O que é Desgaste – Definição

Em geral, veste é um dano superficial induzido mecanicamente que resulta na remoção progressiva de material devido ao movimento relativo entre essa superfície e uma substância ou substâncias em contato. Uma substância em contato pode consistir em outra superfície, um fluido ou partículas duras e abrasivas contidas em alguma forma de fluido ou suspensão, como um lubrificante, por exemplo. Assim como acontece com o atrito, a presença de desgaste pode ser boa ou ruim. O desgaste produtivo e controlado pode ser encontrado em processos como usinagem, corte, retificação e polimento. No entanto, na maioria das aplicações tecnológicas, a ocorrência de desgaste é altamente indesejável e é um problema extremamente caro, pois leva à deterioração ou mesmo à falha de componentes. Em termos de segurança, muitas vezes não é tão grave (ou tão repentina) quanto a fratura. Isso porque o desgaste costuma ser antecipado.

Certas características do material, como dureza, tipo de carboneto e porcentagem de volume, podem ter um impacto decisivo na resistência ao desgaste de um material em uma determinada aplicação. O desgaste, como a corrosão, tem vários tipos e subtipos, é previsível até certo ponto e é bastante difícil de testar e avaliar de forma confiável no laboratório ou em serviço.

Tribologia

A tribologia  é a ciência interdisciplinar da interação de superfícies em movimento relativo. A tribologia inclui o estudo e a aplicação dos princípios de fricção, lubrificação e desgaste sob carga aplicada. A operação eficiente e o desempenho robusto desses componentes da máquina são altamente dependentes da tribologia. Controlar o atrito ajuda a reduzir a perda de energia e melhorar a eficiência e a vida útil das máquinas. O desgaste do material de uma superfície pode levar a danos graves e falha do componente e/ou da máquina. A abordagem mais comum para reduzir o atrito e minimizar o desgaste e falhas catastróficas dos componentes da máquina ou da própria máquina é por meio de uma seleção adequada de materiais e lubrificantes. Na maioria dos componentes da máquina, os lubrificantes são usados ​​para reduzir o atrito e evitar o desgaste.

Dureza da Superfície e Resistência ao Desgaste

A dureza é importante do ponto de vista da engenharia porque a resistência ao desgaste por fricção ou erosão por vapor, óleo e água geralmente aumenta com a dureza. Se a dureza do material for maior que a do material abrasivo, ocorrerá menor taxa de desgaste.

O endurecimento da caixa ou endurecimento da superfície é o processo no qual a dureza da superfície (caixa) de um objeto é aprimorada, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente. Após esse processo, a dureza da superfície, a resistência ao desgaste e a vida útil à fadiga são aprimoradas. Isso é realizado por vários processos, como um processo de carburação ou nitretação, pelo qual um componente é exposto a uma atmosfera carbonácea ou nitrogenada em temperatura elevada. Como foi escrito, duas características principais do material são influenciadas:

• Dureza e resistência ao desgaste são significativamente melhoradas. Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de resistir à indentação da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. A dureza é provavelmente a propriedade do material menos definida porque pode indicar resistência a arranhões, resistência à abrasão, resistência à indentação ou mesmo resistência à modelagem ou deformação plástica localizada. A dureza é importante do ponto de vista da engenharia porque a resistência ao desgaste por fricção ou erosão por vapor, óleo e água geralmente aumenta com a dureza.
• A tenacidade não é influenciada negativamente. Tenacidade é a capacidade de um material de absorver energia e deformar plasticamente sem fraturar. Uma definição de tenacidade (para alta taxa de deformação, tenacidade à fratura) é que é uma propriedade indicativa da resistência de um material à fratura quando uma trinca (ou outro defeito de concentração de tensão) está presente.

