Atualização tecnológica dos materiais de desgaste

Equipamentos de britagem

INTRODUÇÃO

A busca pela melhoria do desempenho das peças de desgaste vem de longa data.

Além dos desenhos das peças, adequados a cada tipo de aplicação, os materiais de que são feitos são fundamentais para se atingir os objetivos desejados.

Entretanto, a reprodução da mesma composição química de uma liga não garante a qualidade do produto, nem o desempenho esperado, se não forem seguidas corretamente todas as etapas de fabricação, como, por exemplo, temperatura de austenitização e vazamento, tratamento térmico, isenção de defeitos e inclusões, etc.

A seguir, apresentam-se alguns materiais amplamente utilizados em peças de desgaste de britadores, suas aplicações e ações para melhoria dos resultados em campo.

AÇO MANGANÊS AUSTENÍTICO

Introduzido no mercado, em 1882, por Robert Abbott Hadfield, o aço manganês austenítico possui como característica e propriedades mecânicas importantes (na condição temperada em água) uma excepcional tenacidade e ductilidade, capacidade de endurecer rapidamente por deformação a frio (durezas da ordem de 550 HB) e uma característica não magnética que persiste mesmo na condição de endurecimento a frio. A composição nominal introduzida comercialmente considera Carbono (C) = 1,2% e Manganês (Mn) = 12,5%. A designação de manganês austenítico pode ser mais bem entendida através do diagrama de equilíbrio abaixo:

Pelo diagrama, pode-se entender o porquê da necessidade de se esfriar em água a partir da temperatura de austenitização. O resfriamento rápido é necessário para reter o carbono em solução e manter, portanto, a condição austenítica. Caso isso não seja feito adequadamente, teremos carbonetos precipitados no centro de grão austenítico, resultando em fragilidade da peça. Mesmo com as tecnologias hoje disponíveis é surpreendente que pouco se conseguiu no sentido de se aprimorar o aço Hadfield original.

Adições de cromo, molibdênio, níquel, titânio, entre outros, foram testadas ao longo destes anos, sendo que o cromo é o mais popular. O uso do cromo deve ser empregado com cautela, pois estudos mostram que em seções espessas (= 6″) há uma significativa perda de tenacidade e ductilidade com teores de cromo da ordem de 2%. Essa liga tem a propriedade de endurecer (encruar) sob a ação de impactos e compressões severos. Desse modo, atinge durezas da ordem de 550 HB na superfície (2 a 5 mm), o núcleo permanecendo com a dureza inicial ao redor de 200HB, o que provê tenacidade à peça.

Na tabela abaixo se apresenta algumas composições típicas do aço manganês ligadas a outros elementos de liga.

AÇO BAIXO MANGANÊS (5-7% Mn)

O aço austenítico com baixo manganês (5 a 7%) foi desenvolvido originariamente pela Climax Molybdenum Company e patenteado em 1963. Em aplicações, sob impactos moderados, tem vida superior ao grau Hadfield. Resiste à abrasão melhor que o grau perlítico do aço Cr-Mo e se aproxima do martensítico alto carbono com a vantagem substancial de possuir melhor tenacidade e ductilidade.

Essa liga tem a propriedade de endurecer (encruar) rapidamente sob ação de impactos e compressões menores. Desse modo, atinge durezas da ordem de 550 HB na superfície.

Algumas de suas aplicações incluem revestimentos e mantos de britadores secundários e terciários, onde não há histórico de elementos não britáveis na câmara de processamento.

AÇO ALTO MANGANÊS (16-21% Mn)

Em aplicações sob impactos moderados, tem vida superior ao grau Hadfield. Resiste à abrasão melhor que o grau perlítico do aço Cr-Mo e se aproxima do martensítico alto carbono com a vantagem substancial de possuir melhor tenacidade e ductilidade.

Essa liga tem a propriedade de endurecer (encruar) rapidamente sob a ação de impactos e compressões menores. Desse modo, atinge durezas da ordem de 550 HB na superfície. São indicados para aplicações de alta abrasão.

Algumas de suas aplicações incluem revestimentos e mantos de britadores secundários e terciários, onde não há histórico de elementos não britáveis na câmara de processamento.

AÇO Cr-Mo

Dureza homogênea em toda a peça. Sua aplicação é recomendada em situações de impacto moderado e alta abrasão. Sempre que o britador não tenha histórico de frequentes entradas de elementos não britáveis em sua câmara (metais).

AÇO Cr-Ni-Mo

FERRO BRANCO ALTO CROMO

Dureza homogênea em toda a peça. Sua aplicação é recomendada em situações de baixíssimo impacto e alta abrasão. Sempre que o britador não tenha histórico de frequentes entradas de elementos não britáveis em sua câmara (metais). Empregado em britadores giratórios primários, em regiões onde ocorre apenas abrasão.

Para se entender melhor os tipos de esforços sobre as peças de um britador, estuda-se o perfil de durezas das peças desgastadas para verificar se o aço manganês é de fato a melhor opção de aplicação.

Para se definir qual a melhor liga a ser empregada, é necessário averiguar as durezas de trabalho nas superfícies das peças de desgaste. Elas indicarão se o aço manganês, suas variações ou ainda outras ligas são adequadas a cada aplicação, conforme mostra o quadro abaixo.

ALTERNATIVAS COMPOSTAS

INSERTOS FUNDIDOS

Uma alternativa encontrada para aumentar a vida do produto foi a utilização de insertos de carbetos de cromo ou tungstênio na fundição das peças. Este tipo de solução tem por princípio aproveitar as características de tenacidade do aço manganês, adicionando pastilhas ultra resistentes ao desgaste abrasivo.

INSERTOS FIXADOS MECANICAMENTE

Com o mesmo objetivo anterior, troncos de cone de ferro branco são colocados na mandíbula (colados, soldados), obtendo-se o binômio de resistência ao desgaste e resistência ao impacto com sua base de aço manganês ou outro material.

Neste caso, é necessário verificar se a base da mandíbula possui uma chapa de fechamento dos insertos, pois há o risco dos mesmos danificarem o queixo do britador.

Outras soluções, pesquisas e estudos estão em andamento.

Entretanto, o fato é que o vovô aço manganês austenítico reina na britagem de minerais até o momento.

*José Bruno Neto – Engenheiro Metalurgista e Mestre em Engenharia de Minas pela Escola Politécnica da USP;
Mais de 30 anos de sucesso comprovado, com atuação destacada no Brasil e no exterior em empresas globais lideres de mercado;
Allis Chalmers/Esco e Boliden (Metso), Cobrasma, ME Elecmetal;
Professor convidado pela Escola Politécnica da USP, Pós graduação em Engenharia de Minas;
“Peças de desgaste na indústria mineral com ênfase em revestimentos de moinhos e de britadores e G.E.T. (peças de penetração e movimentação de terras)”.