A resistência à abrasão superficial de materiais é uma variável bastante importante quando pensamos no desenvolvimento de peças que trabalham em ambientes agressivos. Materiais mal selecionados podem custar muito caro para as empresas. A resistência à abrasão é uma propriedade física de materiais que mede sua capacidade de resistir ao desgaste causado pela fricção ou contato repetitivo com superfícies rugosas. Esse tipo de desgaste ocorre quando dois materiais entram em contato e ocorre a remoção progressiva de partículas do material de menor resistência, causando desgaste e deterioração ao longo do tempo.
A resistência à abrasão é especialmente relevante em aplicações industriais e em produtos que estão sujeitos a condições adversas de uso. Materiais com boa resistência à abrasão têm uma vida útil mais longa e mantêm suas características mecânicas e estéticas por mais tempo.
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Ao longo dos anos temos realizado diversas visitas técnicas para profissionais de engenharia de produto e de engenharia de manutenção. E o que temos evidenciado é um desperdício enorme de dinheiro causado pela seleção de materiais não apropriados para o ambiente de trabalho. Em muitos casos, na boa intenção de resolver o problema, materiais de alto valor são selecionados com pouquíssima eficácia. Talvez uma das grandes causas para esse fato seja o (ainda) pequeno número de engenheiros de materiais formados no nosso país. Felizmente hoje essa formação já está sendo oferecida em inúmeras universidades.
Mas e você que não é um engenheiro de materiais, sabe como avaliar a resistência à abrasão de um material?
Em primeiro lugar, é importante que se conheça claramente o conceito desse mecanismo de desgaste. O desgaste por abrasão ocorre quando o material é removido de uma superfície quando esta está em movimento relativo com outra. Ele pode ser um desgaste por abrasão de dois corpos (quando a rugosidade gasta a superfície oposta) e de três corpos (quando um terceiro corpo está entre as duas superfícies (uma partícula de areia entre dois um mancal e um eixo, por exemplo).
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Normalmente as pessoas associam o nível de resistência à abrasão de um material pela sua dureza. Mas nem sempre essa premissa é verdadeira. A resistência à abrasão é o resultado de um conjunto de fatores como composição do material, tratamentos de superfícies aplicados, dureza, rugosidade superficial, entre outros.
Você sabe como aumentar a resistência à abrasão superficial de componentes de máquinas?
Existem várias maneiras de melhorar a resistência à abrasão de materiais, dependendo do tipo de material e da aplicação específica. Algumas das principais estratégias incluem:
- Seleção de materiais adequados: Optar por materiais naturalmente mais resistentes à abrasão pode ser uma forma eficaz de melhorar essa propriedade. Por exemplo, materiais cerâmicos e metais duros, como aço inoxidável ou ligas de alta resistência, geralmente apresentam maior resistência à abrasão do que materiais poliméricos ou metais mais macios.
- Projeto de superfícies: O projeto adequado das superfícies em contato pode reduzir a abrasão. Incorporar geometrias de superfície adequadas, como sulcos, canais ou ranhuras, pode ajudar a direcionar a abrasão para áreas menos críticas ou facilitar a lubrificação.
- Adição de aditivos e reforços: Em materiais poliméricos, a adição de aditivos, como cargas minerais ou fibras, pode aumentar significativamente a resistência à abrasão. Esses reforços atuam como barreiras físicas que protegem a matriz do material contra o desgaste.
- Controle das condições de uso: Em algumas aplicações, pode ser possível controlar as condições de uso para minimizar a abrasão. Por exemplo, ajustar a velocidade de deslizamento, o tipo de contato e a limpeza adequada podem contribuir para a preservação do material. Seria basicamente realizar um bom plano de manutenção preventiva.
- Tratamentos superficiais: Aplicar tratamentos específicos e revestimentos industriais na superfície do material pode aumentar sua resistência à abrasão. Alguns desses tratamentos incluem tratamentos térmicos (como, por exemplo a nitretação, cementação, anodização, entre outros). A aplicação de revestimentos aplicados por Aspersão Térmica também é uma importante estratégia. Os revestimentos aplicados por esta tecnologia conseguem aumentar a resistência à abrasão de componentes em mais de 1000% devido à grande disponibilidade de ligas possíveis de serem aplicadas.
É muito importante que o profissional fique atendo à estas condicionantes. Em muitos casos, cuidados simples, de baixo custo, podem gerar um grande impacto na durabilidade de uma peça.
Como avaliar essa característica em um material?
Testar a resistência à abrasão por tentativa e erro nem sempre (eu diria nunca) é o melhor caminho. Temos falado em inúmeros textos que o laboratório é o melhor local para se realizar esses ensaios. O resultado é obtido em um curto espaço de tempo e envolve baixos custos.
Existem diversos métodos para essa avaliação. O ensaio de de desgaste por abrasão realizado de acordo com a norma ASTM G65 e é um excelente método de avaliação da resistência à abrasão de materiais e revestimentos contra desgastes. Além disso, é um dos mais populares e de menor custo e tempo de realização. Ele consiste em pressionar um corpo de prova contra uma roda de borracha em movimento. Entre a roda de borracha e o corpo de prova é projetado um fluxo de ar com areia. Veja a ilustração no vídeo.
O resultado da avaliação pode ser medido em perda de massa ou perda de volume, dependendo dos materiais que estão sendo comparados. Um revestimento de carboneto de tungstênio, por exemplo, possui resistência à abrasão 600% superior ao cromo duro eletrodepositado. O período de 10 minutos por corpo de prova é suficiente para se conseguir resultados bastante relevantes.
Veja a diferença de resistência à abrasão entre diversos revestimentos contra desgastes no material a seguir.
