Análise dos perfis de rugosidade

A Tabela 5 apresenta os valores médios dos parâmetros de rugosidade para cada condição de ensaio, considerando 20 medições para cada período.

Tabela 5 - Valores médios dos parâmetros de rugosidade da superfície do cilindro do motor estudado. Superfície usinada Superfície com 12h Superfície com 62h Ra (µm) 0,5 ± 0,1 0,5 ± 0,1 0,2 ± 0,1 Rq (µm) 0,8 ± 0,1 0,7 ± 0,1 0,4 ± 0,1 Rp (µm) 1,4 ± 0,1 0,7 ± 0,1 0,4 ± 0,1 Rt (µm) 11 ± 8 8 ± 2 8 ± 3 Rp/Rt (µm/µm) 0,12 0,09 0,06 RPc (picos/mm) 10 ± 2 5 ± 1 0,5 ± 0,4 Rsk (µm) -5 ± 5 -3 ± 1 -13 ± 11 Rku (µm) 12 ± 7 18 ± 11 63 ± 48,5

Rvo(mm3/mm2) 9,54 e-6 4,94 e-7 3,41 e-6

Os resultados dos parâmetros médios Ra e Rq, que apresentam valores similares para a superfície usinada e após 12h de ensaio, mostram a limitação que os mesmos possuem para expressar a realidade de uma superfície em alguns casos. Isto pode ser evidenciado com a observação dos perfis de rugosidade, apresentados nas Figuras 4.1 e 4.2.

Figura 4.1 - Exemplo de perfil de rugosidade para superfície nova após processo de brunimento.

Figura 4.2 - Exemplo de perfil de rugosidade da superfície após etapa de ensaio correspondente a 12 horas de ciclo.

A observação das Figuras 4.1 e 4.2 permitem verificar que ambas são de fato diferentes, embora os parâmetros médios de rugosidade sejam semelhantes. Observa-se uma redução na densidade de picos (RPc) após 12 h de ensaio, bem como uma redução clara na altura média dos picos (Rp) e um relativo aumento na profundidade dos vales.

A Tabela 5 também apresenta valores para o parâmetro que indica a variação total da altura do perfil de rugosidade (Rt). A combinação entre o Rp e Rt pode ser considerada como um dos parâmetros mais importantes para avaliar a evolução do desgaste da superfície, identificado como o coeficiente de vazio Rp/Rt (PAWLUS, 1997). O coeficiente de vazio apresenta valor médio de 0,12 para superfície brunida, foi reduzido para 0,09 após 12 horas e para 0,06 com 62 horas de ensaio. Portanto,

Eixo do deslocamento 4mm

a superfície inicialmente rugosa e com menor área de contato sofre um desgaste maior nas primeiras horas de funcionamento, tendendo a reduzir este valor à medida em que o desgaste modifica a superfície, reduzindo o coeficiente de vazio. O desgaste inicial acontece rapidamente, porém sua velocidade diminui com o aumento da área de contato (BLAU, 2005).

O parâmetro RPc, que representa a quantidade de picos contida do perfil extraído da superfície, apresentou uma redução de iniciais de 10 picos/mm para 5 e 0,5 picos/mm para as superfícies desgastadas. O contato entre duas superfícies novas, ou seja, recém fabricadas, ocorre somente nos picos das irregularidades mais elevadas e, portanto, a área de contato é muito pequena. Se estas superfícies estão sujeitas ao amaciamento com a aplicação de carga, as irregularidades passam a sofrer um desgaste gradativo e a área de contato aumenta (BLAU, 2005). Esta variação está também de acordo com PAWLUS (1997), que afirmou que a ação de alisamento da superfície é mais significativa do que a ação de criação de novas irregularidades, portando a densidade de picos deve diminuir à medida que o desgaste ocorre.

Como conclusão parcial, pode-se afirmar que tanto o coeficiente de vazio quanto a densidade de picos podem ser relacionadas ao desgaste da superfície e conseqüentemente as modificações das características durante a fase de amaciamento. Geralmente é durante a fase de amaciamento que ocorrem as modificações mais importantes para a vida útil dos componentes (PAWLUS, 1997).

Uma outra forma de entender as mudanças das características das superfícies do cilindro e a evolução da fase de amaciamento é avaliar os parâmetros estatísticos, conhecidos como skewness (Rsk) e kurtosis (Rku), que são melhor entendidos se analisados pelos histogramas da Figura 4.3.

a) b) Altura do perfil Altura do perfil % de área da superfície % de área da superfície Continua

Figura 4.3 - Exemplos da representação da curva de Abott-Firestone sobre o histograma da porcentagem de área distribuída na altura do perfil, a) superfície nova,

b) superfície com 12 horas de ensaio e c) superfície com 62 horas de ensaio.

