenced by the reduction in liquid-phase fraction formed at sintering temperature or the entrapped gas inside the closed pores.

O Y2O3 é o principal aditivo usado na sinterização de cerâmicas de AlN com elevada condutividade térmica, que são destinadas a produção de dispositivos eletrônicos de alta performance. Neste trabalho, investigou-se o efeito do teor de aditivo na sinterização de AlN com 0,5 a 4% em peso de Y2O3, correlacionado os resultados de densidade, análise microestrutural e a evolução das segundas fases em função da temperatura de sinterização. Os corpos compactados foram sinterizados em atmosfera de nitrogênio usando um forno com elemento resistivo de tungstênio entre 1650 e 2000 ºC por 1 h. Os resultados mostraram que a densificação das amostras de AlN com até 4% de Y2O3 ocorreu por sinterização no estado sólido até 1700 ºC. Acima desta temperatura, a densificação ocorreu por sinterização assistida por fase líquida. A fusão da fase YAG foi responsável pela formação de líquido ao redor de 1725 ºC nas amostras de AlN com até 4% de Y2O3. A quantidade de fase líquida aumentou em função do teor de aditivo nas amostras somente após a densificação total devido à fusão das partículas grandes refratárias de aluminatos de ítrio (YAP e YAM) em altas temperaturas. Assim, o aumento do teor de Y2O3 (0,5 a 4% em peso) não causou variações significativas no comportamento de densificação do AlN porque a quantidade de fase líquida foi próxima na faixa de temperatura em que ocorreu a densificação. A adição de apenas 0,5% em peso de Y2O3 aumentou significativamente a sinterabilidade do AlN. O uso de Y2O3 com larga distribuição granulométrica em relação a do AlN não causou a formação de poros grandes. Os resultados mostraram uma tendência de evaporação de compostos óxidos nas amostras de AlN com Y2O3 sinterizadas principalmente acima de 1850 ºC.

Y2O3 is the main sintering aid for high thermal conductivity AlN ceramics for the production of electronic devices. The effect of varying the amount of Y2O3 as sintering aid for AlN from 0.5 to 4 wt% was investigated. The effects of different amounts of Y2O3 were correlated with results of density and microstructural analysis, as well as the evolution of second phases, as a function of sintering temperature. Green bodies were sintered in nitrogen atmosphere using a tungsten element furnace, between 1650 and 2000 ºC for 1 h. The results showed the densification of AlN samples with Y2O3 by solid state sintering up to 1700 ºC; above this temperature, densification occurred by liquid-phase sintering. The melting of a YAG phase caused the formation of liquid phase at around 1725 ºC, in samples of AlN with up to 4 wt% Y2O3. The amount of liquid-phase increased with increasing sintering aid content only after the full densification of the samples, due to the melting of large refractory particles of yttrium aluminates (YAP and YAM) at high temperatures. As a result, the increase of the Y2O3 content (0.5 to 4 wt%) did not cause significant variations in the densification behavior of the AlN, as the amount of liquid-phase was similar for all temperatures in the range at which densification occurred. The addition of only 0.5 wt% Y2O3 increased significantly the sinterability of AlN. The use of Y2O3 with large particle size distribution in relation to AlN did not cause the formation of large pores. The results showed a trend towards oxide compounds evaporation in AlN samples with Y2O3, when sintered above 1850 ºC.

Uma alumina de elevada pureza dopada com MgO foi sinterizada entre 1300 e 1700 °C para preparação de corpos com diferentes porosidades. Foram determinadas a resistência à flexão em quatro pontos, a tenacidade à fratura pelo método SEVNB, a dureza Vickers, as velocidades sônicas (longitudinal e transversal) e as constantes elásticas (ni, E, G e K) pelo método do pulso-eco ultrassônico. Os resultados foram comparados com os modelos baseados em concentração de tensão (CT) e modelos baseados na área sólida mínima (ASM). A porosidade das amostras variou entre 0,8% e 35%. Em geral, as propriedades diminuíram com o aumento da porosidade, sendo que a diminuição foi menos acentuada nas velocidades sônicas e mais acentuada na dureza. O coeficiente de Poisson só diminuiu em porosidade acima de 19%. O modelo analítico (CT) que melhor se ajustou aos resultados dos módulos E e G foi o de Hashin-Rosen para configuração de poros cilíndricos alinhados transversalmente à tensão aplicada. A análise pelos modelos de ASM indicou que, até 19% de porosidade, o modelo de poros esféricos em arranjo cúbico foi predominante e, acima desta porosidade, atuou também o modelo de partículas esféricas em arranjo cúbico.

A high purity alumina doped with MgO was sintered between 1300 and 1700 °C in order to prepare samples with different porosities. The following properties were determined: four-point flexural strength, fracture toughness, by SEVNB method, Vickers hardness, (transversal and longitudinal) sonic velocities, and elastic constant (nu, E, G e K), by ultrasonic pulse-echo method. The results were compared with models based on stress concentration (SC) and models based on minimum solid area (MSA). The porosity of the samples varied between 0.8% and 35%. Generally, the properties lowered with increasing porosity. This lowering was weaker in sonic velocities and stronger in hardness. The Poisson's ratio lowered only above 19% porosity. The analytical model (SC) which best fitted the results of E and G moduli was the Hashin-Rosen model for cylindrical pores aligned transversally to the applied stress. Analysis by ASM models indicated that, until 19% porosity, the model for spherical pores in cubic stacking was predominant and, above this porosity, the model for spherical particles in cubic stacking also acted.