O que são peças fundidas com alto teor de cromo e como maximizar sua vida útil?

O que é ferro fundido com alto teor de cromo e por que ele resiste ao desgaste?

Ferro fundido com alto cromo é uma liga ferrosa contendo 11 a 30 por cento de cromo e 2,0 a 3,5 por cento de carbono, com o cromo e o carbono se combinando durante a solidificação para formar carbonetos de cromo do tipo M7C3. Esses carbonetos têm uma dureza Vickers de 1.400 a 1.800 HV, o que os torna uma das fases mais duras encontradas em qualquer material de engenharia, exceto cerâmica para ferramentas. A matriz metálica circundante, tipicamente martensítica após tratamento térmico apropriado, proporciona tenacidade que evita a fratura frágil que destruiria um material cerâmico sob as mesmas condições de impacto.

A dureza aparente de uma peça fundida de ferro branco com alto cromo tratada termicamente é normalmente de 58 a 66 HRC (escala Rockwell C), em comparação com 35 a 45 HRC para aço ferramenta tratado termicamente e 180 a 220 HB para ferro cinzento padrão usado em peças fundidas de engenharia geral. Essa vantagem substancial de dureza se traduz diretamente em resistência ao desgaste abrasivo: no teste de abrasão com número de Miller e no teste de roda de borracha com areia seca ASTM G65, os ferros brancos com alto teor de cromo apresentam consistentemente perda de volume 3 a 10 vezes menor que o ferro cinzento padrão e perda de volume 2 a 5 vezes menor que o aço endurecido nas mesmas condições de teste.

O papel do conteúdo de cromo no desempenho contra desgaste

O teor de cromo da liga determina o tipo, fração volumétrica e distribuição dos carbonetos que se formam durante a solidificação, e também determina a resistência à corrosão da matriz metálica. Em ligas com 11 a 14 por cento de cromo, a fração volumétrica de carboneto é relativamente baixa (15 a 20 por cento) e a matriz é mais suscetível à corrosão em ambientes de lama ácida. À medida que o teor de cromo aumenta para 25 a 30 por cento, a fração volumétrica de carboneto aumenta para 25 a 35 por cento e o teor de cromo da matriz aumenta para um nível que fornece resistência à corrosão significativa em ambientes moderadamente agressivos.

Os graus de cromo de 25 a 28 por cento, muitas vezes designados como Cr26 ou em conformidade com a especificação ASTM A532 Classe III Tipo A, são os mais amplamente usados ​​para serviços combinados severos de abrasão e corrosão em aplicações de lama de mineração, enquanto os graus de cromo de 15 a 18 por cento (Cr15, ASTM A532 Classe II Tipo E) oferecem um bom equilíbrio entre dureza, tenacidade e custo para serviços de abrasão a seco em britadores e moinhos. Selecionar o tipo de cromo apropriado para a aplicação específica é a primeira decisão de engenharia na especificação peças fundidas com alto cromo , e tem um efeito maior na vida útil do que qualquer tratamento térmico ou parâmetro operacional subsequente.

Combinando adições que modificam o desempenho

Além do cromo e do carbono, as composições de ferro fundido com alto teor de cromo são modificadas por vários elementos de liga adicionais que refinam a microestrutura, melhoram a temperabilidade ou melhoram propriedades específicas:

• Molibdênio (0,5 a 3,0 por cento): Melhora a temperabilidade, garantindo que a transformação martensítica seja completa em seções espessas durante o tratamento térmico de têmpera a ar ou óleo. Sem molibdênio, peças fundidas de seção transversal espessa podem reter austenita no núcleo, reduzindo a dureza nas regiões que sofrem desgaste mais profundo ao longo do tempo, à medida que a superfície se desgasta. O molibdênio é uma adição padrão em peças fundidas para aplicações que exigem dureza consistente em seções superiores a 50 milímetros.
• Manganês (0,5 a 1,5 por cento): Aumenta a estabilidade da austenita, o que pode ser benéfico para controlar o nível de austenita retida na condição fundida antes do tratamento térmico, mas o excesso de manganês desestabiliza a formação de martensita durante o tratamento térmico e deve ser mantido dentro da faixa especificada para o grau alvo.
• Níquel (0,5 a 1,5 por cento): Usado em combinação com molibdênio para melhorar a temperabilidade em classes onde o molibdênio sozinho é insuficiente para seções muito espessas ou onde o custo do molibdênio está sendo controlado. O níquel tem um efeito menor na temperabilidade por unidade de adição do que o molibdênio, mas é mais barato, tornando a combinação economicamente ideal para muitas ligas de fundição comerciais.
• Cobre (0,5 a 1,2 por cento): Promove a supressão da perlita e melhora a dureza da matriz em alguns graus de cromo mais baixos. As adições de cobre são mais comuns em ligas Cr15, onde a temperabilidade apenas do cromo pode ser limítrofe para o endurecimento ao ar de espessuras de seção média.

