Download - Os Tipos De Desgaste
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Objetivos
Os principais tipos de desgaste
Abordagem sistêmica – variáveis que afetam
Atrito a seco
Fretting
02 – Os tipos de desgaste
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Desgaste!
Desgaste é o dano de uma superfície sólida, envolvendo geralmente perda progressiva de material, que se deve ao movimento relativo entre a superfície e outra superfície de contato ou em relação a uma substância.
Esta definição não exclui os fenômenos de dano de superfície sem remoção de massa como, por exemplo, os fenômenos de desgaste acompanhados de oxidação ou aqueles nos quais as partículas de desgaste ficam aderidas á superfície sólida ou ainda aqueles nos quais há apenas deformação da superfície.
02 – Os tipos de desgaste
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02 – Os tipos de desgaste
Desgaste por partículas durasAbrasão (Abrasion – Abrasive wear)Erosão (Erosion)
Erosão por cavitação (Cavitation erosion)
Desgaste por deslizamento Desgaste por deslizamento (Sliding wear)Fretting (Fretting wear)Fadiga de contato (Contatct fatigue, rolling contact
fatigue, rolling contact wear) Hutchings 1992
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Abrasão: “ a perda de massa resultante d interação entre partículas ou asperezas duras que são forçadas contra uma superfície, o longo da qual se movem” (ASTM G40-01)
02 – Os tipos de desgaste
Exemplo: Escrita - Pedra Rosetta.
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Erosão: “ Perda progressiva de material original de uma superfície sólida devido a interação mecânica entre a superfície e, o fluido, um fluido multicomponente, líquido incidente ou partículas sólidas” ASM Metals Handbook vol 18. p 8.
02 – Os tipos de desgaste
Exemplo: Fluido multicomponente.
Exemplo: Partícula sólida
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Cavitação: “ Perda progressiva de material original de uma devido a exposição contínua á cavitação” ASM Metals Handbook vol 18. p 5.
02 – Os tipos de desgaste
Exemplo: Cavitação em camisas
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Fretting (wear): “ Fenômeno de desgaste quie ocorre entre duas superfícies que tem movimento oscilatório” ASM Metals Handbook vol 18. p 9.
02 – Os tipos de desgaste
Exemplo: PMMA X 304.
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Fadiga de contato ou desgaste por rolamento: “ Desgaste de uma superfície sólida decorrente do contato por rolamento entre a supefície e outra superfície ou superfícies sólidas” ASM Metals Handbook vol 18. p 16.
02 – Os tipos de desgaste
Exemplo: Cilindro de apoio
+
F
+
F
+Contato não conforme
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Desgaste por deslizamento: “As expressões desgaste por deslizamento ou desgaste adesivo se referem ao tipo de desgaste gerado pelo escorregamento de um a superfícies sólida ao longo de outra superfície” ASM Metals Handbook vol 18. p 236
02 – Os tipos de desgaste
Exemplo: Escrita - Caligrafia.
Erosão, cavitação, abrasão, fretting, desgaste oxidativo e fadiga por rolamento são usualmente excluídas da classe “sliding wear”...!
A seco
Lubrificado
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Tribossistema
Variáveis Operacionais {X}MovimentoForçaVelocidadeTemperaturaTempo (Distância)
Estrutura do SistemaS ={A,P,R}A = ElementosP = PropriedadesR = Relações
Fronteira do
Sistema
Saídas Úteis {Y}MovimentoInformaçãoEnergiaMateriais
Saídas – Perdas {Z}Energia de atritopotenciacalorruídovibraçãoDesgaste
Meio Ambiente
Corpo
Contracorpo
Meio Interfacial
(CZICHOS, 1980)
02 – Os tipos de desgaste
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Exemplo Variáveis que afetam o desgaste num sistema tribológico 1/2
Variáveis Operacionais {X}Força de laminaçãoVelocidade relativa barra/cilindroTemperatura da chapaTemperatura do cilindroTempo (Distância) de contato
Estrutura do Sistema {S}A = ElementosCorpo (cilindro)Contra corpo (barra)CarepaÓxido do cilindroÁgua/óleoAr/GasesP = PropriedadesDurezasRigidezViscosidadeR = RelaçõesDureza do óxido cilidro/dureza carepa
Saídas – Perdas {Z}Energia de atritoPotencia Calor RuídoVibraçãoDesgasteMudança geometria produto
Saídas Úteis {Y}MovimentoEnergiaMateriaisGeometria do produto
Óxido do
cilindro
Carepa
+F
Velocidade relativa na interface
Temperatura na interface
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+
F
+
F
F
+
F
+
Contato Conforme
Contato Não Conforme
Variáveis que afetam o desgaste num sistema tribológico – Tipo de contato 2/2
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Tribossistema – Escalas 1/2
Tribossistema 2
Tribossistema 1
Refrigeração
Cilindro de apoio
Cilindro de trabalho
Produto laminado
Óxido do
cilindro
Carepa
+
F
Velocidade relativa na interface
Temperatura na interface
+
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Óxido do
cilindro
Carepa
+F
Velocidade relativa na interface
Temperatura na interface
HH
O
Aditivo
Aditivo H H
OH H
OÁgua
Tribossistema – Escalas 2/2
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Tribossistema – Interação entre sistemas tribológicos
STr1 - Injeção
STr3 Combustão
STr4 Anel Camisa
STr5 Acionamento
ST
r2 Adm
i-E
xaust.
