Desgaste abrasivo

DESGASTE ABRASIVO

DESGASTE ABRASIVO

Por que estudar desgaste abrasivo?

Classificaes versus mecanismos

Ensaios de desgaste: para qu?

Efeitos de algumas variveis

Discusso sobre severidade


importncia do desgaste abrasivo

diversos

14%

qumico

5%

"fretting"

8%

eroso

8%

adesivo

15%

abrasivo

50%

DESGASTE ABRASIVO

Minerao e movimentao de terra

Processamento de materiais

Processamento e transporte de ps e lamas

Sistemas envolvendo gs+partculas

(turbinas, exausto)

Contaminao por partculas abrasivas em

equipamentos mecnicos

Processos de retfica, lixamento e polimento

Corte por jato abrasivo

Definies:

desgaste

abrasivo

eroso

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Desgaste abrasivo: desgaste devido a partculas ou protuberncias duras

foradas contra e movendo-se ao longo de

uma superfcie slida.

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Definies (ASTM G40)

Desgaste erosivo: perda progressiva de material de uma superfcie slida devido a

interao mecnica com um fluido, um fluido

multi-componente ou impacto(impinging)

de lquido ou partculas slidas.

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Definies (ASTM G40)

Fatores: VELOCIDADE e NGULO de

incidncia

Presena de partculas duras; caso de lamas

Similaridade com desgaste abrasivo

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abraso eroso

E = k Vn f()

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abraso eroso por lama

Resultados

similares em

ensaio de eroso e

de roda de

borracha (aos

com dureza entre

200 e 600 HV)

H.McI. Clark, R.J. Llewellyn.

Classificaes vs mecanismos

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classificaes

2 corpos / 3 corpos

low-stress

high-stress

gouging

Severo/moderado

Rolamento

Deslizamento/grooving

eroso

mecanismos

Sulcamento

Impresses

Microcorte

Microtrincamento

Microfadiga


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DESGASTE ABRASIVO

Sulcamento

Remoo

por

microfadiga

Proa

Microcorte

Discusso filosfica : Por que classificar?

Classificar significa agrupar casos em conjuntos,

admitindo-se que os elementos de cada conjunto

tenham caractersticas comuns que levam a um

desenvolvimento semelhante ou permitem um

tratamento similar.

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No caso de desgaste, as conseqncias prticas

de classificar os tipos de desgaste seriam:

Associar testes padronizados com situaes prticas.

Orientar a seleo e o desenvolvimento de materiais

resistentes ao desgaste.

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Definir testes padronizados

referentes a cada classificao

3 corpos ASTM G-65 ( roda de borracha)

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Definir testes padronizados

referentes a cada classificao

2 corpos ASTM G-132 ( pino contra lixa)

DESGASTE ABRASIVO

Orientar a seleo e o desenvolvimento

de materiais resistentes ao desgaste

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3 corpos atuar sobre a resistncia fadiga

2 corpos atuar contra o microcorte, p.ex.

com a introduo de mais ou maiores partculas

duras

Problemas com a classificao

2 corpos vs. 3 corpos

Pressupe mecanismos que nem sempre se verificam,

ou que se alteram durante o processo.

Nos ensaios tomamos precaues para manter os

pressupostos, evitando: engastamento de abrasivo na

roda de borracha ; degradao do abrasivo da lixa;

clogging.

Nos casos prticos no temos controle

sobre estas possibilidades.

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Muitos casos prticos no se enquadram

Calha de minrios : 2 corpos, porm distante do

mecanismo pressuposto na definio clssica.

Bolas de moinho: 3 corpos, mas se observam

riscamentos tpicos de 2 corpos.

Britador: mecanismos diferentes em cada mandbula

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DESGASTE ABRASIVO

Riscamento /corte

em bola de moinho



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Mandbulas de britador

1 ensaio,

2 mecanismos !!

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medida em que se dispe de metodologias para

identificar os mecanismos atuantes nos casos

prticos, parece pouco produtiva a insistncia no

sistema de classificao 2 corpos vs. 3 corpos.

Ver. J. D. Gates, Wear, 214 (1998), 139-146

Low stress / high stress / gouging

Esta classificao vem diretamente da prtica

na indstria de minerao:

Low stress (scratching): calhas, alimentadores

processos em que o minrio no modo.

Ensaios : roda de borracha

Seleo de material: priorizar elevada

dureza e presena de partculas duras ( no

h necessidade de compromisso com

tenacidade)

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High stress (grinding): moinhos ocorre

quebra do gro de minrio.

Ensaios : pino contra lixa

Seleo de material: compromisso entre

resistncia mecnica (dureza) e tenacidade ;

partculas duras com tamanho e frao

volumtrica controlados e maior tenacidade.

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Gouging: deformaes macroscpicas nas

superfcies : britadores.

Ensaios : britador de laboratrio

Seleo de material: priorizar tenacidade .

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Qual a utilidade, atualmente, dessa

classificao? possvel adotar critrios

mais cientficos e quantitativos:

medio / estimativa de valores de

tenses.

anlise das superfcies de desgaste

medio de efeitos de endurecimento

superficial

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Para que fazer ensaios ?

Resoluo de problemas?

Seleo de materiais?

Desenvolvimento de materiais ?

Pesquisa bsica sobre desgaste?

1 passo : definir o problema

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Resoluo de problemas

Caso tpico: aumento inesperado das taxas de desgaste (

diminuio de vida til):

Situao ideal: os materiais utilizados so ensaiados

regularmente, utilizando-se um dos ensaios

padronizados. Ensaios na situao de crise revelam

possveis desvios.

Alguns ensaios podem evidenciar mudanas na

agressividade do sistema ( p. ex. materiais

processados tornam-se mais abrasivos)

Importncia de materiais e resultados de referncia.

