Guia para a selecção de materiais de rolamento comuns

A selecção dos materiais de rolamento tem um impacto directo na fiabilidade e na vida útil dos sistemas mecânicos, exigindo o alinhamento com as condições operacionais (carga, velocidade, ambiente).Os principais materiais de rolamento são classificados em três tiposA seguir apresenta-se uma análise técnica das suas características e cenários de aplicação.

I. Materiais metálicos: escolha básica para suportar cargas de alta resistência

1. Ligações de rolamentos (ligações Babbitt/metal branco)

• Composição e estrutura: ligas de matriz macia com base de estanho ou chumbo, contendo grãos duros de estanho-antimónio (Sb-Sn) e estanho-cobre (Cu-Sn).
• Principais vantagens:
  • A matriz macia proporciona alta ductilidade e conformabilidade, enquanto os grãos duros aumentam a resistência ao desgaste;
  • Excepcional capacidade de inserção (permite a inserção de partículas de impurezas, evitando arranhões no diário) e propriedades antiaderentes ao desgaste;
  • Boa condutividade térmica (reduz o acúmulo de calor por atrito) e adsorção de óleo (melhora a lubrificação).
• Limitações:
  ▪ Baixa resistência, exigindo uso como revestimento fino (0,5 mm) fundido em conchas de bronze, aço ou ferro fundido;
  ▪ Caros, adequados para aplicações de carga pesada, de velocidade média com requisitos de lubrificação rigorosos (por exemplo, turbinas a vapor, eixos principais de motores de combustão interna).

2. ligas de cobre

• Tipos típicos:
  ▶Tinto de bronze: Excelentes propriedades anti-fricção, utilizadas em situações de carga pesada de média velocidade (por exemplo, rolamentos de eixo de hélice marítimo), mas com uma conformidade inferior às ligas de rolamentos;
  ▶Bronce de chumbo: Alta capacidade anti-convulsão, adequada para cargas pesadas de alta velocidade (por exemplo, rolamentos de motores de aeronaves);
  ▶Alumínio Bronze: Alta resistência e dureza, fraca resistência às convulsões, utilizada em cargas pesadas de baixa velocidade (por exemplo, rolamentos de máquinas de mineração).
• Vantagens comuns: Maior dureza e capacidade de carga do que as ligas de rolamentos, oferecendo melhor relação custo-eficácia.

3. ligas à base de alumínio

• Características técnicas:
  • Baixa densidade (cerca de 1/3 das ligas de cobre), forte resistência à corrosão e elevada resistência à fadiga;
  • Podem ser fabricados como componentes monometálicos ou estruturas bimetálicas (revestimento à base de alumínio + suporte de aço), substituindo algumas ligas de rolamentos e bronzes.
• Aplicações: Rolamentos de motores automóveis, rolamentos de compressores em cenários de carga média e alta velocidade.

4Ferro fundido (ferro fundido cinzento/ferro fundido resistente ao desgaste)

• Mecanismo de reforço: Os flocos de grafite (lamellares ou nodulares) formam uma camada lubrificante sólida, absorvendo lubrificantes para melhorar a lubrificação de borda.
• Restrições:
  ▪ Fragilidade com baixa conformabilidade, adequada apenas para aplicações de baixa velocidade com carga leve (por exemplo, máquinas agrícolas, rolamentos de ferramentas manuais);
  ▪ Requer lubrificação, inadequada para ambientes de carga de impacto.

II. Materiais não metálicos: soluções para ambientes especiais

1Materiais poliméricos (plásticos)

• Tipos comuns:
  ▶ Resina fenólica: resistente a altas temperaturas (150°C), de elevada resistência, utilizada em rolamentos de caixa de velocidades;
  ▶ Nylon (PA): Boa auto-lubrificação, absorção de choques, adequado para ambientes empoeirados;
  ▶ Politetrafluoroetileno (PTFE): extremamente baixo coeficiente de atrito (0,04), resistente à corrosão, operável sem lubrificação.
• Limitações de aplicação:
  ▪ Má condutividade térmica (1/200 de aço), exigindo controlo da velocidade de funcionamento (≤ 0,5 m/s) e da pressão (≤ 3 MPa);
  ▪ Alto coeficiente de expansão linear (10 vezes maior que o do aço), exigindo espaços de ajuste 2 a 3 vezes maiores do que os rolamentos metálicos;
  ▪ Baixa resistência e propensos a rastejar, inadequados para rolamentos de clara de precisão.

2Materiais de carbono-grafite

• Vantagens de desempenho:
  • A auto-lubrificação depende de vapor de água adsorvido e lubrificantes impregnados (por exemplo, metais, PTFE, dissulfeto de molibdênio);
  • Resistência a altas temperaturas (acima de 600°C), resistência à corrosão, adequada para ambientes de vácuo ou de forte corrosão (por exemplo, rolamentos de bombas químicas).
• Propriedade material: Um maior teor de grafite leva a uma dureza mais baixa e a um menor coeficiente de atrito (até 0,08).

3- Borracha e Madeira

• Fabricação de borracha: Alta elasticidade, adsorção de impurezas, utilizados em ambientes lubrificados com água ou poluídos (por exemplo, rolamentos de equipamentos de tratamento de águas residuais);
• Madeira: Estrutura porosa para impregnação por óleo, adequada para ambientes empoeirados (por exemplo, rolamentos de máquinas têxteis, máquinas agrícolas), que requerem tratamento de superfície para melhorar a resistência ao desgaste.

III. Materiais metálicos porosos: ótimo para cenários de auto-lubrificação

1Princípio material

• Processo de Fabricação: Os pós metálicos (principalmente ferro/bronce) são prensados e sinterizados numa estrutura porosa (porosidade 10%~35%), saturados com óleo antes de serem utilizados para formar rolamentos impregnados de óleo.
• Mecanismo de lubrificação:
  ▶ Durante o funcionamento: rotação do diário e aumento da temperatura liberam óleo dos poros para a superfície de atrito;
  ▶ Durante o desligamento: A ação capilar atrai o óleo de volta ao rolamento, permitindo a auto-lubrificação periódica.

2Materiais e aplicações típicas

• Ferro poroso: maior resistência, utilizada em cenários de baixa velocidade com carga média, como revestimentos de moinho, rolamentos de eixos de camas de motores de combustão interna;
• Bronze poroso: Boa resistência ao desgaste, adequada para ventiladores elétricos, máquinas têxteis e rolamentos de geradores de automóveis (carga ≤ 10 MPa, velocidade ≤ 2 m/s).
• Recomendações de utilização: Reabastecimento regular de óleo para um desempenho óptimo, inadequado para cargas de impacto ou altas velocidades (> 3 m/s).

Referência da decisão de selecção

Conclusão

1. Carga pesada e alta velocidade: priorizar ligas de rolamentos ou bronze de chumbo com sistemas de lubrificação forçada;
2. Ambientes corrosivos/sem óleo: utilizar plásticos PTFE ou materiais de carbono-grafite, trocando alguma capacidade de carga pela adaptabilidade ambiental;
3. Auto-lubrificação de baixo custo: Os materiais metálicos porosos são ideais para cenários de carga leve de baixa velocidade.
   Ao avaliar de forma abrangente parâmetros como carga, velocidade, temperatura e meios ambientais, e combinando as propriedades físico-mecânicas do material com o custo,a vida útil dos rolamentos e a fiabilidade operacional dos equipamentos podem ser significativamente melhoradas;.