Vantagens do ferro fundido com alto teor de cromo em relação às peças fundidas padrão

As vantagens de desempenho do ferro fundido com alto teor de cromo em relação às fundições padrão de ferro cinzento, ferro dúctil e aço carbono usadas em aplicações de engenharia em geral são mais claramente demonstradas pela comparação de dados específicos de taxa de desgaste de testes de serviço e testes de laboratório padronizados nas mesmas condições de aplicação. A comparação a seguir aborda as principais categorias de vantagens que orientam a especificação de peças fundidas com alto teor de cromo em aplicações de desgaste industrial.

Comparação da vida útil do desgaste abrasivo

Em serviços de abrasão de alta tensão com partículas abrasivas duras e grossas (granito, quartzito, minério de ferro e abrasivos similares de rocha dura com dureza Mohs acima de 6), as peças fundidas de ferro branco com alto cromo atingem rotineiramente de 3 a 8 vezes a vida útil de componentes equivalentes feitos de ferro cinzento padrão. Contra aço médio carbono endurecido (350 a 400 HB), a vantagem é normalmente de 2 a 4 vezes, dependendo da dureza da partícula abrasiva e das condições de tensão. Na abrasão de baixa tensão com partículas abrasivas finas e macias, a vantagem da vida útil do desgaste é mais modesta, na faixa de 1,5 a 2,5 vezes, porque as partículas mais finas são menos eficazes na penetração na superfície dura do metal duro e a vantagem da microestrutura do metal duro sobre uma matriz de martensita dura é menor.

Em um teste de serviço publicado em uma aplicação de britagem de calcário, as barras de impacto de ferro Cr26 com alto teor de cromo em um britador de impacto de eixo horizontal atingiram 850 toneladas métricas de calcário por quilograma de desgaste da barra de impacto, em comparação com 210 toneladas métricas por quilograma para barras de impacto de aço endurecido de geometria equivalente no mesmo britador processando a mesma alimentação. Isso representa uma vantagem de 4 vezes na vida útil do desgaste que, após contabilizar o custo unitário mais alto das peças fundidas com alto teor de cromo, produziu uma redução de 60% no custo por tonelada de produto triturado apenas com base no orçamento de desgaste da barra de impacto.

Resistência Combinada à Corrosão e Abrasão

Em aplicações de processamento úmido onde a pasta abrasiva entra em contato com a superfície de desgaste, o efeito sinérgico da abrasão e corrosão simultâneas acelera o desgaste a uma taxa maior que a soma dos dois mecanismos agindo independentemente. A camada passiva de óxido de cromo que se forma na superfície do ferro fundido com alto teor de cromo (particularmente os graus Cr26 com teor de cromo na matriz superior a 13 por cento) fornece proteção significativa contra corrosão que retarda essa aceleração sinérgica, tornando a vantagem combinada da vida útil da corrosão e abrasão do ferro com alto teor de cromo em relação ao aço carbono desprotegido significativamente maior do que a vantagem da abrasão a seco sozinha.

Em aplicações de pasta mineral ácida com valores de pH entre 4 e 6, onde a corrosão é um mecanismo de desgaste significativo, os impulsores e revestimentos da bomba de ferro Cr26 com alto teor de cromo demonstraram vida útil 5 a 10 vezes maior que os equivalentes de aço carbono, em comparação com a vantagem de 2 a 4 vezes observada em aplicações de abrasão a seco com dureza de partículas e condições de impacto semelhantes.

Tabela de comparação de desgaste: classes de materiais em serviços abrasivos

Fundições de alto cromo do britador : Aplicações do britador de impacto

Os britadores de impacto, incluindo os impactadores de eixo horizontal (HSI) e os impactadores de eixo vertical (VSI), submetem seus componentes de desgaste a uma combinação particularmente exigente de impacto de alta velocidade e deslizamento abrasivo. Os principais componentes de desgaste nos britadores de impacto de eixo horizontal são as barras de impacto, os revestimentos do avental (também chamados de placas de impacto ou placas do disjuntor) e os revestimentos laterais. Nos impactadores de eixo vertical, os principais componentes de desgaste são as sapatas do rotor, as bigornas e os revestimentos dos tubos de alimentação. O ferro fundido com alto teor de cromo é a especificação de material padrão para todos esses componentes em aplicações de britagem de rochas médias e duras.

