02- Mateco - Unidade II - Seleção de aços resistente ao desgaste

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<p>Materiais de Construção</p><p>Mecânica</p><p>Pablo Altoé Amorim</p><p>Unidade II: Seleção de Aços</p><p>Resistente ao Desgaste</p><p>Desenvolvimento de Aula</p><p> Unidade II - Seleção de Aços Resistente ao</p><p>Desgaste</p><p> Introdução</p><p> Tribologia</p><p> Histórico</p><p> Tipos de desgaste</p><p> Aços-manganês austeníticos</p><p> Tratamento térmico dos aços Hadfield</p><p> Adição de outros elementos de liga nos aço Hadfield</p><p> Características gerais dos aços-manganês tipo Hadfield</p><p> Conclusões</p><p>2.1. Introdução</p><p>2.1. Introdução</p><p> O desgaste é um fenômeno que ocorre em peças em</p><p>movimento, como em:</p><p> eixos, pistões, válvulas, cilindros, engrenagens e peças semelhantes em</p><p>máquinas, aparelhos de transporte, maquinário agrícola, de</p><p>construção, britadores, escavadeiras, misturadores, etc.</p><p> Trata-se de um fenômeno superficial devido ao contato das</p><p>superfícies.</p><p> O desgaste é a perda gradativa de material da superfície, ou</p><p>seja, alteração das dimensões de um determinado material</p><p>provocado pelo contado de dois materiais, um ou ambos em</p><p>movimento, quer sejam metálicos ou não.</p><p>2.1. Introdução</p><p> O desgaste ocorre pelo deslocamento ou pelo arrancamento</p><p>de partículas metálicas de uma superfície metálica.</p><p> Esses efeitos podem ser causados pelo contato de uma superfície</p><p>metálica contra outra superfície metálica ou de uma superfície</p><p>metálica contra outra não metálica ou de uma superfície metálica</p><p>contra líquidos ou gases em movimento.</p><p> Assim sendo, podem ser considerados três tipos de desgaste:</p><p> Desgaste de metal contra metal (chamado também desgaste</p><p>metálico);</p><p> Desgaste de metal contra uma substância não metálica</p><p>abrasiva (chamado também de desgaste abrasivo);</p><p> Desgaste de metal contra líquidos ou vapores (também</p><p>chamado erosão).</p><p>2.1. Introdução</p><p> A resistência ao desgaste dos metais depende dos</p><p>seguintes fatores:</p><p> Acabamento da superfície metálica, a qual deve se apresentar</p><p>tão macia e plana quanto possível, de modo a eliminar</p><p>depressões e projeções que ao coincidirem umas com as</p><p>outras, produzem o arrancamento de partículas além de</p><p>proporcionar, pela energia produzida, uma elevação de</p><p>temperatura;</p><p> Dureza, a qual deve ser elevada, para que o metal resista à</p><p>penetração inicial;</p><p> Resistência mecânica e tenacidade que, quanto mais altas, mais</p><p>dificultarão o arrancamento das partículas metálicas, quaisquer</p><p>que sejam as causas passíveis de produzir tal efeito.</p><p>2.1. Introdução</p><p> A dureza é o fator mais importante, pois dele depende o início</p><p>do desgaste.</p><p> Outro fator também ponderável e que deve ser levado em</p><p>devida conta é a estrutura metalográfica do material. De fato,</p><p>num metal apresentando um sistema de duas fases, a presença</p><p>de partículas relativamente grandes de um constituinte de baixa</p><p>dureza e, portanto, vulnerável ao desgaste, numa matriz dura</p><p>prejudica a sua resistência ao desgaste, ainda que o conjunto seja</p><p>duro, ao passo que se a estrutura apresenta um constituinte</p><p>possuindo partículas duras – carbonetos geralmente – numa</p><p>matriz mais mole, ela possuirá maior resistência ao desgaste,</p><p>principalmente quando essas partículas duras não forem</p><p>excessivamente frágeis e quando forem de pequenas dimensões</p><p>e uniformemente distribuídas na matriz.</p><p>2.1. Introdução</p><p>Microestrutura da ZF (0,86%Mn) obtida na soldagem SAW. O círculo mostra</p><p>uma pequena região de ferrita e carboneto. MEV. Ataque: Nital 2% e Picral 2%.