Efeito do tempo de ensaio e da concentração de lama abrasiva sob o comportamento ao desgaste microabrasivo de uma liga de aço contendo aluminetos de ferro

Processando o Saber nº 8, 2016 8 EFEITO DO TEMPO DE ENSAIO E DA CONCENTRAÇÃO DE LAMA ABRASIVA SOB O COMPORTAMENTO AO DESGASTE MICROABRASIVO DE UMA LIGA DE AÇO CONTENDO ALUMINETOS DE FERRO 1,2,3 2 2 3 1 CEETEPS – Centro Estadual de Educação Tecnológica “Paula Souza” Faculdade de Tecnologia de Mauá – FATEC-Mauá ronaldo.c[email protected].br 2 Centro Universitário da FEI – Fundação Educacional Inaciana “Padre Sabóia de Medeiros” Av. Humberto de Alencar Castelo Branco, 3972 – 09850-901 São Bernardo do Campo, SP. [email protected] (A.F.M. de Paula) jt.wilcke[email protected] (J.T.S.L. Wilcken) 3 USP – Universidade de São Paulo Escola Politécnica Av. Prof. Mello Moraes, 2463 – 05508-030, São Paulo, SP. [email protected] https://doi.org/10.5281/zenodo.15549070 Processando o Saber nº 8, 2016 9 RESUMO (t) e da concentração de lama abrasiva (C) sob o comportamento ao desgaste microabrasivo de uma liga de aço contendo aluminetos de ferro. Ensaios “ball-cratering” foram conduzidos sob a liga fabricada Fe-30Al-6Cr (at.%), junto a uma esfera de aço AISI 52100 e lamas abrasivas preparadas com óxido de alumínio (Al2O3) + água. Diferentes atuações dos modos de desgaste microabrasivo e o volume de desgaste (V), sendo V proporcional à t e C (V (t,C)). PALAVRAS-CHAVE: Desgaste Microabrasivo. Intermetálicos. Aluminetos de ferro. ABSTRACT sphere and abrasive slurries prepared with Al O conditions were stablished and the results showed that the test time and wear modes actions and wear volume, being V proportional to t and C (V (t,C)). KEY-WORDS: Processando o Saber nº 8, 2016 10 INTRODUÇÃO 1 ALUMINETOS à possibilidade de adoção como materiais estruturais sujeitos a elevadas temperaturas (DEEVI E SIKKA, 1996). Tais aluminetos apresentam uma alta concentração de alumínio (DEEVI E SIKKA, 1996), capaz de formar uma contínua e aderente camada de alumina (Al2O3) sobre uma superfície exposta ao ar ou a alumina proteger o material contra grandes temperaturas de oxidação e corrosão ( GEORGE E ANDERSON, 1997), devido a apresentar maior 2O3), os aluminetos possuem menores densidades, elevados pontos de fusão e exibem em razão da sua estrutura cristalina ( 3). aluminetos de ferro podem ser trabalhadas pela variação da porcentagem de alumínio, tipo de tratamento térmico e tamanho de grão fazendo (et al., , 1999). Em aços-carbono, com o aumento da temperatura, observaLE), tensão limite LR R), com a manutenção do valor do módulo de elasticidade longitudinal (E). A inserção de aluminetos de ferro (Fe3 de, aproximadamente, 500o LE LR R permaneçam constantes ou aumentem (HANUS et al.,et al. et al., 2007). A Figura 1 (KREIN et al., 2007) Além dos comportamentos diferenciados, a inclusão de Fe3Al diminui a densidade do aço a um valor de 6 kg/dm3, frente a 7,8 kg/dm3 Processando o Saber nº 8, 2016 11 aproximadamente, 20%. O objetivo dos resultados apresentados na Figura 1 foi discutir o comportamento de diferentes materiais contendo aluminetos de ferro sob variação de temperatura. Figura 1 – Comportamento, em função da temperatura, de ligas contendo aluminetos de ferro atura Fonte: Krein et al.(2007). 1.1 ENSAIO DE DESGASTE MICROABRASIVO POR ESFERA ROTATIVA A Figura 2, de acordo com Cozza (2011), ilustra, de forma esfera rotativa”, chamado de “ ou (ADACHI E HUTCHINGS, 2003), na Língua Inglesa. Tensão [MPa] Temperatura [oC] Processando o Saber nº 8, 2016 12 Figura 2 – Representação esquemática do princípio do ensaio de desgaste microabrasivo por esfera rotativa Fonte: Cozza (2011). movimento de rotação (n), está o corpo-de-prova. Durante os ensaios, é inserida uma pasta abrasiva, geralmente composta por algum pó abrasivo (por exemplo, carbeto de silício – SiC) e água destilada. A aplicação da força normal (N) sobre o corpo-de-prova, o contato e o movimento relativo entre os componentes do sistema tribológico gera uma força tangencial (força de atrito) – T e uma calota esférica no corpo-de-prova, usualmente denominada de “cratera de desgaste” ( , em Não havendo a formação de (ALLSOPP, TREZONA E HUTCHINGS, 1998), estes dois elementos, estão as partículas abrasivas. Em um ensaio de desgaste microabrasivo por esfera rotativa é possível definir a i) força normal, ii deslizamento (S) (entre a esfera e o corpo-de-prova, iii iv) rotação da esfera de ensaio, v) concentração da pasta abrasiva (C), vi abrasiva, vii) características (dureza – H, forma – F e tamanho – DP) das partículas abrasivas e a viii) vazão do composto abrasivo (introduzido entre o corpo-de-prova e a esfera de ensaio), além dos próprios materiais Processando o Saber nº 8, 2016 13 do corpo-de-prova e da esfera de ensaio. d), profundidade (h) e volume (de material removido) (V). A Figura 3 apresenta essas grandezas. Figura 3 – Imagens de crateras de desgaste d ( ), (b) profundidade – h V (Cortesia dos Professores Washington Em função de “d”, a profundidade e o volume da