Desgaste na Conformação

Dentro da Tribologia o desgaste é um dos principais focos de estudo, devido principalmente as variações dimensionais que o mesmo pode gerar, e o efeito cascata disso logo após, sendo um deles o financeiro (11, 12).

A Organização para Cooperação Econômica e Desenvolvimento (OECD – Organisation

for Economic Co-operation and Development) da ONU, define o desgaste como sendo um

dano progressivo que envolve a perda de material, perda a qual ocorre na superfície de um componente como resultado de um movimento relativo a um componente adjacente (8). De formar geral o desgaste pode ser definido como uma mudança cumulativa e indesejada em

uma geometria, devido à remoção gradual de pequenas partículas de material da superfície em contato e com movimento relativo, devido principalmente a ações mecânicas (8, 9).

Os custos envolvidos pelo estudo da tribologia, sempre foram destacados por Jost (11, 12) desde 1966 quando o termo Tribologia ganhou notoriedade, principalmente em importante artigo escrito por ele em 1990 (Tribology – origin and future.), quando relatou dados de recursos desperdiçados devido a negligencia, falta de informação e pesquisa em relação à tribologia. O mesmo, com bom humor cita, que se Newton tive escorregado em uma casca de banana, e analisado este fenômeno, ao invés de analisar a maça que havia caído sobre usa cabeça, 300 anos de desperdícios haviam sido evitados Em seu estudo apresentado em 1966, estimou que naquele ano a Inglaterra teria um custo (desperdício) equivalente á 515 milhões de Libras (10, 11).

Nas das máquinas e equipamentos, o desgaste compromete o perfeito funcionamento dos mesmos, gerando erros nas atividades executadas por elas, gerando descarte de peças ou necessidade de refazer as operações, também da necessidade de interromper o funcionamento das máquina e equipamentos para substituição dos componentes desgastados, e em casos mais extremos a máquina ou equipamento deve ser substituído por completo, todos estes problemas geram problemas de improdutividade e custos elevados (8, 9, 11, 12).

O desgaste é um processo complexo que resulta de processos independentes ou conjuntos, tradicionalmente podem-se destacar quatro principais subcategorias de desgaste: por adesão, por abrasão, por corrosão, e por fadiga superficial, na Figura 23 verificam-se os quatro modos de desgaste, com uma ilustração que mostra a diferença entre ambos. Em seguida este principais princípios de desgastes são caracterizados (8, 9, 10, 13, 14):

Figura 23 – Desenhos representativos dos quatro modos de desgaste.

- Desgaste Adesivo: Nos materiais metálicos, ocorre devido á fenômenos físicos e

mecânicos que ocorrem sucessivamente. Devido às elevadas pressões que os picos de aspereza (microscópicos) sofrem, somada a elevação da temperatura neste ponto, ocorre um caldeamento (Solda a frio) nestas pequenas junções. Para que o movimento relativo continue ocorrendo essas soldas devem ser rompidas, e então, ocorre um severo dano a superfície. Este rompimento pode ocorre na interface original, o que não vem a ser um grande problema, mas pode ocorrer e uma interface diferente (2, 8, 9).

A força normal (_) ou tensão normal (σ_), gerada nos pontos de contato (picos de asperezas) A_, pode produzir o encruamento do material, gerado pela deformação plástica, e gerar uma solda na fase solida (solda fria), tornando esta região, mais resistente que a deformação plástica suportada pela partícula em outro ponto próximo á ela. Na Figura 24 percebe-se como este fenômeno ocorre, sendo que o cisalhamento da partícula possivelmente venha a ocorrer, em uma área A_, diferente da área onde ocorreu a soldagem da partícula (2).

Figura 24 – Desenho representativo dos pontos de contato e adesão.

Fonte: Helman (1993)

Com o rompimento da partícula, ocorre à transferência da mesma de um ponto da superfície para outro, caracterizando o desgaste por adesão (8, 9).

Na figura 25 observa-se esse tipo de desgaste ocorrendo nas seguintes etapas: - Superfícies em contato, soldadas a frio;

- Ruptura na interface sem transferência de partículas;

- Ruptura logo abaixo da junção de interface, com consequente transferência de partículas.

As partículas removidas podem se deslocar e/ou permanecer unida á outra superfície com escorregamentos posteriores. Se este tipo de desgaste se elevar, uma transferência elevada de metal pode levar ao fenômeno de Raspagem. Se a raspagem se tornar muito severa pode levar á outro fenômeno chamado engripamento, de modo que o movimento relativo pare de ocorrer pelo “travamento” entre as duas superfícies (8, 9).

