Influência do Cromo e Nióbio no desempenho quanto ao desgaste abrasivo em revestimentos duros

Abstract

RESUMO: Dentre os diversos materiais utilizados em mineração, destacam-se os revestimentos duros aplicados em chapas de desgaste usadas em casas de transferência e moegas alimentadoras de pelotas de minério de ferro. Muitos desses revestimentos se compõem de elementos de liga como Fe-Cr-C depositados através do processo de sobreposição por solda, também conhecido como “weld overlay”, o qual proporciona a formação de uma camada de carboneto de cromo de alta resistência ao desgaste abrasivo em substratos a base de aço carbono estrutural. Atualmente existem outras ligas que apresentam melhor desempenho, desenvolvidas através da adição de Nb, B, W, V, entre outros ligantes classificados como formadores de carbonetos complexos. Neste trabalho, foram estudadas três ligas de revestimento, duas delas contendo Fe-Cr-C, sendo uma com aproximadamente 28% (p) de Cr e outra com 38% (p) de Cr. A terceira liga foi especificada com 24% (p) de Cr e 7,0% (p) de Nb. Ensaios de desgaste abrasivo roda de borracha foram realizados conforme norma ASTM G65-04, além de medições de dureza, perfis de microdureza ao longo do revestimento e caracterizações microestruturais por microscopia óptica. Os resultados mostraram que os revestimentos contendo Nb, depositados com uma ou duas camadas de solda, possuem maior resistência ao desgaste abrasivo, seguidos pelos revestimentos com maior teor de Cr. Os revestimentos que possuem maior fração volumétrica de carbonetos, finamente distribuídos na matriz, apresentaram os melhores resultados na resistência ao desgaste. Através da análise no microscópio confocal 3D nos revestimentos contendo Cr, notou-se que os mecanismos de desgaste predominantes são do tipo microcorte e microssulcamento, enquanto naqueles contendo nióbio prevalece o desgaste por rolamento em boa parte da superfície. Nos revestimentos com Nb, no entanto, também se verificou a presença de alguns sulcos. A partir dos resultados deste trabalho, constatou-se que a liga contendo Nb apresenta o melhor desempenho na resistência ao desgaste abrasivo em relação às demais, e sua aplicação pode ser recomendada na indústria de mineração.

ABSTRACT: Among several materials used in mining, hard coatings applied in wear plates used in transfer houses and hoppers for feeding iron ore pellets are highlighted. Such coatings are mostly constituted of alloying as Fe-Cr-C, and are deposited by the weld overlay process, which provides the formation of a high abrasive wear resistant hard coating on structural carbon steel substrates. Nowadays, alternative alloys have been developed for promoting a better performance by adding alloying such as Nb, B, W, V, and others classified as complex carbide formers. In this work three different coating alloys were studied: two of them containing Fe-Cr-C, one with approximately 28% (w) of Cr and another with 38% (w) of Cr. The third alloy was specified with 24% (w) of Cr and 7.0% (w) of Nb. Rubber wheel abrasive wear tests were performed according to ASTM G65-04, in addition to hardness measurements, microhardness profiles along the coating and microstructural characterization by optical microscopy. The results showed that Nb containing alloy, deposited either with a single or two layers, had a higher abrasive wear resistance, followed by high Cr alloy. The coatings which have high volumetric fraction of carbides finely distributed in the matrix offered the best wear resistance. Through the analysis in the 3D confocal microscope in the Cr containing coatings it was observed that the predominant mechanisms of wear are of the microccuting and microploughing, while in those containing niobium, rolling wear prevails on a large part of the surface. In the coatings with Nb, however, the presence of some grooves was also observed. From the results of this work, it was verified that the alloy containing Nb presents the best performance in abrasive wear resistance in relation to the others, and its application can be recommended in the mining industry.