Galling: Defeito Chave em Testes de Aço, Prevenção e Controle de Qualidade

Definição e Conceito Básico

Galling é uma forma de dano superficial caracterizada pela adesão e subsequente rasgo ou deformação das camadas de material durante o movimento relativo entre superfícies em contato. Manifesta-se como transferência de material localizada, rugosidade da superfície ou formação de cristas e sulcos, frequentemente acompanhada pela transferência de material de uma superfície para outra. Na indústria do aço, o galling é um defeito crítico que pode comprometer a integridade dos componentes, o acabamento superficial e o desempenho funcional.

O galling é fundamentalmente um fenômeno tribológico que ocorre sob condições de alta pressão de contato, movimento de deslizamento relativo e, muitas vezes, lubrificação insuficiente. É significativo no controle de qualidade do aço porque pode levar a falhas prematuras, aumento do desgaste e comprometimento das propriedades mecânicas. Dentro do quadro mais amplo da garantia de qualidade do aço, a avaliação do galling ajuda a avaliar a compatibilidade da superfície, a eficácia da lubrificação e o emparelhamento de materiais, garantindo desempenho confiável em aplicações como fixadores, engrenagens e componentes de máquinas.

Natureza Física e Fundação Metalúrgica

Manifestação Física

No nível macro, o galling aparece como manchas ásperas, frequentemente brilhantes ou polidas, na superfície de componentes de aço. Essas manchas podem apresentar cristas, sulcos ou rasgos localizados, com a transferência de material evidente como manchas brilhantes ou descoloridas. As áreas afetadas frequentemente mostram aumento da rugosidade da superfície, deformação e, às vezes, acúmulo ou transferência de material de uma superfície para outra.

Microscopicamente, o galling é caracterizado pela presença de material aderido, microfissuras e zonas de deformação plástica. A superfície pode exibir uma rede de micro-vazios, borrões ou camadas de transferência, com evidências de rasgo de material e soldagem a frio. A microestrutura nas zonas afetadas frequentemente revela fluxo plástico, microfissuras e endurecimento localizado, que são indicativos de adesão e deformação severas.

Mecanismo Metalúrgico

O galling resulta principalmente de mecanismos de desgaste adesivo, onde as asperidades microscópicas das superfícies de aço em contato sofrem deformação plástica sob altas tensões de contato. Quando as superfícies deslizam umas contra as outras, junções microscópicas se formam devido à soldagem a frio, especialmente na ausência de lubrificação adequada. Essas junções podem se romper sob tensão de cisalhamento, causando transferência de material e rasgo da superfície.

O processo metalúrgico subjacente envolve deformação plástica localizada, micro-soldagem e subsequente rasgo. A microestrutura do aço influencia a suscetibilidade ao galling; por exemplo, aços com alta ductilidade ou baixa dureza superficial são mais propensos à adesão. Elementos de liga como enxofre, fósforo ou chumbo podem reduzir o atrito superficial e a adesão, afetando assim o comportamento do galling. Condições de processamento, como acabamento superficial, tratamento térmico e tensões residuais, também influenciam as características microestruturais que governam a propensão ao galling.

Sistema de Classificação

A gravidade do galling é tipicamente classificada em categorias padrão com base na aparência da superfície e na extensão do dano:

• Classe 0 (Sem galling): Nenhum dano superficial visível ou adesão; superfícies são lisas e livres de camadas de transferência.
• Classe 1 (Galling leve): Rugosidade superficial leve, adesão ligeira, transferência mínima de material e nenhuma deformação significativa.
• Classe 2 (Galling moderado): Rugosidade superficial notável, transferência de material evidente e rasgos ou cristas localizadas.
• Classe 3 (Galling severo): Dano superficial extenso, grandes camadas de transferência, cristas profundas e deformação significativa afetando a função do componente.

Essas classificações ajudam a avaliar o desempenho do componente, determinar a adequação para aplicações específicas e orientar melhorias de processo.