Barras de sopro para britadores de impacto de eixo horizontal

A barra de impacto é o principal elemento de britagem em um impactor de eixo horizontal, girando com o rotor a velocidades de ponta de 25 a 45 metros por segundo e impactando repetidamente a rocha alimentada em alta velocidade. A barra de impacto deve resistir ao impacto de alta energia do impacto inicial da rocha e ao subsequente deslizamento abrasivo de fragmentos de rocha quebrada ao longo da face de trabalho da barra à medida que o material é acelerado através da câmara de britagem. Esta combinação de impacto e abrasão requer um material que ofereça tenacidade adequada para sobreviver às cargas de impacto sem fratura frágil e alta dureza para resistir ao desgaste abrasivo por deslizamento.

O material ideal da barra de impacto para calcário, arenito e materiais de alimentação similares de dureza média é tipicamente ferro Cr26 ou Cr20 com alto cromo e dureza tratada termicamente de 60 a 65 HRC, que fornece a melhor combinação de vida útil e resistência à fratura neste serviço. Para materiais de alimentação mais duros e abrasivos, como granito, quartzito e minério de ferro, o teor de cromo pode ser aumentado para 28 a 30 por cento, e molibdênio adicional (1,5 a 2,5 por cento) é usado para garantir a transformação completa da martensita em toda a espessura da seção da barra de impacto, normalmente de 80 a 150 milímetros.

Para materiais de alimentação altamente abrasivos com teor de sílica acima de 60 por cento (como quartzito e areia de sílica), barras de impacto compostas com uma inserção de ferro com alto teor de cromo fundidas em um corpo de suporte de ferro dúctil ou aço são usadas para combinar a resistência ao desgaste do ferro com alto teor de cromo na face de trabalho com a tenacidade do ferro dúctil ou aço nos pontos de fixação, onde a fratura frágil de uma seção de ferro com alto teor de cromo pode causar perda catastrófica da barra.

Forros de avental e forros laterais

Os revestimentos do avental em um impactor de eixo horizontal formam as superfícies de impacto secundárias que a rocha atinge após ser lançada do rotor. Esses revestimentos sofrem impactos de velocidade mais baixa do que as barras de impacto, mas ainda exigem alta dureza para resistir ao desgaste abrasivo causado pelo deslizamento da rocha ao longo de suas superfícies entre os impactos. Os revestimentos de ferro com alto teor de cromo do grau Cr15 ou Cr20 são padrão para aplicações em calcário e rocha de dureza média; para rochas mais duras, o grau Cr26 pode ser selecionado. Os revestimentos laterais, que contêm material dentro da câmara de britagem e guiam o produto triturado em direção à abertura de descarga, sofrem principalmente desgaste abrasivo por deslizamento com menos impacto, e o grau Cr15 é adequado para a maioria das aplicações de revestimento lateral, independentemente da dureza da rocha.

Componentes do rotor VSI

Os impactadores de eixo verticais operam acelerando o material alimentado através de um rotor a velocidades de 45 a 75 metros por segundo antes de impactar um anel de bigornas circundante ou uma plataforma rochosa. As sapatas do rotor (os componentes que aceleram o material através do rotor) e as bigornas (os alvos fixos de impacto) sofrem impacto e abrasão combinados extremamente agressivos. As sapatas do rotor VSI em aplicações em rocha dura são normalmente de grau Cr26 ou Cr28 com dureza de 63 a 66 HRC e são substituídas em intervalos de 100 a 400 horas, dependendo da dureza da rocha e do índice de abrasividade. A alta frequência de substituição de peças de desgaste VSI torna a economia da seleção de materiais extremamente sensível ao custo unitário por hora de serviço, e a relação preço-desempenho de diferentes tipos de ferro com alto teor de cromo e materiais concorrentes é avaliada com base no custo por tonelada de produto processado, e não apenas no preço unitário.

Fundições verticais de alto cromo para moinho de moagem

Moinhos verticais (também chamados de moinhos de rolos verticais ou VRM) moem matéria-prima, clínquer, escória e carvão pressionando e rolando o material de alimentação entre rolos de moagem rotativos e uma mesa de moagem estacionária ou rotativa. As pressões de contato entre o rolo e a mesa excedem 200 megapascais em projetos modernos de VRM de alta eficiência, e a combinação de alta tensão normal, deslizamento abrasivo na zona de contato do rolo para a mesa e os efeitos térmicos da retificação em alta velocidade geram algumas das condições de desgaste mais severas encontradas por qualquer fundição industrial.