Para ferro ou aço com baixo teor de carbono, que tem baixa ou nenhuma temperabilidade própria, o processo de endurecimento envolve a infusão de carbono ou nitrogênio adicional na camada superficial. O endurecimento da caixa é útil em peças como um came ou engrenagem de anel que deve ter uma superfície muito dura para resistir ao desgaste, juntamente com um interior resistente para resistir ao impacto que ocorre durante a operação. Além disso, o endurecimento superficial do aço tem uma vantagem sobre o endurecimento direto (isto é, o endurecimento uniforme do metal em toda a peça), porque os aços de baixo e médio carbono, menos caros, podem ser endurecidos superficialmente sem os problemas de distorção e rachaduras associados ao endurecimento. através do endurecimento de seções espessas. Uma camada de superfície externa rica em carbono ou nitrogênio (ou caso) é introduzido por difusão atômica da fase gasosa. A caixa tem normalmente cerca de 1 mm de profundidade e é mais dura do que o núcleo interno do material.

Coeficiente de Desgaste

O desgaste pode ser quantificado (correlacionado) por meio da taxa de desgaste, definida como a massa ou volume de material removido por unidade de distância de deslizamento. Geralmente é expresso em termos de coeficiente de desgaste adimensional (K) ou como taxa de desgaste específica (volume de desgaste por unidade de carga normal aplicada por unidade de distância de deslizamento) em (mm³ *Nm^-1).

A equação de desgaste mais comumente usada para a condição de deslizamento-laminação a seco é a equação de desgaste de Archard. O volume de desgaste (V), para distância unitária de deslizamento (S) é igual ao coeficiente de desgaste adimensional (K) multiplicado pela carga aplicada (Fn) dividido pela dureza do material desgastado.

Tipos de desgaste

O desgaste é comumente classificado de acordo com os chamados tipos de desgaste, que ocorrem isoladamente ou em interação complexa. Mecanismos de desgaste e/ou submecanismos frequentemente se sobrepõem e ocorrem de maneira sinérgica, produzindo uma taxa de desgaste maior do que a soma dos mecanismos de desgaste individuais. Os tipos de desgaste mais comuns são:

• Desgaste abrasivo
• Desgaste adesivo
• Fadiga de superfície
• desgaste desgastante
• Desgaste erosivo
• Corrosão e desgaste por oxidação

Outros tipos de desgaste menos comuns são:

• Desgaste por impacto
• Desgaste por cavitação
• desgaste difusivo

Desgaste abrasivo

O desgaste abrasivo é definido como a perda de material devido a partículas duras ou protuberâncias duras que são forçadas e se movem ao longo de uma superfície sólida. Ocorre quando uma superfície dura e áspera desliza sobre uma superfície mais macia. Este mecanismo é algumas vezes referido como desgaste por retificação. O material mais duro pode ser uma das superfícies de atrito ou partículas duras que encontraram seu caminho entre as superfícies de contato. Estas podem ser partículas “estranhas” ou partículas resultantes do desgaste por adesivo ou delaminação. A abrasão envolve principalmente processos de corte e aração em microescala. A maneira como uma aspereza desliza sobre uma superfície determina a natureza e a intensidade do desgaste abrasivo. Existem dois modos básicos de desgaste abrasivo:

• Desgaste abrasivo de dois corpos. O desgaste de dois corpos ocorre quando os grãos ou partículas duras removem o material da superfície oposta. A analogia comum é a do material sendo removido ou deslocado por uma operação de corte ou aração.
• Desgaste abrasivo de três corpos. O desgaste de três corpos ocorre quando as partículas não são restritas e estão livres para rolar e deslizar sobre uma superfície. O ambiente de contato determina se o desgaste é classificado como aberto ou fechado. Um ambiente de contato aberto ocorre quando as superfícies são suficientemente deslocadas para serem independentes umas das outras.

Existem várias estratégias diferentes para mitigar o desgaste abrasivo, mas a regra geral para a seleção de materiais é: quanto mais duro, melhor. Materiais que contêm uma porcentagem relativamente grande de carbonetos de liga duros e resistentes ao desgaste, como aços para ferramentas selecionados e aços rápidos.

