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Compreendendo a abrasão por impacto e o desgaste combinado
A abrasão por impacto, frequentemente chamada de abrasão por impacto ou desgaste por impacto, destaca-se porque não se comporta como outros tipos de desgaste, como a abrasão pura. A abrasão simples envolve a remoção de material da superfície devido a partículas abrasivas, enquanto a abrasão por impacto altera a estrutura interna do substrato.
Existem dois cenários possíveis:
- O substrato é duro e frágil, de modo que a energia transmitida à peça fragmenta o substrato localmente ou o quebra completamente.
- O substrato é dúctil, caso em que a energia transmitida à peça deforma a superfície e modifica a microestrutura do substrato, promovendo assim maior degradação por impactos subsequentes.
O desafio na compreensão do desgaste por impacto é que ele frequentemente é acompanhado por outros fenômenos de desgaste, como abrasão, temperatura e fricção metal-metal.
Então, como se pode distinguir a abrasão por impacto desses outros fenômenos?
1. Desgaste por Abrasão de Impacto Extremo
Abordar a abrasão extrema sem qualquer outro fenômeno de desgaste combinado é relativamente simples e bem compreendido. Recomenda-se o uso de materiais dúcteis ou altamente dúcteis, como aços ao manganês ou aços endurecidos (por exemplo, DURSTEEL, CREUSABRO).
No entanto, quando um impacto, seja moderado ou severo, é acompanhado por outro fenômeno de desgaste, é crucial medir a energia de impacto e desenvolver uma solução que aborde tanto o nível de impacto quanto o problema adicional de desgaste.
Exemplos de Desgaste Combinado:
- Abrasão por Impacto: Na britagem de agregados, você pode encontrar agregados muito duros que são difíceis de fragmentar e geram muito poucas partículas finas quando fragmentados (por exemplo, rochas magmáticas como granito). Alternativamente, pode haver agregados que são fáceis de fragmentar e geram muitas partículas finas que podem ser abrasivas (por exemplo, rochas sedimentares como arenito ou calcário com alto teor de sílica). As soluções necessárias para esses cenários são bastante diferentes.
- Impacto e Temperatura: No forjamento, um martelo transmite energia à matriz no impacto, que também é submetida a altas temperaturas. A temperatura cria fadiga térmica e a energia de impacto causa deslocamento de material dentro da matriz, levando à abrasão metal-metal.
A melhor maneira de definir uma solução apropriada é usar uma escala que considere a abrasão por impacto ou impacto e temperatura e fricção metal-metal para identificar com precisão a aplicação. Uma vez estabelecido isso, uma compreensão completa dos elementos de liga ajuda a escolher a solução mais adequada para a durabilidade desejada. A deposição de uma liga resistente ao desgaste por soldagem fornece excelente proteção e é comumente usada tanto para reparo quanto para prevenção do desgaste superficial.
Para mais informações, consulte nosso manual Fundamentos do Revestimento por Soldagem a Arco.
Para ilustrar o desgaste por impacto abrasivo, tomemos o exemplo de um britador giratório em uma operação de agregados.
Britador giratório
Britador de mandíbulas
Considere um britador giratório em uma operação de agregados. Um britador giratório consiste em um sistema de britagem com uma alimentação vertical colocada no topo. O agregado que entra no britador primário é extraído diretamente da pedreira ou vem de um britador de mandíbulas que fornece uma redução inicial do mineral.
A britagem resulta da interação entre um manto e um côncavo. O côncavo é fixo, e o manto é montado em um mecanismo excêntrico que permite que ele se mova em um caminho circular. Este movimento esmaga o agregado contra as superfícies côncavas.
A fragmentação do mineral ocorre através de força compressiva. A superfície do manto e do côncavo é submetida a impactos violentos e pressão significativa durante o processo de britagem.
À medida que a fragmentação progride, mais partículas finas são geradas. Quanto mais difícil for fragmentar o material, maior será o impacto, ou “energia transmitida à peça”.
Após a britagem primária, pode haver uma série de britadores (secundário, terciário, quaternário) para atingir a granulometria desejada. Uma vez concluídas as etapas de britagem primária e secundária, forças de impacto significativas não estão mais presentes.
Em uma pedreira de pórfiro (lastro ferroviário), caracterizada pela exploração de pedra muito dura e abrasiva, o britador giratório primário suportará impactos significativos na parte superior do manto e do côncavo, com abrasão moderada na parte inferior. O britador secundário experimentará impactos moderados e abrasão cada vez mais severa.
Em termos de durabilidade, embora as peças fundidas de aço ao manganês sejam ideais para o britador primário devido ao seu desempenho e custo-benefício, elas podem não se adaptar totalmente às condições encontradas no britador secundário.
Para aumentar a durabilidade e gerenciar o impacto da abrasão, recomendamos mudar para uma solução de revestimento usando soldagem, que oferecerá excelente resistência ao desgaste.
Apesar disso, é necessário cautela – esta operação de tratamento de superfície via soldagem de revestimento deve ser levada a sério devido ao metal base e às possíveis deformações causadas pela energia de soldagem. A atenção aos detalhes é crucial.
Além de oferecer boa resistência à abrasão por impacto, é totalmente viável, como parte de uma abordagem colaborativa, definir uma estratégia de reforma/manutenção com o operador. Esta estratégia envolveria o revestimento de peças de desgaste para melhorar a eficiência geral do equipamento.
Os desenhos 3D abaixo foram produzidos pela Welding Alloys e mostram o perfil de um cone antes e depois do revestimento.
Plano 3D do cone antes do revestimento
Plano 3D do cone após o revestimento
2. Desgaste por abrasão de impacto e temperatura combinados
2.1. Forjamento com martelo
Ao considerar os efeitos combinados de impacto e temperatura, usaremos o exemplo da produção de virabrequins de automóveis. Esses componentes são forjados usando martelos em um processo de forjamento passo a passo.
Começando com um tarugo de metal quente, cada etapa do processo aproxima o tarugo de sua forma final através de golpes sucessivos. O tarugo é colocado em uma matriz inferior e, à medida que a matriz superior desce com força, ela golpeia o tarugo. O forjamento com martelo envolve deslocamento mínimo de material. No entanto, a combinação de altas temperaturas e as propriedades específicas do metal sendo forjado resulta em desgaste superficial significativo.
Esta aplicação foi extensivamente documentada, e as soluções para abordar essas tensões estão bem estabelecidas. Com base nesta fundação, é totalmente possível alcançar um nível mais alto de desempenho com uma solução personalizada.