UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO Escola de Minas - Departamento de Engenharia de Minas Pós-Graduação Lato Sensu em Beneficiamento Mineral - PDF
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Felipe Assunção de Mendonça
1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO Escola de Minas - Departamento de Engenharia de Minas Pós-Graduação Lato Sensu em Beneficiamento Mineral MARCIO ABBADE DETTOGNI PRINCIPAIS MECANISMOS DE DESGASTE E AVALIAÇÃO DE DIFERENTES LIGAS PARA CORPOS MOEDORES OURO PRETO (MG)
2 2010 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO MARCIO ABBADE DETTOGNI PRINCIPAIS MECANISMOS DE DESGASTE E AVALIAÇÃO DE DIFERENTES LIGAS PARA CORPOS MOEDORES Monografia apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto, como requisito para obtenção do título de Especialista em Beneficiamento Mineral. Orientador: Prof. Dr. Wilson Trigueiro de Sousa OURO PRETO (MG) 2010
3 AGRADECIMENTOS Agradeço a minha esposa Ana Carolina e minha filha Valentina pela paciência e compreensão durante o período de aulas e viagens à Ouro Preto. Agradeço ao professor Dr. Wilson Trigueiro por sua disponibilidade e ajuda para conclusão da monografia. Agradeço a todo corpo docente e dicente da pós-graduação pela oportunidade da troca de experiência e aprendizado. Agradeço a VALE, na pessoa do gerente geral Marcelo Klein, pela oportunidade oferecida para meu aperfeiçoameto e capacitação profissional. 2
4 RESUMO Atualmente na indústria o desgaste de equipamentos, componentes, materiais e insumos representa um dos maiores fatores de depreciação de capital e fontes de despesas com manutenção e/ou reposição de materiais de consumo. Em torno de 10% de toda energia gerada por meios técnicos, é dissipada por fricção e outros processos de desgaste. É importante conhecer as condições e o meio ambiente de trabalho para caracterizar e compreender o comportamento e a taxa de desgaste com o objetivo de reduzir e/ou minimizar seus efeitos. Como foco neste cenário, o trabalho em questão têm o objetivo de estudar várias ligas de corpo moedor variando entre 0% a 30% de cromo para definir qual liga possui o melhor custo benefício (consumo e preço) para aplicação em moagem de pellet feed. Para definição da melhor liga a ser aplicada, realizamos uma parceria com o IPT para estabelecer uma metodologia de avaliação da taxa de desgaste nos corpos moedores em ensaios em usina piloto. Os testes foram realizados em duas etapas: uma primeira etapa utilizando minério de teor de sílica médio e uma segunda etapa com minério de teor de sílica alto. Os ensaios realizados consideram a condição e o meio ambiente de trabalho, como: critérios de processo, produtividade e água de processo. Com os resultados de desgaste e estudo de produtividade, conforme a seleção de tipo de corpo moedor, realizaremos a análise de custo benefício para selecionar o melhor corpo moedor para aplicar no processo de moagem de pellet feed de acordo com as condições de operação estabelecidas. Palavras chave: desgaste, corpo moedor, moagem. 3
5 ABSTRACT Currently the industry's wear equipment, components, materials and supplies is one of the biggest factors of depreciation of capital expenditure and sources of maintenance and / or replacement of consumables. Around 10% of all energy generated by technical means, is dissipated by friction and other processes of wear. It is important to know the conditions and work environment to characterize and understand the behavior and the wear rate with the goal of reducing and / or minimize their effects. Focus in this scenario, the work in question have to study various alloy ball mill from 0% to 30% chromium to determine which league has the best cost benefit for use in grinding of pellet feed. To define the best league to be applied, we conducted a partnership with the IPT to establish a methodology for assessing the degree of wear on the grinding media in pilot plant testing. The tests were performed in two stages: a first step using ore average silica content and a second stage of ore with high silica content. The tests consider the condition and work environment, as criteria of process productivity and process water. With the results of wear and study of productivity, according to the selection of type ball mill, we will perform a cost-benefit analysis to select the best ball mill to apply in the grinding process of pellet feed in accordance with the operating conditions established. Keywords: wear, ball mill, grinding. 4
