Desgaste dos Materiais na Indústria

Prévia do material em texto

Custos Industriais	
Prof: Fabio Noguti
MANUTENÇÃO INDUSTRIAL - GRUPO 06
ALUNOS: 	Allan Chaves Ribeiro Nobre
		Anésio de Lima Bispo
		Edson Rodrigues de Sousa
		João Vitor Cardoso
‘
Ciências dos Materiais	
ASSUNTO: Desgaste dos Materiais
Desgaste 
Introdução:
A Norma DIN é uma norma técnica alemã, criada pela Deutsches Institut für Normung (DIN), que serve como padrão de qualidade para uma ampla variedade de produtos e serviços na Alemanha e em muitos outros países. A DIN é uma das principais organizações de normalização técnica do mundo, tendo sido fundada em 1917.
A norma (DIN 50320, 1979), define desgaste como a perda progressiva de material da superfície de um corpo sólido devido à ação mecânica, isto é; o contato e movimento relativo de um corpo sólido contra um corpo sólido, líquido ou gasoso. 
Estes desgastes podem ocorrer de diversas formas, definidas como mecanismos de desgaste e geram diversos problemas e impactos negativos na indústria, tais como:
1 – Redução da produtividade: Peças desgastadas fazem com que os equipamentos operem fora das condições de operação especificadas pelo fabricante;
2 – Produção defeituosa: Em muitos casos, o equipamento com componentes desgastados acarreta na produção de itens defeituosos, o que, além de tudo, vai aumentar os custos de produção;
3 – Perda de faturamento: O desgaste de peças acaba ocasionando, em algum momento do processo, a necessidade de parada para manutenção, que, sendo corretiva ou preventiva, vai gerar indisponibilidade do processo;
4 – Maiores custos de produção: Equipamentos com desgaste necessitam de maior consumo de energia para manter a produtividade exigida;
5 – Maiores custos de produção: A substituição de peças aumenta os custos totais de produção.
2
Desgastes não está limitado a perda de material, mas também a deformação plástica, deslocamentos do material para a borda da superfície de contato.
Exemplo:
Pneus automotivos: a força de atrito é dada pela soma das contribuições de interação entre as asperezas do asfalto e a borracha do pneu que se amolda às asperezas (áreas de contatos microscópicas das superfícies envolvidas, que todavia são áreas rugosas).
Por mais lisa que aparentemente seja uma superfície, quando analisado microscopicamente apresentará uma superfície irregular (Aspereza).
Exemplo. Tela de celular, aparentemente parece lisa, mas na visão microscópica apresenta sua aspereza. 
A rugosidade pode ser medida através de um Medidor de Rugosidade ou Perfilômetro (registra ondulações) 
Picos registrados -> chamados de asperezas
Raymond G. Bayer, conceituado escritor e especialista em tribologia com mais de trinta anos de experiência no campo, autor do livro, Mechanical Wear fundamental an Testing (fundamentos e testes de desgaste mecânico). 
Existem três maneiras segundo as quais peças ou sistemas podem falhar:
 * Obsolescência: arbitrária;
 * Quebra: pode ser permanente
 * Desgaste Acentuado: processo gradual e em alguns casos reparável (modo final de falha) 
7
• Desgaste Adesivo ou por deslizamento
• Desgaste Abrasivo
• Desgaste por Reação Tribo-química
• Desgaste por Fadiga superficial. 
 
Principais tipos de desgaste – mecanismo de desgastes
 
De acordo com a norma DIN 50320, há quatro tipos de mecanismos de desgastes, podendo haver uma combinação entre os mesmos: 
Fadiga superficial
Desgaste por fadiga de contato, ou superficie ocorre pela formação de trincas superficiais ou sub-superficiais devido a aplicação de cargas, oscilantes, alternadas ou repetidas e lascamento ou ruptura do material.
O contato por escorregamento e/ou rolamento entre sólidos ou impactos respectivos de sólidos e/ou líquidos em uma superfície são os principais responsáveis pela fadiga do material.
O desgaste por fadiga ocorre na respectiva sequencia: deformação elastica, seguida de deformação plastica, encruamento da regiao de tensão, surgimento de trinca e propagaçao da trinca.
O desgaste devido à fadiga na superfície pode ser caracterizado pela formação de trinca e descamação causada pelo repetitivo e alternado carregamento rolante e deslizante das asperezas na superfície dos sólidos em movimento relativo.
A medida que a área de contato é desgastada, as pontas de asperezas escoam e se alargam, aumentando progressivamente a área de contato, em consequência aumenta o atrito, culminando na deformação elástica, plástica e encruamento das partes e surgimento de trincas ou lascas.
