Les Modèles cognitivo-comportementaux de l’ESPT

A tribologia é a ciência que estuda o atrito, o degaste e a lubrificação (DOWSON, 1979). A sua primeira citação foi feita por Peter Jost no ano de 1966 (JOST, 1966), que a definiu da seguinte forma: “ciência e tecnologia de superfícies interagindo em movimento relativo e das práticas e assuntos associados”.

O coeficiente de atrito é definido como a razão entre a força tangencial à interface de contato Ft (força de atrito) e a força normal Fn. Segundo Hutchings

(1992) força de atrito é a resistência encontrada por um corpo em direção contrária a seu movimento sobre outro.

Nos primeiros períodos de contato por deslizamento entre duas superfícies sólidas que ainda não foram desgastadas, o coeficiente de atrito pode apresentar um comportamento instável em função da acomodação entre as faces de contato. Na literatura, esta instabilidade é denominada de running in, também conhecido como regime transiente ou de amaciamento. A figura 2.2.1 exemplifica alguns tipos clássicos que foram apresentados e discutidos por Blau (2005).

Figura 2.2.1: Tipos de running in no coeficiente de atrito (BLAU, 2005).

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O período de running in exemplificado na figura 2.2.1-a ocorre por causa da topografia inicialmente rugosa, que eleva o nível do coeficiente de atrito durante a conformação da superfície e com o alisamento topográfico, o nível do atrito é reduzido. O decréscimo pode também ser decorrente do cisalhamento dos picos das irregularidades ou devido o cisalhamento do filme que se forma na superfície dos materiais.

A evolução do atrito apresentado na figura 2.2.1-b têm características semelhantes às descritas para a figura 2.2.1-a. No entanto, o aumento no seu nível após atingir o nível mínimo está associado ao rompimento do filme.

Para Blau (2005) o tempo de duração do running in é dependente da pressão de contato. Maiores pressões tendem a reduzir o tempo de transição para o regime permanente, que corresponde aquele em que a força de atrito ou o coeficiente de atrito permanecem em níveis constantes, ou seja, estáveis. A figura 2.2.1-c exemplifica uma aplicação com elevada pressão de contato, que reduziu significativamente o período de running in e o nível do coeficiente de atrito.

O comportamento da figura 2.2.1-d é típico de contato a seco, que se caracteriza por ter uma pequena quantidade de contaminação na superfície, por óxido, ou debris de desgaste. Como a contaminação ainda não se espalhou sobre a superfície, o atrito cresce rapidamente logo com os primeiros ciclos de contato por deslizamento. Porém quando a superfície é contaminada, o atrito estabiliza.

O running in muitas vezes é ignorado ou considerado como característica normal de operação. No entanto, dependendo da aplicação, o desempenho do componente pode ser otimizado minimizando essa instabilidade inicial.

No caso da embreagem, não é desejável que o coeficiente de atrito tenha comportamentos parecidos com os apresentados nas figuras 2.2.1-a, 2.2.1-b e 2.1.2-c, pois a transmissão de torque será irregular, principalmente nos primeiros ciclos de acoplamento. Dependendo do nível mínimo do atrito no running in, a transmissão do torque será ineficiente e a embreagem perderá a sua funcionalidade.

Espera-se para o atrito, uma evolução similar à apresentada na figura 2.2.1-d e num nível maior do que 0,27. O valor de 0,27 é pré-requisito técnico que foi definido e acordado entre os desenvolvedores e fabricantes de materiais de fricção para embreagens automotivas. Dessa forma a transmissão de torque será regular e satisfatória.

Desgaste por deslizamento é o dano causado a uma superfície sólida, envolvendo geralmente perda progressiva de material em função do seu movimento relativo sobre outra superfície ou, em relação a uma partícula / substância (HUTCHINGS, 1992).

Da mesma forma que se tem o running in no coeficiente de atrito, há também para o desgaste, que também é conhecido por break-in ou wear-in. Isto significa que a evolução da perda de material no running in não ocorre de forma linear.

A perda de material ou o dano à superfície está relacionado ao mecanismo de desgaste operante. Apesar de vários mecanismos ocorrerem de forma simultânea, usualmente um deles opera de forma dominante e estabelece o nível de desgaste correspondente. Os mecanismos de desgaste mais corriqueiros no desgaste por deslizamento são: o adesivo, o abrasivo, a fadiga de contato e o oxidativo. A predominância do tipo de mecanismo depende das propriedades dos materiais envolvidos e da natureza da aplicação (ZUM GAHR, 1987).

O mecanismo oxidativo consiste na formação de óxidos nas superfícies dos materiais, como consequência da elevação da temperatura nos pontos de contato (STACHOWIAK e BATCHELOR, 2001). A formação dos óxidos reduz o contato entre as superfícies originais, diminuindo a formação de junções, pois os óxidos se comportam como lubrificantes sólidos na superfície, podendo contribuir para reduzir os danos às superfícies. A figura 2.2.2 mostra um esquema do desenvolvimento de camadas de óxidos nos pontos de contato entre as superfícies.

Figura 2.2.2: Esquema exemplificando o desenvolvimento de óxidos nos picos das asperidades em função da elevação da temperatura nessas regiões, formando novos pontos de contato; (a) desenvolvimento, (b) destruição e (c) contato através dos óxidos, o que reduz à adesão entre as superfícies (STACHOWIAK e BATCHELOR, 2001).

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Welsh (1964) foi um dos primeiros a investigar a influência do desenvolvimento das camadas de óxidos na taxa de desgaste de pares metálicos durante ensaios por deslizamento a seco. Na figura 2.2.3 é apresentada a evolução da taxa de desgaste do pino em função da variação da força normal aplicada.

Figura 2.2.3: Transição nos regimes das taxas de desgaste obtidos no ensaio por deslizamento a seco metal-metal (STACHOWIAK e BATCHELOR, 2001; adaptado de WELSH, 1964).

Welsh (1964) observou com o aumento da força normal duas transições na taxa de desgaste, que foram denominadas de T1 e T2. Os regimes antes da T1 e após a T2 foram denominados de moderado e o regime acima da T1 e antes da T2, foi denominado de severo.

No regime moderado antes da T1, por causa das pequenas forças normais empregadas, camadas de óxidos foram geradas na superfície dos materiais, lubrificando e atenuando o desgaste. A rugosidade da superfície de contato após o ensaio foi menor em relação a inicial.

No regime severo, altas cargas foram impostas, predominando o mecanismo de adesão entre as superfícies, que deram origem a partículas metálicas grandes, contribuindo para o aumento do desgaste. A rugosidade da superfície desgastada foi maior em relação a original.

Já no segundo regime moderado (após T2), forças normais ainda maiores foram aplicadas e isto aumentou a temperatura da interface, que favoreceu a formação das camadas de óxidos. A taxa de desenvolvimento destas camadas foi superior a sua ruptura ou remoção e, por essa razão, o desgaste foi reduzido.