6 LISTA DE FIGURAS Pág. FIGURA 1 - Causas de falha e sua perda relativa sobre a economia 12 FIGURA 2 - Fatores que influenciam no desgaste de estruturas 15 FIGURA 3 - Processo de falha 16 GRÁFICO 1 - Comparativo dos valores de desgaste das ligas testadas 52 GRÁFICO 2 - Comparativo dos valores de desempenho relativo de desgaste das ligas testadas com minério de sílica média 53 GRÁFICO 3 - Comparativo dos valores de desempenho relativo de desgaste das ligas testadas com minério de sílica alta 54 5
7 LISTA DE TABELAS TABELA 1 - Qualidade química e física do minério 50 Pág. TABELA 2 - Quadro comparativo de qualidade da água 50 TABELA 3 - Quadro comparativo da qualidade dos corpos moedores 51 TABELA 4 - Comparativo de custo para minério de sílica média 55 TABELA 5 - Comparativo de custo para minério de sílica alta 56 6
8 SUMÁRIO AGRADECIMENTOS... 2 RESUMO... 3 ABSTRACT... 4 LISTA DE FIGURAS... 5 LISTA DE TABELAS INTRODUÇÃO TRIBOLOGIA DESGASTE Tipos de Desgaste Desgaste por Abrasão Abrasão por Goivagem Abrasão por Moagem ou Alta Pressão Abrasão por riscamento ou a baixa pressão Fatores que aceleram desgastes por abrasão Desgaste por Erosão Desgaste por Cavitação Desgaste por Fricção (Adesão) Tipos de desgastes por fricção (Adesão) Fatores que aceleram desgaste por fricção (adesão) Desgaste Corrosivo Fatores que aceleram desgastes por corrosão: Desgaste por Impacto Fatores que aceleram desgaste por impacto Desgastes Mistos Estrutura Metalúrgica: Influência no Desgaste DESGASTE NO SETOR MINERAL FERRO FUNDIDO Ferro Fundido Branco Ferro Fundido Branco de Alto Cromo AVALIAÇÃO DE CORPOS MOEDORES Testes de Desgaste Linear Análise Custo Benefício dos Corpos Moedores CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
9 1 - INTRODUÇÃO Fricção e desgaste são fenômenos tão antigos quanto a humanidade. No paleolítico, fogo era gerado pela fricção de madeira em madeira ou pedra (Gahr, 1987). Na antiga Mesopotâmia nota-se a existência de alguns sofisticados equipamentos tribológicos. Eles possuíam carruagens com rodas e engrenagens, e alguns deles utilizavam verdadeiros rolamentos. Os antigos egípcios também fizeram uso da fricção para transporte de pesadas cargas, há figuras que demonstram que a sociedade apreciava o uso da lubrificação para reduzir o desgaste em contatos de deslizamento e rolagem (Williams, 1994). A tecnologia chinesa também desenvolveu sofisticados rolamentos de bronze para utilizar nas carruagens de guerra. Já na Renascença, Leonardo da Vinci ( ) fez importantes contribuições para a compreensão dos fenômenos de fricção e desgaste. Mediu a força de fricção de objetos deslizando em planos horizontais e inclinados. Ele determinou que a força de fricção depende da carga normal e independe da área de contato, e atentou para o fato de que o uso de lubrificantes diminuía a fricção e o desgaste. Posteriormente duas abordagens com relação à origem do atrito foram propostas. Uma considerando o atrito oriundo das interações entre as rugosidades superficiais, e a segunda linha que levava em consideração as forças envolvidas devido à adesão entre as rugosidades em contato. Estes fenômenos foram melhores esclarecidos entre 1930 e 1970 pelos estudos realizados que relacionavam o atrito com as interações microscópicas entre as rugosidades que existem em qualquer superfície sólida; interação esta que pode ser do tipo mecânica e de adesão química. 9