Métodos de Detecção e Medição

Técnicas de Detecção Primárias

A inspeção visual continua sendo o método primário para a detecção inicial de galling, especialmente após testes ou operação de serviço. A microscopia óptica de alta ampliação pode revelar rugosidade da superfície, cristas e camadas de transferência. Para uma análise mais detalhada, a microscopia eletrônica de varredura (SEM) fornece imagens de alta resolução dos locais de adesão, microfissuras e camadas de transferência.

A profilometria de superfície, como contato ou não contato (por exemplo, interferometria a laser ou de luz branca), mede parâmetros de rugosidade da superfície antes e depois dos testes, quantificando a extensão do galling. Além disso, máquinas de teste tribológico, como configurações de pino em disco ou bloco em anel, simulam condições de deslizamento e medem coeficientes de atrito, que se correlacionam com a gravidade do galling.

Padrões e Procedimentos de Teste

Padrões internacionais como ASTM G98 (Método de Teste Padrão para Resistência ao Galling do Aço) e ISO 14713 especificam procedimentos para avaliar a resistência ao galling. O teste típico envolve:

• Preparar uma amostra de aço padrão com um acabamento superficial especificado.
• Aplicar uma carga normal controlada e movimento de deslizamento sob condições de lubrificação definidas.
• Registrar o coeficiente de atrito durante o deslizamento.
• Inspecionar a superfície da amostra após o teste em busca de sinais de galling.

Parâmetros críticos incluem carga aplicada, velocidade de deslizamento, temperatura, tipo de lubrificação e rugosidade da superfície. Esses fatores influenciam a probabilidade e a gravidade do galling, tornando a adesão rigorosa aos padrões essencial para a reprodutibilidade.

Requisitos de Amostra

As amostras devem ser preparadas com acabamentos superficiais consistentes, tipicamente especificados em termos de rugosidade (por exemplo, valores Ra). As superfícies são frequentemente polidas para uma rugosidade definida para garantir comparabilidade. Antes dos testes, as amostras são limpas para remover contaminantes que poderiam influenciar a adesão. A seleção de amostras representativas é crucial, pois a condição da superfície e a microestrutura afetam significativamente os resultados dos testes.

Precisão da Medição

A precisão da medição depende do equipamento utilizado; profilômetros e técnicas de microscopia oferecem alta repetibilidade quando calibrados corretamente. Fontes de erro incluem contaminação da superfície, preparação inconsistente da amostra e variabilidade do operador. Para garantir a qualidade da medição, recomenda-se calibração contra padrões certificados, múltiplas repetições de teste e condições ambientais controladas.

Quantificação e Análise de Dados

Unidades e Escalas de Medição

A gravidade do galling é quantificada através de parâmetros de rugosidade da superfície (por exemplo, Ra, Rz), espessura da camada de transferência e classificação visual. Os coeficientes de atrito obtidos durante os testes tribológicos servem como indicadores quantitativos, com unidades típicas sendo adimensionais ou em μm para medições de camada de transferência.

Matematicamente, a extensão do galling pode ser expressa como uma razão da área de material transferido para a área total de contato, frequentemente representada como uma porcentagem. Por exemplo:

$$\text{Razão da Área de Transferência} = \frac{\text{Área de Material Transferido}}{\text{Área Total de Contato}} \times 100\% $$

Isso fornece uma base padronizada para comparação entre testes.

Interpretação de Dados

Os resultados dos testes são interpretados com base em limites estabelecidos. Por exemplo, um coeficiente de atrito que excede um certo valor (por exemplo, 0,4) pode indicar uma alta propensão ao galling. Aumentos na rugosidade da superfície após o teste sugerem adesão e transferência de material. A classificação visual se correlaciona com dados quantitativos, permitindo a classificação em níveis de gravidade.

Os resultados são comparados com critérios de aceitação especificados em normas ou especificações do cliente. Um componente que apresenta galling de Classe 3 pode ser considerado inadequado para aplicações de alta precisão, enquanto a Classe 1 pode ser aceitável em ambientes menos críticos.

Análise Estatística

Múltiplas medições em amostras permitem avaliação estatística, incluindo o cálculo de valores médios, desvios padrão e intervalos de confiança. A