Pneus de rolos de moagem e segmentos de mesa

O pneu do rolo de moagem (o revestimento externo substituível do rolo de moagem) e os segmentos da mesa de moagem (os segmentos de revestimento resistentes ao desgaste aparafusados à mesa de moagem) são os principais componentes de desgaste em um moinho vertical. Ambos os componentes são normalmente fundidos em ferro com alto teor de cromo, com o grau específico selecionado com base no material a ser retificado e nos parâmetros operacionais específicos do projeto do VRM.

Para matéria-prima de cimento e moagem de clínquer, onde a alimentação de dureza moderada (Mohs 3 a 5) é processada com altas taxas de rendimento, o ferro com alto cromo de grau Cr15 a Cr20 é padrão para pneus de rolos e segmentos de mesa, proporcionando vida útil de 8.000 a 15.000 horas de operação antes que a substituição seja necessária. Para moagem de escória, onde a escória granulada de alto forno é significativamente mais dura e mais abrasiva que o clínquer de cimento (dureza Mohs de 6 a 7 para alguns tipos de escória), o grau Cr26 é o preferido, e a vida útil de 6.000 a 10.000 horas é típica, dependendo das características da escória.

O tamanho dos pneus de rolos e segmentos de mesa VRM cria desafios de fundição significativos porque seções de 100 a 250 milímetros de espessura devem atingir dureza uniforme para evitar o desgaste acelerado que ocorre quando um núcleo mais macio é exposto à medida que a camada superficial dura inicial se desgasta. Isto requer um projeto cuidadoso da liga com temperabilidade adequada (obtida através de adições de molibdênio e níquel conforme descrito acima) e procedimentos de tratamento térmico controlados que alcancem a taxa de resfriamento necessária em toda a espessura da seção.

Elementos de moagem de moinho de carvão

Pulverizadores de carvão usados em usinas de geração de energia trituram o carvão até formar um pó fino antes de injetá-lo nos fornos das caldeiras. Os elementos de moagem (revestimentos do recipiente, carcaças de rolos e segmentos de mesa) em pulverizadores de carvão operam em um ambiente de abrasão simultânea de carvão e inclusões minerais, ciclagem térmica do ar quente usado para secar o carvão durante a moagem e potencial risco de ignição explosiva devido ao acúmulo de pó de carvão. O ferro fundido com alto teor de cromo é o material padrão do elemento de moagem para todos os principais projetos de moinhos de tigela e moinhos de rolos usados ​​na geração de energia, sendo o grau Cr15 o mais comum e o grau Cr26 usado para carvões altamente abrasivos com alto teor de matéria mineral (teor de cinzas acima de 20%).

Resumo da aplicação VRM por material terrestre

Como melhorar a resistência ao desgaste de peças fundidas com alto teor de cromo

A resistência ao desgaste em peças fundidas com alto teor de cromo não é uma propriedade fixa determinada apenas pela química. É o resultado de todo o processo de produção, desde a concepção da liga até à fusão, solidificação e tratamento térmico, e pode ser substancialmente melhorado através de intervenções específicas em cada fase. A compreensão de quais variáveis ​​têm o maior efeito no desempenho contra desgaste permite que as fundições e os usuários finais façam melhorias bem direcionadas, em vez de aplicar melhorias gerais de qualidade que podem não abordar o fator limitante específico em sua aplicação.

Tratamento térmico: a variável mais impactante

O tratamento térmico de peças fundidas de ferro branco com alto teor de cromo é a única etapa de produção com maior efeito na resistência final ao desgaste da peça fundida. O objetivo do tratamento térmico é transformar a matriz metálica de sua condição fundida (uma mistura de austenita, carbonetos e, muitas vezes, um pouco de perlita ou martensita, dependendo da liga e da taxa de resfriamento) para uma condição totalmente martensítica que forneça tanto a dureza máxima quanto a tenacidade necessária para resistir à fratura sob carga de impacto.

