desgaste por deslizamento
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1
Escopo -Nomenclatura – Ensaios
Equação de ARCHARD
Regimes de desgaste
– Moderado 2 > Severo (T1)
– Severo> Moderado 2 (T2)
Mapas de desgaste
03 – Desgaste por deslizamento
2
Escopo -Nomenclatura - Ensaios
Desgaste a seco e não lubrificado
Desgaste “adesivo”
Scuffing, scoring, galling (F, V) – descrição de danos
Ensaios
Conformes x não conformes
Mesmo material ou materiais diferentes
Perda de massa x monitoração do atrito
03 – Desgaste por deslizamento
3
A EQUAÇÃO DE ARCHARD
Holm x Archard
03 – Desgaste por deslizamento
dV removido = 2πa3/3dW = Hπa2
k = fração desgastadadQ(a cada 2a) = kdV
Q = KW/H
4
A EQUAÇÃO DE ARCHARD
Efeito da dureza e da força aplicada 10-3<K<10-7(8,9..)-
5
Regimes de desgaste (T1)
Efeito da força aplicada. Elevação progressiva ou abrupta da perda de massa, da taxa de desgaste ou da constante de desgaste 10-3<K<10-7(8,9..)-
Tempo, distância...
Perd
a de
mas
sa, v
olum
e...
Tempo, distância...
Per
da d
e m
assa
, vol
ume.
..
Tempo, distância...
Per
da d
e m
assa
, vol
ume.
..
F1 F2
F3
6
Regimes de desgaste (T1)
Efeito da força aplicada. Elevação progressiva ou abrupta da perda de massa, da taxa de desgaste ou da constante de desgaste 10-3<K<10-7(8,9..)-
Tempo, distância...
Perd
a de
mas
sa, v
olum
e... F1
F2
F3
Força
7
Taxa de desgaste e resistência de contato x carga aplicada.
F1
F2
F3Regimes de desgaste (T1)
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Regimes de desgaste (T1)
Moderado (mild):Rugosidade diminui em relação á rugosidade
inicial (menor que a do regime severo.Coeficiente de atrito ~0,15
• Partículas de desgaste (debris) pretos (óxidos) e pequenos <1μm• Coeficiente de desgaste K< 10-6
Severo (severe):Rugosidade aumenta em relação á
rugosidade inicial (maior que a do regime moderado).
Coeficiente de atrito ~0,25 – 0,30 -....• Partículas de desgaste (debris) claras (metálicas) e grandes 20 <d <200μm• Coeficiente de desgaste K>10-4
9
Galling – esfolamento - severo
Tensão aplicada (MPa)T
Freq
uênc
ia d
e es
fola
men
to
10
Galling – esfolamento - severoFerramentas industriais (sem revestimento)
Punção de corte 175 (mil)P
11
Galling – esfolamento - severoEnsaios em laboratório Sem revestimentos
A adesão inicia-se nos “defeitos” deixados pela usinagem
12
Galling – esfolamento - severoEnsaios em laboratório Revestimento AlTiCrN
“defeitos” maior força
Penetração de 0,1 mm
Penetração de 0,3 mm
13
Galling – esfolamento - severoEnsaios em laboratório Revestimento
AlTiCrN
“defeitos” maior força
14Fonte: Rabinowicz apud Hutchings
Regimes de desgaste (T1) – Efeito adesão - tensão “da interface” (τi)i
15
Regimes de desgaste (T2)
O segundo regime moderado decorre da elevação da temperatura média a ponto de a produção de óxido superar o efeito da ruptura ou remoção do mesmo
16Farias
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Forte adesão
Forte adesãoPartícula transferida
Deslizamento
Ranhura
Trincas causadas pelas tensões de tração durante o deslizamento
Sulcamento
18
Regimes de desgaste (T2) – Efeito da temperatura ambiente
19
Regimes de desgaste (T2) – Efeito da temperatura da interface (velocidade)
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Regimes de atrito
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A EQUAÇÃO DE ARCHARD
Q = KW/H(do mais mole - pino)(
433 HV(30)4
Disco 1 - 460 HVDisco 2 - 525 HV
Viafra
22
A EQUAÇÃO DE ARCHARD
Q = KW/H(do mais mole - pino)(
433 HV(30)4
A elevação da dureza durante o ensaio é uma possível explicação
23
A EQUAÇÃO DE ARCHARD
Q = KW/H(do mais mole - pino)(
433 HV(30)4
A enorme diferença de perda de massa não se refletiu no coeficiente de atrito
24
A EQUAÇÃO DE ARCHARDQ = KW/H
(do mais mole - pino)( 255 ± 4 HV
0,1
A diferença na topografia
Disco 1 - 570 ± 6 HV0,1
.
Disco 2 - 570 ± 6 HV0,1
.
Imagem obtida por interferometria a lasertopografia em rede topografia em linha
Representação esquemática das linhas de contato
Linhas que representam ospicos de contato
Altura média dos picos de contato
5 µm 15 µm
Espaçamento médio entre os picos de contato
500 µm 1000 µm
topografia em rede topografia em linha
25
Ra
io d
e d
esl
iza
men
to (
r)
Força Normal (FN)150 N
Trilha de desgaste
r =
12,
5
40 rpm
Gravidade
c) PINO-SOBRE-DISCO
A EQUAÇÃO DE ARCHARD
26
A EQUAÇÃO DE ARCHARD
27
“Em rede” 17 a 21% da área da trilha com partículas aderidas
“Em linha” - 12 a 14% da área da trilha com partículas aderidas
A EQUAÇÃO DE ARCHARD
Com W, v, H(pino), H(disco), umidade, distância percorrida, constantes a variação no desgaste sugere varição em K. Outro modelo! Importante pelo uso crescente de superfícies com topografias engenheiradas.
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MENDES, M.A. R. S. Estudo do desgaste de ferramentas com e sem revestimentos de filmes finos utilizadas em operações de estampagem. Exame de qualificação para mestrado. 2009
FARIAS, M.C.M., SOUZA, R.M., SINATORA, A. TANAKA, D.K. The influence of applied load,sliding velocity and martensitic transformation on the unlubricated sliding wear of austenitic stainless steels. Wear 263 (2007) 773-781
VIÁFRA.C.C, SINATORA, A. Influence of hardness of the harder body on wear regime transition in a sliding pair of steels. Wear 267 (2009) 425-432
LEITE, M.V., SINATORA, A. Método para caracterização tribológica do aço ABNT H 13 com topografia estruturada em condições de deslizamento a seco. 45º Seminário de Laminação, Processos e Produtos Laminados e Revestidos. 2008.
LEITE, M.V., FIGUEROA, C.A. BASSO, R.L.O. MEI, P.R. BAUMVOL, I.J.R. SINATORA, A. Wear mechanisms and microstruture relationship of AISI H 13 tool steel pulsed plasma nitriding 2009.
Referências03 - Desgaste por deslizamento
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