Desgaste por fadiga de contato
As trincas podem ser nucleadas na superficie ou sub-superficialmente
10
Figura : exemplos de equipamentos sujeitos ao desgaste por fadiga (GAHR 1987)
Rolamentos
Engrangens
Desgaste por fadiga de contato 
11
As falhas por fadiga sempre têm início com uma pequena trinca, podendo ser pré-existente pela manufatura do materia,l ou que, se desenvolveu ao longo do tempo pelas deformações cíclicas ao redor dos pontos de concentração de tensões.
Os esforços alternados que podem levar à fadiga podem ser: Tração, tração e compressão, flexão e torção.
A figura ao lado, mostra uma fratura por fadiga de um parafuso, causada por flexão repetida, em direção única. 
O ponto A indica o início da trinca que se propagou, deixando “marcas de praia”, indicada pelo ponto B e finalmente o ponto C indicando a região final da fratura.
Desgaste por fadiga de contato 
Estágios na falha por Fadiga: Costuma-se dividir o processo de fadiga em três ciclos:
Estágio I (Nucleação / Início da Trinca):
Corresponde à nucleação da trinca por deformação plástica localizada e o seu crescimento inicial, ao longo de planos de escorregamento, sob a influência de tensões de cisalhamento. As trincas começam a se nuclear e a se propagar por planos orientados a aproximadamente 45° do eixo de tensão. O crescimento das trincas neste estágio é da ordem de micrometros por ciclo. Uma vez iniciada, a trinca se propaga nos correspondentes planos cristalográficos até encontrar contornos de grão. Este estágio NÃO é visível a olho nu na superfície da fratura, pois normalmente não se estende por mais de 2 a 5 grãos. Pode corresponder de 0% a 90% do número total de ciclos que o componente suporta antes de fraturar. A presença de entalhes e altas tensões localizadas reduz a duração deste estágio. 
Desgaste por fadiga de contato 
Estágio II (Propagação): 
Corresponde ao crescimento da trinca num plano perpendicular à direção da tensão principal de tração. A transição do estágio I para o estágio II se dá através da formação de numerosos degraus, também não visíveis a olho nu. Já a fratura no estágio II é sempre visível, pode corresponder à maior parte da área da fratura e é a mais característica do processo de fadiga e a propagação se dá em uma direção perpendicular ao eixo de tensão. Neste estágio, a trinca normalmente apresenta estrias características, visíveis apenas ao microscópio eletrônico, que correspondem às posições da frente de propagação nos vários ciclos de tensões
Estrias de fadiga: microscopia
Desgaste por fadiga de contato 
Já no aspecto macrográfico a fratura apresenta as chamadas “ marcas de praia”, produzidas devido a alterações no ciclo de tensões, seja no valor ou na frequência de aplicação das tensões; As marcas de praia podem se apresentar nítidas, ocupando área considerável na superfície de fratura, ou em pequena área.
Fratura por fadiga mostrando marcas de praia.
Desgaste por fadiga de contato 
Estágio III (Falha catastrófica):
Corresponde à fratura brusca final que ocorre no último ciclo de tensões quando a trinca desenvolvida progressivamente atinge o tamanho crítico para propagação instável. Assim, a área da fratura desenvolvida progressivamente depende das tensões aplicadas e da tenacidade do material. Em princípio é possível que o material se deforme antes da ruptura final, mas normalmente as fraturas de fadiga são macroscopicamente “frágeis”, ou seja, não apresentam deformações macroscópicas.
Desgaste por fadiga de contato 
Fadiga térmica:
É um modo de falha queocorre em materiais e equipamentos submetidos a mudanças bruscas e cíclicas de temperatura.
A Fadiga Térmica provoca tensões e deformações em componentes metálicos por causa de flutuações cíclicas de temperatura, causando danos semelhantes a choques térmicos repetitivos.
consiste em trincas na superfície do material devido a tensões cíclicas térmicas. Matrizes para forjamento experimentam altas taxas de aquecimento na sua superfície e repentino resfriamento devido aos processos de lubrificação pós-etapa de forjamento. 
Devido à pequena camada aquecida e resfriada e às diferentes temperaturas nas redondezas, este processo cria tensões compressivas e atrativas as quais podem atingir valores acima da tensão de escoamento do material podendo nuclear trincas na superfície após alguns ciclos de forjamento. Normalmente, este tipo de falha ocorre em pontos onde o tempo de contato entre matriz e geratriz é suficientemente grande. Este tempo de contato longo causa um grande gradiente de temperaturas na superfície da ferramenta criando deformações. 
