PR
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CAMPUS DE CURITIBA
DEPARTAMENTO DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
E DE MATERIAIS – PPGEM
CRISTÓVÃO AMÉRICO FERREIRA DE CASTRO
RESISTÊNCIA AO DESGASTE ABRASIVO DAS
SAPATAS DE TRATOR DE ESTEIRA APÓS
PROCESSOS DE RECUPERAÇÃO
CURITIBA
MARÇO - 2010
CRISTÓVÃO AMÉRICO FERREIRA DE CASTRO
RESISTÊNCIA AO DESGASTE ABRASIVO DAS
SAPATAS DE TRATOR DE ESTEIRA APÓS
PROCESSOS DE RECUPERAÇÃO
Projeto de dissertação apresentado como
requisito parcial à obtenção do título de Mestre
em Engenharia, do Programa de Pós-Graduação
em Engenharia Mecânica e de Materiais do
Departamento de Pesquisa e Pós-Graduação da
Universidade Tecnológica Federal do Paraná UTFPR.
Orientador: Prof. Carlos Henrique da Silva, Dr.
Co-orientador: Prof. Ossimar Maranho, Dr.
CURITIBA
MARÇO – 2010
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação
C355
Castro, Cristóvão Américo Ferreira de Castro
Resistência ao desgaste abrasivo das sapatas de trator de esteira após processos de
recuperação / Cristóvão Américo Ferreira de Castro. — 2010.
73 f. : il. ; 30 cm
Orientador: Carlos Henrique da Silva
Co-orientador: Ossimar Maranho
Dissertação (Mestrado) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Programa de
Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais, Curitiba, 2010.
Bibliografia: f. 63-6
1. Desgaste mecânico. 2. Materiais – Testes dinâmicos. 3. Resistência de materiais.
4. Tratores – Manutenção e reparos. 5. Revestimento em metal. 6. Engenharia mecânica
– Dissertações. I. Silva, Carlos Henrique da, orient. II. Maranho, Ossimar, co-orient. III.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Programa de Pós-graduação em
Engenharia Mecânica e de Materiais. III. Título.
CDD (22. ed.) 620.1
Biblioteca Central da UTFPR, Campus Curitiba
RESUMO
Considerando as dificuldades de pequenos e médios proprietários como:
distância dos grandes centros, custo de manutenção, preço de peças de reposição;
este estudo propõe uma busca de alternativa para recuperação de sapatas de trator
de esteira desgastada pelo efeito abrasivo do solo. Este trabalho aborda uma
análise comparativa entre a resistência ao desgaste de uma sapata de trator de
esteira original nova com duas sapatas semelhantes, recuperadas por dois
processos distintos. O primeiro processo de recuperação utiliza a aplicação de um
postiço na região de desgaste e o segundo consiste da recuperação da região
afetada mediante a deposição por soldagem de revestimento duro. As sapatas
originais são laminadas e temperadas apresentando uma composição química
semelhante ao aço SAE/AISI 1060. O postiço, também laminado, é fabricado em aço
ABNT 1045 e o revestimento foi aplicado pelo processo de soldagem com eletrodo
revestido (SMAW - Shielded Metal Arc Welding), com eletrodo E-83.58,
apresentando uma dureza de 510 HV na quarta camada depositada. Corpos de
provas padronizados com dimensões: 76,2 x 25,4 x 12,7 mm, foram submetidos, ao
ensaio de desgaste roda de borracha (ASTM G65) para verificação de seu
desempenho. Análises microestruturais via microscopia óptica e eletrônica de
varredura também foram realizadas para identificar os mecanismos de desgaste
presentes. Foi possível observar que o revestimento com eletrodo E-83.58 mostrou
ser uma alternativa para este tipo de recuperação,uma vez que, analisando os
resultados de resistência ao desgaste obtidos em ensaio tipo roda de borracha,
apresentou uma resistência ao desgaste superior à resistência apresentada pela
sapata original.
