SELEÇÃO DE MATERIAIS PARA
RESISTÊNCIA AO DESGASTE
SELEÇÃO DE MATERIAIS
EM 833
INTRODUÇÃO - TRIBOLOGIA
ORIGEM – GREGO
TRIBOS
ATRITAMENTO
DEFINIÇÃO – CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE INTERAÇÃO
DE SUPERFÍCIES EM MOVIMENTO RELATIVO
DEFINIÇÃO
DESGASTE pode ser definido como “a perda progressiva
de material da superfície de um corpo sólido devido a
ação mecânica, isto é, o contato e o movimento relativo
entre este corpo e um contra-corpo sólido, líquido ou
gasoso” (DIN 50320 apud GAHR, 1987)
INTRODUÇÃO - HISTÓRICO
ATRITO - DESGASTE
• TRANSPORTE DE MATERIAIS
• EGIPCIOS
PIRAMIDES (ROLAMENTOS)
INTRODUÇÃO - HISTÓRICO
ATRITO - DESGASTE
• INVENÇÃO DA RODA
INTRODUÇÃO - HISTÓRICO
ATRITO - DESGASTE
• MANCAL DE DESLIZAMENTO
• LEONARDO DA VINCI – DESGASTE DE DESLIZAMNETO
AUMENTA COM A CARGA
INTRODUÇÃO - HISTÓRICO
ATRITO - DESGASTE - LUBRIFICAÇÃO
• MANCAIS
• MOVIMENTO DE ESTÁTUAS (EGIPCIOS)
Três principais áreas onde a aplicação de princípios
tribológicos leva a redução dos custos
1. aumentar a vida útil do componente - a redução de
manutenção dos custos de reposição;
2. evitar excessivas paradas dos componentes - limitando
conseqüentes perdas de produção;
3. reduzir os custos de investimentos - aumentando a
vida útil do maquinário.
Variáveis no processo de desgaste:
1. os materiais envolvidos,
2. o lubrificante,
3. a temperatura,
4. a carga,
5. o tipo de movimento,
6. a velocidade relativa,
7. o meio ambiente,
8. o acabamento superficial.
cada uma deles tem um efeito significativo no tipo de
desgaste e a taxa de desgaste de um componente.
Exemplo de tribossistema - principais variáveis
do processo de desgaste.
Movimentos relativos
Tipos de desgaste
Classificação :
com base no mecanismo fundamental que está operando
mais do que um mecanismo pode estar
operando ao mesmo tempo
de acordo com a aparência da superfície desgastada
Descrição esquemática dos quatro principais
mecanismos de desgaste
Mecanismos básicos
abrasão
-
Perda
de
massa
resultante da interação entre partículas
ou asperezas duras que são forçadas
contra uma superfície, ao longo do qual
se movem.
ocorre sob o movimento relativo entre um
corpo duro e uma superfície mais mole do
material
Mecanismos básicos
abrasão – Pode ser classificado como um sistema tribológico
de dois corpos e três corpos.
um abrasivo desliza ao
longo de uma superfície
um abrasivo desliza entre
uma superfície e outra
Mecanismos básicos
abrasão -
desgaste mais encontrado na indústria, contribuindo com
50% em relação ao desgaste total existente.
desgaste adesivo é o segundo predominante - 15% do
problema de desgaste industrial.
35% - desgaste causado por erosão, atrito, e corrosão.
Micromocanismos de desgaste abrasivo
formas de remoção de material e degradação microestrutural
da superfície desgastada
Dependendo das propriedades dos materiais em
contato e das condições de trabalho, o corpo
mais duro pode ser fraturado e a superfície mais
mole pode ser trincada e/ou deformada e o
material será removido da superfície, resultando
perda de volume.
Micromocanismos de desgaste abrasivo
microssulcamento - ação de partícula abrasiva deformando
plasticamente a superfície de um material (ou fase) dúctil, formando um
sulco em seu trajeto
Micromocanismos de desgaste abrasivo
microcorte - formação de pequenos cavacos quando as tensões de
cisalhamento, impostas pelo deslocamento da partícula abrasiva sobre a
superfície, são suficientemente elevadas para a ruptura do material dúctil
Micromocanismos de desgaste abrasivo
microtrincamento - processo de fragmentação da superfície frágil,
pela formação de crescimento de trincas, devido à ação da partícula
abrasiva
A proporção de microssulcamento para
microcorte
depende do ângulo de ataque (α
α) das partículas
abrasivas
quando α > αc resulta no
destacamento do material por
microcorte.
