Os Tipos De Desgaste

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Objetivos

Os principais tipos de desgaste

Abordagem sistêmica – variáveis que afetam

Atrito a seco

Fretting

02 – Os tipos de desgaste

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Desgaste!

Desgaste é o dano de uma superfície sólida, envolvendo geralmente perda progressiva de material, que se deve ao movimento relativo entre a superfície e outra superfície de contato ou em relação a uma substância.

Esta definição não exclui os fenômenos de dano de superfície sem remoção de massa como, por exemplo, os fenômenos de desgaste acompanhados de oxidação ou aqueles nos quais as partículas de desgaste ficam aderidas á superfície sólida ou ainda aqueles nos quais há apenas deformação da superfície.


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Desgaste por partículas durasAbrasão (Abrasion – Abrasive wear)Erosão (Erosion)

Erosão por cavitação (Cavitation erosion)

Desgaste por deslizamento Desgaste por deslizamento (Sliding wear)Fretting (Fretting wear)Fadiga de contato (Contatct fatigue, rolling contact

fatigue, rolling contact wear) Hutchings 1992

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7

Abrasão: “ a perda de massa resultante d interação entre partículas ou asperezas duras que são forçadas contra uma superfície, o longo da qual se movem” (ASTM G40-01)


Exemplo: Escrita - Pedra Rosetta.

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Erosão: “ Perda progressiva de material original de uma superfície sólida devido a interação mecânica entre a superfície e, o fluido, um fluido multicomponente, líquido incidente ou partículas sólidas” ASM Metals Handbook vol 18. p 8.


Exemplo: Fluido multicomponente.

Exemplo: Partícula sólida

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Cavitação: “ Perda progressiva de material original de uma devido a exposição contínua á cavitação” ASM Metals Handbook vol 18. p 5.


Exemplo: Cavitação em camisas

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Fretting (wear): “ Fenômeno de desgaste quie ocorre entre duas superfícies que tem movimento oscilatório” ASM Metals Handbook vol 18. p 9.


Exemplo: PMMA X 304.

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Fadiga de contato ou desgaste por rolamento: “ Desgaste de uma superfície sólida decorrente do contato por rolamento entre a supefície e outra superfície ou superfícies sólidas” ASM Metals Handbook vol 18. p 16.


Exemplo: Cilindro de apoio

+

F

+

F

+Contato não conforme

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Desgaste por deslizamento: “As expressões desgaste por deslizamento ou desgaste adesivo se referem ao tipo de desgaste gerado pelo escorregamento de um a superfícies sólida ao longo de outra superfície” ASM Metals Handbook vol 18. p 236


Exemplo: Escrita - Caligrafia.

Erosão, cavitação, abrasão, fretting, desgaste oxidativo e fadiga por rolamento são usualmente excluídas da classe “sliding wear”...!

A seco

Lubrificado

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Tribossistema

Variáveis Operacionais {X}MovimentoForçaVelocidadeTemperaturaTempo (Distância)

Estrutura do SistemaS ={A,P,R}A = ElementosP = PropriedadesR = Relações

Fronteira do

Sistema

Saídas Úteis {Y}MovimentoInformaçãoEnergiaMateriais

Saídas – Perdas {Z}Energia de atritopotenciacalorruídovibraçãoDesgaste

Meio Ambiente

Corpo

Contracorpo

Meio Interfacial

(CZICHOS, 1980)


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Exemplo Variáveis que afetam o desgaste num sistema tribológico 1/2

Variáveis Operacionais {X}Força de laminaçãoVelocidade relativa barra/cilindroTemperatura da chapaTemperatura do cilindroTempo (Distância) de contato

Estrutura do Sistema {S}A = ElementosCorpo (cilindro)Contra corpo (barra)CarepaÓxido do cilindroÁgua/óleoAr/GasesP = PropriedadesDurezasRigidezViscosidadeR = RelaçõesDureza do óxido cilidro/dureza carepa

Saídas – Perdas {Z}Energia de atritoPotencia Calor RuídoVibraçãoDesgasteMudança geometria produto

Saídas Úteis {Y}MovimentoEnergiaMateriaisGeometria do produto

Óxido do

cilindro

Carepa

+F

Velocidade relativa na interface

Temperatura na interface

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+

F

+

F

F

+

F

+

Contato Conforme

Contato Não Conforme

Variáveis que afetam o desgaste num sistema tribológico – Tipo de contato 2/2

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Tribossistema – Escalas 1/2

Tribossistema 2

Tribossistema 1

Refrigeração

Cilindro de apoio

Cilindro de trabalho

Produto laminado

Óxido do

cilindro

Carepa

+

F



+

17

Óxido do

cilindro

Carepa

+F



HH

O

Aditivo

Aditivo H H

OH H

OÁgua

Tribossistema – Escalas 2/2

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Tribossistema – Interação entre sistemas tribológicos

STr1 - Injeção

STr3 Combustão

STr4 Anel Camisa

STr5 Acionamento

ST

r2 Adm

i-E

xaust.

