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Fundamentos da Lubrificação e Lubrificantes – Aula 3PROF. DENILSON J. VIANA

DesgasteOnde o desgaste está presente?

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Aspectos econômicos do desgaste:

o Custos de reposiçãoo Custos de depreciação de equipamentoso Perdas de produçãoo Perda de competitividadeo Perda de eficiência em um equipamentoo Perdas envolvendo a perda de oportunidades de negócios


Definição:

o É uma mudança cumulativa e indesejável em dimensõesmotivada pela remoção gradual de partículas discretas de superfícies em contato e com movimento relativo, devido, predominantemente, a ações mecânicas.


O desgaste é um processo complexo, resultado de diferentes processos que podem ocorrer independentemente ou em combinações.

Principais formas de desgaste: • por adesão• por abrasão• por corrosão• por fadiga superficial


Os estudos sobre desgaste são relativamente recentes e, embora já existam tentativas de quantificação, ainda não temos uma técnica precisa de previsão de vida para utilizar no projeto de componentes.

As técnicas atuais são focadas em definições de alternativas de projetos.


Classificação de Desgaste

A classificação pura e simples do desgaste é algo difícil, não sendo relacionado a valores numéricos específicos, esse é em geral é dividido em desgaste leve e desgastesevero.


DESGASTE LEVEo Resulta em superfícies extremamente suaves, geralmente

mais suaves do que a original.o Produz partículas extremamente pequenas, na ordem de

0,01 mm de diâmetroo Alta resistência elétrica de contato, pouco contatoo metálico real.

DESGASTE SEVEROo Resulta em superfícies ásperas, com ranhuras profundas,

em geral muito mais rugosa do que a original.o Produz partículas grandes, tipicamente com diâmetro

médio acima de 0,01 mm.o Baixa resistência elétrica de contato, formação deo contatos metálicos.


Desgaste por Adesão

O desgaste por adesão é a mais comum forma de desgaste encontrada, sendo que sua teoria tem as mesmas bases da teoria do atrito por adesão.

Fortes soldagens a frio são formadas em alguns pontos de contato entre pico das superfícies, e essas soldagens devem ser rompidas para permitir a continuidade do escorregamento.

O rompimento das asperezas soldadas provocam severo dano a superfície, em geral sob a forma de crateras visíveis (macroscópicas).


O fenômeno do desgaste por adesão pode ser melhor compreendido se for considerado que toda superfície real, não importa quão cuidadosamente tenha sido preparada epolida, apresenta uma ondulação sobre a qual é superposta uma distribuição de protuberâncias ou asperezas.


Se as superfícies de contato são limpas e livres de corrosão, o contato muito íntimo decorrente dos pontos plastificados leva os átomos das duas superfícies a se aproximarem suficientemente para que surjam forças de adesão bastante fortes (soldagem a frio).

Então, se as superfícies forem submetidas a um movimento relativo de escorregamento, as junções soldadas devem ser rompidas.

Se a junção é rompida fora da interface original, uma partícula de uma das superfícies é transferida para a outra superfície, iniciando o processo de desgaste pôr adesão.


I – Superfícies carregadas em contato. A carga aplicada causa plastificação e soldagem a frio.II – Ruptura na interface sem transferência de partículas.III – Ruptura da aspereza abaixo da junção soldada, com consequente transferência de partícula.


Escorregamentos posteriores podem deslocar a partícula, soltando-a, ou ela pode permanecer unida à outra superfície.

Se o processo de desgaste por adesão tornar-se severo, com transferência de grande volume de metal, o fenômeno é chamado raspagem (galling).

Se a raspagem se tornar tão severa que as duas superfícies aderem em uma ampla região, de modo que as forças atuantes não conseguem produzir movimento relativo entre elas, o fenômeno é chamado engripamento.


Controle do Desgaste Adesivo

Fatores como carga, distância percorrida, velocidade e efeitos ambientais são determinados por requisitos funcionais; portanto, os fatores restantes controláveis são:

o Durezao Acabamento das superfícieso Contaminantes


Princípios de Controle de Desgaste

1. Princípio dos revestimentos (camadas) protetores: incluindo proteção por lubrificantes, películas superficiais (por exemplo, filmes de óxidos), pinturas, fosfatização e outros revestimentos químicos;


2. Princípio de conversão – o desgaste é convertido de destrutivo para níveis permissíveis, através da escolha adequada do par de metais, dureza, acabamento superficial ou pressão de contato;


3. Princípio de desvio – o desgaste é deslocado para um elemento de desgaste economicamente substituível de tempos em tempos. Por exemplo, o uso de materiais moles e de baixo ponto de fusão em mancais radiais, de modo que o desgaste é desviado do eixo para o mancal.