αc (ângulo crítico)
função
do
material
depositado e condições
de teste
descreve a transição
entre microssulcamento e
microcorte
razão
de
microssulcamento
para
microcorte como uma função da razão do
ângulo de ataque para o ângulo de
ataque crítico
Abrasão
Processos de usinagem e retificação
Classificação de desgaste por abrasão
Classificação para o desgaste abrasivo, de acordo com a
severidade das tensões envolvidas
abrasão por riscamento ou baixas tensões - a superfície
desgastada é riscada pelo material abrasivo que, ao penetrar na
superfície, promove a remoção de material.
Classificação de desgaste por abrasão
Classificação para o desgaste abrasivo, de acordo com a
severidade das tensões envolvidas
abrasão por goivagem ou sulcamento - envolve remoção da
superfície pela ação de materiais abrasivos geralmente com dimensões
grosseiras - condições de altas tensões e envolvendo impacto.
Classificação de desgaste por abrasão
Classificação para o desgaste abrasivo, de acordo com a
severidade das tensões envolvidas
abrasão por moagem ou altas tensões - ocorre em
equipamentos onde o material abrasivo é forçado a passar entre duas
superfícies tensionadas
Mecanismos básicos - EROSÃO
Perda progressiva de material original de uma
superfície sólida devido a interação mecânica
entre uma superfície e um fluido, ou um fluido
multicomponente, ou partículas sólidas.
Desgaste ocorre entre corpos sólidos pela ação do
deslizamento ou do impacto de sólidos, líquidos,
gases ou, ainda, pela combinação destes.
Mecanismos básicos - EROSÃO
A erosão ocorre quando partículas ou ondas de choque
mecânico entram em contato com um objeto metálico velocidade alta se comparada com a abrasão.
Mecanismos básicos - EROSÃO
Existem três formas de desgaste erosivo segundo a ASTM
G40-77:
Erosão por cavitação
Erosão por partículas sólidas
Erosão por partículas (gotas) líquidas
Mecanismos básicos - EROSÃO
Cavitação
Erosão
Mecanismos básicos - ADESÃO
A alta pressão local entre as asperezas
em
contato resulta em deformação
plástica, adesão e conseqüentemente a
formação de junções localizadas. O
deslizamento
relativo
entre
as
superfícies em contato causa ruptura
destas
junções
e
freqüentemente
transfere material de uma superfície
para outra.
Mecanismo de adesão
Mecanismos básicos - ADESÃO
A adesão pode também ser identificada pelos termos
riscos de atrito, descamação e emperramento.
É necessário estimar o real contato que
ocorre entre duas superfícies
A quantidade de desgaste depende de
inúmeros fatores:
•
carga aplicada,
•
velocidade,
•
temperatura,
•
área real de contato e
•
limpeza da superfície em atrito.
Mecanismos básicos – FADIGA DE SUPERFÍCIE
Desgaste de uma superfície decorrente do
contato por rolamento entre a superfície e outra
superfície.
Formação de trincas e
esfoliação de material,
causados por carregamentos
alternados repetidos.
Mecanismos básicos – FADIGA DE SUPERFÍCIE
cilindros de apoio - laminadores
Mecanismos básicos – FRETTING
Trata-se de uma forma de dano de superfície que
ocorre quando essas (carregadas uma contra a
outra) são submetidas a um escorregamento
oscilatório de pequena amplitude.
Mecanismos básicos – FRETTING
O movimento relativo entre as superfícies de
contato pode ser devido a cargas cíclicas ou a
inevitáveis vibrações dentro de um sistema
tribológico.
Mecanismo de remoção de
metal:
adesão - predominante
corrosão,
abrasão.
Mecanismos básicos – REAÇÃO TRIBOQUÍMICA
Partículas de desgaste
geradas por interações
químicas entre os elementos
de um tribossistema iniciado
por ação tribológica.
