Que tipos de aço/ligas são usados ​​em peças fundidas resistentes ao desgaste?

Famílias de ligas de núcleo usadas em peças fundidas resistentes ao desgaste

As fundições selecionam um sistema de liga com base no mecanismo de desgaste dominante que uma peça enfrentará e, em seguida, ajustam a química e o tratamento térmico para ajustar a dureza, a tenacidade e o comportamento à corrosão. A tabela abaixo resume os grupos de ligas mais frequentemente especificados para peças fundidas resistentes ao desgaste.

Fundições de ferro branco com alto cromo

O ferro branco com alto teor de cromo é o material de referência para desgaste abrasivo puro porque sua microestrutura contém densos carbonetos de cromo M7C3 incorporados em uma matriz martensítica. O teor de cromo entre 15 e 26 por cento produz carbonetos que resistem muito melhor à goivagem de areia, minério ou agregado de cimento do que o aço carbono comum. Os cilindros de retificação e as camisas dos tambores são frequentemente fundidos nesta liga, uma vez que a rede de metal duro mantém as superfícies de desgaste intactas durante milhares de horas de operação. O tratamento térmico por meio de desestabilização e revenido é usado para converter a austenita retida em martensita, o que aumenta a dureza da superfície sem tornar a peça fundida quebradiça o suficiente para rachar sob cargas normais de serviço.

Fundições de ferro fundido ni-hard

O ferro Ni-Hard adiciona níquel para suprimir a formação de perlita macia durante o resfriamento, permitindo que a matriz se transforme diretamente em martensita, mesmo em seções espessas. Isso proporciona às peças fundidas Ni-Hard um equilíbrio favorável entre dureza, custo de fundição e usinabilidade em comparação com o ferro com alto teor de cromo. As lâminas do misturador de concreto são uma aplicação comum de Ni-Hard, uma vez que o material tolera a abrasão mista e o leve impacto do agregado, areia e pasta de cimento. Classes de materiais como AS2027 NiCr4 são amplamente especificadas porque combinam vida útil com a consistência dimensional necessária para peças de reposição aparafusadas.

Fundições de aço com alto teor de manganês

O aço com alto teor de manganês, também conhecido como aço Hadfield, se comporta de maneira diferente das duas famílias de ferro acima. Na sua condição de fundido, é relativamente macio e resistente, mas o impacto repetido faz com que a camada superficial endureça através da geminação por deformação, aumentando a dureza da superfície enquanto o núcleo permanece dúctil. Dados da indústria indicam que este mecanismo pode proporcionar um aumento de aproximadamente 25 vezes na resistência ao desgaste em comparação com o aço carbono não tratado, uma vez que a superfície esteja totalmente endurecida. Isso torna o aço com alto teor de manganês a escolha padrão para mandíbulas de britagem, martelos e placas de impacto onde a carga de choque repentino, e não a abrasão gradual, é o modo de falha dominante.

Seleção de liga correspondente ao mecanismo de desgaste

Selecionar uma liga apenas com base nos números de dureza pode levar a rachaduras prematuras ou custos excessivos. Uma abordagem mais confiável é classificar primeiro o ambiente operacional, depois combinar a família da liga e, quando necessário, um tratamento de superfície.

Processo de fundição e seu efeito no desempenho da liga

A composição da liga determina a vida útil teórica de uma peça fundida, mas o processo de fundição determina se esse potencial será realizado. A fundição centrífuga é frequentemente aplicada a peças de desgaste cilíndricas, como tambores e rolos de retificação, porque a solidificação rotacional embala o metal mais denso em direção à parede externa, onde a resistência ao desgaste é mais importante, enquanto a porosidade e as inclusões mais leves migram em direção ao furo. A fundição estática em areia continua comum para formas irregulares, como lâminas de misturadores e placas guia, onde uma cesta de fundição de precisão ou molde de casca controla a precisão dimensional para peças que devem caber no equipamento existente sem retrabalho. As taxas de resfriamento controladas após o vazamento são igualmente importantes, uma vez que o resfriamento rápido ou irregular pode reter a austenita retida no ferro com alto teor de cromo, deixando a peça fundida mais macia do que sua dureza projetada até que um tratamento térmico de desestabilização adequado seja aplicado.