O ciclo padrão de tratamento térmico para ferro branco com alto teor de cromo consiste em dois estágios:

1. Tratamento de desestabilização (austenitização): A peça fundida é aquecida a uma temperatura na faixa de 950 a 1.060 graus Celsius (a temperatura precisa depende do tipo de liga e do alvo de dissolução do carboneto) e mantida nesta temperatura por um período de 2 a 6 horas, dependendo da espessura da seção. Durante esta retenção, os carbonetos secundários que precipitaram durante a solidificação são parcialmente dissolvidos de volta na matriz de austenita, enriquecendo a matriz em cromo e carbono e garantindo uma condição inicial uniforme para a etapa de endurecimento subsequente. A temperatura de desestabilização deve ser controlada com precisão dentro de mais ou menos 10 graus Celsius para evitar a subsolução de carbonetos secundários (o que deixa a matriz muito pobre para temperabilidade total) ou a dissolução excessiva de carbonetos primários (que torna a estrutura do carboneto mais grosseira e reduz a resistência ao desgaste).
2. Têmpera com ar ou óleo: Após a desestabilização, a peça fundida é transferida rapidamente para o meio de têmpera. A têmpera a ar (resfriamento por ar forçado) é suficiente para a maioria das ligas com adições de temperabilidade adequadas (molibdênio acima de 1,5% para seções de até 100 milímetros); a têmpera em óleo é usada para ligas com menor temperabilidade ou para seções muito espessas onde o resfriamento do ar é muito lento para suprimir a formação de perlita. O objetivo é resfriar a temperatura do nariz da perlita (aproximadamente 550 a 650 graus Celsius) com rapidez suficiente para suprimir a transformação perlítica e alcançar uma matriz totalmente martensítica, enquanto resfria lentamente o suficiente na temperatura final da martensita (abaixo de 200 graus Celsius) para evitar rachaduras por estresse térmico.

Após o tratamento de endurecimento, um revenido de alívio de tensão de 200 a 260 graus Celsius por 2 a 4 horas é aplicado para reduzir as tensões internas desenvolvidas durante o resfriamento rápido, melhorando a resistência à fratura sem reduzir significativamente a dureza da matriz.

Refinamento da microestrutura durante a solidificação

O tamanho e a distribuição do metal duro alcançados durante a solidificação estabelecem o limite superior de resistência ao desgaste que mesmo o tratamento térmico perfeito não pode exceder. Os carbonetos grosseiros e mal distribuídos fornecem uma barreira menos eficaz ao desgaste abrasivo do que os carbonetos finos e uniformemente distribuídos da mesma fração de volume total, porque os carbonetos grosseiros permitem que partículas abrasivas maiores encontrem o material da matriz entre os carbonetos para cortar, enquanto os carbonetos finos apresentam uma superfície dura efetivamente uniforme para o abrasivo.

O refinamento do metal duro pode ser alcançado através de:

• Temperatura de vazamento controlada: O vazamento na temperatura mais baixa aceitável para o preenchimento completo do molde (normalmente 1.350 a 1.420 graus Celsius para ferro com alto teor de cromo) aumenta o sub-resfriamento durante a solidificação, o que promove uma nucleação de metal duro mais fina e um tamanho final de metal duro mais fino. A temperatura excessiva de vazamento torna a microestrutura de solidificação mais grosseira e produz carbonetos primários maiores.
• Inoculação: Pequenas adições de titânio (0,05 a 0,1 por cento), vanádio (0,1 a 0,3 por cento) ou outros elementos formadores de carboneto fornecem locais de nucleação adicionais para a formação de carboneto durante a solidificação, produzindo uma distribuição de carboneto mais fina e uniforme. A melhoria na resistência ao desgaste apenas pela inoculação (sem outras alterações) foi quantificada em 10 a 20 por cento em testes de desgaste de laboratório comparando calores inoculados e não inoculados da mesma composição nominal.
• Taxa de solidificação controlada: A solidificação mais rápida produz carbonetos mais finos. Para peças fundidas pequenas e médias, o uso de resfriadores de metal nas posições da superfície de trabalho no molde aumenta a taxa de resfriamento nessas superfícies, produzindo carbonetos mais finos nas áreas que sofrem maior desgaste em serviço.

Gestão de Austenita Retida

Após o tratamento térmico padrão, a maioria das peças fundidas de ferro branco com alto teor de cromo contém de 5 a 20 por cento de austenita retida na matriz, dependendo da composição da liga e dos parâmetros do tratamento térmico. A austenita retida é uma fase mais macia (aproximadamente 300 a 400 HV) do que a martensita (800 a 1.000 HV), e altos níveis de austenita retida reduzem a dureza da matriz e a resistência ao desgaste abrasivo da peça fundida. Em aplicações onde a resistência máxima ao desgaste abrasivo é necessária e a carga de impacto é modesta, o teor de austenita retida deve ser minimizado para menos de 10 por cento através de uma das seguintes abordagens: tratamento criogênico a menos 70 a menos 196 graus Celsius após o tratamento térmico normal, subresfriamento a temperaturas abaixo da temperatura de acabamento da martensita ou ajuste de composição para diminuir a temperatura inicial da martensita.