Figura 25 – Desenhos representativos da ocorrência da adesão e ruptura de partículas.

Fonte: Stoeterau (2004)

- Desgaste Abrasivo: A compreensão do desgaste abrasivo pode ser mais bem

compreendida quando associado á processos empregados na indústria, é do uso de ferramentas como limas, lixas, rebolos, e operações de polimento e lapidação, estas ferramentas e processos usam o conceito da abrasão para remover material (8, 9).

O desgaste abrasivo é uma forma de desgaste que ocorre quando uma superfície rugosa e dura se desloca sobre uma superfície de material mole, neste deslocamento as asperezas da superfície mais dura risca a superfície mais mole e remover partículas da mesma, estas partículas geralmente ficam soltas e se deslocam pelas duas superfícies, podendo sofrer adesão em outro pondo da superfície mais mole (8, 9). Outra forma de desgaste abrasivo pode ocorrer quando uma partícula dura de material é introduzida entre duas superfícies mais moles, esta partícula poderá aderir temporariamente em um ponto da superfície, removendo partículas da superfície contraria, e se deslocando para outra posição ou superfície e riscando e removendo partículas de material em ambas as superfícies (8, 9).

O desgaste abrasivo envolvendo uma superfície dura e rugosa com outra mole é conhecida como desgaste abrasivo de dois corpos, este tipo de desgaste pode ser mostrado na Figura 26. Este tipo de desgaste pode ler eliminado ou minimizado se a superfície mais dura for lisa (menor rugosidade possível) (2, 8, 9).

Figura 26 – Desenho representativo de superfície abrasiva antes e depois do desgaste, e superfície abrasiva com partículas aderidas na superfície.

Fonte: Stoeterau (2004)

O desgaste abrasivo envolvendo um grão duro e abrasivo, e duas outras superfícies moles, é conhecido como desgaste abrasivo de três corpos, este tipo de desgaste pode ser mostrado na Figura 27, este tipo de desgaste pode ler eliminado ou minimizado se as partículas duras forem muito pequenas ou de dureza inferior ao material das superfícies (8, 9). Este tipo de desgaste pode ser eliminado ou minimizado, se a superfície mais dura tiver sua rugosidade minimizada, e se ambas as superfícies estiverem isentas de partículas duras. Contudo fragmentos provenientes de outros processos de desgaste podem ser endurecidos por oxidação e darem inicio ao processo de desgaste por abrasão (8, 9).

Figura 27 – Desenho representativo de um grão abrasivo entre duas superfícies.

- Desgaste por Fadiga: É um tipo de desgaste particular que não ocorre em superfícies

deslizantes e sim, em superfícies em contato com rolamento. As tensões de contanto geram logo abaixo da superfície tensões de cisalhamento, as quais variam de Zero a um valor máximo e volta a Zero, e isso ocorre de forma cíclica a cada momento que o ponto sobre esta tensão, levando a uma falha por fadiga do material (8, 9). Esta falha pode se transformar em uma trinca que pode se propagar até a superfície, vindo a desprender uma partícula de material e formando uma cavidade na superfície, na Figura 28 possível verificar uma representação de uma cavidade gerada pelo desprendimento de uma partícula causada pelo desgaste por fadiga (8, 9).

Figura 28 – Representação da cavidade gerada pelo desprendimento de material por Fadiga.

Fonte: Stoeterau (2004)

O tamanho das partículas geradas por este tipo de desgaste são maiores (ordem de grandeza de 100m), enquanto as partículas geradas pelo desgaste por adesão são bem menores (ordem de grandeza de 30 m). Este tipo de desgaste ocorre em máquinas e componentes que envolvam mancais de rolamento, dentes de engrenagens, cames e superfícies em rolamento (8, 9).

- Desgaste corrosivo (Tribo químico): Ocorre em meios corrosivos, líquidos e

gasosos, de forma pratica, ocorre quando a superfície deslizante interage quimicamente com o meio, e forma um produto a partir desta reação e este é raspado da superfície. Para exemplificar pode-se usar como exemplo uma superfície nua de metal, que é exposta á um meio onde pode reagir, como um ambiente que contenha oxigênio, neste exemplo ocorre primeiramente o ataque corrosivo na superfície, similar a um processo comum de corrosão (8, 9). Na sequencia ocorre a raspagem deste produto da corrosão, deixando a superfície novamente expostas para que ocorra a corrosão novamente, além disso, simultaneamente ocorre o processo de adesão e abrasão, principalmente por abrasão, quando as partículas

provenientes da corrosão forem duras, estas interagem entre as superfícies de forma similar ao processo de desgaste abrasivo de três corpos (8, 9).