Desgaste adesivo

O desgaste adesivo é originado pela união de asperezas ou pontos altos microscópicos (rugosidade superficial) entre dois materiais deslizantes. Quando um pico de uma superfície entra em contato com um pico de outra superfície, pode ocorrer uma microssoldagem instantânea devido ao calor gerado pelo atrito resultante. Isso resulta em desprendimento ou transferência de material de uma superfície para outra. Para que ocorra o desgaste adesivo é necessário que as superfícies estejam em íntimo contato umas com as outras. Isso pode causar deslocamento indesejado e fixação de detritos de desgaste e compostos de material de uma superfície para outra. Desgaste adesivo pode levar a um aumento da rugosidade e à criação de saliências (ou seja, protuberâncias) acima da superfície original. Superfícies que são mantidas separadas por películas lubrificantes, películas de óxido, etc. reduzem a tendência de ocorrência de adesão. Em algumas aplicações de engenharia, as superfícies deslizam no ar ou sem lubrificante e o desgaste resultante é denominado deslizamento seco.

O desgaste adesivo depende dos materiais envolvidos, do grau de lubrificação fornecido e do ambiente. A lubrificação adequada permite uma operação suave e contínua dos elementos da máquina, reduz a taxa de desgaste e evita tensões excessivas ou engripamentos nos rolamentos. Quando a lubrificação falha, os componentes podem se esfregar de forma destrutiva uns contra os outros, causando calor, solda local, danos destrutivos e falhas. Por exemplo, aços inoxidáveis ​​austeníticos (por exemplo, AISI 304) deslizando contra si mesmos têm grande probabilidade de transferir material e escoriações, resultando em graves danos à superfície. Outros materiais que são propensos ao desgaste adesivo incluem titânio, níquel e zircônio. Por outro lado, bronze de alumínio encontrou crescente reconhecimento para uma ampla variedade de aplicações que requerem resistência ao desgaste mecânico. Sua resistência ao desgaste é baseada na transferência do metal mais macio (bronze de alumínio) para o metal mais duro (aço) e na formação de uma fina camada de metal mais macio no metal mais duro.

Por exemplo, a principal função do óleo do motor é reduzir o atrito e o desgaste das partes móveis (para reduzir o desgaste adesivo) e limpar o motor do lodo, enquanto um filtro é projetado para remover contaminantes e partículas abrasivas do óleo do motor.

Desgaste por erosão

O desgaste por erosão é um processo de remoção progressiva de material de uma superfície alvo devido a impactos repetidos de partículas sólidas. As partículas suspensas no fluxo da mistura sólido-líquido erodem as passagens molhadas limitando a vida útil dos equipamentos utilizados no sistema de transporte de polpa. Cada partícula corta ou fratura uma pequena quantidade de material (referido como lascas de desgaste ) da superfície. Se isso for repetido por um longo período de tempo, pode ocorrer uma quantidade significativa de perda de material.

O desgaste erosivo é comum em bombas e impulsores, ventiladores, linhas de vapor e bocais, no interior de curvas fechadas em tubos e tubulações. Portanto, é um mecanismo amplamente encontrado na indústria e na engenharia de energia. Devido à natureza do processo de transporte, os sistemas de tubulação são propensos a desgaste quando partículas abrasivas precisam ser transportadas.

O desgaste por erosão é causado pela energia cinética transferida para a superfície alvo pela colisão de partículas sólidas. A taxa de desgaste erosivo depende de vários fatores. As características materiais das partículas, como sua forma, dureza, velocidade de impacto e ângulo de impacto são fatores primários junto com as propriedades da superfície que está sendo erodida. A perda de material do material alvo é maior para maior energia cinética da partícula incidente. Portanto, a velocidade de impacto afeta amplamente o desgaste por erosão do material alvo. O ângulo de impacto é um dos fatores mais importantes e amplamente reconhecido na literatura. Curvas ou dobras acentuadas tendem a produzir mais erosão do que curvas suaves.

O desgaste por erosão pode ser classificado em três categorias:

• Erosão de partículas sólidas. A erosão de partículas sólidas é a perda de volume de material do material alvo devido ao impacto contínuo de partículas sólidas presentes no fluido que flui.
• Erosão por impacto líquido. O impacto contínuo do jato de líquido na superfície do material causa erosão por impacto do líquido.
• Erosão por cavitações. Quando o vapor ou gás em um líquido forma cavidades ou bolhas que causam desgaste.