Desgaste por Abrasão

Esta é a forma de desgaste que ocorre quando uma superfície rugosa e dura, ou uma superfície mole contendo partículas duras, desliza sobre uma superfície mais mole.

Esse desgaste riscara uma série de ranhuras nesta superfície. O material das ranhuras é deslocado na forma de partículas de desgaste, geralmente soltas.


O desgaste abrasivo pode ocorrer quando partículas duras e abrasivas são introduzidas entre as superfícies deslizantes, desgastando-as.

Neste caso um grão abrasivo adere temporariamente em uma das superfícies deslizantes, ou mesmo é incrustado nela, e risca uma ranhura na outra.


Processo de desgaste abrasivo de dois corpos

Superfície dura e rugosa

Superfície mole

Deslizamento

Processo de desgaste abrasivo de três corpos

Partículas duras

Deslizamento


Observações:

O desgaste abrasivo do tipo dois corpos não ocorre quando a superfície dura deslizante é lisa.

O desgaste abrasivo do tipo três corpos não ocorre quando as partículas no sistema são pequenas, ou quando são mais moles que os materiais deslizantes.

As partículas do sistema podem ser provenientes de outros processos de desgaste, endurecidas por oxidação, ou também por contaminantes provenientes do meio.


O desgaste abrasivo é amplamente utilizados em operações de acabamento.

O tipo dois corpos é utilizado em: limas, papel abrasivo, tecidos abrasivos e rebolos (rodas abrasivas), etc.

O tipo três corpos é usado para polimento e lapidação.


Materiais para Uso em Situações de Desgaste por Abrasão

Deve-se considerar dois tipos de materiais:

Desgaste desejado – materiais abrasivo

Desgaste indesejado - materiais de escorregamento


Materiais abrasivo

As características para uma boa ação de corte são dureza e agudeza (do inglês Sharpness).

o Não precisa ser muito mais duro que o material que será desgastado

o Durezas maiores garantirão volume de desgaste constante por mais tempo

o É vantajoso que o material seja frágil para que se formem pontos cortantes e cantos agudos quando submetido a altas tensões.


Não metais duros são mais apropriados como abrasivos, pois são os materiais mais duros que se conhece e porque falham por fratura frágil.

Os abrasivos comuns estão todos nesta categoria.

Óxido de alumínio e carboneto de silício (carborundo), ambos com dureza acima de 2000 kgf/mm², são os materiais referidos para uso geral, pois combinam as propriedades de extrema dureza, fragilidade e baixo preço.


Carboneto de boro (2750 kgf/mm²) e diamante (8000 kgf/mm²) embora sejam extremamente duros são caros.


Prevenindo ação abrasiva em Projetos

o As considerações sobre dureza continuam prioritárias.

o As superfícies que devem resistir ao desgaste abrasivo devem ser mais duras que as partículas contaminantes.

o O contaminante mais comum é o sólido mais comum na superfície da terra, ou seja, a sílica (dióxido de silício = areia).

o Prever sistemas de proteção contra contaminantes

o Utilizar um par de materiais duro e mole



Desgaste por Oxidação

Pode ocorrer em deslizamento em velocidades elevadas.

Depende da capacidade dos materiais de sofrerem

oxidação e da atmosfera oxidante

Uma velocidade de 1 m/s é o suficiente para produzir picos de temperatura suficientemente elevados (» 700°C) para produzir oxidação.

Em caso de aços esse efeito pode causar a formação de martensita o que leva a um repentino aumento de dureza na superfície.


Outro problema causado pelo fluxo de calor é o aparecimento de tensões residuais na superfície, resultado da expansão volumétrica decorrentes da transformação martensítica.


Desgaste por Fadiga Superficial

É causada por tensões cíclicas que podem levar a uma falha porfadiga do material.

É um modo comum de falha em mancais de rolamento, dentes de engrenagens, cames e em partes de máquinas que envolvem superfícies em contato com rolamento.


Características

As partículas que são removidas tendem a ser grandes,

A forma mais característica de uma cavidade formada pelo processo é de um leque


O crescimento da trinca de fadiga superficial está relacionado com a ação do óleo lubrificante existente entre as superfícies.

A vida do sistema é bastante dependente da carga.

Onde:

Vd a vida em ciclos de carregamento

L a carga aplicada

C é uma constante

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