PRIMEIRA AULA

Lauralice de C. F. CanaleProf. Associada – EESC/USP

SMM 215 – Lubrificação e lubrificantes automotivos- Primeiro semestre 2017

LUBRICANTS IN OPERATION (Verlag)U J Möller U Boor

MICROSTRUCTURE AND WEAR OF MATERIALS (Elsevier)Zum Gahr

ASM Handbook Volume 18

Apostila Ipiranga

Tribologia

Tribologia

Tribologia nada tem a ver com índios ou outros grupos humanos.

A palavra Tribologia origina-se de palavras gregas: tribos = atrito; logia = estudo.

A matéria que abrange o atrito, desgaste e lubrificação é chamada de Tribologia.

Da Vinci, primeiro tribologista 1452-1519

TribologiaDefinição:Tribologia é a ciência e tecnologia de superfícies interagindo em movimento relativo entre si e assuntos e práticas a ela relacionadas.

A primeira idéia é a de que a Tribologia se ocupa essencialmente na redução do atrito entre duas superfícies em movimento relativo entre si. Porém a Tribologia está também numa área totalmente oposta: a de garantir atrito elevado para permitir a aceleração, manutenção da velocidade e a desaceleração.

Tribologia

A indústria de pneumáticos investe nisso para garantir a movimentação segura de veículos: evitar derrapadas e acidentes. Sem atrito suficiente entre os nossos pés e o chão, não andaríamos.

Tribologia

• Outros efeitos do atrito:

Geração de calor. Se for excessivo poderá causar danos , “queimando” a superfície do componente

Tribologia

A lubrificação não é necessárias apenas em máquinas. Ela é vital nas juntas do seres vivos e também em forma de pêlos que evitam o atrito nas axilas, por exemplo.

Biotribologia: estudo de atrito, lubrificação e desgaste em sistemas biológicos, especialmente em juntas articuladas .

Tribologia

TribologiaLentes de contato em pessoas com “síndromedo olho seco”.

Buscas de lubrificantes que possam substituir a lágrima.

Desenvolvimento de materiais dentários com maior resistência ao desgaste.

Dispositivos cardíacos usando o sangue comolubrificante

Tribologia

Tribossistema

De acordo com a norma DIN 50320, um tribossistema é composto de basicamente 4 elementos:

corpo sólidocontracorpoelemento interfacialmeio

Tribologia

Tribologia

• O contracorpo pode ser um sólido, líquido ou gasoso, ou ainda uma mistura deles. Lubrificantes, camadas adsorvidas, poeira, elementos sólidos em geral, um líquido gás ou mistura deles, podem existir como elementos interfaciais.

• A ação dos elementos ou a interação entre eles varia amplamente dependendo da estrutura do tribossistema. Podem ocorrer entre esses elementos interações físicas e químicas, resultando em destacamento de material da superfície do contracorpo e/ou da superfície do corpo sólido. A formação desses detritos de desgaste é função dos mecanismos de desgaste atuantes.

TribologiaAnálise do perfil de uma superfície

Embora as operações de usinagem possam promover superfícies com ótimos acabamentos, irregularidades microscópicas inevitavelmente estarão presentes.Essas imperfeições são chamadas de asperidades e, quando 2 sólidos estão em contato movendo-se um contra o outro, haverá interferência entre as asperidades opostas, levando ao atrito.

Rugosidade superficial

Tribologia

Asperidades interagem: adesão, deformação

Dissipação da energia nas junções das asperidades.

Tribologia• Outra causa do atrito é que haverá uma

tendência das áreas planas das superfícies opostas se soldarem, em função das altas temperaturas que podem ser desenvolvidas na presença de altas cargas.

Com o uso de lubrificantes o atrito é reduzido pois as moléculas de óleo mantém as superfícies se movendo mas separadas.

Quando a espessura do filme lubrificante é inadequada (lubrificação limítrofe), o contato ocorre nos picos das asperidades da superfície, causando mais atrito e desgaste.