</p><p>Aumento 1000x(16).</p><p>2.1. Introdução</p><p> O requisitos de alta dureza, elevados valores de</p><p>resistência e tenacidade e estrutura adequada são</p><p>conseguidos nos aços mediante os seguintes artifícios:</p><p> composição química conveniente, pela introdução em altos</p><p>teores de determinados elementos de liga;</p><p> tratamentos térmicos ou termoquímicos de aços de</p><p>composições apropriadas;</p><p>2.1. Introdução</p><p> Assim sendo, a resistência ao desgaste dos metais pode</p><p>ser obtida mediante os seguintes meios:</p><p> mecânicos, pelo trabalho a frio ou encruamento</p><p>proporcionados por laminação, estiramento ou deformação a</p><p>frio; ou pela aplicação do processo de "jacto-percussão" ou</p><p>"jacto-abrasivo" nas superfícies das peças;</p><p> térmicos – pela têmpera total ou têmpera superficial (por</p><p>chama ou por indução);</p><p> termoquímicos, pelos tratamentos de cementação, nitretação,</p><p>etc.;</p><p> revestimentos superficiais, pela aplicação de "cromoduro",</p><p>siliconização, eletrodeposição, metalização,etc.</p><p>2.1. Introdução</p><p>Desgaste por erosão</p><p>e erosão-corrosão</p><p>2.1. Introdução</p><p> Tipos de ventiladores</p><p>2.1. Introdução</p><p> Tipos de ventiladores</p><p>2.1. Introdução</p><p>Desgaste por</p><p>deslizamento entre</p><p>superfícies metálicas</p><p>e não metálicas</p><p>2.1. Introdução</p><p>Desgaste por abrasão</p><p>2.1. Introdução</p><p>Desgaste abrasivo das</p><p>resinas dentárias.</p><p>Estudos são realizados</p><p>com o objetivo de reparar</p><p>as perdas de material</p><p>dentário do ser humano e</p><p>buscar materiais com</p><p>maiores resistências.</p><p>2.2. Tribologia</p><p>2.2. Tribologia</p><p> O termo tribologia, que vem do grego Τριβο (Tribo -</p><p>esfregar) e Λογοσ (Logos - estudo) foi utilizado,</p><p>oficialmente, pela primeira vez em 1966 em um relatório</p><p>feito por H. Peter Jost para o comitê do departamento</p><p>inglês de educação e ciência. Neste relatório, o termo foi</p><p>definido como a:</p><p>“ciência e tecnologia de superfícies</p><p>interativas em movimento relativo e dos</p><p>assuntos e práticas relacionados”.</p><p>2.2. Tribologia</p><p> As estimativas de reduções de gastos apresentadas no relatório</p><p>de Jost são de que mediante o uso do conhecimento existente</p><p>podem-se reduzir as perdas por desgaste em 20% (Jost, 1966).</p><p> O aspecto ambiental também é muito importante na análise</p><p>global das perdas por desgaste.</p><p> Por exemplo: as maiores perdas no motor de um automóvel</p><p>transitando em uma cidade, são devidas ao resfriamento e à</p><p>exaustão.</p><p> Apenas 12% da potência do motor são transmitidas às rodas, o que é</p><p>menor do que as perdas por atrito (cerca de 15%).</p><p> Considerando melhorias de 20% a economia seria de 300 milhões de</p><p>reais por ano e uma redução de 37.500 toneladas de CO2 emitidos</p><p>para atmosfera, apenas na cidade de São Paulo, segundo dados obtidos</p><p>por Anderson em 1991(Anderson, 1991).</p><p>2.2. Tribologia</p><p> Algumas pinturas rupestres e descobertas arqueológicas</p><p>testemunham a participação da tribologia na história da</p><p>humanidade, principalmente para a redução do atrito.</p><p> No período Paleolítico o fogo era gerado pelo atrito;</p><p> No período Mesolítico, o homem descobre novos materiais e</p><p>técnicas a serem utilizados na confecção das ferramentas de</p><p>trabalho;</p><p> Numa tumba egípcia, encontrou-se o que parece ser o</p><p>primeiro registro pictórico de um tribologista em ação.</p><p> Os egípcios usavam trenós para transportar uma enorme e pesada</p><p>estátua. Na imagem 172 escravos foram usados para arrastar a</p><p>estatua que pesava em torno de 600kN.