 Os ciclos de temperatura podem induzir tensões altas o suficiente para impor um incremento de deformação plástica na superfície da ferramenta. 
Desgaste por fadiga térmica
Em processos de forjamento a quente, as superfícies das matrizes e as camadas logo abaixo são submetidas a ciclos mecânicos e térmicos os quais são caracterizados por altas amplitudes e altas frequências. 
Por estas razões, conforme mostrado na figura 1, diferentes mecanismos de falha prevalecem: desgaste, deformação plástica e trincas devido à fadiga termomecânica, e seus seu efeitos no componente forjado não é evidente. Desta forma, a falha por fadiga é repentina, pois o tempo entre a trinca atingir seu tamanho crítico e propagar instavelmente é curto.
  
Figura 1 - Mecanismos de falha de matrizes para forjamento a quente. (a) Fadiga térmica; (b) deformação plástica; (c) fadiga mecânica e (d) desgaste [3]
Desgaste por fadiga térmica
18
Trincas devido a fadiga, como mostrado na figura ao lado são geralmente vistas como uma cadeia de pequenas trincas na superfície da ferramenta, e este é um importante mecanismo limitador da vida do ferramental. As propriedades do material e a complexa interação com o estado cíclico dos carregamentos térmicos e mecânicos oriundos do processo determinam o comportamento do material durante os ciclos de forjamento.
Figura  - Trincas devido a fadiga formadas na superfície de uma matriz de forjamento a quente após (a) 500 forjamentos, (b) 1.850 forjamentos, (c) 4.300 forjamentos e (d) 6.900 forjamentos [8]
Desgaste por fadiga térmica
19
Desgastes por fadiga
Curva S-N:
O desempenho de materiais em fadiga normalmente é caracterizado pela "curva S-N", também conhecida como "curva de Wöhler", que é um gráfico de magnitude de tensão (S) por número de ciclos (N) em escala logarítmica.
A curva SN de um material define os valores de tensão alternada em relação ao número de ciclos necessários para causar falha em uma determinada taxa de tensão. Quanto menor a tensão aplicada, maior será o numero de ciclos resistente a fadigas
Fatores que influenciam a Resistencia à fadiga
Superficie mal acabada contém irregularidades que, como se fossem um entalhe, aumentam a concentração de tensões.
Defeitos superficias causados por polimento (queima superficial de carbon nos aços, recozimento superficial, trincas, etc.) também diminuem a Resistencia à fadiga.
Tratamentos superficiais (cromeação, niquelação, etc.) diminuem a resistencia a fadiga;
Tratamentos superficiais endurecedores podem aumentar a resistência a fadiga.
Fatores que podem melhorar a Resistencia a fadiga
Evitar a concentração de tensões (um rasgo de chaveta num eixo diminui à Resistencia a fadiga);
Defeitos metalúrgicos como inclusões, poros, pontos moles etc. devem ser eliminados;
Para aplicação com elevadas tensões cíclicas, envolvendo deformações cíclicas predominantemente elásticas, deve-se preferir ligas de maior resistência mecânica;
Outros diversos.
Desgaste por fadiga
21
Desgaste por fricção 
 O desgaste por fricção é um fenômeno comum que ocorre quando dois objetos se entrelaçam em contato e sofrem atrito um em relação ao outro. 
 Esse processo pode levar à perda de material e alterações nas propriedades dos objetos. 
 A fricção é uma força resistente que surge quando há movimento relativo entre as superfícies em contato. À medida que os objetos se movem, com asperezas microscópicas em seu corpo, ocorre um choque e desgaste gradual da peça.
22
Desgaste por fricção 
 O desgaste por fricção é um processo natural que ocorre quando objetos estão em contato e sofrem atrito. Existem diferentes tipos de desgaste por fricção, como o desgaste adesivo, abrasivo e por fadiga. 
 O estudo do desgaste por fricção é de grande importância em diversas áreas, como engenharia mecânica, automotiva e aeroespacial. Compreender esse tipo de desgaste permite o desenvolvimento de soluções mais eficientes e duráveis, confiante para o avanço tecnológico e melhoria da vida útil de equipamentos e máquinas.
Desgaste por Erosão
 O desgaste por Erosão é um fenômeno em que os metais sofrem deterioração devido a reações químicas com o ambiente ao seu redor. Essas reações podem ser causadas por agentes corrosivos, como oxigênio, umidade, absorção, ou outros produtos químicos presentes no ambiente.
 Existem diversos tipos de erosão, como o uniforme, que ocorre de maneira aplicada e generalizada na superfície do metal, gerado na perda uniforme de material ao longo do tempo. Outro tipo é a corrosão localizada, que se concentra em áreas específicas e pode levar à formação de pites, rachaduras, aderência sob tensão ou outros danos localizados.