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Seleo ou desenvolvimento de materiais

Casos tpicos:

Estudos de viabilidade tcnica com

vistas a reduo de custos / aumento

de vida til

Mudana de condies de operao

de equipamentos

Novos processos / equipamentos

Mudana dos materiais processados

Competio entre empresas

fornecedoras de materiais e peas

Analisar o tipo

predominante de desgaste

Critrios adicionais ($,

outras propostas de

fornecimento)

Utilizar os materiais

tradicionais como

referncia ( baseline)

Testes padronizados

versus simulao

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Superfcie de cilindro de

laminao

Observou-se desgaste

abrasivo da matriz

(regio sem carbonetos)

Os desenvolvimentos

metalrgicos para

aumentar dureza da

matriz sero avaliados

por ensaio pino-contra-

lixa

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Testes padronizados

Facilitam comparao com

dados anteriores e de terceiros

H disponibilidade em vrias

empresas e centros de

pesquisa

Existem normas e

informaes sobre preciso,

reprodutibilidade, n mnimo

de ensaios, etc

As interaes

abrasivo/material nos

ensaios podem ser

muito diferentes da

situao real

So obtidos

rankings mas no

dados para projeto ou

previso de vida

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Simulaes

Possibilidade de reproduzir

interaes abrasivo material

esperadas no caso prtico.

Possibilidade de obter taxas

de desgaste da mesma

natureza que no caso prtico

Casos de sucesso: britador ;

moinho de bolas; ensaio com lamas abrasivas

Credibilidade .

Falta de padronizao:

cada um faz o seu ensaio.

Risco de procedimentos

variarem muito .

No h garantia de que

modelos em escala reduzida

produzam as mesmas

solicitaes que o caso real.

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Simulaes: Caso de bolas de moinho

Laboratrio

Diam moinho = 0,4 m

Bolas : 50 mm ( 10 por material)

Abrasivo: minrio de fosfato

Tempo : 100 a 200 h

Campo

Diam moinho = 4,8 m

Bolas : 50 mm ( 1.000 a 2.000 por material)

Abrasivo: minrio de fosfato

Tempo : 1.000 a 2.000 h

simulao das variveis de moagem: moagem contnua ,

%slidos, rotao do moinho, recirculao

DESGASTE ABRASIVO



1

3

5

7

9

0 10 20 30 40

Carbide volume fraction(%)

We

ar

rate

( m

m.1

0-3

/ h

)

Quartz

Hematite

Phosphate

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Material das bolas

Taxa de desgaste

Laboratrio (Moinho 0,4m)

Taxa de desgaste

Campo (moinho 4,8 m)

Fofo alto Cr

Fornecedor A

1,87

4,10

Ao forjado, T & R

Fornecedor B

3,55

7,97

Fator de desgaste

B/A

1,90

1,94

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Outras possibilidades

Nem sempre o ensaio precisa ordenar os

materiais por desempenho ou prever taxas de

desgaste proporcionais da aplicao prtica

o conjunto de ensaios pode revelar a

tendncia para ocorrncia de transies, em

determinadas condies de severidade

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Pesquisa bsica sobre desgaste

Evento nico

ensaios de riscamento

Transies

mapas de desgaste

Medies em escala micro

e nano

tcnicas de micro e

nano dureza

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Efeito de algumas variveis Aplicao a ferros fundidos alto cromo

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Efeito da carga Aplicao a ferros fundidos alto cromo

Perda de massa

varia linearmente

com a carga

aplicada

(desde que no

haja mudana de

mecanismo)

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Efeito da carga Aplicao a ferros fundidos alto cromo

Tcnicas de

microdureza

instrumentada :

Avaliao da fora

exercida por 1 gro

abrasivo

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Efeito da dureza Aplicao a ferros fundidos alto cromo

H uma transio

rpida de desgaste

moderado para

severo, quando a

dureza do abrasivo

supera a do

material

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Efeito da dureza Aplicao a ferros fundidos alto cromo

Abrasivos

mais duros que

os carbonetos

causam

desgaste

rpido.

Comparar com

situaes

prticas!!

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Efeito do tamanho do abrasivo

Grande variao

at ~100 mm.

Filtragem pode ter

efeito relevante

em alguns

equipamentos.

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Para gros

pequenos, uma parte

muito pequena da

energia resulta em

corte

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Gros maiores

resultam em

maior fora

aplicada, na

escala

microscpica

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A eficincia das

partculas duras do

material depende

do tamanho em

relao ao sulco

produzido pelo

abrasivo.

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Efeito da forma do abrasivo

Na prtica:

gro arredondados ou angulosos

Gros ( ou protuberncias) engastados ou rolando

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Efeito de % de carbonetos/abrasivo

1

3

5

7

9

0 10 20 30 40

Carbide volume fraction(%)W

ea

r ra

te (

mm

.10

-3 /

h)

Quartz

Hematite

Phosphate

Moinho de

bolas

pino

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Efeito de austenita e abrasivo

SiC

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Severidade

1

3

5

7

9

0 10 20 30 40

Carbide volume fraction(%)W

ea

r ra

te (

mm

.10

-3 /

h)

Quartz

Hematite

Phosphate

Moinho de

bolas

pino

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Severidade

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Severidade

Dados da norma ASTM G 132

Material

Dureza HB

RANKING

abrasivo

Granada, #150

SiC, #80

Fofo alto Cr

730

1

4

Ao D2

700

2

3

Ao 52100

670

3

1

Ao Hadfield

230

4

2

Eduardo Albertin, eng. metalurgista

Instituto de Pesquisas Tecnolgicas SP

Diviso de Metalurgia

[email protected]

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