Download - Desgaste abrasivo
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DESGASTE ABRASIVO
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DESGASTE ABRASIVO
Por que estudar desgaste abrasivo?
Classificaes versus mecanismos
Ensaios de desgaste: para qu?
Efeitos de algumas variveis
Discusso sobre severidade
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Por que estudar desgaste abrasivo?
importncia do desgaste abrasivo
diversos
14%
qumico
5%
"fretting"
8%
eroso
8%
adesivo
15%
abrasivo
50%
DESGASTE ABRASIVO
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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
DESGASTE ABRASIVO
Por que estudar desgaste abrasivo?
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Desgaste abrasivo: desgaste devido a partculas ou protuberncias duras
foradas contra e movendo-se ao longo de
uma superfcie slida.
DESGASTE ABRASIVO
Definies (ASTM G40)
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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.
DESGASTE ABRASIVO
Definies (ASTM G40)
Fatores: VELOCIDADE e NGULO de
incidncia
Presena de partculas duras; caso de lamas
Similaridade com desgaste abrasivo
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DESGASTE ABRASIVO
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.
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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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Classificaes vs mecanismos
DESGASTE ABRASIVO
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Classificaes vs mecanismos
DESGASTE ABRASIVO
Sulcamento
Remoo
por
microfadiga
Proa
Microcorte
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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.
DESGASTE ABRASIVO
Classificaes versus mecanismos
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Classificaes versus mecanismos
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.
DESGASTE ABRASIVO
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Definir testes padronizados
referentes a cada classificao
3 corpos ASTM G-65 ( roda de borracha)
DESGASTE ABRASIVO
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Definir testes padronizados
referentes a cada classificao
2 corpos ASTM G-132 ( pino contra lixa)
DESGASTE ABRASIVO
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Orientar a seleo e o desenvolvimento
de materiais resistentes ao desgaste
DESGASTE ABRASIVO
3 corpos atuar sobre a resistncia fadiga
2 corpos atuar contra o microcorte, p.ex.
com a introduo de mais ou maiores partculas
duras
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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.
DESGASTE ABRASIVO
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Problemas com a classificao
2 corpos vs. 3 corpos
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
DESGASTE ABRASIVO
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Problemas com a classificao
2 corpos vs. 3 corpos
DESGASTE ABRASIVO
Riscamento /corte
em bola de moinho
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Problemas com a classificao
2 corpos vs. 3 corpos
DESGASTE ABRASIVO
Mandbulas de britador
1 ensaio,
2 mecanismos !!
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DESGASTE ABRASIVO
Problemas com a classificao
2 corpos vs. 3 corpos
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
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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)
DESGASTE ABRASIVO
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Low stress / high stress / gouging
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.
DESGASTE ABRASIVO
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Low stress / high stress / gouging
Gouging: deformaes macroscpicas nas
superfcies : britadores.
Ensaios : britador de laboratrio
Seleo de material: priorizar tenacidade .
DESGASTE ABRASIVO
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DESGASTE ABRASIVO
Low stress / high stress / gouging
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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DESGASTE ABRASIVO
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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DESGASTE ABRASIVO
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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DESGASTE ABRASIVO
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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DESGASTE ABRASIVO
Seleo ou desenvolvimento de materiais
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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DESGASTE ABRASIVO
Seleo ou desenvolvimento de materiais
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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DESGASTE ABRASIVO
Seleo ou desenvolvimento de materiais
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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DESGASTE ABRASIVO
Seleo ou desenvolvimento de materiais
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
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Seleo ou desenvolvimento de materiais
Simulaes: Caso de bolas de moinho
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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Seleo ou desenvolvimento de materiais
Simulaes: Caso de bolas de moinho
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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DESGASTE ABRASIVO
Seleo ou desenvolvimento de materiais
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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DESGASTE ABRASIVO
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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DESGASTE ABRASIVO
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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DESGASTE ABRASIVO
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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DESGASTE ABRASIVO
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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DESGASTE ABRASIVO
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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DESGASTE ABRASIVO
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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DESGASTE ABRASIVO
Efeito do tamanho do abrasivo
Grande variao
at ~100 mm.
Filtragem pode ter
efeito relevante
em alguns
equipamentos.
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DESGASTE ABRASIVO
Efeito do tamanho do abrasivo
Para gros
pequenos, uma parte
muito pequena da
energia resulta em
corte
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DESGASTE ABRASIVO
Efeito do tamanho do abrasivo
Gros maiores
resultam em
maior fora
aplicada, na
escala
microscpica
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DESGASTE ABRASIVO
Efeito do tamanho do abrasivo
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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DESGASTE ABRASIVO
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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DESGASTE ABRASIVO
Efeito de austenita e abrasivo
SiC
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DESGASTE ABRASIVO
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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DESGASTE ABRASIVO
Severidade
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DESGASTE ABRASIVO
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
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Eduardo Albertin, eng. metalurgista
Instituto de Pesquisas Tecnolgicas SP
Diviso de Metalurgia
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