cratera de RUTHERFORD E HUTCHINGS, 1997), respectivamente. Sendo R, o raio da esfera de ensaio. Processando o Saber nº 8, 2016 14 1.2 MODOS DE DESGASTE MICROABRASIVO Propriedades como dureza, tamanho de grão, tenacidade e resultados de ensaios (DOGAN E HAWK, 2001). concentração e vazão da pasta abrasiva). estão submetidos). Portanto, dependem, também, da força normal e/ ou tangencial, do tempo de ensaio e da concentração da pasta abrasiva. determinam o tipo de movimentação das partículas abrasivas sobre a a) Desgaste Microabrasivo por Riscamento. As partículas abrasivas encontram-se incrustradas na esfera, promovendo o riscamento da superfície da calota. Ocorre, geralmente, sob elevadas forças normais e baixas concentrações de pasta b) Desgaste Microabrasivo por Rolamento. As partículas abrasivas encontram-se soltas e rolam entre a esfera e a superfície em desgaste, gerando impressões aleatórias na calota formada. Ocorre, geralmente, sob baixas forças normais e elevadas concentrações de pasta abrasiva (Figuras c) Desgaste Microabrasivo Misto. Este modo de desgaste microabrasivo apresenta tanto características do modo centro da cratera de desgaste e desgaste microabrasivo por rolamento nas bordas da cratera (Figura 5c). Processando o Saber nº 8, 2016 15 Figura 4 – Possíveis movimentações das partículas abrasivas, gerando desgaste microabrasivo por (a) riscamento e (b) rolamento Fonte: Hutchings (1992). microabrasivo Fonte: (a) riscamento (COZZA, TANAKA E SOUZA, 2009), (b) rolamento (TREZONA, ALLSOPP E HUTCHINGS, 1999) e (c) misto (COZZA et al., 2007). Em (c), At é a área total da cratera de desgaste, Ag é a área de atuação de desgaste microabrasivo por riscamento e Ar a área de atuação de desgaste microabrasivo por rolamento. Além dos modos “riscamento”, “rolamento” e “misto”, foi outro modo de desgaste microabrasivo, denominado de Processando o Saber nº 8, 2016 16 observa-se apenas desgaste por riscamento (Figura 6a ( 2011)) há desgaste por rolamento juntamente com o desgaste por riscamento (Figura 6b-d COZZA, TANAKA E SOUZA, 2011). Isso se dá pelo fato das maiores partículas abrasivas estarem sujeitas a uma força normal maior e possuindo apenas movimento de pois possuem movimentos de translação e rotação) ( COZZA, 2014). Figura 6 – Cratera de desgaste analisada sob diferentes ampliações Fonte: (a) Imagem obtida por Microscopia Óptica e (b)-(d) imagens obtidas por Processando o Saber nº 8, 2016 23 Para a concentração de lama abrasiva “C1 = 5% Al2O3 + 95% H2O” todas as crateras de desgaste apresentaram o modo de desgaste microabrasivo “riscamento”, independente do tempo de ensaio e abrasiva “C2 = 50% Al2O3 + 50% H2O” todas as crateras de desgaste apresentaram o modo de desgaste microabrasivo “rolamento”, também literatura, principalmente com os trabalhos de Adachi e Hutchings et al. envolvendo força normal e concentração de lama abrasiva, vinculam as ações dos modos de desgaste microabrasivo com o tamanho médio das partículas abrasivas, formato das partículas abrasivas e propriedades dos materiais envolvidos (H – dureza, E – Módulo de Elasticidade Longitudinal e Analisando o sistema tribológico “ pressão (P) agindo sobre o sistema diminui com o aumento do tempo de de At (área total da cratera de desgaste) e manutenção da força normal (N). Processando o Saber nº 8, 2016 24 “riscamento” ou “rolamento” foi dependente das condições de ensaio da concentração da lama abrasiva, a força normal agindo sobre cada 3.2 ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DO VOLUME DE DESGASTE ),( CtfV apresentados na Figura 13 mostram V) foi proporcional ao tempo de ensaio (t) e à concentração da lama abrasiva (C com a literatura ( Figura 13 – Comportamento do volume de desgaste (V) em função do tempo de ensaio (t) e da concentração de lama abrasiva (C) – V = f(t,C). Processando o Saber nº 8, 2016 25 (C) constante, o volume de desgaste (V) acompanhou o aumento do tempo de ensaio (t S). V é proporcional a S. Além disso, o aumento de V com a concentração da et al. (1999). NSkV .. (4) Sendo k Embora o aumento da concentração da lama abrasiva favoreça maior de partículas abrasivas entre a esfera e o corpo-de-prova CONSIDERAÇÕES FINAIS i) Com o aumento do tempo de ensaio (t) e da concentração da pasta abrasiva (C) foi reportado um aumento do volume de desgaste (V ii) O aumento do volume de desgaste (V deslizamento (S de deslizamento (ou, tempo de ensaio – t iii) Com relação ao aumento do volume de desgaste com a concentração da lama abrasiva, a explicação baseia-se no C partículas abrasivas agindo sobre a calota em formação. Processando o Saber nº 8, 2016 26 REFERÊNCIAS Wear-mode mapping for the microscale abrasion test. Wear, vol. 255, p. 23-29, 2003. Sensitivity of wear rates in the micro-scale abrasion test to test conditions and material hardness. Wear, vol. 258, p. 318-321, 2005. ball surface condition in the micro-scale abrasive wear test. Tribology Letters, vol. 5, p. 259-264, 1998. BORGES, D.F.L.. 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