IMPORTÂNCIA DA AVALIAÇÃO DO DESGASTE POR BLOCOS SOBRE ANÉIS

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o Nanovea Mechanical Tester mede o YS e UTS de aço inoxidável SS304 e amostras de liga metálica de alumínio Al6061. As amostras foram escolhidas por seus valores de YS e UTS comumente reconhecidos mostrando a confiabilidade dos métodos de indentação da Nanovea.

O comportamento do desgaste por deslizamento de um bloco H-30 em um anel S-10 foi avaliado pelo tribômetro da Nanovea usando o módulo Block-on-Ring. O bloco H-30 é feito de 01 aço ferramenta de dureza 30HRC, enquanto o anel S-10 é de aço tipo 4620 de dureza superficial de 58 a 63 HRC e diâmetro do anel de ~34,98 mm. Os testes Block-on-Ring foram realizados em ambientes secos e lubrificados para investigar o efeito no comportamento do desgaste. Os testes de lubrificação foram realizados em óleo mineral pesado USP. A trilha de desgaste foi examinada usando o Nanovea Perfilômetro 3D sem contato. Os parâmetros de teste estão resumidos na Tabela 1. A taxa de desgaste (K) foi avaliada usando a fórmula K=V/(F×s), onde V é o volume desgastado, F é a carga normal, s é a distância de deslizamento.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Figura 2 compara o coeficiente de atrito (COF) dos testes Block-on-Ring em ambientes secos e lubrificados. O bloco tem significativamente mais atrito em um ambiente seco do que em um ambiente lubrificado. COF
flutua durante o período de rodagem nas primeiras 50 rotações e atinge um COF constante de ~0,8 para o restante do teste de desgaste de 200 rotações. Em comparação, o teste Block-on-Ring realizado na lubrificação com óleo mineral pesado da USP exibe COF baixo e constante de 0,09 ao longo do teste de desgaste de 500.000 rotações. O lubrificante reduz significativamente o COF entre as superfícies em aproximadamente 90 vezes.

As figuras 3 e 4 mostram as imagens ópticas e os perfis 2D da seção transversal das cicatrizes de desgaste nos blocos após os testes de desgaste seco e lubrificado. Os volumes e taxas de desgaste das faixas de desgaste estão listados na Tabela 2. O bloco de aço após o teste de desgaste a seco a uma velocidade de rotação menor de 72 rpm para 200 rotações exibe um grande volume de cicatriz de desgaste de 9,45 mm˙. Em comparação, o teste de desgaste realizado a uma velocidade maior de 197 rpm para 500.000 rotações no lubrificante de óleo mineral cria um volume de pista de desgaste substancialmente menor de 0,03 mm˙.

As imagens em ÿgure 3 mostram que o desgaste severo ocorre durante os testes em condições secas em comparação com o desgaste leve do teste de desgaste lubrificado. O calor elevado e as vibrações intensas geradas durante o teste de desgaste a seco promovem a oxidação dos detritos metálicos resultando em abrasão severa de três corpos. No teste de lubrificação, o óleo mineral reduz o atrito e esfria a face de contato, além de transportar os detritos abrasivos criados durante o desgaste. Isto leva a uma redução significativa da taxa de desgaste por um fator de ~8×10ˆ. Um di˛erence tão substancial na resistência ao desgaste em ambientes di˛erent mostra a importância de uma simulação de desgaste deslizante adequada em condições de serviço realistas.

O comportamento de desgaste pode mudar drasticamente quando pequenas mudanças nas condições de teste são introduzidas. A versatilidade do tribômetro Nanovea permite a medição do desgaste em condições de alta temperatura, lubrificação e tribocorrosão. O controle preciso de velocidade e posição pelo motor avançado permite que testes de desgaste sejam realizados a velocidades que variam de 0,001 a 5000 rpm, tornando-o uma ferramenta ideal para laboratórios de pesquisa/teste para investigar o desgaste em di˛erent condições tribológicas.

A condição superficial das amostras foi examinada pelo proÿlômetro ótico sem contato da Nanovea. A figura 5 mostra a morfologia da superfície dos anéis após os testes de desgaste. A forma do cilindro é removida para melhor apresentar a morfologia da superfície e a rugosidade criada pelo processo de desgaste deslizante. O rugosidade da superfície do cilindro ocorreu devido ao processo de abrasão de três corpos durante o teste de desgaste a seco de 200 rotações. O bloco e o anel após o teste de desgaste a seco apresentam uma rugosidade Ra de 14,1 e 18,1 µm, respectivamente, em comparação com 5,7 e 9,1 µm para o teste de desgaste lubrificado a longo prazo de 500.000 - revolução a uma velocidade maior. Este teste demonstra a importância de uma lubrificação adequada do contato do cilindro de anéis do pistão. O desgaste severo danifica rapidamente a superfície de contato sem lubrificação e leva à deterioração irreversível da qualidade do serviço e até mesmo à quebra do motor.

CONCLUSÃO

Neste estudo mostramos como o Tribômetro da Nanovea é usado para avaliar o comportamento do desgaste por deslizamento de um par de aço metálico usando o módulo Block-on-Ring seguindo a norma ASTM G77. O lubrificante desempenha um papel crítico nas propriedades de desgaste do par de materiais. O óleo mineral reduz a taxa de desgaste do bloco H-30 em um fator de ~8×10ˆ e o COF em ~90 vezes. A versatilidade do Tribômetro da Nanovea o torna uma ferramenta ideal para medir o comportamento do desgaste sob diversas condições de lubrificação, alta temperatura e tribocorrosão.

O Tribômetro da Nanovea oferece testes de desgaste e fricção precisos e repetíveis usando modos rotativos e lineares em conformidade com ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribocorrosão disponíveis em um sistema pré-integrado. A linha incomparável da Nanovea é uma solução ideal para determinar toda a gama de propriedades tribológicas de revestimentos, películas e substratos finos ou espessos, macios ou duros.