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Designa-se por atrito (1) a força tangencia á interface comum entre dois corpos quando, sobre a ação de uma força externa, um dos corpos se move ou tende a se mover relativamente á superfície do outro
Coeficiente de atrito (2) é a relação adimensional entre a força de atrito entre dois corpos e a força normal que comprime estes corpos.
02 – Os tipos de desgaste
Atrito
µ = (Força Tangencial)/(Força Normal)
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Atrito
Atrito (3) designar energia dissipada na interface entre corpos em movimento ou com tendência a movimento.
Atrito (4) descrever fenômenos responsáveis pela força de atrito ou pela energia de atrito
Atrito (5) nomear movimento relativo entre superfícies.
Estudiosos devem sempre procurar identificar quais dos cinco significados está sendo utilizado em cada contexto.
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Atrito (a Seco)As 2 ou 3 ou 5 “Leis” do Atrito
Da Vinci - 14951) A força de atrito é proporcional á força normal2) O coeficiente de atrito independe da área aparente de contato
Amontons – 16991,2)Confirma as duas de forma independente3a) O coeficiente de atrito depende dos materiais
Coulomb (1785)3b) O coeficiente de atrito independe da velocidade (nem sempre!)
Confirma 3a e as vezes recebe o crédito!
Greenwood Willamson (1968)A área real de contato aumenta com o aumento da força aplicada.
Justificando 1 e 2. Sinatora e Tanaka
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Atrito (Lubrificado)
As 2 ou 3 ou 5 “Leis” do AtritoNewton - 1687
A) Depende da viscosidade do fluído (filem espesso)
Languimuir (Bowden & Tabor) Siesman (1920 - 1950)B) Depende da natureza do lubrificante e dos corpos (limitrofe)
O Coeficiente de atrito depende do sistema tribológico
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Atrito
Regra: O coeficiente de atrito estático é maior do que o cinemático
Estático x cinemático (dinâmico)
Forç
a T
ange
ncia
l (T
)
Força Normal (N)
T =
F
Tmax = µstatN
Tmax = µc(d)N
Exemplos: Materiais µstat µc(d) µc(d)/ µstat Aço x aço (óleo) 0,15 0,08 ~0,5Aço x aço (estearato de calcio) 0,113 0,117 ~ 1Aço x aço (bissulfeto de Mo) 0,053 0,050 ~ 1Diamante x Diamante 0,1 0,1 ~ 1
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Atrito - EstáticoExemplo 1: Fixação
atrito
Tipos de fixação indicando regiões nas quais o controle do atrito(cinemático e estático) é importante. Esquema de forças na região da rosca.
Muniz 2007
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Atrito - Estático Exemplo 1: Fixação
Fixação de biela: Corpo e CapaDetalhe mostrando região de contato
Muniz 2007
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Atrito - Estático Exemplos: Fixação
Coeficiente de atrito global (K + G) para aperto de 25 peças com 40kN.Coeficiente de atrito global (K + G) para aperto de 5 peças com F >> 40kN < Esc.O coeficiente de atrito depende....
Muniz 2007
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Atrito - Estático Exemplos: Fixação
O coeficiente de atrito depende....da deformação, da formação de trincas, da energia de adesão entre as partes.
Muniz 2007
Cabeça não ensaiada
Cabeça ensaiada
O coeficiente de atrito depende da deformação plástica e da adesão. (Bowden e Tabor)
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Atrito - Estático Exemplo: Conformação – compressão de anéis em prensa
Anel, sua superfície e corte transversal antes do ensaio.
Leite, M.V.
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Atrito - Estático Exemplo: Conformação – compressão de anéis em prensa
Corte transversal e superfície de uma ferramenta previamente polida após um ensaio.