Palavras chave: revestimento duro, desgaste abrasivo, soldagem, eletrodo revestido
ABSTRACT
Considering the difficulties of small and medium landowners as from the major
centers, maintenance fees, price of spare parts, this study proposes an alternative to
seeking recovery of shoes tractor belt worn by the abrasive effect of the soil. This
study addresses a comparison between the wear resistance of a shoe track-type
tractor with two new original shoes similar retrieved by two separate processes. The
first recovery process uses the application of an inserted wear in the region and the
second is the regeneration of the area affected by deposition welding hardfacing. The
original shoes are laminated and tempered , that present a chemical composition of
0.36% C; 0.98% Mn; 0.17% Cr; 0.22% Si e 0.13% Mo. The inserted also laminate is
made of ABNT steel 1045 and the coating was applied by the welding process with
shielded electrodes (SMAW - Shielded Metal Arc Welding), electrode OK 83.58 up
0.60% C, 0.60% Si, 0.70% Mn, 6.80% Cr e 0.50% Mo, with a hardness 510 HV in the
fourth layer deposited. Standard specimens with dimensions: 76.2 x 25.4 x 12.7 mm,
were submitted the abrasion test rubber wheel (ASTM G65) for verification of their
performance. Microstructural analysis via optical microscopy and scanning electron
microscopy were also performed to identify the existing wear mechanisms. It was
observed that the shielded electrode E- 83.58 was shown to be an alternative for this
type of recovery. It was observed that the electrode coated with E-83.58 may be an
alternative for this type of recovery, since analyzing the results, showed a wear
resistance higher than the original shoe.
Keywords: hardfacing, wear resistance, welding, electrode coated.
DEDICATÓRIA
À minha esposa e filhos pela
compreensão e apoio nas
horas mais difíceis.
AGRADECIMENTOS
• Ao meu orientador Prof. Dr. Carlos Henrique da Silva por sua valiosa orientação,
conselhos e paciência nesta jornada.
• Ao meu co-orientador, Prof Dr. Ossimar Maranho, a quem eu confesso grande
admiração.
• Ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica-PPGEM/UTFPR.
• Ao Centro de Microscopia Eletrônica do Setor de Ciências Biológicas da
Universidade Federal de Paraná (UFPR) pela disponibilização do MEV para
auxiliar na caracterização dos mecanismos de desgaste.
• À Construtora ETAM – Construção de estradas Ltda., estabelecida em ManausAM, pela doação da sapata utilizada neste estudo.
• Ao IPT- Instituto de Pesquisas Tecnológicas pelo fornecimento da areia,
componente indispensável no ensaio de desgaste roda de borracha.
• Ao Prof. MSc. César Lúcio Molitz Allenstein pela ajuda, na caracterização de
materiais através dos ensaios de espectrometria realizados na SpectroScan
Tecnlogia de Materiais Ltda.
• À Ferramentaria da Amazônia Ltda. particularmente ao Sr. Nelson Pio Barrionevo
por disponibilizar seus equipamentos de usinagem para a confecção dos corpos
de provas.
• À MINUSA Tratorpeças Ltda. pelo fornecimento de informações importantes
utilizadas no trabalho.
• Aos estagiários do Laboratório Integrado de Materiais (LIM-DAMEC) da
Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
• À Coordenação do Minter-Manaus: Prof. Dr.Vicente Lucena e Prof. Dr. José
Pinheiro.
• Ao IFAM - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Amazonas, por
não ter medido esforços, ao longo dos anos, para a realização de um Mestrado
Interinstitucional.
• Ao aluno Vitor de Bassi Bernardi, graduando em Engenharia Mecânica Industrial
da UTFPR, pelo auxílio nos ensaios com abrasômetro Roda de Borracha,
realizados na UTFPR.
• Ao Prof. Alberto Monteiro, professor de Metalografia, pela colaboração nos
ensaios metalográficos realizados no IFAM.
Este trabalho foi desenvolvido no programa de Mestrado Interinstitucional –
MINTER entre a UTFPR e o IFAM, que recebeu financiamento da Coordenação de
Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES –
através do projeto
ACAM 1379/2006 e da Superintendência da Zona Franca de Manaus – SUFRAMA –
através do convênio 084/2005.
O autor deste trabalho foi bolsista do PROGRAMA RH-INTERINSTITUCIONAL
da Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado ao Amazonas - FAPEAM – no ano
de 2009.
Nossos sinceros agradecimentos pelo apoio recebido.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1– Trator de esteiras e suas peças sujeitas à desgaste (FRAENKEL, 1980).