• Nessa situação, há dois mecanismos de desgaste predominantes: adesão e abrasão

Adesão

Adesão

Neste caso seleção de material é importante.Pode ser reduzido com lubrificantes ou contaminantes e com redução da área de contato.

Abrasão

Quando uma superfície deforma, sulca ou corta uma superfície mais mole

Abrasão

Pode ser reduzido com revestimento, aumento de dureza e redução da rugosidade superficial

Fadiga superficial

Resulta frequentemente em pitting superficial. Comum em engrenagens e mancais de rolamento.

Outros mecanismos de desgaste

REAÇÃO TRIBOQUÍMICA

Este tipo de desgaste pode ser caracterizado pelo

contato com atrito entre duas superfícies sólidas que

reagem com o meio. O meio corrosivo pode ser gasoso

ou líquido.

O processo de desgaste acontece por remoção e

formação contínua de camadas reativas com a

superfície de contato. Na presença de oxigênio

atmosférico, os detritos de desgaste consistem

basicamente de óxidos que foram formados na

superfície e removidos por atrito

Outros mecanismos de desgaste

REAÇÃO TRIBOQUÍMICA

Fretting: desgaste de pequena amplitude e grande frequência, frequentemente resultado de vibrações

Diagnostico do desgaste

Fatores tribológicos que afetam o desgasteCaracterísticas do projeto

Transmissão de carga

Tipo de movimento

Formas

Lubrificação

Temperaturas

Ambiente de Trabalho

Condições Operacionais

Área de Trabalho

Pressão de Contato

Qualidade Superficial

Lubrificação

Temperatura

Ambiente de Trabalho

Material

Composição Química

Tenacidade

Estrutura Molecular

Tensão Superficial

Propriedades Mecânicas

Encruamento

Inclusões

Segundas Fases

Estrutura Cristalina

Tamanho de Grão

Revestimentos Superficiais

Desgaste

TribologiaA seguir serão apresentados alguns termos que são relacionados à aparência da superfície de desgaste após o movimento relativo ter produzido desgaste.

SMEARING: remoção mecânica de material da superfície usualmente envolvendo deformação plástica e cisalhamento, e redeposição do material como uma fina camada em uma ou ambas as superfícies.SCUFFING: prejuízo localizado, causado pela ocorrência de uma “adesão” entre as superfícies que deslizam, sem a fusão superficial local (=SCORING (EUA)).SCRATCHING: formação de finos riscos (arranhões) na direção de escorregamento. Scratching pode ser devido a asperezas na superfície mais dura, partículas duras encrustradas em um dos materiais ou a partículas duras entre superfícies.

TribologiaSCORING: severo SCRATCHING (abrasão), podendo ocorrer “adesão”. RIDGING: é uma forma profunda de scratching com estrias paralelas e é causada usualmente por escoamento plástico da camada subsuperficial.GALLING: forma severa de scuffing, associado com prejuízo grosseiro da superfície ou falha do elemento. Galling é usado geralmente quando o processo de desgaste foi mascarado pelo prejuízo grosseiro da superfície.GOUGING: abrasão a altas tensões com formação de sulcos profundos.

Tribologia

SEIZURE: emperramento SPALLING: separação de partículas de uma superfície na forma de flocos, usualmente como resultado de fadiga da subsuperfície e geralmente mais extenso do que pitting. Geralmente associada com elementos de mancais de rolamento e engrenagens.PITTING: qualquer remoção ou deslocamento de material resultando na formação de

cavidades de superfície.

TribologiaSHELLING: é o termo usado em engenharia ferroviária para descrever uma fase avançada de spalling.DELAMINATION: processo de desgaste em que finas camadas de material são formadas e removidas da superfície de desgaste.PLOUGHING (PLOWING): formação de sulcos (estrias) por deformação plástica da mais mole das duas superfícies em movimento relativo. Ploughing é usualmente o deslocamento de material, diferindo de scratching que está associado com a remoção de material.