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Designa-se por atrito (1) a força tangencia á interface comum entre dois corpos quando, sobre a ação de uma força externa, um dos corpos se move ou tende a se mover relativamente á superfície do outro

Coeficiente de atrito (2) é a relação adimensional entre a força de atrito entre dois corpos e a força normal que comprime estes corpos.


Atrito

µ = (Força Tangencial)/(Força Normal)

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Atrito

Atrito (3) designar energia dissipada na interface entre corpos em movimento ou com tendência a movimento.

Atrito (4) descrever fenômenos responsáveis pela força de atrito ou pela energia de atrito

Atrito (5) nomear movimento relativo entre superfícies.

Estudiosos devem sempre procurar identificar quais dos cinco significados está sendo utilizado em cada contexto.

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Atrito (a Seco)As 2 ou 3 ou 5 “Leis” do Atrito

Da Vinci - 14951) A força de atrito é proporcional á força normal2) O coeficiente de atrito independe da área aparente de contato

Amontons – 16991,2)Confirma as duas de forma independente3a) O coeficiente de atrito depende dos materiais

Coulomb (1785)3b) O coeficiente de atrito independe da velocidade (nem sempre!)

Confirma 3a e as vezes recebe o crédito!

Greenwood Willamson (1968)A área real de contato aumenta com o aumento da força aplicada.

Justificando 1 e 2. Sinatora e Tanaka

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Atrito (Lubrificado)

As 2 ou 3 ou 5 “Leis” do AtritoNewton - 1687

A) Depende da viscosidade do fluído (filem espesso)

Languimuir (Bowden & Tabor) Siesman (1920 - 1950)B) Depende da natureza do lubrificante e dos corpos (limitrofe)

O Coeficiente de atrito depende do sistema tribológico

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Atrito

Regra: O coeficiente de atrito estático é maior do que o cinemático

Estático x cinemático (dinâmico)

Forç

a T

ange

ncia

l (T

)

Força Normal (N)

T =

F

Tmax = µstatN

Tmax = µc(d)N

Exemplos: Materiais µstat µc(d) µc(d)/ µstat Aço x aço (óleo) 0,15 0,08 ~0,5Aço x aço (estearato de calcio) 0,113 0,117 ~ 1Aço x aço (bissulfeto de Mo) 0,053 0,050 ~ 1Diamante x Diamante 0,1 0,1 ~ 1

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Atrito - EstáticoExemplo 1: Fixação

atrito

Tipos de fixação indicando regiões nas quais o controle do atrito(cinemático e estático) é importante. Esquema de forças na região da rosca.

Muniz 2007

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Atrito - Estático Exemplo 1: Fixação

Fixação de biela: Corpo e CapaDetalhe mostrando região de contato

Muniz 2007

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Atrito - Estático Exemplos: Fixação

Coeficiente de atrito global (K + G) para aperto de 25 peças com 40kN.Coeficiente de atrito global (K + G) para aperto de 5 peças com F >> 40kN < Esc.O coeficiente de atrito depende....

Muniz 2007

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Atrito - Estático Exemplos: Fixação

O coeficiente de atrito depende....da deformação, da formação de trincas, da energia de adesão entre as partes.

Muniz 2007

Cabeça não ensaiada

Cabeça ensaiada

O coeficiente de atrito depende da deformação plástica e da adesão. (Bowden e Tabor)

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Atrito - Estático Exemplo: Conformação – compressão de anéis em prensa

Anel, sua superfície e corte transversal antes do ensaio.

Leite, M.V.

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Atrito - Estático Exemplo: Conformação – compressão de anéis em prensa

Corte transversal e superfície de uma ferramenta previamente polida após um ensaio.