10 Estes estudos, dentre outros, foram essenciais para esclarecer a diferença entre a área de contato real e a aparente e que somente a real permite determinar a força de fricção. Neste ponto a hipótese de adesão que tinha sido descartada pelos primeiros pesquisadores podia agora ser capaz de explicar os resultados experimentais obtidos. Desde este tempo cresce o interesse em estudar o processo de fricção e foram produzidos estudos detalhados sobre a força de fricção e a área de contato real, clareando a compreensão do fenômeno desgaste. 10
11 2 - TRIBOLOGIA Tribologia é definida como a ciência e tecnologia da interação entre superfícies em movimento relativo e das práticas relacionadas. A palavra tribologia é derivada da palavra grega tribos, que significa fricção. Tribologia envolve a investigação científica de todos os tipos de fricção, lubrificação e desgaste e também as aplicações técnicas do conhecimento tribológico (Gahr, 1987). Em muitos casos, baixa fricção é desejável. A operação satisfatória de articulações, como a do quadril humano, por exemplo, demanda uma baixa força de fricção. Contudo, baixa fricção não é necessariamente benéfica em todos os casos. Em sistemas mecânicos, como os freios e embreagens, fricção é essencial. Uma alta força de fricção também é desejável entre o pneu de um veículo e a superfície do pavimento, assim com também é importante entre o calçado e o piso durante a marcha. O mundo em que vivemos seria completamente diferente se não houvesse a fricção entre os corpos ou se esta fosse menos intensa. Sempre que duas superfícies se movimentarem, uma em relação à outra, ocorrerá o desgaste, sendo que este pode ser definido como um prejuízo mecânico a uma ou as duas superfícies, geralmente envolvendo perda progressiva de material. Em muitos casos, o desgaste é prejudicial, levando a um aumento contínuo da folga entre as partes que se movimentam ou a uma indesejável liberdade de movimento e perda de precisão. A perda por desgaste de pequenas quantidades relativas de material pode ser suficiente para causar a completa falha de máquinas grandes e complexas. Entretanto, assim como na fricção, altas taxas de desgaste são algumas vezes desejáveis, como em operações de lixamento e polimento. 11
12 Um método de reduzir a fricção e, freqüentemente, o desgaste, é a lubrificação das superfícies. Ainda assim, mesmo que um lubrificante artificial não seja adicionado ao sistema, componentes da atmosfera (especialmente oxigênio e vapor d água) têm um importante efeito e precisam ser considerados em qualquer estudo da interação de superfícies. A importância econômica da tribologia e a grande necessidade por uma pesquisa sistemática e aprimoramento da transferência do conhecimento teórico para a prática está sendo reconhecida nas ultimas décadas. Estudos realizados pela ASME nos Estados Unidos apontam uma perda econômica de 1% a 2,5% do produto interno bruto devido ao desgaste. Na Alemanha uma pesquisa da década de 80 revela que desgaste e corrosão juntas contribuem com a perda de 4,5% do produto interno bruto. (Gahr, 1987) Figura 1 - Causas de falha e sua perda relativa sobre a economia - Fonte (Rabinowicz, 1985) 12
13 Para compreender o impacto na economia ocorrido devido a perdas por desgaste, a figura acima apresenta a importância relativa do desgaste na economia. Deve-se considerar que a fricção e o desgaste não são apenas propriedades dos materiais, mas resultam de características dos sistemas de engenharia (tribosistema). Uma vez que fricção é a resistência ao movimento e cresce com as interações dos sólidos e com a real área de contato. Fricção e desgaste são respectivamente causas sérias de dissipação de energia e de material. O desgaste é causado por desintegração da interação entre componentes da máquina como resultado de uma tensão do material nas vizinhanças da superfície. Num componente o desgaste é raramente catastrófico, mas leva a perda de eficiência, causa vibração e desalinhamento. Em casos extremos algumas trincas podem levar a fratura e os fragmentos formados normalmente podem danificar o equipamento. 13
