Você sabe o que é rugosidade e qual a sua importância para o funcionamento de uma peça? A rugosidade superficial de uma peça desempenha um papel crucial em seu desempenho e durabilidade, especialmente em ambientes severos de desgaste por abrasão, corrosão e erosão. A rugosidade afeta o comportamento tribológico da peça, ou seja, sua interação com outras superfícies em termos de fricção, lubrificação e desgaste. Superfícies com uma rugosidade controlada podem otimizar o desempenho tribológico, melhorando a eficiência operacional e a vida útil da peça. Portanto, controlar a rugosidade superficial é fundamental para maximizar a durabilidade e o desempenho de peças que operam em ambientes com a presença dos mas variados mecanismos de desgastes.
Esse artigo tem por objetivo apresentar como a rugosidade impacta positiva ou negativamente nos principais mecanismos de desgastes encontrados em todos os processos industriais.
Qual a influência da rugosidade na resistência à abrasão?
Superfícies com alta rugosidade têm picos e vales que aumentam a área de contato entre as superfícies que se encontram em movimento relativo. Isso pode resultar em maior atrito e, consequentemente, maior desgaste devido ao aumento das forças aplicadas nos pontos de contato. Quando partículas ou materiais abrasivos entram em contato com uma superfície rugosa, eles podem se alojar nos vales e causar danos concentrados nos picos da superfície. Superfícies com baixa rugosidade tendem a distribuir melhor a carga aplicada, resultando em uma área de contato mais uniforme e menor fricção. Isso pode reduzir a taxa de desgaste, pois as partículas abrasivas têm menos pontos de impacto para agredir a superfície. Em muitos casos, superfícies mais lisas apresentam melhor resistência à abrasão, especialmente em condições de deslizamento contínuo.
Superfícies mais ásperas são mais suscetíveis ao desgaste por microcorte, que ocorre quando partículas abrasivas ou superfícies em movimento removem material de forma progressiva ao longo dos picos e vales da rugosidade. À medida que os picos são desgastados, o desgaste pode se acelerar, uma vez que mais material é removido. Em superfícies lisas, o desgaste por microcorte tende a ser reduzido, pois há menos irregularidades onde as partículas abrasivas possam se fixar ou se movimentar de forma concentrada. Isso geralmente resulta em uma menor taxa de desgaste.
Os vales de uma superfície rugosa podem servir como depósito para partículas abrasivas presentes no processo, o que pode acelerar o processo de desgaste. Uma vez que as partículas abrasivas ficam presas nessas cavidades, elas podem agir como agentes de desgaste, causando micro danos localizados. Superfícies com menor rugosidade oferecem menos áreas onde as partículas abrasivas podem se acumular, reduzindo a ação dessas partículas. Isso contribui para uma maior resistência à abrasão, especialmente em ambientes com alto nível de abrasivos em suspensão.
Superfícies com maior rugosidade tendem a concentrar tensões mecânicas nos picos, o que pode acelerar a falha por desgaste. O atrito gerado por partículas abrasivas pode aumentar as tensões localizadas nos pontos mais altos da superfície, levando a uma deterioração mais rápida desses pontos. Superfícies com menor rugosidade distribuem melhor as tensões mecânicas, o que reduz a possibilidade de concentrações de tensão que podem acelerar o desgaste. Isso geralmente melhora a resistência à abrasão, especialmente em peças submetidas a cargas cíclicas ou contínuas.
Superfícies com alta rugosidade podem dificultar a distribuição uniforme de lubrificantes, o que pode resultar em maior atrito e desgaste. A rugosidade cria bolsões onde o lubrificante pode se acumular ou ser removido, diminuindo sua eficácia como agente de redução de fricção. Superfícies com baixa rugosidade promovem a distribuição uniforme de lubrificantes, criando uma camada protetora que reduz o contato direto entre as superfícies, diminuindo o atrito e, consequentemente, o desgaste abrasivo.
