Desgaste e os seus mecanismos - Engenheiro de Materiais

Segundo Raymond Bayer, autor do livro “Mechanical Wear Fundamentals and Testing, Revised and Expanded”, desgaste é um dano progressivo a uma superfície causado pelo movimento relativo com outra substância. Um ponto importante é que desgaste não é limitado a perca de material de uma superfície, um exemplo seria a mudanca na geometria e dimensoes de um objeto, resultantes de uma deformacão plástica.

Junto com a fadiga e com a corrosão, o desgaste é um dos três fatores que limitam a vida útil e performance de um componente ou sistema de engenharia.

Existem várias classificações diferentes para o desgaste na indústria e no cotidiano, como:

Desgaste severo e moderado
Desgaste por deslizamento, por rolamento e por impacto

Para entender como resolver o problema de desgaste de um material/componente, é essencial saber quais são os mecanismos que existem e como eles funcionam. Alguns dos mecanismos são citados abaixo.

Mecanismos de desgaste

Abrasão

Mecanismo mais encontrado na indústria e ele pode ocorrer em duas situações, com dois ou três corpos.

Mecanismos de abrasão de dois e três corpos. Fonte

O desgaste abrasivo com três corpos envolve partículas externas com alta dureza, que se encontra entre duas superfícies. Essas partículas podem ser asperezas de usinagem de uma das superfícies, fragmentos metálicos encruados e também podem ter origem no produto de processamento de minérios, como sílica e alumina.

O desgaste com dois corpos ocorre com o contato entre dois metais quando as asperezas de uma das superfícies danifica a outra superfície. Esse tipo de abrasão provavelmente sempre existirá, pois é impossível remover completamente essas asperezas, entretanto processos de polimento dos metais podem reduzi-las.

Pistas de mancais e rolamentos sofrem desgaste devido a partículas abrasivas de areia ou cavaco. Fonte

Formas de reduzir o desgaste por abrasão são:

Avaliar se a peça está com lubrificação adequada
Selecionar um material adequado
Tratar a superfície do material, por exemplo com tratamentos térmicos ou revestimentos (como carbeto de tungstênio e de cromo).

Erosão

Ocorre quando partículas, carregadas por um fluído em movimento, rolam contra a superfície. Assim, essas partículas promovem a remocão de partículas da superfície. Então quando milhares de partículas são retiradas, ocorre um dano significativo. O próprio fluido também pode gerar a erosão e não apenas as partículas em seu meio.

Um exemplo onde esse tipo de desgaste ocorre é nas pás de hélices e em ventiladores, nas partes submetidas a pressão positiva.

Erosão em hélices. Fonte

Adesão

Como já falado, as superfícies sao totalmente planas, mesmo com o melhor polimento disponível, elas continuarao contendo irregularidades. Assim, quando as superfícies entram em contato, o que realmente está em contato será os picos da rugosidade delas, como na imagem abaixo. Dessa forma, gera deformação plástica e uma adesão intermetálica pode ocorrer, devido ao calor gerado pelo atrito entre os componentes. Muitos dos metais possuem essa tendência de adesão.

Mecanismo de desgaste adesivo. Fonte

Formas de reduzir o desgaste adesivo:

Aprimorar propriedades mecânicas do material.
Selecionar material adequado ou alterar a natureza química das superfícies.

Oxidação

A oxidação é considerada um desgaste moderado e ocorre quando o metal abaixo da camada de óxido da superfície possui baixa dureza ou está sob ação de uma alta carga de contato, ocorrendo deformação plástica. As asperidades da superfície com maior dureza irá penetrar através da camada de óxido, ocasionando atrito entre duas superfícies metálicas, que dependendo do sistema e do material pode ser abrasao ou desgaste adesivo.

Fadiga

O desgaste por fadiga, segundo a ASTM E1823-13 “é o processo de mudança localizada, permanente e progressiva na estrutura, que ocorre no material sujeito a flutuações de tensões e deformações que pode culminar em trincas ou completa fratura depois de um número suficiente de flutuações”.

Ou seja, nos mecanismos de adesão e abrasão não são necessários ciclos repetidos de contato entre as superfícies para gerar as partículas abrasivas. Em outros casos, existe um certo número de ciclos e o desgaste gerado depois desses ciclos é chamado de desgaste por fadiga.

Desgaste por fadiga. Fonte: Akagaki, T. and Kato, K. (1987), Plastic flow process of surface layers in flow wear under boundary lubricated conditions, Wear, 117, 179-196.

Fretting

Desgaste ocorre em acoplamento estacionário entre duas peças em movimento relativo causado por uma vibracão ou outro fator. Pode ser identificado pela aparência corroída da superfície, presença de ferrugem e pela aspereza da superfície.