14 3 - DESGASTE Desgaste é a perda progressiva de substância de uma superfície de um corpo em decorrência do movimento relativo com a superfície. (Gahr, 1987) Desgaste é a perda progressiva de matéria da superfície de um corpo sólido devido ao contato e movimento relativo com um outro corpo sólido, líquido ou gasoso. (Ribas, 2002). Como o desgaste é um fenômeno essencialmente superficial, envolvendo a remoção mecânica indesejável de material de superfícies, as soluções encontradas através de solda de revestimento tem-se mostrado altamente valiosas, tanto para prevenir como para minimizar ou recuperar as diferentes formas de desgaste de metais. Em inúmeras situações, peças e componentes podem ser fabricados com materiais convencionais, dentro das especificações normais do projeto. Posteriormente, pode-se aplicar sobre a superfície, camadas ou cordões de solda, com consumíveis adequados para resistir às solicitações de desgaste. As perdas econômicas devidas ao desgaste podem ser reduzidas por otimização do processo, redesenho de projeto, produção, montagem e aplicação. O controle do custo do desgaste pode começar com o processo de fabricação correto para o produto. O que inclui a escolha do equipamento e lugar de instalação, questões de padronização e estoque. O projeto pode efetivamente reduzir o desgaste do componente ao otimizar a transferência de carga e movimento, permitindo apenas baixa tensão, usando material apropriado e lubrificante em função da carga, temperatura e ambiente. As partes em desgaste podem ser projetadas para fácil recolocação. As condições de trabalho de um componente dependem do tipo e da qualidade da produção. O grau de precisão da forma, tamanho e perfil de superfície e rugosidade exerce influência sobre a fricção e o desgaste. No entanto, a vida em 14
15 serviço depende também da precisão da montagem, alinhamento exato, limpeza e cuidado com a superfície do componente. Durante o serviço, os custos devido à fricção e desgaste podem ser reduzidos através do controle das condições de trabalho e vibração, limpeza do ambiente, manutenção e reparos. (Gahr, 1987). Organização Projeto Serviço Desgaste Produção Montagem Alinhamento Figura 2 - Fatores que influenciam no desgaste de estruturas - Fonte (Gahr, 1987) 15
16 Deformação Trincas Falha Corrosão Desgaste Figura 3 Processo de falha - Fonte (Gahr, 1987) A figura acima mostra que a falha de um componente ou estrutura resulta de um processo de deformação plástica, formação e propagação de trinca, corrosão e desgaste. O desgaste atinge primeiramente a superfície do componente. São causas da fricção e desgaste a vibração, ruído, aquecimento, mudanças geométricas e fragmentos, que podem resultar na perda da função pretendida, e levar ou não a falha catastrófica. (Gahr, 1987) Sendo assim o estudo dos fatores que contribuem para o desgaste se faz necessário para predizer a ocorrência dos mecanismos de desgaste (Ribas, 2002). Os principais fatores de desgaste são: -Variáveis metalúrgicas: Dureza, tenacidade, composição química, constituição e microestrutura. -Variáveis de processo: Materiais em contato, pressão, velocidade, temperatura e acabamento superficial. -Outros fatores: Lubrificação, corrosão. 16
