Comportamento, em abrasão, da superfície de desgaste

A avaliação do comportamento em abrasão da base dos martelos fabricados segundo proposta deste trabalho, foi feita por meio de diferentes testes de desgaste: microdesgaste, utilizando tribômetro de deslocamento linear recíproco, para avaliação do desgaste em microescala; e macro desgaste, por meio de tribômetro de roda de borracha.

Os martelos produzidos foram ainda submetidos a condições normais de trabalho, para avaliação de seu desempenho em campo.

3.4.6.1 Microdesgaste

Testes de abrasão em microescala foram feitos na região da superfície de desgaste visando observar principalmente o comportamento da matriz metálica situada entre grânulos do reforço; este comportamento pode contribuir para o desgaste total sofrido pelo material compósito. Foi para tanto empregado tribômetro de abrasão por esfera, do tipo de deslocamento linear recíproco, gentilmente cedido pelo Laboratório de Tribologia do Institut Supérieur de Mécanique de Paris.

Este tipo de teste abrasivo é comumente utilizado para determinar o comportamento de materiais como cerâmicos, metais e outros materiais de elevada resistência ao desgaste. O teste utiliza uma esfera de zircônia submetida a movimento relativo sobre uma superfície plana do material a ser testado, com deslizamento oscilante de ida e volta determinado em um ciclo periódico, e em uma linha de curta distância. Após um determinado número de ciclos, é

calculado o volume de material extraído da superfície de contato entre esfera e material, por meio de medidas da cratera formada.

Pode ser ou não empregada lubrificação das superfícies.

Resumo do procedimento para testes de microabrasão pela técnica de deslocamento linear recíproco:

• O teste envolve duas partes, uma superfície plana e uma esfera de zircônia, a qual desliza contra a superfície plana. As duas partes se movem uma contra a outra de modo linear, oscilando para frente e para traz, em condições pré-determinadas.

• Uma carga é aplicada verticalmente para baixo contra a superfície a ser testada. O valor da carga aplicada, o comprimento do curso, a frequência e tipo de oscilação, temperatura, lubrificação (se houver), duração do teste e condições atmosféricas (incluindo umidade relativa) são pré-selecionados para os experimentos.

• A força de atrito é medida durante o teste e pode ser usada para mudar as condições de contato e o coeficiente de atrito em função do tempo.

A Figura 3.7 apresenta foto do tribômetro empregado e um esquema ilustrativo do teste de desgaste linear recíproco. Os testes foram feitos na base dos martelos produzidos, mais especificamente na superfície de desgaste, e também no corpo. Foram selecionados os produtos dos tipos GF500 e GM500.

Para cada localização (superfície ou corpo) de cada produto, foram feitos ensaios em duas distintas regiões. Foram empregados dois diferentes tempos de ensaio, ou número de ciclos (100.000 e 150.000 ciclos), totalizando 10 ensaios, conforme mostra o diagrama da Figura 3.8.

Os testes foram executados seguindo a norma ASTM G133-05 (2010). Os parâmetros empregados nos testes são apresentados na Tabela 3.2. Não foi empregado nenhum tipo de lubrificante. Todos os parâmetros empregados foram mantidos constantes em todos os testes, exceto o número de ciclos, e, portanto, o tempo de ensaio.

Após ensaiadas, as superfícies desgastadas foram analisadas com auxílio de perfilômetro e microscopia eletrônica de varredura. Foram obtidas imagens topográficas nas quais foram medidas as dimensões das zonas danificadas e calculado o volume do material perdido durante o ensaio. Foi utilizado perfilômetro marca HOMMELWERKE T8000, gentilmente cedido pelo Laboratório de Tribologia do Institut Supérieur de Mécanique de

Paris. Para tratamentos de imagens e obtenção de dados foi utilizado software Hommel Map Expert 3.0 (Moutains).

Figura 3.7: (a) Tribômetro empregado para testes de microabrasão do tipo deslizamento linear recíproco; (b) esquema ilustrativo do teste (norma ASTM G133-05, 2010).

Tabela 3.2: Parâmetros empregados nos ensaios de microabrasão dos produtos obtidos.

Parâmetros de ensaio Especificações

Carga aplicada 1,9 N

Frequência 15 Hz

Número de ciclos (tempo de ensaio) 100.000 (110 min) e 150.000 (165 min)

Distancia total percorrida (m) Depende do material

Tipo de contato Esfera sobre plano

Diâmetro da esfera 2 mm

F (normal à

superfície de teste)

mov. oscilação esfera de Zircônia

material a ser testado

curso (ida e volta = 1 ciclo) (a)

Figura 3.8: Diagrama indicando o esquema de testes de microabrasão efetuados nos produtos obtidos.

3.4.6.2 Macrodesgaste

Os produtos obtidos foram também submetidos a ensaios de desgaste em escala macroscópica, empregando tribômetro de roda de borracha em meio abrasivo (areia seca).

Foi selecionados para teste o martelo do tipo GM 500. Os testes foram executados no Laboratório de Fenômenos de Superfície, Departamento de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, segundo procedimentos estabelecidos pela norma ASTM G65, 1994.

Foram submetidas a contato com a roda de borracha, amostras retiradas das superfícies de desgaste dos martelos (superfície inferior da base dos martelos). Corpos de prova retangulares de dimensões 25,0 x 75,0 e 12,5 mm de altura foram empregados.

A Figura 3.9 apresenta o equipamento empregado e um esquema representativo do teste de abrasão por roda de borracha em meio abrasivo.

Para efeito comparativo do comportamento em abrasão dos materiais produzidos, foi também submetido a teste, sob as mesmas condições, amostra de um material de alta dureza, o aço ferramenta AISI H13 temperado e revenido. Os materiais testados, tanto os compósitos (bases dos martelos e aço H13), foram previamente caracterizados quanto à dureza e

Esquema de testes de microabrasão

100mil 150mil 100mil 150mil 100mil 150mil

GM500 GF500 Matriz 100mil (a) 100mil (b) 150mil (b) 150mil (a) 100mil (b) 100mil (a) 150mil (b) 150mil (a)

microestrutura. A avaliação do comportamento de ambos os materiais foi feita pelo cálculo das perdas de massa e volume.

Foram também analisadas as superfícies de desgaste após teste de abrasão, para observação do mecanismo de desgaste predominante em cada caso.

Figura 3.9: (a) Tribômetro empregado para testes de abrasão com roda de borracha; (b) esquema ilustrativo do teste (norma ASTM G65, 1994).