Notar no corte região central superior e com deformação á medida em que se observa regiões mais próximas da borda. Na superfície polida notar que os riscos de usinagem do anel ficaram impressos na ferramente indicando que nesta região não houve escorregamento contra a ferramenta. (Atrito estático)
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Atrito - Estático Controle do atrito estático
CAUSA ESTRATÉGIASPossíveis causas e estratégias
Química (adesão)formação de ligações entre as superfícies
Mecânicapenetração de asperezas duras em um contra-corpo de menor dureza
CompatibilidadeLubrificaçãoRugosidadeVibraçãoTemperatura
DurezaRugosidade do corpo de maior HRevestimentosPressão de contato
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AtritoExemplo de medida: Conformação – compressão de anéis em prensa. Efeito da rugosidade
Este tipo de medida não separa os componentes do atrito
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Atrito – Cinemático (Dinâmico)
[Atrito(v)]Roçamento de pele
Bolhas
Lubrificação
Diminuir força de atrito interpondo entre as partes sólidas uma camada de liquido
= Ft(força tangencial)
Fn(força normal)
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Atrito – Cinemático (Dinâmico)
Teorias de atrito (para metais)- intertravamento de asperezas µ = 0- adesão e deformação plástica µ = µ
ad + µ
def
WW~ AH
Área Atensão de cisalhamento sF
ad= As
µad
= (As)/(AH)
µad
= s/H ~ 0,2
Filme - exemplo
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Atrito – Cinemático (Dinâmico)deformação plástica
Área lateral projetada ax
Fdef
=AH=Hax = a tanα
Área vertical projetada A = πa2/2W= AH = 1/2Hπx2tan2α
µdef = (Fdef
)/(W) µdef = cotα ~ 0,1
Cone largura 2a
Profundidade xα
µ = µad
+ µdef
µ = 0,2 + 0,1 = 0,3!!!
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Atrito – Cinemático (Dinâmico)
Crescimento de junção
Admitindo crescimento de aspereza controlado por deformação plástica Usando critério de Tresca no início da deformação
Paplicada2 + 4 tensão de cisalhamento2 = resistência do material2
P12 + 4 τ2 = Po2 e Po =2τ0
[P1=W/A; τ = FT/A ; limitando o crescimento da área por uma resistência de um filme F
max=τiAmax
]
µ = (Fmax
)/(W) = 2 [( τ0 /τi )2 -1]1/2
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Atrito – Cinemático (Dinâmico)
Crescimento de junção – efeito de um filme lubrificante
Admitindo que o cisalhamento será regido pelo filme Ft = τiA
Admitindo que a força normal será contrabalançada pela dureza do material W = Apo
μ = F/W = τi / Po
µ = 2[( τ0 /τi )2 -1]1/2
As duas expressões se equivalem para resistências de filme muito pequenas. Ou adesão muito baixa ou presença de lubrificante.
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Atrito – Cinemático (Dinâmico)
Dinâmica molecular
Ni
Au
Adesão
Filme
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Transferência de material e micro-ranhuras observadas Pino de Cu contra disco de Cu-40 % Ni. W = 0,59 N V= 0,5 mm/s -Rigney
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Partícula transferida de cobre puro com aparência laminar
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Simulação de usinagem de Cu
Atrito – Cinemático (Dinâmico)
Deformação
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FFBAC após desgaste abrasivo
Atrito – Cinemático (Dinâmico)
A camada encruada
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W = 67 N, L = 12 m, V = 0,05 m/s
Seta - posição da interface e a
direção do deslizamento.
T - camada transferida;
B - Cu - estrutura de células de discordâncias
MET - seção longitudinal ao longo da pista de desgaste
Bloco Cu x (anel inoxídável martensítico AISI 440 C
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FFBAC após desgaste abrasivo
Atrito – Cinemático (Dinâmico)
O filme interfacial
Quando o abrasivo não se fragmenta o coeficiente de atrito depende do tamanho do abrasivo. Quando se fragmenta, forma filme interfacial, não depende.
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Atrito – Cinemático (Dinâmico)Atrito de metais no vácuoAtrito de metais no ar
O filme de óxido tem importância extrema μ = τóxido / Pmetal
Fe-Fe
Cu-Cu
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Atrito – Cinemático (Dinâmico)
Efeito da temperatura média e efeito da velocidade
3.16 3.17 pg 42
O filme de óxido tem importância extrema μ = τóxido / Pmetal
O filme fluído controla o coeficiente de atrito
Inox x Ni
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Atrito – Cinemático (Dinâmico)
Exercício
Um peso de 60 toneladas-força é deslocado empregando-se um trenó de madeira que desliza sobre tábuas de madeira lubrificadas com óleo. ( μ= 0,16). Quantos homens são necessários para puxar o trenó sabendo-se que cada um aplica uma força tangencial média de 60”kgf”?
47Wear vol. 1 1957/58 p 157-159
Atrito – Cinemático (Dinâmico)
Exercício - Resposta
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HUTCHINGS, I. M.
GERINGER, J.,FOREST, B. COMBRADE, P. Wear analysis of materials used as orthopaedic implants. Wear, 261, 971,979,2006
MUNIZ, J. M. Fenômenos tribológicos intrínsicos ao travamento de juntas de engenharia aparafusadas. Dissertação de Mestrado. 2007. PPGEM.
LEITE, M.V., SINATORA, A. Aplicability of the ring compression test for friction coefficiente evaluation in metal forming textured tools. IFM, Santander. 2008.
SINATORA, A. ; TANAKA, Deniol Katsuki . As leis de atrito: da Vinci, Amontons ou Coulomb?. Revista ABCM Engenharia, p. 31 - 34, out. 2007
Referências02 – Os tipos de desgaste