17 3.1 - Tipos de Desgaste A resistência ao desgaste é considerada como parte de um sistema tribológico sendo muitos os parâmetros que acabam por influir na taxa de desgaste, incluindo as características de projetos, condições de operação, tipo de abrasivo e propriedades do material. Nas propriedades dos materiais, as características microestruturais têm particular importância, tanto nas propriedades mecânicas, quanto nas taxas de desgaste. Murray estudou a resistência ao desgaste de aços tratados termicamente para vários níveis de dureza e também de alguns metais puros. Para metais puros, a resistência ao desgaste aumenta linearmente com a dureza. Nos materiais ferrosos, esta relação ( resistência ao desgaste e dureza ) não é simples. O aumento no teor de carbono faz a resistência ao desgaste aumentar. Para os aços com o mesma porcentagem de carbono, a resistência ao desgaste de um aço ligado é maior do que de um aço sem liga, mas este aumento é pequeno quando comparado com outro em que aumentou a porcentagem de carbono. A resistência ao desgaste geralmente aumenta conforme a microestrutura é mudada de ferrita para perlita, desta para bainita e finalmente bainita para martensita; isto, desde que seja acompanhada de aumento de dureza. Entretanto, para um mesmo valor de dureza, a estrutura bainítica tem maior resistência ao desgaste do que a martensítica. A microestrutura tem maior influência no desgaste do que a dureza da matriz. Tem sido mostrado que a presença de austenita retida tem melhorado a resistência ao desgaste da martensita revenida. A austenita fornece uma melhor ancoragem aos carbonetos, ocasionando um baixo arrancamento do carboneto da matriz austenítica. 17
18 Os carbonetos parecem ser particularmente importantes na resistência à abrasão, principalmente em materiais como os aços e ferros fundidos brancos ligados ao Cr. A influência deles está relacionada com sua dureza, tamanho e distribuição. Carbonetos duros, e finamente dispersos, aumentam a resistência ao desgaste, enquanto que os grosseiros reduzem a resistência. Estruturas deformadas por trabalho a frio, não aumentam a resistência ao desgaste, enquanto que o aumento da dureza pelo refinamento dos grãos, agiria favoravelmente. Existem ainda muitos outros fatores que influenciam a taxa de desgaste. O tamanho da partícula abrasiva e o coeficiente de atrito são exemplos deles. Estes trabalhos têm demonstrado que o estudo dos fenômenos de desgaste é bastante complexo. Na especificação e normalização de ligas para resistir ao desgaste, as maiores dificuldades residem na inexistência de ensaios padronizados, para discriminar os níveis de aceitação ou rejeição, conforme as aplicações particulares. Estas dificuldades estão associadas principalmente à natureza complexa do fenômeno de desgaste. Este, além de envolver a deformação e corte superficial por partículas abrasivas, ou o atrito entre superfícies metálicas, muitas vezes ocorre devido a vários mecanismos concomitantes de desgaste da superfície, os quais também podem estar associados a outros fenômenos de degradação tais como impacto, corrosão ou fadiga. Para maior facilidade de análise e prevenção, procura-se geralmente identificar o(s) mecanismo(s) predominante(s) de remoção de material. Para tanto, os tipos gerais de desgaste podem ser classificados como: a) Desgaste por Abrasão ocasionado por partículas abrasivas (duras) sob tensão, deslocando-se sobre a superfície; 18
19 b) Desgaste por Erosão devido ao choque contra a superfície, de partículas sólidas ou gotas líquidas presentes em correntes de fluidos; c) Desgaste por Cavitação associado à formação e implosão de bolhas gasosas em correntes de fluidos, na interface líquido - metal, devido à variação súbita de pressão ao longo do percurso; d) Desgaste por Adesão ou Fricção resultante da fabricação metal - metal, quando superfícies ásperas deslizam entre si; e) Desgaste Corrosivo envolve a ocorrência de reações químicas superficiais no material, além das ações mecânicas de desgaste; f) Desgaste por impacto ocasionado por choques ou cargas aplicadas verticalmente sobre a superfície. Estima-se que na grande maioria, os problemas industriais de desgaste estão associados ao desgaste por abrasão. Ao mesmo tempo, pode-se salientar que a solda de revestimento tem como um dos maiores campos de aplicação a prevenção, minimização e recuperação de peças e componentes sujeitas ao desgaste por abrasão, e as formas de erosão abrasiva, que são similares ao desgaste por abrasão. O desgaste abrasivo é um fenômeno complexo, no qual partículas ou asperidades duras penetram na superfície dos componentes mecânicos, gerando perda de matéria e resultando em gastos expressivos na indústria. A grande maioria dos materiais utilizados em aplicações que requerem elevada resistência ao desgaste são do tipo polifásicos. Esses são constituídos, normalmente, de uma fase dura com características próximas às dos materiais cerâmicos, envolvida por uma matriz dúctil. 19