Desgaste por Erosão
 A corrosão pode enfraquecer os metais, causar perda de espessura, reduzir a resistência mecânica e comprometer a integridade das peças metálicas estruturais. Além disso, ela pode afetar a aparência, a funcionalidade e a vida útil dos materiais.
A prevenção e o controle da aderência em metais são fundamentais para garantir sua durabilidade. Medidas como a aplicação de revestimentos protetores, como pinturas, galvanização ou anodização, podem criar uma barreira física entre o metal e o ambiente corrosivo. A seleção adequada de materiais resistentes à resistência também é essencial. É importante também adotar boas práticas de manutenção, como a limpeza regular, o controle da umidade e a manutenção das peças metálicas para identificar e tratar precocemente os sinais de textura.
25
Desgaste por erosão
Desgaste por reação tribo-química
O desgaste por reação triboquímica é um tipo de desgaste que ocorre quando há interação química entre as superfícies em contato durante o movimento relativo. Esse desgaste é causado pela formação de compostos químicos na interface entre os materiais, resultando em uma diminuição da resistência mecânica das superfícies. A reação química pode ser catalisada por diversos fatores, como temperatura, umidade, pH, pressão, presença de oxigênio ou outros gases, e a natureza dos materiais em contato. 
Ferrugem em ferro: Quando o ferro entra em contato com água e oxigênio, ocorre uma reação química que forma a ferrugem, um produto que pode desgastar a superfície do metal.
Desgaste de joias de ouro: Quando joias de ouro são usadas por longos períodos de tempo, ocorre uma reação química entre o ouro e substâncias presentes na pele, como o suor, que pode causar a diminuição da espessura do ouro na superfície da joia.
Exemplos:
27
Desgaste por adesão 
O desgaste por adesão comumente de ocorre quando há movimento entre duas superfícies limpas em contato e com pouca ou sem lubrificação. O que gera o desgaste é o resultado das forças atrativas entre átomos das duas superfícies em contato.
Com o movimento relativo há a possibilidade do movimento não ocorrer na interface original. Em outras palavras, há a ocorrência de solda fria em diversos pontos das superfícies em contato e a rupturaou arrancamento desses pontos quando inicia o movimento entre as partes com a transferência de material de uma superfície para outra.
28
Desgaste por cavitação
O desgaste por cavitação ocorre quando uma superfície sólida é exposta a um líquido em movimento, causando a formação e implosão de bolhas de vapor próximo à superfície. Quando essas bolhas implodem, geram pressões e forças de impacto que danificam a superfície sólida, resultando em desgaste e perda de material ao longo do tempo. 
29
Desgaste por cavitação
30
O desgaste por abrasão consiste na remoção de partículas rígidas que são forçadas umas contra as outras, e movem-se ao longo de uma superfície sólida.
O desgaste por abrasão pode ser entre dois ou três corpos.
Entre dois corpos: Acontece quando o desgaste é causado por partículas rígidas que estão fixadas à superfície. Com o passar do tempo essas superfícies ficam mais desgastadas e perdem as partículas do objeto.
Entre três corpos: Ocorre quando o desgaste por abrasão é por 3 corpos quando existem partículas sólidas entre as superfícies de contato (areia, poeira, limalhas, etc.).
Desgaste por abrasão
Desgaste por abrasão
Desgaste por abrasão
Desgaste por abrasão
O desgaste abrasivo pode ocasionar uma série de problemas no material em principalmente em sua superfície, tais como:
Corte: Ocorre quando o roçamento das partículas abrasivas ocasionam na remoção de uma pequena lasca de material, criando um pequeno sulco na superfície do material.
Fratura: Devido ao desgaste constante, pode ocorrer fraturas na superfície do material. Geralmente, este tipo de problema ocorre em materiais frágeis, como cerâmica.
Decorre quando o atrito entre os materiais faz com que o mesmo perca partículas de sua superfície. Estas partículas, por sua vez, se tornam partículas de desgaste soltas entre os materiais, ocasionando desgaste entre três corpos.
Destacamento de grão:
Conclusão
O desgaste na indústria é um processo natural e com a manutenção adequada é possível amenizar os riscos e deixar os processos mais duradouros.
Dentro os desgastes os mais recorrentes presente em todo setor industrial são: abrasão, corrosão, fadiga, cavitação, erosão, entre outros.
O desgaste pode levar à perda de eficiência, redução na vida útil do equipamento e até mesmo falhas catastróficas em casos extremos, o que pode causar prejuízos financeiros e riscos à segurança.
