O Resumo Desgaste

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Tribologia de Elementos de Máquinas

Exercício desgaste 2

Aluno: Vinícius Gomes de Sousa Duarte Matrícula: 20230000911

Sem se preocupar com as formalidades, de maneira geral, temos uma ideia intuitiva do que se trata o desgaste. E como as ideias são carregadas das nossas experiências pessoais, para quem é mais positivo, ou familiarizado com os processos de fabricação mecânica, o desgaste pode ser entendido como um processo necessário para a formação de novos produtos. Já do ponto de vista tribológico, o desgaste é um fenômeno destrutivo do material que deve ser reduzido, seja por lubrificação, seja por tolerâncias mais apertadas, ou mesmo pela seleção de outros materiais, etc.

Considerando que esse é um fenômeno que envolve várias possibilidades, e, portanto, imprevisível, não há leis de desgaste tão bem estabelecidas quanto as leis de atrito. Dessa forma, para se ter um entendimento pouco além da nossa intuição, faz-se necessário descrever cada mecanismo de desgaste de forma isolada através de modelos que possibilitem o desenvolvimento de leis simplificadas. As formas de desgaste são as seguintes:

• Desgaste adesivo;

• Desgaste abrasivo;

• Desgaste por fadiga;

• Desgaste corrosivo;

• Fretting;

• Erosão.

Desgaste adesivo

Se nos lembrarmos dos efeitos do trabalho plástico e do crescimento de junções no modelo clássico para o atrito, veremos que esse modelo também nos leva naturalmente a uma lei quantitativa do desgaste adesivo. Vimos que as asperezas das superfícies se juntam numa área real de contato que se deforma plasticamente quando uma carga normal ultrapassa o limite de escoamento do material causando uma aderência. Na ausência de filmes lubrificantes, combinando a carga normal com um deslizamento posterior, a força tangencial pode aumentar indiscriminadamente até que Ar = Aa. Esse crescimento de junções continua e material é transferido progressivamente da superfície mais mole e aderido na superfície oposta até crescer o suficiente para ser removido formando partículas soltas de desgaste.

Vamos seguir a abordagem de Archard, cujo modelo se baseia em três observações:

1. O volume de material desgastado é proporcional a distância de deslizamento;
2. O volume de material desgastado é proporcional ao carregamento;
3. O volume de material desgastado é inversamente proporcional ao limite de escoamento, ou a dureza, do material mais mole.

Portanto, a Equação de Archard é:

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Onde, k é a fração de arranque do material.

Essa equação assume que todas as junções possuem a mesma resistência ao cisalhamento p0  e que o contato é feito por asperezas similares.

Materiais geralmente obedecem a primeira ‘lei’ na maior parte das condições. A segunda lei também é válida sob um limite de carregamento (toda a superfície se torna plástica). A terceira ‘lei’ é comprovada experimentalmente, mas outras propriedades do material também são importantes na determinação das taxas de desgaste.

Rowe modificou a equação acima e incluiu o efeito de filmes interfaciais.

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Agora essa equação relaciona tanto as propriedades do lubrificante β quanto as propriedades dos metais de deslizamento km.

Desgaste abrasivo

Geralmente uma distinção é feita nessa forma de desgaste: desgaste a abrasivo a dois corpos e desgaste abrasivo a três corpos. No primeiro exemplo, uma superfície rugosa e dura desliza contra uma superfície mais macia. No segundo caso, a abrasão é causada por partículas duras soltas deslizando entre as superfícies. Essas partículas podem ser produzidas por outros mecanismos de desgaste, como as partículas do metal duro advindas do desgaste adesivo e/ou os produtos do desgaste corrosivo descritos a seguir. Entretanto, Cattaneo e Starkman sugerem que a maior causa de desgaste abrasivo é devido a falta de precaução contra a entrada de poeira e sujeira da atmosfera.

Como para o mecanismo de desgaste adesivo consideramos a força de adesão originada pelas forças atrativas entre as asperezas das superfícies, é intuitivo assumir que para o desgaste abrasivo iremos utilizar um indentador cônico como no caso da componente de deformação e, portanto, encontramos:

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Esse é um resultado interessante, mas não surpreendente, uma vez que sem pretensão alguma, concluímos de forma natural que essa equação tem a mesma forma que a equação de desgaste adesivo e, portanto, as três ‘leis’ formuladas a partir dela se aplicam igualmente bem para o desgaste abrasivo.

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Mais uma vez nos baseamos em algumas hipóteses simplificadoras, e não consideramos parâmetros como a forma das asperezas, a dureza e a deformação elástica. Entretanto, todas essas condições são embutidas em um fator de incerteza k. Isso se torna aparente quando escrevemos a equação na forma:

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Por exemplo, no caso de partículas abrasivas soltas, i.e., desgaste abrasivo a três corpos, o k é menor, uma vez que essas partículas tendem a rolar a deslizar.

A influência da forma é tal que partículas mais afiadas geram taxas de desgaste bem maiores, mas suas angularidades podem variar a medida que o desgaste devido a abrasão avança, podendo arredondar as asperezas ou partículas duras, reduzindo assim a taxa de desgaste.

Como de se esperar, muitos pesquisadores confirmaram que a dureza é o parâmetro mais importante para o desgaste abrasivo. Em contato entre metais, o desgaste abrasivo deve ser baixo quando as durezas são iguais. No entanto, se um material abrasivo não metálico estiver em contato com um metal, o desgaste abrasivo é consideravelmente grande até que Hm/Ha>>1. Para metais H=3p0, para não metais essa equivalência pode variar de H=1,2p0 até H=1,3p0. Assim, a diferença entre as tensões de escoamento é o motivo pelo qual o desgaste abrasivo é mais pronunciado para Hm/Ha até 2,5.