20 O estudo desses materiais tem mostrado que o tamanho, a distribuição, a dureza, a ductibilidade, a tenacidade e a fração volumétrica das fases presentes são parâmetros determinantes no desenvolvimento tribológico. Na medida em que esses parâmetros são alterados, os mecanismos de desgaste, quais sejam: microsulcamento, microcorte e microlascamento podem ser modificados. 20
21 3.2 - Desgaste por Abrasão Ocorre quando partículas não metálicas escorregam sobre partes metálicas, acompanhada de forte pressão, ocasionado por deslocamento ou por amassamento a retirada do metal. As características e dimensões dos corpos ou partículas estranhas e a maior ou menor pressão de escorregamento ou esmagamento sobre as superfícies determinam a classificação da abrasão e as formas como devem ser combatidas. No combate à abrasão não é suficiente empregar materiais mais duros do que os materiais abrasivos, como a melhor solução. É necessário, também, levar em consideração os elementos que compõem o metal sujeito à abrasão e o tamanho dos respectivos grãos, como as causas, muitas vezes de importância decisiva. Devido às diferenças importantes entre os diversos tipos de abrasão, encontra-se ainda grande dificuldade na sua classificação e inclusive a termologia não é precisa. Dentre as classificações, a mais utilizada é a proposta por Avery. Tal classificação baseia-se na configuração mecânica atuante. Segundo essa classificação, os processos abrasivos podem ser divididos em duas categorias: - abrasão a dois corpos - abrasão a três corpos A abrasão a dois corpos se produz, quando partículas abrasivas fixas são animadas de movimento relativo em relação à superfície em estudo. A abrasão a três corpos, por sua vez, representa a interposição de partículas abrasivas livres entre duas superfícies animadas de movimento relativo. Ressalta-se que, muito embora os casos de abrasão a três corpos sejam mais comumente encontrados, sendo inclusive uma etapa na evolução do processo a dois corpos, a grande maioria dos estudos dedicados à abrasão reproduzem a configuração a dois corpos. 21
22 Tipos de Abrasão - Abrasão por Goivagem - Abrasão por Moagem ou a Alta Pressão - Riscamento ou a Baixa Pressão Abrasão por Goivagem É o desgaste que ocorre partículas abrasivas grosseiras e de grandes dimensões, principalmente dotadas de regiões pontiagudas cortantes com dureza maior do que a parte metálica que está sendo desgastada. Pode acontecer quando há um contato entre as partes, com pressões mais ou menos violentas e repetitivas. É possível acontecer com fracas ou fortes velocidades. Fraca quando manuseia partículas com tamanhos acima de 20 cm e forte, quando opera partículas com tamanho até 10 cm. Exemplo de partes que sofrem desgaste por abrasão por Goivagem: dentes de caçambas que trabalham em lugares onde há areia, rochas ou argila. É o ensaio que envolve a ação de materiais abrasivos geralmente com dimensões grandes, sob condições de altas tensões e envolvendo impacto. Estes fatores propiciam a penetração mais profunda do abrasivo na superfície desgastada, com a formação de sulcos profundos. Este tipo de abrasão ocorre por exemplo em moinhos de mandíbulas, em estreitas transportadoras de minério bruto quando há transferência do material por queda etc.. Os aços austeníticos ao manganês são em geral, as ligas preferidas para combater este tipo de abrasão. 22