Tribologia

RIPPLING: é a formação de saliências periódicas e vales transversais à direção do movimento.SCABBING: é a formação de abaulamentos (saliências) na superfície.WELDING: em tribologia significa a adesão entre as superfícies sólidas em contato direto, em qualquer temperatura.WEDGE FORMATION: em metais sob escorregamento, a formação de uma cunha ou cunhas de metal plasticamente cisalhado em regiões (localizadas) de interação entre as superfícies de escorregamento.

Tribologia

Estes termos se relacionam à aparência da superfície prejudicada.

Scratching, scoring, scuffing e galling são basicamente graus de severidade em remoção de material associado com uma dimensão, comprimento. Ploughing, ridging e rippling são deslocamentos de material característicos , novamente associados com uma dimensão, sendo ridging e rippling ao longo e através da dimensão comprimento.

Tribologia

Pitting, scabbing, spalling e shelling são graus de severidade de remoção de material de basicamente 3 dimensões (remoção de volume de forma irregular) com scabbing e pitting sendo algo relacionado com macho e fêmea.

Dados históricos confirmam que há mais de 1000 anos AC o homem já utilizava processos de diminuição de atrito sem naturalmente conhecer esses princípios que hoje são conhecidos por lubrificação.

É difícil deixar de relacionar a ideia de lubrificação ao petróleo, isso porque são as suas substâncias derivadas as mais frequentemente empregadas na formulação de óleos lubrificantes.

A origem da palavra petróleo vem do latim petra(pedra) + oleum (óleo). O petróleo já eraconhecido antes mesmo do seu “real”descobrimento. Há inúmeras referênciasencontradas, inclusive textos bíblicos em que ospovos antigos como os egípcios, gregos, fenícios eastecas o utilizavam em diferentes aplicações.

Lubrificação

Na lubrificação o atrito é importante. Pode-se definir:

Atrito estático:é a força de 2 corpos em contato mas sem movimento

relativo, tendo magnitude suficiente para prevenir o movimento relativo.

Atrito dinâmico: é a força de atrito produzida entre as 2 superfícies se movendo uma contra a outra.

μe > μd

Atrito Dinâmico

Por escorregamento: descreve o atrito produzido com movimentode translação entre 2 corpos.

Por rolamento: é gerado pelomovimento rotacional entre 2 superfícies

Atrito Dinâmico

SOB CARGAS IGUAIS, O COEFICIENTE DEROLAMENTO É MUITO MAIS BAIXO DO QUE O DEESCORREGAMENTO (SEM LUBRIFICAÇÃO)

Atrito Dinâmico

Por rolamento-escorregamento: É muito importante na prática, pois não é completamente possívelprevenir escorregamento (micro-escorregamentos) causados peladeformação elástica dos elementosrodantes e contraface.

O componente de escorregamentoé dependente:• do material• da carga aplicada

Alguns valores de coeficiente de atrito

Algumas maneiras de reduzir o atrito entre as superfícies.

• Lubrificação anti-desgaste e aditivos de lubricidade reduzem a ação da “soldagem” e o rasgamento, promovendo uma baixa resistênciaao cisalhamento do filme entre as duassuperfícies. A baixa resistência ao cisalhamentodo filme permite o escorregamento entre as asperidades uma passando sobre a outra semsulcamento e sem aumento significativo datemperatura que causaria uma ação de “soldagem” a ponto.

Filme de baixa

resistência ao

cisalhamento

• Baixa adesão

• Aditivos de extrema pressão também previnem a ação de solda e rasgamento pela “modificaçãoquímica” da superfície.

• Outra maneira de reduzir a interação entre as superfícies é separar as duas superfícies de escorregamento. O lubrificante separa esses“montes e vales”, similar à hidroplanagem emautoestrada, reduzindo a área de contato de contato e reduzindo o atrito.

• Superfícies separadas com

um filme líquido (óleo)

Regimes de lubrificação

Elementos do motor de combustão

• Rocker arms

• Piston ring

• Valve push road

• Cylinder

• Connecting road

• Crankshaft

• Camshaft

• Oil sump

Balancins

Anel de pistão

Haste de pressão da válvula

Cilindro

Biela

Girabrequim

Eixo comando

Carter