Gama de produtos de fundição resistente ao desgaste

Os componentes a seguir ilustram como diferentes famílias de ligas são aplicadas em equipamentos de moagem, mistura e controle de fluxo, desde cilindros de moagem com alto teor de cromo até lâminas misturadoras Ni-Hard.

Cilindros de moagem Liga de alto cromo

Barris de moagem Liga de alto cromo

Disco de válvula de gás Aço 42CrMo

Placa guia de fluxo Aço 42CrMo

Lâminas de desgaste do misturador Ferro Fundido Ni-Duro

Verificação de qualidade para peças fundidas resistentes ao desgaste

Como o desempenho da liga depende muito da microestrutura, a inspeção visual por si só não pode confirmar a resistência ao desgaste. Fornecedores confiáveis ​​verificam as peças fundidas através de uma combinação de métodos.

Manutenção e reparo de peças fundidas de liga desgastadas

Prolongar a vida útil de uma peça fundida resistente ao desgaste geralmente custa menos do que a substituição completa, desde que o método de reparo corresponda à liga e à extensão do dano.

• Revestimento de superfície: A pulverização de plasma ou revestimento a laser regenera uma camada superficial dura em áreas desgastadas e restaura a precisão dimensional.
• Reparo de soldagem: Varetas alcalinas com baixo teor de hidrogênio com pré-aquecimento e resfriamento lento, mantendo a temperatura de solda próxima de 250 a 300 graus Celsius, preservam as propriedades de endurecimento do material base.
• Usinagem e Polimento: O desgaste menor é removido por torneamento ou retificação, seguido de tratamento de reaquecimento para restaurar a dureza original.
• Substituição Direta: Peças com rachaduras por impacto ou lascas em grandes áreas são substituídas imediatamente em vez de retrabalhadas, evitando a degradação microestrutural que o tratamento térmico repetido pode causar.

Além da resistência ao desgaste: componentes de fornos de alta temperatura

Muitas instalações que operam equipamentos resistentes ao desgaste também operam linhas de tratamento térmico, por isso vale a pena observar as ligas fundidas relacionadas usadas nesses sistemas. Tubos de calor radiante, rolos de forno e rolos de forno para linhas de forno contínuo são normalmente fundidos em ligas Cr-Ni resistentes ao calor, em vez das ligas de desgaste descritas acima, uma vez que seu principal desafio é a oxidação e a fluência em alta temperatura, em vez da abrasão. Dispositivos de tratamento térmico, acessórios de tratamento térmico de soldagem, bandejas de base de tratamento térmico e cestos de fundição de precisão transportam as peças através do forno e devem resistir à fadiga térmica em ciclos repetidos. Componentes como a pá do ventilador Ipsen, pilares do forno, trilhos e rolos do forno AFC, cabeçote empurrador AFC, rolo de soleira para forno de correia de elo fundido e placa de corrente para forno de fundição de corrente completam o sistema de fixação e transporte dentro de fornos contínuos. Onde esses sistemas também enfrentam abrasão de partículas, como em zonas de carga, revestimentos resistentes ao desgaste em liga de alto cromo ou Ni-Hard são frequentemente adicionados para proteger a estrutura subjacente.

Escolhendo um fornecedor de fundição resistente ao desgaste

Além da seleção de ligas, a experiência do fornecedor afeta a consistência entre os lotes de produção. As fundições que controlam a química do fundido, os ciclos de tratamento térmico e a inspeção pós-moldagem tendem a fornecer peças fundidas com vida útil mais previsível. Solicitar certificados de materiais, relatórios de testes de dureza e, quando relevante, registros de testes não destrutivos antes de grandes pedidos ajuda a confirmar se a liga entregue corresponde à especificação, em vez de depender apenas de nomes de classes nominais.