23 Abrasão por Moagem ou Alta Pressão É o desgaste que ocorre entre partículas abrasivas e metal ocasionando, o esmagamento do abrasivo ou não. A prensagem da partícula contra o metal, pode ser exercida por pressões fortes ou médias, que provocam superfícies de pequenos fragmentos. Neste tipo de abrasão, as partículas abrasivas poderão ser de dimensões médias, isto é, inferiores a 5 cm, ou pequenas, inferiores à 1cm. A moagem, provocada por partículas médias, exerce a sua ação abrasiva superficial, arrancando fragmentos do metal, as partículas pequenas, por sua vez, provocam o desgaste superficial pelo deslocamento de pequenos fragmentos do metal. A constituição do metal influi na classificação da moagem. Se é dúctil, terá uma abrasão que tira cavacos, se é frágil ou se torne frágil, haverá um deslocamento superficial de pequenos fragmentos. É normal que, ocasionalmente, poderão ocorrer as duas modalidades ao mesmo tempo. É o tipo de desgaste onde o material abrasivo é fragmentado durante o contato abrasivo com a superfície desgastada. As tensões envolvidas são portanto superiores à tensão de fragmentação do abrasivo, promovendo ainda uma maior penetração do abrasivo na superfície, maior deformação plástica das fases dúcteis e fratura das fases frágeis presentes no material. Tipicamente, esta forma de abrasão ocorre em equipamentos de moagem de minérios, que envolvem partículas de pequeno tamanho, em mancais contaminados com areia etc. Para prevenir este tipo de abrasão, empregam-se normalmente ferros fundidos ou aços liga, que possuam maior tenacidade do que no caso anterior. 23
24 Abrasão por riscamento ou a baixa pressão Tipo de abrasão na qual a superfície desgastada é riscada pelo material abrasivo, que ao penetrar na superfície, promove a remoção de material. As tensões impostas sobre as partículas abrasivas, são inferiores à tensão necessária para a fragmentação do abrasivo. Tipicamente, a abrasão a baixa pressão ocorre na superfície dos componentes de equipamentos, que direta ou indiretamente manuseiam terras, areias ou minérios, tais como máquinas agrícolas, equipamentos de escavação, transporte, da indústria de açúcar e álcool, de mineração, siderúrgicos etc. Para prevenir a ocorrência deste tipo de abrasão, empregam-se normalmente ferros fundidos com alto teor de cromo (martensíticos ou austeníticos ), às vezes contendo outros elementos de liga, além de às vezes contendo outros elementos de liga a base de cobalto tungstênio carbono Fatores que aceleram desgastes por abrasão Os fatores que aceleram desgastes por abrasão são: a) tamanho da partícula (grossa, fina e média); b) formato da partícula (angulares, redondas); c) dureza da partícula; d) dureza do metal base; e) acabamento do metal base; f) velocidade e freqüência do contato entre a partícula abrasiva e metal base; g) tamanho de grão da estrutura do metal base; h) ângulo de incidência da partícula do metal base. 24
25 Normalmente é sabido que partículas de grande tamanho provocam desgastes por abrasão acompanhado de impacto, isto leva a termos um desgaste acentuado que na verdade foi muito mais por impacto do que abrasão. Partículas médias, dependendo da dureza e formato são menos agressivas, porém, partículas finas são mais abrasivas ocasionando abrasão muito incidente. Toma-se com exemplo o cimento, talco e outros que são compostos de partículas finas e altamente abrasivas. É claro que a dureza destas partículas também são significativas. A forma dos materiais abrasivos varia desde arredondados até ângulos vivos. Os minerais mais duros possuem formações agudas, enquanto que em contraposição, os mais dúcteis apresentam formações arredondadas. Quanto mais agudas forem as arestas, maior será a ação abrasiva também, no caso de impactos ou pressões fortes, as formas agudas podem penetrar no metal, provocando um desgaste por Goivagem ou fratura da peça. Mesmo no caso de areias, aquelas que forem sujeitas a um processo mais longo de rolamento, terão formas arredondadas, menos