Em geral, a resistência ao desgaste erosivo pode ser melhorada pelo aumento da dureza da superfície, por materiais adequados e design adequado do produto. Algumas etapas específicas que podem ser tomadas para alterar as condições de fluxo incluem: reduzir a velocidade do fluido, eliminar a turbulência nos desalinhamentos e evitar curvas acentuadas.

Erosão – Corrosão

A erosão também pode ocorrer em combinação com outras formas de degradação, como a corrosão. Isso é conhecido como erosão-corrosão. A corrosão por erosão é um processo de degradação do material devido ao efeito combinado de corrosão e desgaste. Quase todos os meios corrosivos fluidos ou turbulentos podem causar corrosão por erosão. O mecanismo pode ser descrito da seguinte forma:

• erosão mecânica do material, ou camada protetora (ou passiva) de óxido em sua superfície,
• corrosão aumentada do material, se a taxa de corrosão do material depender da espessura da camada de óxido.

O desgaste é um processo mecânico de degradação do material que ocorre em superfícies de fricção ou impacto, enquanto a corrosão envolve reações químicas ou eletroquímicas do material. A corrosão pode acelerar o desgaste e o desgaste pode acelerar a corrosão.

Desgaste

O desgaste por atrito é um processo especial de desgaste que ocorre na área de contato entre dois materiais sob carga e sujeitos a um movimento relativo minúsculo por vibração ou alguma outra força. O desgaste por atrito é semelhante ao desgaste adesivo nessa microssoldagem ocorre em superfícies de contato. No desgaste adesivo, no entanto, os metais de revestimento deslizam um sobre o outro, enquanto no desgaste por atrito as interfaces metal-metal são essencialmente estacionárias. A amplitude do movimento de deslizamento relativo é frequentemente da ordem de micrômetros a milímetros. Como o desgaste por atrito é essencialmente um fenômeno estacionário, os detritos são retidos nos locais onde foram formados originalmente ou próximos a eles. Esses detritos geralmente consistem em óxidos dos metais em contato. Como os detritos oxidados geralmente são muito mais duros do que as superfícies de onde vieram, eles geralmente atuam como um agente abrasivo que aumenta a taxa de atrito. O desgaste por atrito ocorre normalmente em rolamentos, embora a maioria dos rolamentos tenha suas superfícies endurecidas para resistir ao problema.

 A mitigação da preocupação é baseada nas seguintes medidas:

• Reduza ou elimine a vibração. A maneira fundamental de evitar o atrito é projetar para nenhum movimento relativo das superfícies no contato
• Uso de um material elastomérico para evitar o contato de metal com metal.
• Lubrificação. O problema aqui é que, como a junta é essencialmente estacionária, o lubrificante líquido não pode fluir pela interface.

Desgaste de Detritos – Desgaste da grade para a haste

Em usinas nucleares, o revestimento de combustível é a camada externa das varetas de combustível, posicionada entre o refrigerante do reator e o combustível nuclear (ou seja, pastilhas de combustível). É feito de um material resistente à corrosão com seção transversal de baixa absorção para nêutrons térmicos (~ 0,18 × 10^–24 cm²), geralmente liga de zircônio. O revestimento evita que os produtos da fissão radioativa escapem da matriz de combustível para o refrigerante do reator e o contaminem. Nas primeiras datas das operações PWR e BWR, o desgaste era um dos principais mecanismos de falha desse revestimento de combustível. Tem normalmente duas variantes.

• Preocupação com detritos. A fricção de detritos pode ser causada por qualquer detrito (material estranho – geralmente metálico) que pode entrar no feixe de combustível e que tem o potencial de se alojar entre a grade do espaçador e uma vareta de combustível. O desgaste por atrito do revestimento de combustível pode resultar na penetração do revestimento.
• Fretting grade-para-haste. O atrito grade-a-haste surge da vibração do elemento combustível gerada pela alta velocidade do refrigerante através da grade de espaçamento. As grades espaçadoras são soldadas nos tubos guia e garantem, por meio de molas e reentrâncias, o suporte da vareta combustível e o espaçamento. A alta velocidade do refrigerante pode fazer com que a haste esfregue contra a parte da grade do espaçador que a segura. Este tipo de desgaste do revestimento pode ser minimizado pelo projeto adequado da grade de espaçamento. O jateamento defletor geralmente é agrupado sob o desgaste grade-a-haste.