Em aplicações com carga de impacto significativa, algum nível de austenita retida (10 a 20 por cento) é benéfico porque fornece resistência à retenção de trincas que evita que microfissuras iniciadas por impacto se propaguem através da peça fundida. O nível ideal de austenita retida é, portanto, específico da aplicação e representa uma compensação entre resistência ao desgaste e tenacidade que deve ser resolvida com base no modo de falha dominante no ambiente de serviço específico.

Como manter peças fundidas com alto teor de cromo para longa vida

A manutenção de peças fundidas com alto teor de cromo em aplicações de britadores e moinhos abrange tanto as práticas operacionais que preservam a integridade das peças de desgaste instaladas quanto as práticas de monitoramento e planejamento de substituição que maximizam a vida útil total de cada peça sem incorrer em perdas de produção e danos mecânicos que ocorrem quando as peças são desgastadas além do seu limite útil antes da substituição. A estrutura de manutenção a seguir aborda ambas as dimensões.

Práticas operacionais que preservam a integridade da fundição

A forma como um britador ou moinho é operado tem um efeito direto na taxa de desgaste e na incidência de fraturas de suas peças fundidas com alto teor de cromo, e a disciplina operacional em torno das seguintes práticas produz melhorias mensuráveis na vida útil da peça fundida:

• Controle o metal residual e o material não britável na alimentação: Barras de reforço de aço, dentes de escavadeiras e outros metais residuais na alimentação do britador criam eventos de impacto extremos que podem fraturar barras de impacto de ferro com alto teor de cromo, revestimentos de avental e sapatas VSI, mesmo se o nível de impacto operacional normal estiver dentro da faixa de resistência do material. Instale e mantenha uma detecção eficaz de metais residuais (normalmente detectores de metais e sistemas magnéticos apropriados ao tipo de material) a montante de todos os britadores de impacto que processam fluxos de alimentação mistos ou derivados de demolição.
• Controle o tamanho e a taxa de alimentação: A alimentação superdimensionada em um britador de impacto cria eventos de impacto maiores do que o projetado, que aceleram o desgaste e aumentam o risco de fratura. Mantenha as telas de escalpelamento e dimensionamento do pré-britador em boas condições de funcionamento para garantir que a alimentação do britador esteja em conformidade com a especificação de tamanho de alimentação nominal para a qual as barras de impacto e os revestimentos foram projetados. Picos de taxa de alimentação que fazem com que o rotor impacte acúmulos maciços de material, em vez de partículas individuais, aumentam de forma semelhante as cargas de impacto de pico; use sistemas de alimentação controlados (alimentadores de correia com controle de velocidade em vez de tremonhas com descarga não controlada) para manter uma taxa de alimentação consistente.
• Mantenha as configurações corretas de velocidade e folga do rotor: Nos britadores de impacto, a velocidade do rotor determina a energia cinética de cada barra de impacto no impacto da rocha e é a principal variável operacional que afeta tanto a taxa de produção quanto a taxa de desgaste. Operar na velocidade mínima do rotor que atinja a especificação de tamanho de produto exigida minimiza a taxa de desgaste por tonelada; funcionar em velocidade mais alta do que o necessário aumenta o consumo de energia e acelera o desgaste sem melhorar a qualidade do produto. Verifique se as configurações de folga do avental estão dentro das especificações; lacunas excessivamente estreitas aumentam a probabilidade de grandes fragmentos ficarem presos entre o rotor e o avental, criando eventos de impacto que podem fraturar as barras de impacto e os aventais simultaneamente.
• Gire as barras de impacto em intervalos corretos: Os britadores de impacto de eixo horizontal são projetados para que as barras de impacto possam ser giradas 180 graus ou reposicionadas da borda de ataque para a borda de fuga quando um lado estiver desgastado até o limite de rotação. A rotação no ponto correto equaliza o desgaste entre as duas superfícies de trabalho de cada barra de impacto, duplicando efetivamente o volume total de desgaste extraído de cada barra em comparação com a operação para completar o desgaste em uma face antes da rotação. A rotação atrasada resulta em desgaste desigual que reduz o volume de desgaste utilizável e pode criar desequilíbrio do rotor que aumenta as cargas e a vibração do rolamento.