.................................................................................................................................... 5
Figura 2.2 – Foto de um trator mostrando principalmente sua esteira do lado direito
(CATERPILLAR, 2006). .............................................................................................. 6
Figura 2.3 – Exemplo de sapata com identificação da garra, placa e furos
(CATERPILLAR, 2006). .............................................................................................. 7
Figura 2.4 – Tipos de sapatas de tratores de esteira: (a) sapata de garra simples
utilizada em serviços leves; (b) sapata de garras duplas; (c) sapata com furo central
trapezoidal; (d) sapata de garra simples utilizada em serviços pesados; (e) sapata
autolimpante
de
baixa
pressão
no
solo
e
(f)
sapatas
cortadoras
(CATERPILLAR, 2006). .............................................................................................. 8
Figura 2.5 – Exemplos de danos sofridos pelas sapatas no campo: (a) desgaste nas
extremidades da garra; (b) quebra da sapata; (c) quebra da sapata e (d) trinca da
aba (CATERPILLAR, 2006)......................................................................................... 9
Figura 2.6 – Procedimento com uma régua para avaliar a altura das garras após
processo de desgaste (CATERPILLAR, 2006).......................................................... 10
Figura 2.7 – Exemplos de recuperação de sapatas: (a) soldagem de enchimento; (b)
adição de postiço (adaptado de SOTREQ, 2007). .................................................... 10
Figura 2.8 – Detalhe do desgaste irregular na sapata (CATERPILLAR, 2006). ........ 11
Figura 2.9 – Demonstração esquemática do processo de soldagem com eletrodo
revestido (ESAB, 2009). ............................................................................................ 11
Figura 2.10 – Representação esquemática da fixação do postiço em uma sapata
desgastada (MINUSA, 2008)..................................................................................... 16
Figura 2.11 – Mecanismos de desgaste conforme DIN 50320 (BRANKOVIC, 1998
apud KÖNIG,2007).................................................................................................... 18
Figura 2.12 – Fotografia de sapatas de uma esteira em atividade e submetida ao
processo de desgaste (CATERPILLAR, 2006).......................................................... 19
Figura 2.13 – Demonstração esquemática da classificação do desgaste abrasivo:
abrasão entre dois corpos (a) e abrasão entre três corpos (b) (BRANKOVIC,1998)
apud KÖNIG (2007). ................................................................................................. 20
Figura 2.14 – Representação esquemática dos micromecanismos de desgaste por
abrasão (adaptado de ZUM-GAHR, 1987). ............................................................... 21
Figura 2.15 – Exemplo da ocorrência dos três micro-mecanismos de desgaste: (a)
sulcamento; (b) formação de proa e (c) corte; em função da profundidade de
penetração, (adaptado de HOKKIRIGAWA et al.,1988). ........................................... 23
Figura 2.16 – Abrasômetro Roda de Borracha – Representação esquemática
padronizada pela ASTM (ASTM G 65, 2001). ........................................................... 24
Figura 2.17 – Macrografia da marca do desgaste abrasivo em abrasômetro tipo Roda
de Borracha (MARANHO, 2006). .............................................................................. 24
Figura 2.18 – Gráfico representativo da perda de massa em função das camadas
(BUCHELY et al., 2005). ........................................................................................... 25
Figura 2.19 – Macrografias de cdp após ensaio de desgaste abrasivo em roda de
Borracha onde verfica-se a presença marcante de trincas, (ARNT et al.,2006)........ 26
Figura 2.20 - Exemplos de mecanismos de desgastes por deformação plástica por
corte. (a) Corte ao longo de carboneto M6C rico em Tungstenio, (b) corte
interrompido em carboneto M7C3 rico em Cromo (BUCHELY et al., 2005). .............. 27
Figura 3.1 - Fotografia de um corpo de prova. ......................................................... 29
Figura 3.2 – Ilustração da região da retirada dos corpos de prova da sapata. .......... 30
Figura 3.3 – Sapata de trator de esteira. (a) desenho de uma sapata com linhas
tracejadas indicando o local onde foram retiradas as barras (b) barras cortadas
utilizadas como substrato. ......................................................................................... 31
Figura 3.4 – Esquema da aplicação das camadas e amanteigamento. .................... 32
Figura 3.5 – Ilustração da confecção de corpos de prova com enchimento: (a)
aplicação da primeira camada (amanteigameto); (b) aplicação das camadas com
eletrodo E- 83.58; (c) medição da tensão em 74,7 volts com circuito aberto e (d)
tensão de 19,7 volts com circuito fechado. ............................................................... 33
Figura 3.6 – Desenho esquemático da seção transversal do corpo de prova com as
camadas de enchimento. .......................................................................................... 34
Figura 3.7 – Representação esquemática das posições onde foram realizadas as
medições de dureza Vickers nos corpos de provas. ................................................. 35
Figura 3.8 – Equipamento de ensaio de desgaste: (a) desenho esquemático, (b)
detalhe do disco de aço com anel de borracha e corpo de prova e (c) vista frontal do
equipamento indicando o dispositivo da carga aplicada e depósito de areia após uso.
