Tool-part tribological interaction assessment for continuous deformation processes

Abstract

(English This dissertation is an experimental assessment of the tool-part tribological interaction of continuous deformation processes: ball burnishing as a superfinishing process and wire drawing as a bulk deformation process. Through the integration of friction as their fundamental parameter, these processes can be optimized. Thus, after the determination of the coefficient of friction, its impact on the final components surface integrity (hardness, roughness, and residual stresses), as well as the resulting wear mechanisms (adhesion and abrasion) from the sliding contact between hardmetal (WC/Co) and the treated materials (stainless-steel and aluminum alloy), has been analyzed by means of advanced characterization techniques such as: X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscope (FE-SEM), energy dispersive x-ray analysis (EDX) and confocal scanning optical microscopy (CSOM). The results have shown that beyond the operational parameters and the macro-contact conditions, the influence of the micro-contact, microstructure and chemical composition, represent critical points in the tribological behavior of each process. In addition, these experimental outcomes constitute validation tools for numerical models, allowing integral configurations that surpass the simplified models that so far have not achieved adjustments in terms of surface finish and residual stresses, simultaneously. Therefore, potential solutions to the misalignments of each study case have been established from the analysis of a hitherto underestimated factor: friction.)

(Español) Esta disertación trata sobre la evaluación experimental de la interacción tribológica herramienta - pieza para procesos de deformación continua: el bruñido con bola como proceso de superacabado y el trefilado de alambre como proceso de deformación masivo. Mediante la integración de la fricción como su parámetro fundamental, estos procesos pueden ser optimizados. Así, después de la determinación del coeficiente de fricción, su impacto en la integridad superficial de los componentes (dureza, rugosidad y tensiones residuales) y en los mecanismos de desgaste resultantes (adhesión y abrasión) del contacto por deslizamiento entre el metal duro (WC/Co) y los materiales tratados (acero inoxidable y aleación de aluminio), se ha analizado mediante técnicas de caracterización avanzadas: Difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (FE-SEM), dispersión de energía de rayos X (EDX) y microscopía óptica confocal (CSOM). Los resultados muestran que más allá de los parámetros operativos y de las condiciones de macro-contacto, la influencia del micro-contacto, la microestructura y la composición química, representan puntos críticos en la tribología de cada proceso. Además, estos resultados constituyen herramientas de validación de modelos numéricos, permitiendo configuraciones integrales que superan los modelos simplificados que hasta ahora no han logrado ajustes en acabado superficial y tensiones residuales, simultáneamente. De esta manera, se han establecido soluciones a partir del análisis de un factor hasta ahora subestimado: la fricción.