Cronograma de inspeção e medição de desgaste

A medição sistemática da profundidade do desgaste da peça fundida em intervalos regulares é a base para um planejamento de substituição eficaz. Sem dados quantitativos sobre desgaste, as decisões de substituição baseiam-se apenas na avaliação visual, o que tende a resultar na substituição prematura de peças com vida útil restante (incorrendo em custos desnecessários de peças) ou na substituição tardia de peças desgastadas abaixo do seu limite operacional seguro (arriscando danos mecânicos ao equipamento hospedeiro).

Estabeleça uma rotina de medição de desgaste usando calibradores ou medidores de espessura ultrassônicos que medem a profundidade do desgaste em pontos de referência definidos em cada peça fundida em intervalos regulares de inspeção (normalmente a cada 250 a 500 horas de operação para peças de desgaste do britador com carga pesada e a cada 500 a 1.000 horas para elementos de retificação VRM). Registre essas medições em uma planilha de rastreamento e represente o desgaste cumulativo em relação às horas de operação. A curva de taxa de desgaste resultante permite prever a vida útil restante em qualquer ponto de inspeção, permitindo que a substituição planejada seja agendada durante uma janela de manutenção conveniente, em vez de responder a uma falha de emergência causada por uma peça desgastada.

Reparo de soldagem de peças fundidas com alto teor de cromo

O ferro branco com alto teor de cromo é difícil de soldar por métodos convencionais devido à sua fragilidade e alto equivalente de carbono, que promovem trincas tanto no depósito de solda quanto na zona afetada pelo calor adjacente à solda. No entanto, a sobreposição de solda de revestimento duro usando eletrodos de revestimento duro de carboneto de cromo apropriados ou fio fluxado pode ser usada para restaurar superfícies desgastadas de peças fundidas de seção espessa in situ, prolongando a vida útil sem o custo de substituição completa da peça. Os principais requisitos para um revestimento bem-sucedido de peças fundidas de ferro com alto teor de cromo são:

• Pré-aqueça a 400 a 500 graus Celsius antes da soldagem para reduzir o gradiente térmico entre a poça de fusão e o material de fundição a frio circundante, que é o principal fator de trincas na zona afetada pelo calor em ferros com alto teor de carbono e alto cromo.
• Use consumíveis de revestimento duro de carboneto de cromo (não eletrodos de uso geral ou inoxidáveis austeníticos) que produzem um depósito com propriedades de desgaste comparáveis ao material de fundição de base. Um depósito de um eletrodo inadequado que seja mais macio que o material de base circundante irá desgastar-se preferencialmente, anulando o propósito do reparo.
• Controlar a temperatura entre passes e permitir o resfriamento lento e controlado após a soldagem, envolvendo a peça em mantas isolantes, para minimizar as tensões térmicas durante o resfriamento que causam trincas retardadas em peças fundidas de seção espessa.

As peças fundidas com alto teor de cromo representam uma solução tecnicamente madura e economicamente comprovada para o desafio do desgaste nas aplicações industriais mais exigentes. A combinação de selecionar o tipo de cromo apropriado para as condições abrasivas e de impacto específicas, especificar os parâmetros corretos de tratamento térmico para maximizar a dureza e a tenacidade da matriz, aplicar as melhores práticas de disciplina operacional para preservar a integridade da peça fundida em serviço e implementar a medição sistemática de desgaste e o planejamento de substituição produz o menor custo total de propriedade de peças de desgaste com alto teor de cromo durante toda a vida útil dos equipamentos de britagem e retificação.

Controle de qualidade na produção de fundição com alto teor de cromo

A consistência do desempenho das peças fundidas com alto cromo em serviço depende do rigor do controle de qualidade aplicado em toda a sua produção. Ao contrário dos produtos de aço commodity, onde as faixas de composição e propriedades mecânicas são rigorosamente regidas por padrões amplamente adotados, as peças fundidas de ferro branco com alto teor de cromo são frequentemente produzidas de acordo com especificações proprietárias ou de aplicação específica, onde os controles de qualidade de produção aplicados pela fundição são a principal garantia de desempenho consistente. Compreender quais controles de qualidade devem ser especificados e verificados ao adquirir peças fundidas com alto teor de cromo permite que os compradores distingam fontes confiáveis ​​daquelas que produzem produtos inconsistentes.

