Avaliação do desgaste por fretting

O fretting é um processo de desgaste especial que ocorre na área de contato entre dois materiais sob carga submetidos a um movimento relativo mínimo por vibração ou alguma outra força¹. Quando as máquinas estão em operação, surgem inevitavelmente vibrações em uniões aparafusadas ou com pinos, entre componentes que não deveriam se mover e em acoplamentos oscilantes e rolamentos. A amplitude desse deslizamento relativo costuma ser da ordem de micrômetros a milímetros. Esse movimento repetitivo de baixa amplitude causa grave desgaste mecânico localizado e transferência de material na superfície, o que pode reduzir a eficiência da produção, o desempenho da máquina ou até danificá-la².

O desgaste por fretting costuma envolver vários mecanismos complexos na superfície de contato, incluindo abrasão de dois corpos, adesão e/ou desgaste por fadiga de fretting. Para entender o mecanismo e escolher o melhor material de proteção, é necessária uma avaliação confiável e quantitativa. O comportamento sob fretting é muito influenciado pelo ambiente de trabalho, como amplitude de deslocamento, carga normal, corrosão, temperatura, umidade e lubrificação. Um tribômetro versátil, capaz de simular diferentes condições reais de trabalho, é ideal para avaliar o desgaste por fretting.

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A resistência ao desgaste por fretting de uma amostra de aço inoxidável SS304 foi avaliada no tribômetro NANOVEA com o módulo de desgaste alternado linear. Uma esfera de WC (6 mm de diâmetro) foi usada como contracorpo. A trilha de desgaste foi examinada com um perfilômetro 3D sem contato NANOVEA.

O ensaio de fretting foi feito à temperatura ambiente (TA) e a 200 °C para estudar o efeito da alta temperatura na resistência ao fretting do SS304; uma placa de aquecimento na mesa porta-amostra aqueceu a amostra durante o ensaio a 200 °C. A taxa de desgaste K foi calculada pela fórmula K = V/(F × s), em que V é o volume desgastado, F é a carga normal e s é a distância de deslizamento.

Neste estudo, uma esfera de WC foi usada como exemplo de contracorpo. Qualquer material sólido, com formatos e acabamentos superficiais diferentes, pode ser montado com um dispositivo sob medida para simular a situação real de aplicação.

O perfil 3D da trilha de desgaste permite determinar de forma direta e precisa a perda de volume, calculada pelo software de análise NANOVEA Mountains.

O ensaio de desgaste alternado em baixa velocidade, 100 rpm, e à temperatura ambiente apresenta uma pequena trilha de 0,014 mm³. Em comparação, o ensaio de fretting em alta velocidade, 1000 rpm, cria uma trilha muito maior, com volume de 0,122 mm³. Essa aceleração do desgaste pode ser atribuída ao calor elevado e à vibração intensa gerados durante o ensaio de fretting, que favorecem a oxidação dos detritos metálicos e resultam em abrasão severa de três corpos. O ensaio de fretting a 200 °C forma uma trilha ainda maior, de 0,269 mm³.

O ensaio de fretting a 1000 rpm tem taxa de desgaste de 1,5 × 10⁻⁴ mm³/N m, quase nove vezes a do ensaio alternado a 100 rpm. Em temperatura elevada, a taxa de desgaste acelera ainda mais, para 3,4 × 10⁻⁴ mm³/N m. Uma diferença tão grande na resistência ao desgaste em diferentes velocidades e temperaturas mostra a importância de simular corretamente o fretting para aplicações reais.

O comportamento de desgaste pode mudar drasticamente com pequenas alterações nas condições de ensaio do tribossistema. A versatilidade do tribômetro NANOVEA permite medir o desgaste em várias condições, como alta temperatura, lubrificação e corrosão. O controle preciso de velocidade e posição do motor avançado permite ensaios de desgaste de 0,001 a 5000 rpm, tornando-o uma ferramenta ideal para laboratórios de pesquisa e ensaio que estudam o fretting em diferentes condições tribológicas.

Neste estudo, mostramos a capacidade do tribômetro NANOVEA de avaliar o comportamento sob desgaste por fretting de uma amostra de aço inoxidável SS304 de forma bem controlada e quantitativa. A velocidade e a temperatura de ensaio têm papel decisivo na resistência do material ao fretting. O calor elevado e a vibração intensa durante o fretting aceleraram o desgaste do SS304 em quase nove vezes, e a temperatura de 200 °C elevou ainda mais a taxa de desgaste para 3,4 × 10⁻⁴ mm³/N m.

A versatilidade do tribômetro NANOVEA o torna uma ferramenta ideal para medir o desgaste por fretting em várias condições, como alta temperatura, lubrificação e corrosão. Os tribômetros NANOVEA oferecem ensaios de desgaste e atrito precisos e repetíveis nos modos rotativo e linear conforme ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribocorrosão em um único sistema pré-integrado.

1. Lampman, S. R., ASM Handbook, Volume 19: Fatigue and Fracture.
2. Fretting wear, Machinery Lubrication, machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear.