Desgaste do frete em sistemas lubrificados

desgaste do frete é dano superficial que ocorre entre duas superfícies de contato que experimentam movimento cíclico (deslocamento tangencial oscilatório) de pequena amplitude. Nas áreas de contato, o lubrificante é espremido, resultando em contato metal-metal.

porque o movimento de baixa amplitude não permite que a área de contato seja relubrica, pode ocorrer desgaste grave localizado. Este tipo de desgaste promove ainda mais a abrasão de dois corpos, a aderência e/ou a fadiga de traste (uma forma de fadiga superficial).

quando o desgaste ocorre em um ambiente corrosivo, tanto a fricção de películas de óxido e o aumento da abrasividade dos detritos de desgaste mais oxidado tendem a acelerar muito o desgaste. Quando a atividade de corrosão é distintamente evidente, como denotado pela cor das partículas de detritos, o processo é referido como corrosão de traste.

Desgaste por Atrito

desgaste por Atrito também é conhecido como vibracional desgaste, atrito, fadiga, desgaste, oxidação, o atrito de oxidação, falso brinelling, molecular atrito, atrito fadiga e corrosão.

porque praticamente todas as máquinas vibram, a trava ocorre em articulações aparafusadas, fixadas, pressurizadas, tecidas e rebitadas; entre componentes que não se destinam a mover-se; em curvas oscilantes, acoplamentos, rolamentos, embraiagens, fusos e selos; e em placas-base, juntas e grilhetas universais.

Fretting tem iniciado fissuras de fadiga que muitas vezes resultam em falha de fadiga em veios e outros componentes altamente estressados.

o desgaste de traste é um tipo de desgaste superfície-a-superfície e é muito afetado pela amplitude de deslocamento, carga normal, propriedades do material, número de ciclos, umidade e lubrificação.O movimento cíclico entre as superfícies de contacto é o ingrediente essencial em todos os tipos de desgaste de traste. É um processo combinado que requer que as superfícies estejam em contato e sejam expostas a pequenas oscilações de amplitude.

dependendo das propriedades do material das superfícies, adesivos, abrasão de dois corpos e/ou partículas sólidas podem produzir resíduos de desgaste. As partículas de desgaste desmontam-se e tornam-se cominutadas (esmagadas) e o mecanismo de desgaste muda para abrasão de três corpos quando os detritos endurecidos de trabalho começa a remover metal das superfícies.

desgaste por Atrito ocorre como um resultado da seguinte sequência de eventos:

1. A carga normal aplicada faz com asperamente a aderir, e a tangencial oscilatório de movimento de tesoura o asperamente e gera desgaste detritos que se acumulam.

2. as asperidades sobreviventes (mais duras) eventualmente atuam sobre as superfícies mais suaves, fazendo-os sofrer deformações plásticas, criar vazios, propagar fissuras e rasgar folhas de partículas que também se acumulam em porções deprimidas das superfícies.

3. uma vez que as partículas se acumularam o suficiente para percorrer o intervalo entre as superfícies, o desgaste da abrasão ocorre e a zona de desgaste se espalha lateralmente.

4. como a aderência, a delaminação e o desgaste da abrasão continuam, os detritos de desgaste não podem mais ser contidos na zona inicial e ele escapa para os vales circundantes.

5. porque a tensão máxima está no centro, a geometria torna-se curvada, micropita forma e estes coalescem em poços maiores e mais profundos. Finalmente, dependendo do deslocamento do movimento tangencial, pistas de minhocas ou mesmo grandes fissuras podem ser geradas em uma ou ambas as superfícies.

à medida que as superfícies se endurecem, a taxa de desgaste da abrasão diminui. Finalmente, uma taxa de desgaste constante ocorre, o que mostra que todos os modos de desgaste relevantes estão trabalhando em combinação.

freting Wear Characteristics

The key factor in fretting wear is a mechanically loaded interface subjected to a small oscillatory motion. O movimento relativo necessário para produzir danos Pode ser muito pequeno, tão baixo quanto um micrômetro, mas mais frequentemente é em torno de alguns milésimos de uma polegada. O coeficiente de desgaste depende da amplitude da oscilação.

muito pouco desgaste ocorre em amplitudes inferiores a 100 micrómetros, como mostrado na Figura 1.

Figura 1. Desgaste fretting vs. Slip Amplitude1

em deslizes abaixo de 100 micrómetros, nucleação e propagação de fissuras que levam ao desgaste de detritos são demasiado minutos para serem detectados. Os detritos de desgaste rolando nesse grau de oscilação presumivelmente causa esta baixa taxa de desgaste.

em altas amplitudes, a abrasão direta da interface por partículas duras (partículas de óxido ou partículas endurecidas pelo trabalho) cria a taxa de desgaste bruto. Em grandes amplitudes de oscilação, o coeficiente de desgaste fretting é aproximadamente o mesmo que o do desgaste unidirecional.

Figura 2. Desgaste de traste vs. Tempo de execução 2

as alterações na carga normal afectam geralmente o desgaste de traste. Embora os utilizadores do equipamento presumam frequentemente que cargas normais elevadas amortecem suficientemente as vibrações para reduzir a trava, o aumento da área de contacto produz uma maior interacção superficial que tende a compensar este efeito. Consequentemente, o aumento da carga ou das pressões unitários tendem a gerar taxas de desgaste mais elevadas, como mostra a Figura 3.