nocivas que as areias agudas. Recomenda-se assim, observação cuidadosa dos materiais abrasivos, pois, a ocorrência das formas citadas, contribui na escolha das ligas protetoras de adição. A dureza de uma liga metálica é de grande importância na resistência oposta a uma ação abrasiva. As maiores durezas correspondem à resistências maiores. Logicamente, os abrasivos menos duros terão ação menos violenta. Com referência às ligas metálicas, são encontradas com facilidade, tabelas de dureza das várias alternativas. Também as diversas escalas de durezas com referência aos abrasivos, quando é possível conjugar proteções através de adições de películas metálicas, com finalidade de melhor proteger a peça em ação de trabalho. 25
26 Quando é possível, unir dureza maior com uma granulação adequada, serão atingidos os mais elevados índices de resistência à abrasão. É importante quando se proteger contra abrasão, preparar a área de tal forma a deixá-la a mais lisa possível, sem protuberâncias, e nem rugosidades, pois, a abrasão inicia-se e acentua os desgastes nesta região. Por isso, ligas de alto teor de carboneto de tungstênio e cromo, além da elevada dureza, apresentam depósitos lisos e brilhantes compatíveis com estas características mencionadas. É natural que, quanto maior a velocidade e a freqüência do contato da partícula com o metal, levando-se em conta o já mencionado, maior será ação abrasiva e consequentemente o desgaste. Além de tudo o que foi citado, resta relembrar que o tamanho de grão do metal é importante, pois, quanto menor maior será a tendência a ser desgastado. Citaremos alguns pontos de interesse: - A maioria das rochas (quartzo, feldspato, mica ) é composta de sílica e alumínia ( minerais muito duros). Ex.: Areia, saibro, basalto, argila. - Carboneto ( calcáreo ), que entram em boa parte na composição das rochas sedimentares, são produtos macios. Entretanto, estão, às vezes misturados às areias e argilas. - Os minérios são compostos de óxidos, carbonetos e sulfetos. Os óxidos são geralmente, duros ( bauxita, hematita ), enquanto que os sulfetos são, geralmente, macios ( galena ou sulfetos de chumbo ). - As rochas combustíveis ( hulha, turfa ) e os fosfatos, contém proporções mais ou menos elevadas de sílica e alumínia. 26
27 3.3 - Desgaste por Erosão É o desgaste provocado por partículas com dimensões não superiores à 25 mm, sem pressão. Estas partículas podem agir por movimentação própria, quando em um plano inclinado, ou conduzidas por um meio gasoso, líquido. - Meio Gasoso: quando as partículas sólidas ou gotas líquidas são carregadas por ar ou gás. Exemplo: ciclones, pás de ventiladores, dutos de transportes pneumáticos, etc. - Meio Líquido: as partículas sólidas ou gotas líquidas, quando carregadas por água ou outro líquido qualquer. Exemplo: roletes de draga, rodas de turbinas hidráulicas, bombas para lama de alumínio, instalações de lavagem de areia, etc. Quando o desgaste da superfície metálica ocorre pela ação cortante de partículas em movimento carregadas por um fluído, o fenômeno é denominado erosão por colisão. Em geral a resistência dos materiais a este tipo de desgaste varia com o ângulo de colisão ou de incidência das partículas cortantes sobre a superfície de desgaste. Um outro tipo de desgaste ocorre como resultado de um fenômeno presente em válvulas e bombas usadas na movimentação de fluidos: é a chamada erosão por cavitação, resultante de fluxo turbulento. As bolsas de ar criadas pela turbulência explodem junto à superfície metálica e as ondas de choque resultante arrancam partículas da superfície. É o caso típico de bombas de alta velocidade e de válvulas sujeitas a grandes variações de pressão. 27
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REVESTIMENTOS DUROS RESISTENTES AO DESGASTE DEPOSITADOS POR SOLDAGEM UTILIZADOS NA RECUPERAÇÃO DE ELEMENTOS DE MÁQUINAS André Luís de Brito Baptista ( 1 ) Ivaldo de Assis do Nascimento ( 2 ) (1) Técnico