Com base no critério já descrito no capítulo 2, os valores negativos de skeuness, representam características de superfície com presença de grandes vales, considerando o entendimento da análise direta do parâmetro não apresenta diferença entre as superfícies. Entretanto, o acompanhamento dos histogramas e a análise dos parâmetros já citados anteriormente é possível observar a modificação na distribuição de área sobre o perfil.

A observação dos histogramas mostra que a distribuição das alturas estava mais homogênea na superfície simplesmente brunida. Com o decorre dos ensaios, esta distribuição ficou cada vez mais concentrada, próxima da região de contato. Apesar de considerar que o critério para entendimento da superfície para o parâmetro Rsk é diretamente a modificação da inclinação da distribuição normal para o lado negativo ou positivo dependendo da distribuição da área de contato, o histograma apresenta a maior concentração da área na região de contato entre as superfícies.

Na medida em que o desgaste ocorre, o valor do Rsk torna-se mais negativo e a uma parcela importante da área real de contato passa a ser o contato entre as superfícies como pode ser evidenciado na Figura 4.3 através do aumento do valor

c) Altura do perfil

de contato, para aproximadamente 47% na superfície 4.3 c). Portanto, o parâmetro Rsk é uma ferramenta com potencial de avaliação das mudanças do perfil na fase inicial de seu desgaste.

A ação de concentração da área por norma e interpretada a partir do critério de que o valor de Rku superior a 3 e característica de superfícies que concentram a parcela mais representativa da área em uma determinada altura do perfil. A pequena diferença entre as duas fases iniciais encontra suporte nas afirmações de TOMANIK (2000) e SRIVASTAVA et al (2007), que consideram a existência de formação de “debris” metálicos na interface do sistema tribológico. As partículas atuam na formação de novas irregularidades, reduzindo a ação de alisamento da superfície. Esta afirmação pode ainda ser reforçada com os resultados dos parâmetros Ra e Rp. A grande diferença observada entre 12 e 62 horas pode ser entendida como a redução da formação de grandes partículas, bem como deve ser considerado a troca de todo o volume de lubrificante do motor, entre cada etapa de ensaio, que continha as partículas metálicas inicialmente removidas. Segundo MUMMERY (1990), valores negativos para o parâmetro Rsk e superiores a 3 para o parâmetro Rku, critérios estes exemplificados no capítulo 2, são características de superfícies do tipo platafórmica ou com presença de platôs, e os perfis passam a apresentar somente a existência de grandes vales. Portanto, o parâmetro Rku da mesma forma que o Rsk, comprova a característica de uma superfície brunida e consequentemente as análises até então descritas para tal condição.

O parâmetro Rvo representa o volume de retenção de óleo, ou seja, a capacidade da superfície em manter o filme lubrificante, e seus valores estão indicados na tabela 5 (página 43). A variação do valor de 9,54x10-6 mm3/mm2 para 4,94x10-7 mm3/mm2 após 12 horas de ensaio reforça o discutido até então sobre a dificuldade de avaliar a fase de amaciamento, devido à quebra dos maiores picos de rugosidade e a interação de partículas na superfície, representando a transição e a instabilidade da evolução das características. Este parâmetro está ligado diretamente ao consumo de óleo do motor e evidenciado na prática, ou seja, à medida em que um motor de combustão interna inicia seu amaciamento, o consumo de óleo diminui, mantendo-se o mesmo por um longo tempo de vida útil. A superfície com 62 horas passou a recuperar esta característica importante com valor logicamente menor que o inicial, porém próximo ao valor inicial. Este parâmetro

reforça a ação de grande desgaste na fase de amaciamento, contudo deve ser utilizado em correlação aos demais parâmetros, visando o entendimento dos fenômenos da superfície.

Considerando que as interações entre a superfície do cilindro e a superfície dos anéis é da ordem de alguns micrometros as modificações dos parâmetros durante as primeiras horas de funcionamento do motor são de difícil compreensão e evidenciam a ação de desgaste da superfície inerentes ao amaciamento. Entretanto a evolução dos processos produtivos para obtenção das superfícies, e neste caso o desenvolvimento do brunimento, torna-se cada vez mais difícil a análise da fase de amaciamento.