Figura 3. Desgaste do frete vs. carga unitária Normal

três mecanismos distintos causam desgaste do frete: aderência, fadiga de tracção e deslaminação (abrasão de dois corpos). A transferência metálica pode ou não ter lugar. A deformação plástica muda geometricamente superfícies e regiões de transporte de carga elevada são criadas que têm áreas medidas em milímetros quadrados.

o material correspondente a estas áreas de carga é altamente endurecido e leva à formação de uma nova fase estrutural. Estas áreas endurecidas são frágeis, propensas a fraturas e fragmentação, e geram detritos de desgaste metálico e partículas com dimensões iniciais de cerca de um micrômetro.

Figura 4. Efeito da frequência nos Danos da Trava De Aço Macio

corrosão por traste

outra faceta do processo de traste é a influência da umidade na taxa de desgaste da traste. Desgaste Fretting diminui substancialmente para a maioria dos casais de atrito (metais) como a umidade relativa aumenta de zero para 50 por cento.

o desgaste em condições úmidas é sempre menos grave porque a humidade contida no ar fornece um tipo de película lubrificante entre as superfícies. Em alguns casos, a umidade permite que hidratos de ferro macios se formem em vez do mais duro, mais abrasivo Fe3O4, magnetita, um óxido magnético de ferro.

embora a traste possa ocorrer num ambiente inerte, este tipo de ambiente não é normal. Mesmo em condições de lubrificação plena, os óleos minerais expostos à atmosfera contêm pelo menos 10% de ar, de modo que o oxigênio está presente em todos os casais de fricção ou usando interfaces. Vestindo superfícies e escombros geralmente mostram uma grande quantidade de óxido, levando ao nome “corrosão fretting.”

In The past, fretting wear was usually called fretting corrosion because oxidation was supposedly the critical factor causing fretting. Na verdade, a existência de produtos de oxidação tem sido um meio pronto para identificar um processo de traste.

hoje em dia, os engenheiros percebem que fretting ocorre em materiais que não oxidam, como óxido cúbico, ouro e platina. Embora a oxidação não cause fretamento em materiais mais comuns, a remoção de resíduos de desgaste deixa o metal virgem exposto à atmosfera e oxidação geralmente ocorre.

fortes evidências visuais sustentam a ideia de que as películas de óxido se formam e são posteriormente raspadas. As superfícies metálicas na região trastted tornam-se ligeiramente descoloridas. A cor dos resíduos de desgaste varia com o tipo de material original; o produto de corrosão do alumínio é branco, mas fretting faz com que ele se torne preto, o produto de corrosão do aço é cinza, mas fretting faz com que ele se torne um marrom avermelhado.

o segundo aspecto que suporta esta ideia é o aumento da taxa de desgaste. Quando a traste ocorre em um ambiente inerte, a taxa de desgaste é consideravelmente menor do que quando as condições causam uma película de óxido para formar e ser raspado.

como o efeito da frequência no desgaste é dependente da amplitude, dois tipos de desgaste de traste precisam ser definidos de acordo com a amplitude da oscilação. O primeiro tipo de traste é corrosão ou desgaste, Como anteriormente discutido. The second type of fretting that occurs, in which less material is removed is called fretting fatigue or traction fatigue.

fadiga Fretante

na fadiga fretante, fissuras superficiais iniciam e propagam, removendo assim o material. A amplitude é pequena. Se a amplitude do deslizamento aumentar, o fenômeno de fadiga fretting pode desaparecer à medida que a frente de desgaste começa a avançar rapidamente o suficiente para remover as rachaduras iniciadas antes de se propagar.

a dureza da superfície desempenha um papel fundamental na limitação da fadiga de traste. Se ambas as superfícies são duras, as asperidades solda-se, seguido pela ruptura de junções, transferência de material e geração de partículas desgaste.Se uma superfície dura estiver em contacto com uma superfície macia, é provável que ocorra desgaste da fadiga. O mais difícil das duas superfícies cria tracção suficiente para causar deformação plástica da superfície mais macia e libertação de partículas através de nucleação vazia subsuperfície, propagação de fissuras e subsequente perda de material de superfície.

quando uma superfície é muito mais dura e áspera e é impulsionada por menos força de tração, as asperidades irão indagar na superfície oposta para causar abrasão grave e resíduos de desgaste semelhante ao fio.

influências lubrificantes na traste

a traste parece progredir mais rapidamente em casais de fricção que têm acabamentos de superfície lisos e encaixes próximos. Os lubrificantes não penetram em áreas de desgaste com pequenas aberturas (descritas como encaixes próximos). Além disso, o acabamento liso elimina bolsas de retenção de lubrificantes entre as asperidades em superfícies mais rugosas.

nestas Condições apenas a condição de lubrificação limite, a interação contínua de superfícies molhadas de óleo, pode ser alcançada. Os lubrificantes nem sempre são bem sucedidos porque a ação recíproca espreme a película lubrificante e não permite que ela seja reabastecida.

em geral, o objetivo do lubrificante na maioria das situações de traste é evitar que o oxigênio atinja a superfície de traste e os detritos de desgaste. Lubrificantes líquidos com aditivos de desativação de metal eficaz pode ajudar a reduzir o efeito de fretting, mas não vai provavelmente parar de fretting completamente.

1. Halliday, J. Conference on Lubrication and Wear, Proc. I. Mech. E, London, 1957. P. 640.

2. Feng, eu e Rightmire, B. Proc. I. Mech. E. 170, 1055, 1956.

3. Lipson, C. Wear Considerations in Design. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, Nova Iorque, 1967.

Nota do Editor
este artigo originalmente apareceu como um capítulo no livro de E. C. Fitch, manutenção proativa para sistemas mecânicos. 1992.