Notar no corte região central superior e com deformação á medida em que se observa regiões mais próximas da borda. Na superfície polida notar que os riscos de usinagem do anel ficaram impressos na ferramente indicando que nesta região não houve escorregamento contra a ferramenta. (Atrito estático)

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Atrito - Estático Controle do atrito estático

CAUSA ESTRATÉGIASPossíveis causas e estratégias

Química (adesão)formação de ligações entre as superfícies

Mecânicapenetração de asperezas duras em um contra-corpo de menor dureza

CompatibilidadeLubrificaçãoRugosidadeVibraçãoTemperatura

DurezaRugosidade do corpo de maior HRevestimentosPressão de contato

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AtritoExemplo de medida: Conformação – compressão de anéis em prensa. Efeito da rugosidade

Este tipo de medida não separa os componentes do atrito

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Atrito – Cinemático (Dinâmico)

[Atrito(v)]Roçamento de pele

Bolhas

Lubrificação

Diminuir força de atrito interpondo entre as partes sólidas uma camada de liquido

= Ft(força tangencial)

Fn(força normal)

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Teorias de atrito (para metais)- intertravamento de asperezas µ = 0- adesão e deformação plástica µ = µ

ad + µ

def

WW~ AH

Área Atensão de cisalhamento sF

ad= As

µad

= (As)/(AH)

µad

= s/H ~ 0,2

Filme - exemplo

34

Atrito – Cinemático (Dinâmico)deformação plástica

Área lateral projetada ax

Fdef

=AH=Hax = a tanα

Área vertical projetada A = πa2/2W= AH = 1/2Hπx2tan2α

µdef = (Fdef

)/(W) µdef = cotα ~ 0,1

Cone largura 2a

Profundidade xα

µ = µad

+ µdef

µ = 0,2 + 0,1 = 0,3!!!

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Crescimento de junção

Admitindo crescimento de aspereza controlado por deformação plástica Usando critério de Tresca no início da deformação

Paplicada2 + 4 tensão de cisalhamento2 = resistência do material2

P12 + 4 τ2 = Po2 e Po =2τ0

[P1=W/A; τ = FT/A ; limitando o crescimento da área por uma resistência de um filme F

max=τiAmax

]

µ = (Fmax

)/(W) = 2 [( τ0 /τi )2 -1]1/2

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Crescimento de junção – efeito de um filme lubrificante

Admitindo que o cisalhamento será regido pelo filme Ft = τiA

Admitindo que a força normal será contrabalançada pela dureza do material W = Apo

μ = F/W = τi / Po

µ = 2[( τ0 /τi )2 -1]1/2

As duas expressões se equivalem para resistências de filme muito pequenas. Ou adesão muito baixa ou presença de lubrificante.

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Dinâmica molecular

Ni

Au

Adesão

Filme

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Transferência de material e micro-ranhuras observadas Pino de Cu contra disco de Cu-40 % Ni. W = 0,59 N V= 0,5 mm/s -Rigney

39

Partícula transferida de cobre puro com aparência laminar

40

Simulação de usinagem de Cu


Deformação

41

FFBAC após desgaste abrasivo


A camada encruada

42

W = 67 N, L = 12 m, V = 0,05 m/s

Seta - posição da interface e a

direção do deslizamento.

T - camada transferida;

B - Cu - estrutura de células de discordâncias

MET - seção longitudinal ao longo da pista de desgaste

Bloco Cu x (anel inoxídável martensítico AISI 440 C

43

FFBAC após desgaste abrasivo


O filme interfacial

Quando o abrasivo não se fragmenta o coeficiente de atrito depende do tamanho do abrasivo. Quando se fragmenta, forma filme interfacial, não depende.

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Atrito – Cinemático (Dinâmico)Atrito de metais no vácuoAtrito de metais no ar

O filme de óxido tem importância extrema μ = τóxido / Pmetal

Fe-Fe

Cu-Cu

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Efeito da temperatura média e efeito da velocidade

3.16 3.17 pg 42

O filme de óxido tem importância extrema μ = τóxido / Pmetal

O filme fluído controla o coeficiente de atrito

Inox x Ni

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Exercício

Um peso de 60 toneladas-força é deslocado empregando-se um trenó de madeira que desliza sobre tábuas de madeira lubrificadas com óleo. ( μ= 0,16). Quantos homens são necessários para puxar o trenó sabendo-se que cada um aplica uma força tangencial média de 60”kgf”?

47Wear vol. 1 1957/58 p 157-159


Exercício - Resposta

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HUTCHINGS, I. M.

GERINGER, J.,FOREST, B. COMBRADE, P. Wear analysis of materials used as orthopaedic implants. Wear, 261, 971,979,2006

MUNIZ, J. M. Fenômenos tribológicos intrínsicos ao travamento de juntas de engenharia aparafusadas. Dissertação de Mestrado. 2007. PPGEM.

LEITE, M.V., SINATORA, A. Aplicability of the ring compression test for friction coefficiente evaluation in metal forming textured tools. IFM, Santander. 2008.

SINATORA, A. ; TANAKA, Deniol Katsuki . As leis de atrito: da Vinci, Amontons ou Coulomb?. Revista ABCM Engenharia, p. 31 - 34, out. 2007

Referências02 – Os tipos de desgaste

Technology

Os Tipos De Desgaste