O atrito entre duas superfícies
ocorre em presença de
substâncias líquidas ou
gasosas - reações químicas e
os produtos formados
desprendem-se.
Mecanismos básicos – REAÇÃO TRIBOQUÍMICA
Nova superfície é exposta
novamente às substâncias e o
processo se repete.
grau de desgaste corrosivo depende do potencial elétrico
entre os materiais envolvidos.
Materiais Metálicos
O acabamento superficial dos metais mais polidos não é
completamente liso. Sempre existem asperezas e depressões
microscópicas.
Adesivo
Abrasivo e,
Erosivo.
Outros: desgaste por fadiga superficial, desgaste por cavitaçãoerosão e desgaste por fretagem.
prática
os
vários
tipos
de
desgaste
ocorrem
simultaneamente e é difícil separar os efeitos de um ou de
outro.
Principais fatores que influenciam o desgaste
Variáveis metalúrgicas - dureza, tenacidade,
composição, microestrutura.
Variáveis de serviço - materiais de contato,
pressão, velocidade,
temperatura, acabamento
superficial
Outros fatores - lubrificação, corrosão, etc.
Reduzindo o desgaste
Lubrificação
Regimes de lubrificação
Reduzindo o desgaste
Tratamento superficial - inserção de elementos de liga
superficialmente, tratamentos térmicos, revestimentos
superficiais.
Reduzindo o desgaste
Revestimentos superficiais.
Técnicas
deposição por chama,
eletrodeposição,
deposição por plasma,
PVD, CVD
Deposição por plasma de filme de diamante em faca.
Materiais - carbonetos, nitretos, boretos, óxidos,
cromo eletrodepositado.
Materiais Cerâmicos
comportamento das cerâmicas é determinado pela força
de ligação
fortes ligações atômicas covalentes e iônicas. Essas
ligações
são
influenciadas
por
várias
propriedades
superficiais e volumétricas.
propriedades superficiais - os estados eletrônicos da
superfície, espécies iônicas presentes na superfície, química dos
elementos em contato e a natureza dos contaminantes presentes
na superfície.
propriedades volumétricas - estrutura cristalina, energia de
coesão e a presença ou ausência de defeitos.
Materiais Cerâmicos
De modo geral as cerâmicas são muito resistentes ao
desgaste , haja visto que as durezas desses materiais são
as que mais se aproximam da dureza do diamante, que é o
material mais resistente ao desgaste conhecido.
Por esse motivo é que são construídas ferramentas de
usinagem, de conformação plástica , e de polimento e
acabamento superficial, para os metais , de materiais
cerâmicos
Materiais Poliméricos e Compósitos
Os
polímeros
e
compósitos
de
matriz
polimérica
resistentes ao desgaste tem substituído rotineiramente os
metais em mancais, buchas,
engrenagens e outros
componentes que deslizam.
De modo geral os polímeros apresentam tanto desgaste
adesivo como abrasivo.
Resistência ao desgaste de polímeros
fatores indicativos de resistência ao desgaste
coeficiente de atrito
taxa de desgaste (perda volumétrica/ tempo)
taxa PV (pressão-velocidade)
polímeros auto-lubrificantes - poli-tetra-flúor-etileno (PTFE teflon), polietileno de ultra alto peso molecular, acetais, os nylons,
os poliimidas, entre outros.
outros lubrificantes internos – grafite, disulfito de molibidênio e
silicone
Resistência ao desgaste de polímeros
alta resistência ao desgaste – combinação de aditivos
lubrificantes e fibras
vidro,
carbono
e
fibras
aramidas
são
usualmente
adicionadas como reforço aumentando o desempenho
quanto ao desgaste.
melhorar a resistência ao desgaste – adição de aditivos. Por
exemplo,
adicionando-se
20%
(p/p)
de
PTFE
(teflon)
policarbonato, seu coeficiente de atrito diminui drasticamente.
no
Resistência relativa a abrasão de resinas de engenharia
POLIETILENO DE ULTRA-ALTO PESO MOLECULAR
(PEUAPM) apontado como a resina de engenharia que
apresenta a maior resistência a abrasão e ao impacto.
Aplicações:
Defensas marítimas, engrenagens, perfis, peças com aplicação
cirúrgica, revestimentos, bombas, gaxetas, mancais, etc