Verificação da composição química

Cada calor de ferro com alto cromo deve ser analisado antes do vazamento usando espectrometria de emissão óptica (OES) em uma amostra retirada da panela ou forno. A análise deve confirmar que todos os elementos de liga especificados (cromo, carbono, molibdênio, níquel e silício) estão dentro da faixa de composição alvo antes que o calor seja derramado nos moldes. Aquecimentos fora da especificação devem ser corrigidos através de adições de liga antes do vazamento; derramar um calor fora da especificação na expectativa de que será aceitável representa um risco de qualidade significativo porque as consequências da composição incorreta no desempenho do desgaste e na resposta ao tratamento térmico podem não ser aparentes até que as peças sejam instaladas em serviço.

Os compradores devem exigir certificados de teste de moinho (MTC) que mostrem a análise real da panela para cada lote de produção, em vez de aceitar certificados genéricos de qualidade que confirmem a conformidade com uma especificação padrão sem relatar a composição real das peças específicas fornecidas. A comparação de dados MTC em vários pedidos permite identificar tendências na variação da composição antes que afetem o desempenho do serviço e fornece os dados necessários para correlacionar variações de composição com diferenças observadas na vida útil entre lotes.

Teste de dureza após tratamento térmico

Cada ferro com alto cromo casting A dureza Rockwell deve ser testada após o tratamento térmico para verificar se a dureza necessária foi alcançada em toda a zona de medição pretendida. Para a maioria das peças de desgaste de britadores e moinhos, a faixa de dureza especificada é de 58 a 66 HRC, dependendo do tipo de liga e da aplicação. O teste de dureza deve ser realizado em no mínimo três locais por peça fundida: duas posições opostas da superfície de trabalho e uma posição na borda. Uma peça fundida que apresenta dureza aceitável na superfície de trabalho, mas dureza significativamente menor nas posições de borda indica transformação martensítica incompleta em regiões de menor taxa de resfriamento durante a têmpera, o que pode produzir desgaste preferencial nessas posições em serviço.

Para peças fundidas grandes, onde a variação da espessura da seção pode afetar a distribuição da dureza da espessura, o teste destrutivo de dureza transversal em amostras cortadas de posições representativas do protótipo ou do primeiro artigo fundido estabelece o gradiente de dureza ao longo da seção e verifica se o tratamento térmico atinge a dureza mínima exigida em todas as profundidades que serão expostas durante toda a vida útil da peça. Este teste é particularmente importante para pneus de rolos de retificação VRM e segmentos de mesa com seções superiores a 100 milímetros, onde a dureza do núcleo após o tratamento térmico é crítica para o desempenho, pois a superfície se desgasta e o material mais profundo se torna a superfície de trabalho ao longo do tempo.

Inspeção Dimensional e Qualidade Superficial

A conformidade dimensional com o desenho especificado é verificada pela medição de todas as dimensões críticas usando medidores e modelos calibrados. Para peças fundidas que são usinadas após o tratamento térmico (como impulsores de bombas, segmentos de anéis de retificação e placas de desgaste de precisão), a medição dimensional após a usinagem final confirma que a usinagem atingiu a precisão dimensional e o acabamento superficial necessários. Para peças fundidas usadas como fundidas ou como solo, as verificações dimensionais concentram-se nas superfícies de montagem e de acoplamento que determinam o ajuste e alinhamento corretos no equipamento hospedeiro.

A inspeção da qualidade da superfície abrange tanto a aparência visual da superfície fundida quanto testes não destrutivos para defeitos subterrâneos em aplicações críticas. A inspeção visual identifica porosidade de contração de ruptura da superfície, fechamentos a frio, rasgos a quente e rugosidade superficial significativa que indicam problemas de qualidade de fundição. Para aplicações de alto impacto, como grandes sapatas de rotor VSI, elementos de retificação VRM e componentes em máquinas de processos críticos, testes de corante penetrante ou testes de partículas magnéticas de superfícies acessíveis fornecem confiança adicional de que nenhuma trinca superficial está presente antes das peças serem instaladas em serviço. Rachaduras em peças fundidas de ferro com alto teor de cromo não se autodetêm como poderiam ocorrer em materiais dúcteis; uma trinca superficial em uma peça de desgaste de um britador de impacto fortemente carregada pode se propagar rapidamente para uma fratura catastrófica sob cargas operacionais, tornando a detecção de trincas antes do serviço um investimento significativo em segurança e confiabilidade de produção.