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

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

2 Desgaste Onde o desgaste está presente? PROF. DENILSON VIANA 2

3 Aspectos econômicos do desgaste: o Custos de reposição o Custos de depreciação de equipamentos o Perdas de produção o Perda de competitividade o Perda de eficiência em um equipamento o Perdas envolvendo a perda de oportunidades de negócios PROF. DENILSON VIANA 3

4 Definição: o É uma mudança cumulativa e indesejável em dimensões motivada pela remoção gradual de partículas discretas de superfícies em contato e com movimento relativo, devido, predominantemente, a ações mecânicas. PROF. DENILSON VIANA 4

5 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 PROF. DENILSON VIANA 5

6 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. PROF. DENILSON VIANA 6

7 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 desgaste severo. PROF. DENILSON VIANA 7

8 DESGASTE LEVE o Resulta em superfícies extremamente suaves, geralmente mais suaves do que a original. o Produz partículas extremamente pequenas, na ordem de 0,01 mm de diâmetro o Alta resistência elétrica de contato, pouco contato o metálico real. DESGASTE SEVERO o 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 de o contatos metálicos. PROF. DENILSON VIANA 8

9 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). PROF. DENILSON VIANA 9

10 O fenômeno do desgaste por adesão pode ser melhor compreendido se for considerado que toda superfície real, não importa quão cuidadosamente tenha sido preparada e polida, apresenta uma ondulação sobre a qual é superposta uma distribuição de protuberâncias ou asperezas. PROF. DENILSON VIANA 10

11 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. PROF. DENILSON VIANA 11

12 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. PROF. DENILSON VIANA 12

13 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. PROF. DENILSON VIANA 13

14 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 Dureza o Acabamento das superfícies o Contaminantes PROF. DENILSON VIANA 14

15 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; PROF. DENILSON VIANA 15

16 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; PROF. DENILSON VIANA 16

17 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. PROF. DENILSON VIANA 17

18 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. PROF. DENILSON VIANA 18

19 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. PROF. DENILSON VIANA 19

20 Processo de desgaste abrasivo de dois corpos Superfície dura e rugosa Superfície mole Deslizamento Processo de desgaste abrasivo de três corpos Deslizamento Partículas duras PROF. DENILSON VIANA 20

21 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. PROF. DENILSON VIANA 21

22 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. PROF. DENILSON VIANA 22

23 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 PROF. DENILSON VIANA 23

24 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. PROF. DENILSON VIANA 24

25 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. PROF. DENILSON VIANA 25

26 Carboneto de boro (2750 kgf/mm²) e diamante (8000 kgf/mm²) embora sejam extremamente duros são caros. PROF. DENILSON VIANA 26

27 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 PROF. DENILSON VIANA 27

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29 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. PROF. DENILSON VIANA 29

30 Outro problema causado pelo fluxo de calor é o aparecimento de tensões residuais na superfície, resultado da expansão volumétrica decorrentes da transformação martensítica. PROF. DENILSON VIANA 30

31 Desgaste por Fadiga Superficial É causada por tensões cíclicas que podem levar a uma falha por fadiga 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. PROF. DENILSON VIANA 31

32 Características As partículas que são removidas tendem a ser grandes, A forma mais característica de uma cavidade formada pelo processo é de um leque PROF. DENILSON VIANA 32

33 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 PROF. DENILSON VIANA 33