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Adesão é o fenômeno que resulta das forças atrativas entre duas superfícies em contato íntimo (ZUM GAHR, 1987).

Vários testes em uma grande variedade de metais têm mostrado que quando há forte adesão, ocorre transferência de material do metal mais fraco (ligações atômicas fracas) para o mais forte (ligações atômicas fortes), no caso do contato metal-metal (STACHOWIAK; BATCHELOR, 2000). A Figura 9 mostra um esquema do processo de transferência de metal devido à adesão.

Figura 9 – Processo de transferência de metal devido à adesão.

Fonte: STACHOWIAK; BATCHELOR, 2000 Material forte

Material fraco

A forte adesão observada em metais pode ser explicada pela transferência de elétrons entre as superfícies em contato. Um grande número de elétrons livres está presente em metais e no contato esses elétrons podem ser trocados entre os dois sólidos e estabelecer ligações (STACHOWIAK; BATCHELOR, 2000).

Sob condições adequadas, uma forte adesão pode ocorrer entre metais e cerâmicas. O principal fator é a afinidade química entre os corpos. Tem sido observado que apenas metais que não formam óxidos estáveis exibem baixo coeficiente de atrito contra cerâmicas. Metais normalmente têm forças de coesão menores do que cerâmicas, por isso, na ruptura do contato adesivo, fragmentos metálicos são frequentemente aderidos à cerâmica para formar um filme de transferência (STACHOWIAK; BATCHELOR, 2000).

Teorias anteriores de desgaste por deslizamento sugerem que o material é removido em pedaços ou fragmentos dos picos das asperidades por processos de adesão (HUTCHINGS, 1992). Muitas vezes grupos de partículas são formados e separados em entidades menores, dessa forma, vários processos de desgaste iniciam por adesão, mas a geração de partículas de desgaste significa que há possibilidade desse mecanismo mudar para desgaste por abrasão (NEALE, 1995). O mecanismo de formação de uma partícula de transferência por adesão é mostrado esquematicamente na Figura10.

Figura 10 – Mecanismo de formação de partícula de transferência por adesão.

Fonte: STACHOWIAK; BATCHELOR, 2000. Adesão sem deslizamento

A grande deformação plástica na região de contato às vezes forma uma partícula na forma de cunha, que é seguida pela nucleação e propagação da trinca no modo de fratura combinado de tração e cisalhamento na região posterior de contato (BHUSHAN, 2001). Esta partícula de desgaste pode permanecer na superfície, ocasionando a formação de uma camada de transferência, ou ser removida, gerando uma partícula de desgaste (STACHOWIAK; BATCHELOR, 2000).

Quando metais diferentes deslizam entre si, ocorre ligação mecânica entre eles e a partícula de transferência consiste em uma lamela dos dois materiais. No início, a partícula acumula material das duas superfícies. Conforme a partícula torna-se maior entre as duas superfícies ela se torna achatada, produzindo uma estrutura lamelar (STACHOWIAK; BATCHELOR, 2000). O possível mecanismo envolvido nesse processo é mostrado na Figura 11.

Figura 11 – Mecanismo de formação de camada de transferência.

Fonte: STACHOWIAK; BATCHELOR, 2000.

Essas partículas de transferência normalmente são mais duras do que o substrato devido ao encruamento severo sofrido e são capazes de produzir ranhuras na superfície pelo sulcamento do substrato mais mole. O sulcamento é uma forma muito ineficiente de corte que pode levar à formação de trincas na superfície como resultado de elevadas tensões de tração (STACHOWIAK; BATCHELOR, 2000), conforme pode ser observado na Figura 12.

Partículas de desgaste

1) Estágio inicial do crescimento da partícula transferida

2) Partícula transferida comprimida em contato com a área A determinada pela pressão

3) Aplainamento por pressão e deslizamento 4) Crescimento da partícula transferida

Figura 12 – Mecanismo de formação de ranhuras nas superfícies desgastadas por partículas transferidas encruadas.

Fonte: STACHOWIAK; BATCHELOR, 2000.

Quando não ocorre a formação de partículas de desgaste, pode haver uma extensa deformação plástica, como ilustrado na Figura 13.

Figura 13 – Modelo alternativo da deformação no contato de asperezas aderidas.

Fonte: STACHOWIAK; BATCHELOR, 2000.

Os principais fatores que controlam os mecanismos de desgaste são as tensões mecânicas, temperatura e o fenômeno da oxidação. Todos os três fatores devem ser considerados para se entender o desgaste por deslizamento em metais (HUTCHINGS, 1992).

Gaard et al. (2010), estudando o efeito da temperatura sobre o desgaste por adesão em contatos deslizantes sem lubrificação concluíram que o aumento da temperatura leva a

Partícula transferida Forte adesão Forte adesão Sulcamento Deslizamento Sulco formado na superfície desgastada

Trincas formadas durante o sulcamento com forte adesão

Asperezas em contato - Deformação mútua

- Formação de ligação adesiva

Fratura frágil durante a separação das asperezas

Fratura dúctil durante a separação das asperezas OU

distâncias de deslizamento menores até o início do desgaste severo por adesão, caracterizado por um aumento no coeficiente de atrito. Cui et al. (2010) comprovaram que o aço H13 revenido a várias temperaturas, apresenta características de desgaste por adesão quando submetido a ensaio de desgaste do tipo pino-sobre-disco a temperatura ambiente. Os pesquisadores notaram a formação de uma camada muito fina de óxidos, insuficiente para a prevenção contra desgaste. Com o aumento da temperatura, houve o aumento da camada de óxido, ocorrendo a transição de mecanismo de desgaste para desgaste por oxidação, levando a menores valor de taxa de desgaste, especialmente para temperatura de 200 °C.

Wei et al. (2011) verificaram a influência do carregamento e da temperatura nos mecanismos de desgaste, para o desgaste por deslizamento, no aço H13. À temperatura ambiente a superfície de desgaste apresentou características de desgaste por adesão. A região de deformação plástica no substrato aumenta com o aumento do carregamento. Na temperatura de 200°C e uma carga de 50N a superfície de desgaste ainda apresentou traços de desgaste adesivo, porém, com o aumento da força uma camada suave e compacta de óxido se formou na superfície de desgaste, significando uma leve região de delaminação existente na superfície de desgaste.

De modo semelhante Wang, Y. et al. (1999) concluíram que, independente da microestrutura, os aços 52100 e 1080 apresentaram a transição de desgaste brando, caracterizado por oxidação, para severo, caracterizado por adesão e delaminação com o aumento da força normal e/ou velocidade no deslizamento sem lubrificação.