Guia para a selecção de materiais de rolamento comuns

A seleção de materiais de rolamento impacta diretamente na confiabilidade e vida útil dos sistemas mecânicos, exigindo alinhamento com as condições operacionais (carga, velocidade, ambiente). Os principais materiais de rolamento são categorizados em três tipos: metálicos, não metálicos e materiais metálicos porosos. Abaixo está uma análise técnica de suas características e cenários de aplicação.

I. Materiais Metálicos: Escolha Principal para Rolamentos de Carga de Alta Resistência

1. Ligas de Rolamento (Ligas Babbitt/Metais Brancos)

• Composição e Estrutura: Ligas de matriz macia com estanho ou chumbo como base, contendo grãos duros de antimônio-estanho (Sb-Sn) e cobre-estanho (Cu-Sn).
• Principais Vantagens:
  • A matriz macia proporciona alta ductilidade e conformabilidade, enquanto os grãos duros aumentam a resistência ao desgaste;
  • Excepcional capacidade de embutimento (permite que partículas de impurezas se embutam, evitando arranhões no munhão) 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 o uso como um revestimento fino (0,5–5mm) fundido em conchas de rolamento de bronze, aço ou ferro fundido;
  ▪ Alto custo, adequado para aplicações de carga pesada e 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:
  ▶ Bronze Estanho: Excelentes propriedades antifricção, usado em cenários de carga pesada e velocidade média (por exemplo, rolamentos de eixo de hélice marinha), mas com conformabilidade inferior às ligas de rolamento;
  ▶ Bronze Chumbo: Alta capacidade anti-aperto, adequado para cargas pesadas e altas velocidades (por exemplo, rolamentos de motores de aeronaves);
  ▶ Bronze Alumínio: Alta resistência e dureza, fraco anti-aperto, usado em cargas pesadas e baixas velocidades (por exemplo, rolamentos de máquinas de mineração).
• Vantagens Comuns: Maior dureza e capacidade de carga do que as ligas de rolamento, oferecendo melhor relação custo-benefício.

3. Ligas à Base de Alumínio

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

4. Ferro Fundido (Ferro Fundido Cinzento/Ferro Fundido Resistente ao Desgaste)

• Mecanismo de Reforço: Flocos de grafite (lamelares ou nodulares) formam uma camada lubrificante sólida, adsorvendo lubrificantes para melhorar a lubrificação de contorno.
• Restrições:
  ▪ Frágil com má conformabilidade, adequado apenas para aplicações de baixa carga e baixa velocidade (por exemplo, máquinas agrícolas, rolamentos de ferramentas manuais);
  ▪ Requer lubrificação, inadequado para ambientes de carga de impacto.

II. Materiais Não Metálicos: Soluções para Ambientes Especiais

1. Materiais Poliméricos (Plásticos)

• Tipos Comuns:
  ▶ Resina Fenólica: Resistência a altas temperaturas (150℃), alta resistência, usado em rolamentos de caixa de câmbio;
  ▶ Nylon (PA): Boa autolubrificação, absorção de choque, adequado para ambientes empoeirados;
  ▶ Politetrafluoroetileno (PTFE): Coeficiente de atrito extremamente baixo (0,04), resistência à corrosão, operável sem lubrificação.
• Limitações de Aplicação:
  ▪ Má condutividade térmica (1/200 do aço), exigindo controle da velocidade de operação (≤0,5m/s) e pressão (≤3MPa);
  ▪ Alto coeficiente de expansão linear (10x o do aço), exigindo folgas de ajuste 2–3 vezes maiores do que os rolamentos metálicos;
  ▪ Baixa resistência e propenso a fluência, inadequado para rolamentos de folga de precisão.

2. Materiais de Carbono-Grafite

• Vantagens de Desempenho:
  • A autolubrificação depende do vapor de água adsorvido e lubrificantes impregnados (por exemplo, metais, PTFE, dissulfeto de molibdênio);
  • Resistência a altas temperaturas (acima de 600℃), resistência à corrosão, adequado para ambientes a vácuo ou fortemente corrosivos (por exemplo, rolamentos de bombas químicas).
• Propriedade do Material: Maior teor de grafite leva a menor dureza e menor coeficiente de atrito (tão baixo quanto 0,08).

3. Borracha e Madeira

• Borracha: Alta elasticidade, adsorção de impurezas, usado em ambientes lubrificados com água ou poluídos (por exemplo, rolamentos de equipamentos de tratamento de águas residuais);
• Madeira: Estrutura porosa para impregnação de óleo, adequado para ambientes empoeirados (por exemplo, máquinas têxteis, rolamentos de máquinas agrícolas), exigindo tratamento de superfície para maior resistência ao desgaste.

III. Materiais Metálicos Porosos: Ótimo para Cenários Autolubrificantes

1. Princípio do Material

• Processo de Fabricação: Pós metálicos (principalmente ferro/bronze) são prensados e sinterizados em uma estrutura porosa (porosidade 10%–35%), saturados com óleo antes do uso para formar rolamentos impregnados com óleo.
• Mecanismo de Lubrificação:
  ▶ Durante a operação: A rotação do munhão e o aumento da temperatura liberam óleo dos poros para a superfície de atrito;
  ▶ Durante a parada: A ação capilar puxa o óleo de volta para o rolamento, permitindo a autolubrificação periódica.

2. Materiais Típicos e Aplicações

• Ferro Poroso: Maior resistência, usado em cenários de carga média e baixa velocidade, como revestimentos de moinhos, rolamentos de árvore de cames de motores de combustão interna;
• Bronze Poroso: Boa resistência ao desgaste, adequado para ventiladores elétricos, máquinas têxteis e rolamentos de geradores automotivos (carga ≤10MPa, velocidade ≤2m/s).
• Recomendações de Uso: Reposição regular de óleo para desempenho ideal, inadequado para cargas de impacto ou altas velocidades (>3m/s).

Referência de Decisão de Seleção

Conclusão

1. Carga pesada e alta velocidade: Priorize ligas de rolamento ou bronze chumbo com sistemas de lubrificação forçada;
2. Ambientes corrosivos/sem óleo: Use plásticos PTFE ou materiais de carbono-grafite, trocando alguma capacidade de carga por adaptabilidade ambiental;
3. Autolubrificação de baixo custo: Materiais metálicos porosos são ideais para cenários de baixa velocidade e baixa carga.
   Ao avaliar de forma abrangente parâmetros como carga, velocidade, temperatura e meios ambientais, e combinando propriedades físico-mecânicas do material com o custo, a vida útil dos rolamentos e a confiabilidade operacional do equipamento podem ser significativamente aprimoradas.