Avaliação da resistência ao desgaste de disco de freio de ferro fundido cinzento revestido com AISI 316L e WC por high speed laser cladding

Abstract

Com o aumento das regulamentações ambientais e das normas de emissões veiculares, desenvolver soluções para reduzir o desgaste dos discos de freio, sem comprometer seu desempenho, torna-se essencial. Os discos de freio são submetidos a condições severas de temperatura e carregamento mecânico, que contribuem para o desgaste e a geração de partículas. O ferro fundido cinzento, amplamente utilizado na fabricação desses componentes devido ao baixo custo e à boa usinabilidade, apresenta resistência ao desgaste limitada. Nesse contexto, a aplicação de revestimentos resistentes ao desgaste por meio do processo de High-Speed Laser Cladding (HSLC) apresenta-se como uma alternativa para aumentar a durabilidade desses componentes. Este estudo investigou a aplicação do HSLC em substratos de ferro fundido cinzento utilizando uma camada de transição em aço inoxidável AISI 316L e um revestimento compósito de AISI 316L reforçado com 30% em massa de carboneto de tungstênio (WC). Os revestimentos foram caracterizados quanto à microestrutura, espessura, composição química, dureza e comportamento tribológico por meio de ensaios de esfera-sobre-disco. Os resultados evidenciaram a formação de revestimentos contínuos, com espessura média de aproximadamente 471 µm, adequada ligação metalúrgica com o substrato e ausência de defeitos críticos, como trincas interfaciais e delaminações. A dureza Brinell média aumentou de aproximadamente 248 HB, no ferro fundido cinzento, para 267 HB no sistema revestido. Nos ensaios tribológicos, embora o revestimento tenha apresentado coeficiente de atrito médio ligeiramente superior ao do substrato, a taxa específica de desgaste foi reduzida de 1,72 à 10?4 para 7,05 à 10?5 mm³/N.mm, correspondendo a uma redução aproximada de 59%. Os resultados demonstram que a incorporação de 30% em massa de WC ao AISI 316L promoveu aumento da resistência ao desgaste, mantendo a integridade do revestimento obtido por HSLC. Dessa forma, o sistema AISI 316L + 30% WC apresentou potencial para aplicação em discos de freio automotivos, contribuindo para o aumento da resistência ao desgaste e da durabilidade dos componentes.

Abstract: With the increasing environmental regulations and vehicle emission standards, developing solutions to reduce brake disc wear without compromising their performance has become essential. Brake discs are subjected to severe temperature and mechanical loading conditions, which contribute to wear and particle generation. Gray cast iron, widely used in the manufacture of these components due to its low cost and good machinability, exhibits limited wear resistance. In this context, the application of wear-resistant coatings by means of the High-Speed Laser Cladding (HSLC) process represents an alternative for increasing the durability of these components. This study investigated the application of HSLC on gray cast iron substrates using an AISI 316L stainless steel transition layer and a composite coating of AISI 316L reinforced with 30 wt.% tungsten carbide (WC). The coatings were characterized in terms of microstructure, thickness, chemical composition, hardness, and tribological behavior through ball-on-disk tests. The results evidenced the formation of continuous coatings, with an average thickness of approximately 471 µm, adequate metallurgical bonding to the substrate, and absence of critical defects such as interfacial cracks and delamination. The average Brinell hardness increased from approximately 248 HB for the gray cast iron to 267 HB for the coated system. In the tribological tests, although the coating exhibited a slightly higher average coefficient of friction than the substrate, the specific wear rate decreased from 1.72 à 10?4 to 7.05 à 10?5 mm³/N.mm, corresponding to an approximate reduction of 59%. The results demonstrate that the incorporation of 30 wt.% WC into the AISI 316L matrix increased wear resistance while maintaining the integrity of the HSLC-produced coating. Therefore, the AISI 316L + 30 wt.% WC system showed potential for application in automotive brake discs, contributing to increased wear resistance and component durability.