Veja também: AIEA, Revisão de falhas de combustível em reatores refrigerados a água. Nº NF-T-2.1. ISBN 978–92–0–102610–1, Viena, 2010.

Fadiga de Superfície – Desgaste por Fadiga

Na ciência dos materiais, a fadiga é o enfraquecimento de um material causado por carregamento cíclico que resulta em danos estruturais progressivos, quebradiços e localizados. A fadiga superficial, ou desgaste por fadiga, é a trinca e subseqüente corrosão de superfícies submetidas a tensões alternadas durante o contato de rolagem ou as tensões de rolagem e deslizamento combinados. O desgaste por fadiga é produzido quando as partículas de desgaste são destacadas pelo crescimento cíclico de microfissuras na superfície. Essas microfissuras são trincas superficiais ou trincas subsuperficiais. Os repetidos ciclos de carregamento e descarregamento a que os materiais são expostos podem induzir a formação de trincas subsuperficiais ou superficiais, que eventualmente, após um número crítico de ciclos, resultarão no rompimento da superfície com a formação de grandes fragmentos, deixando grandes pites na superfície. Uma vez iniciada a trinca, cada ciclo de carregamento aumentará a trinca em uma pequena quantidade, mesmo quando repetidas tensões alternadas ou cíclicas são de uma intensidade consideravelmente abaixo da resistência normal. As tensões podem ser devidas a vibração ou ciclagem térmica. As fadigas subsuperficiais e superficiais são observadas durante rolamentos e deslizamentos repetidos, respectivamente.

Desgaste corrosivo e oxidativo

O desgaste corrosivo é um processo de degradação do material devido ao efeito combinado de corrosão e desgaste. É definido como o processo de desgaste no qual o deslizamento ocorre em um ambiente corrosivo. Na ausência de deslizamento, os produtos da corrosão (p. , para que mais corrosão possa continuar. O desgaste por oxidação é uma das formas mais comuns de desgaste corrosivo, porque um ambiente rico em oxigênio é um ambiente típico em que esse processo de desgaste ocorre. O desgaste corrosivo requer corrosão e fricção. A corrosão química ocorre em um ambiente altamente corrosivo e em ambientes de alta temperatura e alta umidade.

Erosão – Corrosão

A erosão também pode ocorrer em combinação com outras formas de degradação, como a corrosão. Isso é conhecido como erosão-corrosão. A corrosão por erosão é um processo de degradação do material devido ao efeito combinado de corrosão e desgaste. Quase todos os meios corrosivos fluidos ou turbulentos podem causar corrosão por erosão. O mecanismo pode ser descrito da seguinte forma:

• erosão mecânica do material, ou camada protetora (ou passiva) de óxido em sua superfície,
• corrosão aumentada do material, se a taxa de corrosão do material depender da espessura da camada de óxido.

O desgaste é um processo mecânico de degradação do material que ocorre em superfícies de fricção ou impacto, enquanto a corrosão envolve reações químicas ou eletroquímicas do material. A corrosão pode acelerar o desgaste e o desgaste pode acelerar a corrosão.

Desgaste de impacto

O desgaste por impacto é definido como o desgaste de uma superfície sólida devido à percussão, que é a exposição repetitiva ao contato dinâmico de outro corpo sólido. O desgaste por impacto é o mais importante na mineração e no processamento de minerais. Mineração e processamento mineral exigem máquinas e componentes resistentes ao desgaste, porque as energias e massas dos corpos em interação são significativas. Para isso, devem ser usados ​​materiais com a maior resistência ao desgaste. Por exemplo, o carboneto de tungstênio é usado extensivamente na mineração em brocas de perfuração de rocha, martelos de fundo de poço, cortadores de rolos, cinzéis de arado de parede longa, picaretas de corte de parede longa, alargadores de perfuração ascendente e máquinas de perfuração de túneis.

