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Aços & Ligas | Aços e Ferros Fundidos | Aços Resistentes ao Desgaste

1 - Introdução

O desgaste é um fenômeno que ocorre em peças em movimento, como em eixos, pistões, válvulas, cilindros, engrenagens e peças semelhantes em máquinas, aparelhos de transporte, maquinário agrícola, de construção, britadores, escavadeiras, misturadores, enfim um sem número de aparelhos e máquinas utilizadas na engenharia e na indústria.

 

Trata-se de um fenômeno superficial, devido ao contato de superfícies, uma das quais, pelo menos, em movimento e que resulta na deformação gradual das peças ou na modificação das suas dimensões, com paulatina redução das mesmas até um ponto que elas perdem sua eficiência quando em serviço, ou apresentam profunda alteração da sua ajustagem, de modo que, em qualquer caso, criam-se tensões inesperadas, ocasionando sua ruptura pela aplicação de uma pequena sobrecarga, por fadiga ou por outro esforço dinâmico.

 

O desgaste ocorre pelo deslocamento ou pelo arrancamento de partículas metálicas de uma superfície metálica. Esses efeitos podem ser causados pelo contato de uma superfície metálica contra outra não metálica ou de uma superfície metálica contra líquidos ou gases em movimento. Assim sendo, podem ser considerados três tipos de desgaste (218):

 

 

- desgaste de metal contra metal (chamado também desgaste metálico);

 

- desgaste de metal contra uma substância não metálica abrasiva (chamado também de desgaste abrasivo);

 

- desgaste de metal contra líquidos ou vapores (também chamado erosão).

 

 

O primeiro – desgaste metálico – pode ser subdividido em desgaste por deslizamento, com lubrificação, como num eixo em mancal, ou sem lubrificação, como em parafusos, porcas e arruelas e desgaste por rolamento, com lubrificação, como em mancais de rolamento e engrenagens e sem lubrificação, como em rodas sobre trilhos.

 

O segundo – desgaste abrasivo – pode ser subdividido em desgaste por esmerilhamento, úmido, como em moinhos de bolas ou seco, como em alguns tipos de britadores de minérios; em desgaste por deslizamento, úmido, como transportadores de areia úmida ou seca, como em arados ou dispositivos de equipamento de manuseio de terra em solos secos; em desgaste por impacto, úmido, como em rotores de bombas de iodo, ou seco, como em jatos de areia.

 

O terceiro – desgaste erosivo – pode ser por vapor, como em turbinas, por gases de combustão, como em turbinas a gás, por água, como em rotores de bombas e por cavitação, como em dispositivos de fluxos turbulentos e alta velocidade de líquidos.

 

Os dois primeiros tipos são os mais importantes.

 

O desgaste metálico pode ser explicado pela interferência mecânica de pequenas projeções ou asperezas das superfícies em contato e em movimento. Ao se deslocarem as duas superfícies uma em relação a outra, admite-se que as saliências de uma possam coincidir com as depressões da outra de modo a causar uma aumento da resistência a movimento ulterior. Se a força causadora deste for suficiente para mantê-lo, as saliências das superfícies serão deformadas ou arrancadas, se o metal for pouco dúctil.

 

É de se supor, pois, que o desgaste metálico possa ser reduzido pela melhora do acabamento das superfícies em movimento e em contato, ou seja, tornando-as planas e macias de modo a diminuir o número de saliências que coincidem com as depressões.

 

Também diminui o desgaste, a introdução entre as duas superfícies de uma película lubrificante a qual, sendo suficientemente espessa, poderá separar as superfícies de modo a eliminar o contato metálico.

 

Consegue-se mais facilmente a separação completa, se as superfícies adjacentes em contato forem macias, a não ser por asperezas microscópicas. Certos detritos de desgaste que se formam nas superfícies em atrito podem ser eliminados pela lubrificação, a qual ainda, mediante um sistema adequado de alimentação e fluxo do lubrificante, permite controlar melhor a elevação de temperatura provocada pelo atrito.

 

O desgaste metálico é igualmente explicado pelos efeitos que o calor produzido pelo atrito das superfícies em movimento pode causar: assim, o calor produzido causaria como que uma soldagem de partículas metálicas, as quais devido à pressão exercida e ao movimento, são arrancadas deixando vazios na forma de depressões e produzindo saliências que mais contribuem para ulterior desgaste. Por outro lado, a temperatura desenvolvida pelo atrito pode reduzir a resistência e a dureza do metal e facilitar a oxidação ou outro ataque químico, tornando as superfícies mais suscetíveis ao desgaste.

 

Admite-se que o desgaste abrasivo seja causado pela penetração na superfície do metal de partículas não-metálicas de caráter abrasivo, ocasionando o arrancamento de partículas metálicas.

 

Quaisquer que sejam as explicações das causas que produzem o desgaste metálico ou o desgaste abrasivo, é certo que os mesmos são reduzidos pelo melhor acabamento das superfícies em contato e pelo aumento da dureza e da resistência mecânica do metal.

 

Em outras palavras, a resistência ao desgaste dos metais depende dos seguintes fatores:

 

- acabamento da superfície metálica, a qual deve se apresentar tão macia e plana quanto possível, de modo a eliminar depressões e projeções que ao coincidirem umas com as outras, produzem o arrancamento de partículas além de proporcionar, pela energia produzida, uma elevação de temperatura;

 

- dureza, a qual deve ser elevada, para que o metal resista à penetração inicial;

 

- resistência mecânica e tenacidade que, quanto mais altas, mais dificultarão o arrancamento das partículas metálicas, quaisquer que sejam as causas passíveis de produzir tal efeito.

 

 

A dureza é o fator mais importante, pois dele depende o início do desgaste.

 

Outro fator também ponderável e que deve ser levado em devida conta é a estrutura metalográfica do material. De fato, num metal apresentando um sistema de duas fases, a presença de partículas relativamente grandes de um constituinte de baixa dureza e, portanto, vulnerável ao desgaste, numa matriz dura prejudica a sua resistência ao desgaste, ainda que o conjunto seja duro, ao passo que se a estrutura apresenta um constituinte possuindo partículas duras – carbonetos geralmente – numa matriz mais mole, ela possuirá maior resistência ao desgaste, principalmente quando essas partículas duras não forem excessivamente frágeis e quando forem de pequenas dimensões e uniformemente distribuídas na matriz.

 

Os requisitos de alta dureza, elevados valores de resistência e tenacidade e estrutura adequada são conseguidos nos aços mediante os seguintes artifícios:

 

- composição química conveniente, pela introdução em altos teores de determinados elementos de liga;

 

- tratamentos térmicos ou termo-químicos de aços de composições apropriadas;

 

 

Assim sendo, a resistência ao desgaste dos metais pode ser obtida mediante os seguintes meios:

 

 

- mecânicos, pelo trabalho a frio ou encruamento proporcionados por laminação, estiramento ou deformação a frio; ou pela aplicação do processo de “jacto-percussão” ou “jacto-abrasivo” nas superfícies das peças;

 

- térmicos – pela têmpera total ou têmpera superficial (por chama ou por indução);

 

- termo-químicos, pelos tratamentos de cementação, nitretação, etc;

 

- revestimentos superficiais, pela aplicação de “cromo duro”, siliconização, eletrodeposição, metalização, etc.

 

 

O objetivo do presente Capítulo é estudar os aços que, por si só, devido aos seus característicos de composição química, possuem elevada resistência ao desgaste, ainda que a mesma lhes seja garantida por tratamentos térmicos ou mecânicos suplementares. 

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