O que são tipos de desgaste – Classificação e diferenças – 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.

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.

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:
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