</p><p> Sobre os pés da estátua pode ser visto um homem jogando líquido</p><p>no caminho para reduzir o atrito e possibilitar o transporte da</p><p>estátua.</p><p>2.2. Tribologia</p><p>2.2. Tribologia</p><p> Modos de Desgaste</p><p> Um dos principais focos de estudo da tribologia é o desgaste.</p><p>Tradicionalmente são aceitos quatro modos de desgaste que estão</p><p>representados (Kato, 2001).</p><p>2.2. Tribologia</p><p> O desgaste adesivo ocorre quando a ligação adesiva entre as</p><p>superfícies é suficientemente forte para resistir ao deslizamento.</p><p>Como resultado dessa adesão, uma deformação plástica é causada</p><p>na região de contato gerando uma trinca que pode se propagar</p><p>levando à geração de um terceiro corpo e a uma transferência</p><p>completa de material.</p><p> No desgaste abrasivo ocorre remoção de material da superfície.</p><p>Esse desgaste ocorre em função do formato e da dureza dos dois</p><p>materiais em contato.</p><p> Quando o desgaste é ocasionado pelo alto número de repetições</p><p>do movimento ele é chamado de desgaste por fadiga.</p><p> Finalmente, o desgaste corrosivo ocorre em meios corrosivos,</p><p>líquidos ou gasosos. Neste tipo de desgaste são formados produtos</p><p>de reação devido às interações químicas e eletroquímicas. Essas</p><p>reações são conhecidas como reações triboquímicas</p><p>e produzem</p><p>uma intercamada na superfície que depois é removida.</p><p>2.2. Tribologia</p><p> Mecanismos de desgaste.</p><p> Os modos de desgaste podem ocorrer através de diversos</p><p>mecanismos.</p><p> Os mecanismos de desgaste são descritos pela consideração</p><p>de mudanças complexas na superfície durante o movimento.</p><p> Em geral, o desgaste ocorre através de mais de um modo,</p><p>portanto a compreensão de cada mecanismo de desgaste em</p><p>cada modo se torna importante (Kato, 2001).</p><p>2.3. Aços-manganês</p><p>austeníticos</p><p>2.3. Aços-manganês austeníticos</p><p> O melhor meio de elevar a dureza do aço e,</p><p>consequentemente a sua resistência ao desgaste, é pelo</p><p>encruamento de determinados tipos de aços austeníticos</p><p> onde a austenita é pouco estável e que, pelo encruamento, quando</p><p>colocados em serviço, podem ser tornados martensíticos.</p><p> Tais são os "aços-manganês austeníticos".</p><p> O aço manganês austenítico foi inventado por Sir Robert</p><p>Abbott Hadfield, cujo nome identifica o tipo por ele</p><p>desenvolvido, com 1,2% de carbono e 12% de manganês.</p><p> Esse aço é ainda hoje o principal do grupo de aços resistentes</p><p>ao desgaste, de natureza austenítica.</p><p>2.3. Aços-manganês austeníticos</p><p>Desenvolvido a cem anos atrás por Robert Hadfield na Inglaterra. É um aço</p><p>manganês austenítico que transforma para Martensita por deformação.</p><p>2.3. Aços-manganês austeníticos</p><p> Encruamento:</p><p> O encruamento de um metal pode ser definido como</p><p>sendo o seu endurecimento por deformação plástica.</p><p> Os períodos de relaxação para alguns processos</p><p>atômicos significativos em cristais são tão extensos</p><p>que o equilíbrio completo é raramente atingido, por</p><p>este motivo que os metais apresentam a</p><p>particularidade bastante útil de encruamento por</p><p>deformação.</p><p> O encruamento por deformação plástica é um dos</p><p>mais importantes métodos de endurecer os metais.</p><p>2.3. Aços-manganês austeníticos</p><p> Encruamento:</p><p> O encruamento ocorre basicamente porque os</p><p>metais se deformam plasticamente por movimento</p><p>de discordâncias e estas interagem diretamente</p><p>entre si ou com outras imperfeições, ou</p><p>indiretamente com o campo de tensões internas de</p><p>várias imperfeições e obstáculos.