Refêrencias Bibliográficas:
https://pt.wikipedia.org/wiki/Desgaste 
https://rijeza.com.br
https://www.tlv.com/global/BR/steam-theory/cavitation-in-condensate-pumps.html
Sinatora, A. Tribologia, Epusp, 2005. leituras adicionais Zum-Gahr, K.H. Microstructure and wear of materials, Elsevier, 1987. Lansdown, AR e Price, AL Materials to resist wear, Pergamon, 1986 (biblioteca do PMT) Cap 1 e 2.
QUESTIONARIO
1- Quais são os tipos de desgastes definidos pela norma DIN 50320?
2- Defina os estágios do processo por fadiga?
3- Em geral, como ocorre o processo de desgaste por abrasão?
4- O que é desgaste por adesão?
5 Defina brevemente o que é desgaste tribo-quimico?
QUESTIONARIO
1- Quais são os tipos de desgastes definidos pela norma DIN 50320?
R: Desgaste por fadiga, abrasão, adesão e tribo-químico.
2- Defina os estágios do processo por fadiga?
3- Em geral, como ocorre o processo de desgaste por abrasão?
4- O que é desgaste por adesão?
5 Defina brevemente o que é desgaste tribo-quimico?
QUESTIONARIO
1 - Quais são os tipos de desgastes definidos pela norma DIN 50320?
 R: Desgaste por fadiga, abrasão, adesão e tribo-químico.
2 - Defina os estágios do processo por fadiga?
R: Estagio 1 – NUCLEAÇÃO, surgimento de trinca por deformação plástica com crescimento ao longo de planos de escorregamento sob a influencia das tensões de escorregamento;
Estágio 2 – PROPAGAÇÃO, crescimento da trinca num plano perpendicular para a direção da tensão principal de tração, e apresenta aspecto macrográfico de linha de maré.
Estagio 3 – FALHA CATASTROFICA, fratura ou ruptura brusca do material, estagio final do desgaste deixando a peça ou a maquina inoperante.
QUESTIONARIO
3 - Em geral, como ocorre o processo de desgaste por abrasão?
4 - O que é desgaste por adesão?
5 - Defina brevemente o que é desgaste tribo-quimíco?
QUESTIONARIO
3 - Em geral, como ocorre o processo de desgaste por abrasão?
4 - O que é desgaste por adesão?
5 - Defina brevemente o que é desgaste tribo-quimíco?
R: desgaste ocasionado por partículas e protuberâncias localizadas nas superfícies dos materiais, que são forçadas umas contra as outras ao longo da superfície de contato.
QUESTIONARIO
3 - Em geral, como ocorre o processo de desgaste por abrasão?
4 - O que é desgaste por adesão?
5 - Defina brevemente o que é desgaste tribo-quimíco?
R: desgaste ocasionado por partículas e protuberâncias localizadas nas superfícies dos materiais, que são forçadas umas contra as outras ao longo da superfície de contato.
R: Desgaste por adesão é um tipo de desgaste que ocorre quando duas superfícies em contato são submetidas a forças que a pressionam uma contra a outra, fazendo com que as moléculas de uma superfície se colem á outra.
QUESTIONARIO
3 - Em geral, como ocorre o processo de desgaste por abrasão?
4 - O que é desgaste por adesão?
5 - Defina brevemente o que é desgaste tribo-quimíco?
R: desgaste ocasionado por partículas e protuberâncias localizadas nas superfícies dos materiais, que são forçadas umas contra as outras ao longo da superfície de contato.
R: Desgaste por adesão é um tipo de desgaste que ocorre quando duas superfícies em contato são submetidas a forças que a pressionam uma contra a outra, fazendo com que as moléculas de uma superfície se colem á outra.
R: Desgaste causado pela formação de compostos químicos na interface entre os materiais, resultando em uma diminuição da resistência mecânica das superfícies. 
image1.png
image2.png
image3.jpeg
image4.jpeg
image5.png
image6.png
image7.jpeg
image8.png
image9.png
image10.png
image11.png
image12.png
image13.png
image14.png
image15.png
image16.png
image17.png
image18.png
image19.jpeg
image20.jpeg
image21.png
image22.jpeg
image23.jpeg
image24.jpeg
image25.jpeg
image26.jpeg
image27.jpeg
image28.jpeg
image29.png
image30.png
image31.png
image32.png
image33.png
image34.png
image35.png
image36.jpeg
image37.png
image38.png
image39.png
image40.png
image41.png
image42.png
image43.png
image44.gif
image45.png
image46.png
image47.png
image48.jpeg
image49.jpeg