Para pares de impacto de metal, o comportamento do desgaste por impacto envolve deformação elástica e plástica quando a carga de impacto ou energia de impacto é alta e/ou fadiga acompanhada por liberação de detritos de desgaste devido à formação de trincas. Em geral, o desgaste por impacto de metais é dependente da formação de camadas deformadas, principalmente quando o desgaste por fadiga ou formação de trincas é predominante. Nesses casos, as trincas subsuperficiais se estendem paralelamente à superfície de maneira muito semelhante ao desgaste por delaminação. Dureza suficiente do componente impactado é necessária para evitar desgaste rápido ou extrusão de material do contato por deformação plástica. Na maioria das situações, essa condição pode ser atendida garantindo uma dureza adequada e, em seguida, o desgaste é controlado por outras características do material.

Desgaste por cavitação

O desgaste por cavitação é um processo de degradação progressiva do material devido à nucleação repetida, crescimento e colapso violento de cavidades em um líquido que flui próximo ao material. A fadiga por cavitação é um tipo específico de mecanismo de dano causado por vibração e movimento repetidos devido ao contato com líquidos em fluxo, sendo a água o fluido mais comum. A cavitação é, em muitos casos, uma ocorrência indesejável. Nas bombas centrífugas, a cavitação causa danos aos componentes (erosão do material), vibrações, ruídos e perda de eficiência.

Talvez o problema de engenharia mais importante causado pela cavitação seja o dano material que as bolhas de cavitação podem causar quando colapsam nas proximidades de uma superfície sólida. O colapso das bolhas de cavitação é um processo violento que gera  ondas de choque e microjatos altamente localizados. Eles forçam o líquido energético em volumes muito pequenos, criando assim pontos de alta temperatura e essas intensas perturbações geram tensões de superfície transitórias altamente localizadas em uma superfície sólida. Sinais de erosão aparecerão como corrosão devido à ação do golpe de aríete das bolhas de vapor em colapso. Verificou-se que as taxas de danos por cavitação aumentam rapidamente com o aumento da vazão volumétrica.

Materiais mais macios podem ser danificados mesmo pela   ocorrência de cavitação a curto prazo. Poços individuais podem ser observados após o colapso de uma única bolha. Portanto, materiais mais duros são usados ​​para bombas centrífugas. Mas com os materiais mais duros usados ​​na maioria das aplicações, a tensão cíclica devido a colapsos repetidos pode causar falha local por fadiga superficial. Assim, os danos causados ​​por cavitação em metais geralmente têm a aparência de falha por fadiga.

Quando as bolhas de cavitação colapsam, elas forçam o líquido energético a volumes muito pequenos, criando pontos de alta temperatura e emitindo ondas de choque, sendo estas últimas uma fonte de ruído. Embora o colapso de uma pequena cavidade seja um evento de energia relativamente baixa, colapsos altamente localizados podem corroer metais, como o aço, ao longo do tempo. A corrosão causada pelo colapso das cavidades produz grande desgaste nos componentes e pode reduzir drasticamente a vida útil de uma hélice ou bomba.

A cavitação é geralmente acompanhada também por:

• Barulho. O ruído típico é causado por cavidades colapsadas. O nível de ruído resultante da cavitação é uma medida da gravidade da cavitação.
• Vibração. As vibrações da bomba devido à cavitação são caracteristicamente vibrações de baixa frequência, geralmente encontradas na faixa de 0 a 10 Hz.
• Redução da eficiência da bomba. Uma diminuição na eficiência da bomba é um sinal mais confiável da ocorrência de cavitação.

Prevenção da Cavitação

Os poços podem variar em tamanho, de muito pequenos a muito grandes, ou mesmo podem penetrar completamente na espessura de um metal. Os danos à estrutura podem ser catastróficos e as perdas na eficiência funcional podem ser substanciais. Métodos para lidar com este problema incluem:

• Aumentar a dureza e resistência do metal. No entanto, isso só pode atrasar o problema em vez de evitá-lo.
• Aumentar a rigidez da peça. Isso deve reduzir sua amplitude de vibração, aumentando assim sua frequência de vibração natural. Pode ser possível aumentar a espessura da parede ou adicionar nervuras de reforço para alterar as características de vibração.
• Aumentando a suavidade da superfície. As cavidades tendem a se agrupar em certas áreas de baixa pressão. Pode ser possível eliminar os picos e vales da superfície dispersando as cavidades.