Por outro lado, a rugosidade também pode ser benéfica. Ela pode trabalhar como mecanismo de atrito e servir para “arraste de materiais”, como, por exemplo, em ferramentas de dobrar tubos, que, se estiver com baixa rugosidade, vai deixar o tubo escorregar e prejudicar o processo de conformação.
Qual a influência na resistência à corrosão?
Em superfícies com alta rugosidade, os picos e vales criados pela textura superficial podem facilitar o acúmulo de agentes corrosivos, como água, sais e outros contaminantes. Esses agentes podem se alojar nos vales, criando pontos onde a corrosão pode se iniciar, especialmente em ambientes úmidos ou agressivos (como ambientes marinhos ou industriais). Esse acúmulo pode acelerar processos de corrosão localizada, como a corrosão por pite. Superfícies com baixa rugosidade tendem a ser mais fáceis de limpar e a ter menos áreas propícias para o acúmulo de contaminantes. Como resultado, a corrosão é menos propensa a ocorrer, o que vai garantir um melhor desempenho e mtbf do componente.
Em materiais que formam uma camada passiva protetora (como o aço inoxidável), a rugosidade pode impactar negativamente a uniformidade dessa camada. Superfícies rugosas podem ter regiões onde a camada passiva não se forma de maneira adequada ou contínua, criando áreas vulneráveis à corrosão. A descontinuidade da camada passiva pode permitir que agentes corrosivos ataquem diretamente o material base. Superfícies mais lisas favorecem a formação de uma camada passiva uniforme e contínua, o que melhora a resistência à corrosão. Uma camada passiva bem formada age como uma barreira que impede a penetração de agentes corrosivos, protegendo o material de forma eficaz.
A rugosidade aumenta a área superficial efetiva de uma peça, o que significa que uma área maior fica exposta a agentes corrosivos. Isso pode acelerar a taxa de corrosão, pois mais material fica sujeito ao ataque corrosivo. Em ambientes agressivos, essa área adicional pode levar a uma degradação mais rápida. Com uma superfície mais lisa, a área superficial exposta aos agentes corrosivos é menor. Isso reduz o potencial de interação com elementos corrosivos, o que geralmente resulta em uma maior resistência à corrosão.
Superfícies com alta rugosidade podem criar pontos de concentração de tensão, o que aumenta a suscetibilidade à corrosão sob tensão (stress corrosion cracking). Essas concentrações de tensão, combinadas com um ambiente corrosivo, podem levar à formação de rachaduras ou falhas no material. Superfícies mais uniformes tendem a distribuir melhor as tensões, reduzindo a probabilidade de corrosão induzida por tensão. Isso melhora a resistência geral do material em ambientes corrosivos.
A rugosidade pode facilitar a corrosão localizada, como a corrosão por pite. Os vales criados pela rugosidade podem reter líquidos corrosivos, permitindo que eles permaneçam em contato com a superfície por longos períodos. Esses pontos de retenção aumentam a agressividade da corrosão em áreas específicas, o que pode resultar em paradas não programadas para manutenção. Superfícies lisas, por outro lado, tendem a ser menos suscetíveis a esse tipo de corrosão, pois não apresentam tantos pontos onde os agentes corrosivos possam se acumular e se concentrar. Isso torna a corrosão mais uniforme e previsível, o que pode facilitar a manutenção.
Como pode ser evidenciado, a rugosidade superficial tem um impacto significativo desempenho e durabilidade de peças. Portanto, uma boa especificação e controle de rugosidade, associados com uma boa escolha de materiais de fabricação e proteção com revestimentos contra desgastes, como os aplicados por Aspersão Térmica, Laser Cladding e PTA podem garantir melhor produtividade, menores custos de manutenção, menores despesas com pagamentos de garantias para os fabricantes e ganhos financeiros para as empresas de todos os segmentos da indústria.