</p><p> Estas interações levam a uma redução na</p><p>mobilidade das discordâncias, o que é acompanhada</p><p>pela necessidade de uma tensão maior para</p><p>provocar maior deformação plástica.</p><p>2.3. Aços-manganês austeníticos</p><p> Encruamento:</p><p> O encruamento pode ser também chamado de</p><p>trabalho a frio porque este fenômeno acontece em</p><p>temperaturas abaixo da temperatura de</p><p>recristalização.</p><p> Por tanto, aumentando a temperatura os efeitos do</p><p>aumento da resistência do metal adquiridos pelo</p><p>processo de trabalho a frio, podem ser diminuídos</p><p>até voltar às suas propriedades originais.</p><p>2.3. Aços-manganês austeníticos</p><p> O êxito da utilização do aço Hadfield para peças</p><p>submetidas ao desgaste deve-se a duas propriedades:</p><p> endurecimento superficial propiciado pelo trabalho e</p><p>tenacidade.</p><p> Esses aços, contudo, estão sujeitos a um fenômeno de</p><p>fragilização intergranular, que é muito prejudicial e levam,</p><p>frequentemente à rejeição de peças ou perda das mesmas por</p><p>falhas em serviço.</p><p> Os tipos comerciais apresentam o carbono entre 1,0% e</p><p>1,4% e o manganês entre 10% e 14%, havendo uma</p><p>tendência a utilizar-se teor de carbono de 1,2% e</p><p>manganês de 12% e 13%.</p><p>2.3. Aços-manganês austeníticos</p><p> É extremamente importante sua habilidade de</p><p>encruamento: de uma dureza inicial de 240 HB, atinge</p><p>aproximadamente 500 HB (51 HRC).</p><p> O reticulado é cúbico de face centrada (CFC) e apresenta</p><p>sistemas equivalentes de deslizamento e deformação, o qual é</p><p>igualmente provável em toda a estrutura, e rapidamente causa</p><p>empilhamento das deslocações. Como o processo é continuo</p><p>o aumento da dureza afeta o metal, produzindo aumento da</p><p>resistência à abrasão.</p><p>2.3. Aços-manganês austeníticos</p><p> Então, o melhor desempenho do aço</p><p>manganês é obtido quando as</p><p>condições externas de uso causam</p><p>extremo encruamento da superfície do</p><p>componente, motivando o uso em</p><p>aplicações que requerem alta</p><p>resistência à abrasão e desgaste.</p><p> Formação de martensíta – estrutura</p><p>monofásica, tetragonal de corpo centrado</p><p>(TCC).</p><p> No caso de acontecer uma trinca da camada encruada</p><p>em serviço, esta será rapidamente contida porque a</p><p>camada interna não é encruada, e sim tenaz.</p><p>2.3. Aços-manganês austeníticos</p><p>Diagrama de equilíbrio para 13% de manganês</p><p>O eutetóide</p><p>apresenta baixo</p><p>teor de</p><p>carbono;</p><p>A austenita é</p><p>tão estável que</p><p>ela não se</p><p>transforma,</p><p>mesmo com</p><p>velocidades de</p><p>resfriamento</p><p>moderadas.</p><p>2.3. Aços-manganês austeníticos</p><p>A figura apresenta o diagrama de transformação isotérmica de um aço</p><p>contendo 1,28%C, 12,4% Mn, 0,35% Si, 0,009% S, 0,30% P, 0,28% Ni e 0,23%</p><p>Cu, austenitizado durante 30 minutos.</p><p>2.3. Aços-manganês austeníticos</p><p> Essa transformação começa entre 300 e 700°C com a</p><p>precipitação de carbonetos intergranulares após alguns</p><p>segundos de período de incubação.</p><p> Passado esse período, surgem carbonetos aciculares, em</p><p>torno de 600°C num período de incubação mais longo, da</p><p>ordem de um minuto.</p><p> A transformação perlítica é muito lenta e a perlita</p><p>aparece após um longo período de incubação, numa faixa</p><p>de temperatura mais estreita do que a dos carbonetos</p><p>aciculares.