Desgaste difusivo

O desgaste por difusão ou dissolução refere-se ao dano, erosão ou degradação de materiais que ocorre na superfície de um metal devido ao aumento da temperatura da superfície. Quando dois materiais estão em contato um com o outro, os átomos de um material podem se difundir no outro, causando desgaste por difusão ou dissolução. O desgaste difusivo é principalmente devido ao calor produzido pela adesão quando duas superfícies ásperas se movem uma sobre a outra, normalmente quando um metal está deslizando sobre o outro.

Materiais Típicos Resistentes ao Desgaste

Em geral, o desgaste é um dano superficial induzido mecanicamente que resulta na remoção progressiva de material devido ao movimento relativo entre essa superfície e uma substância ou substâncias em contato. Portanto, existe um material resistente ao desgaste perfeito e, em todos os casos, depende fortemente de muitas variáveis ​​(por exemplo, combinação de materiais, pressão de contato, ambiente, temperatura). A dureza do material está correlacionada com a resistência ao desgaste do material. Se a dureza do material for menor que a dureza do material abrasivo, então a taxa de desgaste é alta. A dureza do material desempenha um papel importante na resistência ao desgaste. Alguns materiais apresentam características especiais de desgaste:

• Ni₃ Al – Liga. O alumineto de níquel é uma liga intermetálica de níquel e alumínio com propriedades semelhantes às de uma cerâmica e de um metal. O alumineto de níquel é o único que possui uma condutividade térmica muito alta combinada com alta resistência em altas temperaturas. Essas propriedades, combinadas com sua alta resistência e baixa densidade, o tornam ideal para aplicações especiais, como revestimento de pás em turbinas a gás e motores a jato. Materiais compostos com ligas à base de Ni₃ Al como uma matriz endurecida por, por exemplo, TiC, ZrO₂, WC, SiC e grafeno, são materiais avançados. Em 2005, o material mais resistente à abrasão foi supostamente criado pela incorporação de diamantes em uma matriz de alumineto de níquel.
• Carboneto de Tungstênio. O desgaste por impacto é o mais importante na mineração e no processamento de minerais. Mineração e processamento mineral exigem máquinas e componentes resistentes ao desgaste, porque as energias e massas dos corpos em interação são significativas. Para isso, devem ser usados ​​materiais com a maior resistência ao desgaste. Por exemplo, o carboneto de tungstênio é usado extensivamente na mineração em brocas de perfuração de rocha, martelos de fundo de poço, cortadores de rolos, cinzéis de arado de parede longa, picaretas de corte de parede longa, alargadores de perfuração ascendente e máquinas de perfuração de túneis.
• Carboneto de Silício. O carboneto de silício é um composto cristalino de silício e carbono extremamente duro, produzido sinteticamente. Sua fórmula química é SiC. O carboneto de silício tem uma classificação de dureza Mohs de 9, aproximando-se da do diamante. Além da dureza, os cristais de carboneto de silício possuem características de fratura que os tornam extremamente úteis em rebolos. Sua alta condutividade térmica, juntamente com sua resistência a altas temperaturas, baixa expansão térmica e resistência a reações químicas, torna o carboneto de silício valioso na fabricação de aplicações de alta temperatura e outros refratários.
• Ligas Revestidas. O endurecimento por tratamento de superfície pode ser classificado ainda como tratamentos de difusão ou tratamentos de aquecimento localizado. Os métodos de difusão introduzem elementos de liga que entram na superfície por difusão, seja como agentes de solução sólida ou como agentes de endurecimento que auxiliam na formação de martensita durante a têmpera subsequente. Neste processo, a concentração do elemento de liga é aumentada na superfície de um componente de aço. Os métodos de difusão incluem:
• A cementação é um processo de cementação no qual a concentração de carbono na superfície de uma liga ferrosa (geralmente um aço com baixo teor de carbono) é aumentada pela difusão do ambiente circundante. A cementação produz uma superfície de produto dura e altamente resistente ao desgaste (profundidades de camada média), com excelente capacidade de carga de contato, boa resistência à fadiga por flexão e boa resistência à apreensão.
