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https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4240
Tipo: | Dissertação |
Título: | Avaliação do efeito da microestrutura de diferentes ligas metálicas na resistência ao desgaste abrasivo por tamboreamento |
Autor(es): | CARDOSO, Samuel de Oliveira |
Primeiro Orientador: | TEIXEIRA, Ricardo Luiz Perez |
metadata.dc.contributor.advisor-co1: | LACERDA, José Carlos de |
Resumo: | No beneficiamento de minérios, a cominuição é o estágio que mais exige investimentos, pois corresponde a 45% dos custos ligados ao consumo de corpos moedores na moagem. Uma vez que a taxa de desgaste desses corpos moedores é um fator determinante nesses custos, este trabalho visa correlacionar a microestrutura e comportamento mecânico dos materiais com a sua resistência ao desgaste abrasivo por tamboreamento. O estudo caracterizou oito ligas metálicas comerciais usadas como corpos moedores, analisando sua composição química, microestrutura e dureza Rockwell C. Após a caracterização, as amostras passaram por um teste de abrasão com areia de quartzo e minério de ferro, gerando uma classificação de desempenho em resistência e suas superfícies foram avaliadas via MEV após o desgaste. O ensaio de composição química permitiu classificar duas amostras como ferros fundidos brancos, sendo uma delas um ferro fundido de alto cromo, com cerca de 12,9%p. Cr. As outras seis amostras foram categorizadas como aços baixa liga, sendo 2,5%p. o teor máximo de elementos de liga adicionados. A micrografia óptica demonstrou a presença de matriz predominantemente martensítica com presença de carbonetos de Cr primários e secundários para amostras fabricadas em ferro fundido. Para os aços, foi identificada uma matriz predominantemente martensítica em todas as amostras, com presença de ilhas de perlita e pequenas frações de austenita retida em quatro dessas amostras. Os resultados de dureza variaram entre 53 HRC e 69 HRC, sendo que, nos aços de baixa liga, a dureza foi maior na superfície do que no centro. Perfis de dureza lineares indicaram tratamentos térmicos mais eficazes, enquanto perfis com mudanças de inclinação sugeriram menor uniformidade no tratamento. Os resultados dos testes de abrasão mostraram que o desgaste foi maior quando a areia foi utilizada como abrasivo, com maior variabilidade nos resultados quando comparado ao minério. Ao comparar os resultados de resistência dos materiais entre os meios abrasivos, observou-se uma inversão no ranking de desempenho dos ferros fundidos, indicando que o desempenho dos materiais é fortemente influenciado pelo tipo de abrasivo. No entanto, independentemente do meio abrasivo, os ferros fundidos de alto Cr apresentaram as menores perdas de massa e volumétricas, enquanto o aço carbono fundido teve as maiores perdas de massa e o pior desempenho. Para as amostras de aço carbono obtidas de corpos moedores forjados, foram observados resultados de resistência similares. As análises de MEV após os ensaios, revelaram um desgaste seletivo na matriz martensítica por entre os carbonetos primários para os ferros fundidos brancos, que pode ser explicado pela proteção contra corrosão proporcionada pelo Cr e pela alta densidade de carbonetos, resultando em uma microestrutura mais resistente ao desgaste do que a martensita pura. Nas amostras de aço, foram identificados inúmeros pites de corrosão, sugerindo que a corrosão teve um impacto significativo nos ensaios, possivelmente superior ao atrito, devido à baixa tensão do teste de tamboreamento. |
Abstract: | In mineral processing, comminution is the stage that requires the most investment, with 45% of costs associated with the consumption of grinding media during milling. Since the wear rate of these grinding media is a key factor in these costs, this study aims to correlate the microstructure and mechanical behavior of materials with their resistance to abrasive wear through tumbling tests. The research characterized eight commercial metal alloys used as grinding media. It analyzed their chemical composition, microstructure, and Rockwell C hardness. After characterization, the samples underwent abrasion testing with quartz sand and iron ore, generating a performance ranking based on wear resistance. The surfaces of the samples were also evaluated via SEM after wear. The chemical composition analysis classified two samples as white cast irons, one of which was high chromium cast iron with approximately 12.9% Cr. The other six samples were categorized as low-alloy steels, with a maximum alloying element content of 2.5%. Optical micrography revealed a predominantly martensitic matrix with primary and secondary chromium carbides in the cast iron samples. In the steel samples, a predominantly martensitic matrix was identified, with islands of pearlite and small fractions of retained austenite in four of the samples. Hardness results ranged from 53 HRC to 69 HRC, with low-alloy steels exhibiting higher surface hardness compared to their center. Linear hardness profiles indicated more effective heat treatments, while profiles with slope changes suggested lower uniformity in the heat treatment. Abrasion test results showed higher wear when sand was used as the abrasive, with greater variability in results compared to iron ore. A comparison of wear resistance results across abrasive type showed an inversion in the performance ranking of the cast irons, indicating that material performance is strongly influenced by the type of abrasive. However, regardless of the abrasive type, the high-Cr cast irons exhibited the lowest mass and volumetric losses (samples A and B), while cast carbon steel showed the highest mass loss and the worst performance (sample C). For the forged carbon steel samples, similar abrasion resistance results were observed. SEM analyses after wear revealed selective wear of the martensitic matrix around primary carbides in the cast iron samples, which can be explained by the corrosion protection provided by Cr and the high carbide density, resulting in a microstructure more resistant to wear than pure martensite. In the steel samples, numerous corrosion pits were identified, suggesting that corrosion had a significant impact on the tests, possibly greater than friction, due to the low-stress testing conditions. |
Palavras-chave: | Corpos moedores Desgaste abrasivo Dureza Ligas metálicas Microestrutura |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALÚRGICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Itajubá |
Sigla da Instituição: | UNIFEI |
metadata.dc.publisher.department: | IEM - Instituto de Engenharia Mecânica |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação: Mestrado Profissional – Engenharia de Materiais |
Citação: | CARDOSO, Samuel de Oliveira. Avaliação do efeito da microestrutura de diferentes ligas metálicas na resistência ao desgaste abrasivo por tamboreamento. 2025. 69 f. Dissertação (Mestrado Profissional em Engenharia de Materiais) - Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025. |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4240 |
Data do documento: | 6-Fev-2025 |
Aparece nas coleções: | Dissertações |
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