</p><p>2.3. Aços-manganês austeníticos</p><p> Os outros elementos presentes nos aços-manganês</p><p>austeníticos são:</p><p> silício, com o objetivo principalmente de desoxidação, raramente</p><p>ultrapassa 1%; entretanto, às vezes pode ser utilizado em teores até</p><p>2%, para produzir um certo aumento do limite de escoamento e</p><p>certa resistência à deformação plástica sob choques repetidos;</p><p> enxofre, cujo teor não é crítico, devido a alta quantidade de</p><p>manganês presente;</p><p> fósforo, cujo teor máximo pode atingir 0,10%, preferindo-se,</p><p>entretanto, cerca de 0,06% no máximo para garantir boa</p><p>soldabilidade ao aço;</p><p> outros elementos, como níquel, molibdênio, cromo, cobre e vanádio</p><p>podem ser adicionados para melhorar o limite de escoamento, a</p><p>usinabilidade, etc.</p><p> Uma das adições comuns é certa quantidade de cromo (até 2%) que</p><p>aumenta o limite de escoamento, mas pode reduzir a ductilidade.</p><p>2.3. Aços-manganês austeníticos</p><p> Tratamentos Térmicos</p><p> A estrutura fundida ou laminada do aço-manganês contêm</p><p>carbonetos e outros produtos de transformação que conferem</p><p>grande fragilidade ao aço:</p><p> sua resistência à tração é de cerca de 42 a 49 kgf/mm2 (410 a 480 MPa)</p><p>com alongamento e estricção às vezes inferiores a 1%.</p><p> As propriedades mecânicas normais desses aços são obtidas com um</p><p>tratamento de austenitização a uma temperatura suficientemente</p><p>alta para assegurar completa solução dos carbonetos, seguida de</p><p>resfriamento muito rápido – em água. A temperatura de</p><p>austenitização situa-se entre 1000°C e 1065°C.</p><p> Após o resfriamento em água, o aço torna-se mais resistente e mais</p><p>dúctil:</p><p> limite de-escoamento de 30 a 42 kgf/mm2 (290 a 410 MPa) e limite de</p><p>resistência à tração de 57 a 100 kgf/mm2 (560 a 980 MPa).</p><p>2.3. Aços-manganês austeníticos</p><p> Características gerais</p><p> A usinabilidade desses materiais é de natureza complexa.</p><p> Tais aços são muitos tenazes e além disso encruam nos pontos de</p><p>contato com a ferramenta de corte, de modo que uma técnica</p><p>especial de usinagem é usada, quando essa operação se torna</p><p>necessária, devendo-se para isso empregar ferramentas de metal duro</p><p>(carboneto de tungsténio sinterizado) ou aço rápido ao cobalto.</p><p> Esses aços não podem ser usados a temperaturas superiores a</p><p>260°C, porque tornam-se frágeis, provavelmente devido à</p><p>transformação parcial da austenita meta-estável.</p><p>2.4. Conclusão</p><p> Os aços-manganês apresentam maior tenacidade e um</p><p>custo moderado e é por estas razões que são</p><p>seccionados para uma grande variedade de aplicações</p><p>abrasivas.</p><p> São em geral menos resistentes à abrasão que os ferros</p><p>fundidos brancos martensíticos e os aços de alto carbono</p><p>martensíticos, mas são mais resistentes à abrasão que os</p><p>ferros fundidos</p><p>brancos perlíticos e os aços perlíticos.</p><p>2.4. Conclusão</p><p> O tipo de abrasão ao qual o aço-manganês é exposto tem</p><p>uma considerável influência sobre sua resistência ao</p><p>desgaste.</p><p> Os aços-manganês têm excelente resistência ao desgaste</p><p>metal-metal, como no caso de polias de garganta, rodas de</p><p>guindastes e rodas de vagões para mineração.</p><p> Apresentam uma resistência razoavelmente boa à abrasão por</p><p>sulcamento (como em equipamentos para manuseio e</p><p>cominuição de rochas), uma resistência intermediária à abrasão</p><p>sob altas tensões (com esmagamento), como revestimentos de</p><p>moinhos de bolas e uma resistência, relativamente baixa à</p><p>abrasão sob baixas tensões (como riscamento), como em</p><p>equipamento para o manuseio de areia ou pastas de areia.</p><p>2.4. Conclusão</p><p>2.4. Conclusão</p><p>Metal de adição para revestimento duro</p><p> Revestimento com ligas (Cr, Ni, Mo...)</p><p>Revestimento robótico com ligas de cromo</p><p>Metal de adição para revestimento duro</p><p> Revestimento com ligas (Cr, Ni, Mo...)</p><p>Revestimento de silos e engrenagens</p>