• A nitretação é um processo de cementação no qual a concentração de nitrogênio na superfície de um material ferroso é aumentada por difusão do ambiente circundante para criar uma superfície endurecida. A nitretação produz uma superfície dura e altamente resistente ao desgaste (profundidades de caixa rasas) do produto com capacidade razoável para carga de contato, boa resistência à fadiga por flexão e excelente resistência à apreensão.
• A boretação, também chamada de boronização, é um processo de difusão termoquímica semelhante à nitrocarbonetação, no qual os átomos de boro se difundem no substrato para produzir camadas superficiais duras e resistentes ao desgaste. O processo requer alta temperatura de tratamento (1073-1323 K) e longa duração (1-12 h), podendo ser aplicado a uma ampla gama de materiais como aços, ferro fundido, cermets e ligas não ferrosas.
• Endurecimento de Titânio-carbono e Titânio-nitreto. Nitreto de titânio (um material cerâmico extremamente duro), ou revestimentos de carboneto de titânio podem ser usados ​​nas ferramentas feitas deste tipo de aço através do processo de deposição física de vapor para melhorar o desempenho e a vida útil da ferramenta. O TiN tem uma dureza Vickers de 1800–2100 e tem uma cor dourada metálica.
• Aços Endurecidos. A fim de aumentar a resistência ao desgaste dos aços, geralmente é realizado o endurecimento baseado na transformação martensítica. O endurecimento por transformação martensítica é um dos métodos mais comuns de endurecimento, que é usado principalmente para aços (isto é, aços carbono e aços inoxidáveis).
• Endurecimento por chama. O endurecimento por chama é uma técnica de endurecimento de superfície que usa uma única tocha com uma cabeça especialmente projetada para fornecer um meio muito rápido de aquecer o metal, que é então resfriado rapidamente, geralmente usando água. Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente. É uma técnica semelhante ao endurecimento por indução. Um teor de carbono de 0,3–0,6% em peso C é necessário para este tipo de endurecimento.
• Endurecimento por indução. O endurecimento por indução é uma técnica de endurecimento de superfície que usa bobinas de indução para fornecer um meio muito rápido de aquecer o metal, que é então resfriado rapidamente, geralmente usando água. Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície. Um teor de carbono de 0,3–0,6% em peso C é necessário para este tipo de endurecimento.
• Endurecimento a laser. O endurecimento a laser é uma técnica de endurecimento de superfície que usa um feixe de laser para fornecer um meio muito rápido de aquecimento do metal, que é então resfriado rapidamente (geralmente por auto-têmpera). Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente.

Alguns materiais comuns:

• 

  Ferro fundido dúctil. O ferro dúctil, também conhecido como ferro nodular ou ferro de grafite esferoidal, é muito semelhante ao ferro cinzento na composição, mas durante a solidificação o grafite nucleia como partículas esféricas (nódulos) em ferro dúctil, em vez de flocos. As aplicações típicas para este material incluem válvulas, corpos de bombas, virabrequins, engrenagens e outros componentes automotivos e de máquinas devido à sua boa usinabilidade, resistência à fadiga e maior módulo de elasticidade (em comparação com o ferro fundido cinzento) e em engrenagens pesadas devido à sua alta resistência ao escoamento e resistência ao desgaste.

• Bronze Alumínio. Os bronzes de alumínio são uma família de ligas à base de cobre que oferecem uma combinação de propriedades mecânicas e químicas inigualáveis ​​por qualquer outra série de ligas. Eles contêm cerca de 5 a 12% de alumínio. O bronze de alumínio encontrou crescente reconhecimento para uma ampla variedade de aplicações que exigem resistência ao desgaste mecânico. Sua resistência ao desgaste é baseada na transferência do metal mais macio (bronze de alumínio) para o metal mais duro (aço) e na formação de uma fina camada de metal mais macio no metal mais duro.

Ciência de materiais:

1. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
2. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
4. Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Modos de falha