.................................................................................................................................. 37
Figura 4.1 – Perfil de dureza da garra da sapata: (a) detalhe da crista da garra e
suas medidas de dureza da borda ao núcleo e (b) desenho esquemático da lateral
da esteira................................................................................................................... 45
Figura 4.2 – Macrografia da seção transversal do cdp com solda após ensaios de
determinação de perfila de dureza. a) indicação das medidas b) identificação das
camadas. ................................................................................................................... 46
Figura 4.3 – Perfil de dureza Vickers da amostra com deposição de cordões de
amanteigamento e de solda. ..................................................................................... 47
Figura 4.4 – Micrografia do material do postiço. (a) Região próxima à superfície
(200x), (b) mesma região com maior ampiação (500 x). Reagente Nital 2%. ........... 48
Figura 4.5 – Micrografia do material da sapata. (a) Região próxima à superfície
(200x), (b) mesma região com maior ampliação (500 x). Reagente Nital 2%. .......... 49
Figura 4.6 – Microrafias do cdp soldado: a) macrografia com identificação das três
regiões; b) substrato com interface do amanteigamento e solda e c) região da solda.
.................................................................................................................................. 50
Figura 4.7 – Fotografia de um cdp com solda (a) e sua micrografia onde nota-se a
microtrinca e riscos na região do ensaio de desgaste (b) (MEV). ............................. 51
Figura 4.8– Fotografias de corpos de prova com presença de trincas. (a) cdp de
RIBEIRO (2004) e (b) cdp de ARNT et al. (2006). .................................................... 52
Figura 4.9 – Representação gráfica dos resultados de dureza e perda de massa.... 54
Figura 4.10– Fotomicrografia da seção transversal do corpo de prova indicando a
profundidade do desgaste em mm
e as três regiões distintas: substrato,
amanteigamento e solda. (22x). ................................................................................ 55
Figura 4.11– Imagem por MEV da superfície da garra desgastada no campo
apresentando (a) riscos e (b) deformação plástica. .................................................. 58
Figura 4.12 – Diagrama de mecanismos de desgaste para diferentes ângulos de
ataque em função da dureza da superfície do material submetido à abrasão:
transição de mecanismos de sulcamento, formação de proa e corte (adaptado de
HOKKIRIGAWA et al. (1988)..................................................................................... 61
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Composição química das ligas estudadas por BUCHELY et al. (2004).
.................................................................................................................................. 26
Tabela 3.1 – Parâmetros utilizados no processo de deposição por soldagem tipo
SMAW. ...................................................................................................................... 34
Tabela 3.2 – Composição química dos materiais dos corpos de provas. .................. 36
Tabela 4.1 – Valores de dureza Vickers dos corpos de provas................................. 43
Tabela 4.2 – Medidas de dureza da crista da garra. ................................................. 44
Tabela 4.3 – Perda de massa (em gramas) média corrigida dos cdps. .................... 53
Tabela 4.4 – Custos simplificados envolvidos nos processos. .................................. 56
Tabela 4.5 – Resultado geral dos ensaios Roda de Borracha. ................................. 57
Tabela 4.6 – Relação de Ha/Hs dos materiais estudados. ........................................ 59
Tabela 4.7 – Resumo dos resultados de desgaste em relação aos micromecanismos apresentados........................................................................................ 60
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
A
=
Ampére
ABNT
=
Associação Brasileira de Normas Técnicas
AISI
=
American Iron and Steel Institute
ASTM
=
American Society for Testing Materials
B
=
Boro
C
=
Carbono
Cdp
=
Corpo de prova
Cr
=
Cromo
DIN
=
Deutsches Institut fϋr Normung
Fe
=
Ferro
GL
=
Gay Lussac
FCAW
=
Flux-Cored Arc Welding
FFBMC
=
Ferro fundido branco multicomponente
g
=
Grama
GMAW
=
Gás Metal Arc Welding
Ha
=
Dureza do Abrasivo
Hs
=
Dureza do substrato
HV
=
Dureza Vickers
MAG
=
Metal Active Gas
Mn
=
Manganês
MEV
=
Microscópio eletrônico de varredura
mi
=
massa inicial
mf
=
massa inicial
MIG
=
Metal Inert Gas
min
=
minuto
mm
=
Milímetro
µm
=
Micrometro
Mo
=
Molibidênio
Nb
=
Nióbio
NBR
=
Norma brasileira
Ni
=
Níquel
OAW
=
Oxy-Fuel Gas Welding
OECD
=
Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico
ONU
=
Organização das Nações Unidas
P
=
Fósforo
Pm
=
Perda de massa
Pmc
=
Perda de massa corrigida
Pv
=
Perda de volume
RPM
=
Rotações por minutos
S
=
Enxofre
SAE
=
Society of Automotive Engneers
Si
=
Silício
SMAW
=
Shielded Metal Arc Welding
δ
=
Densidade
Øi
=
Diâmetro inicial
Øf
=
Diâmetro final
µm
=
Micrômetro
UTFPR
=
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
V
=
Volts
ZTA-GG
=
Grãos grosseiros da zona termicamente afetada
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1
1.1 Especificação do Problema .........................................................................................................3
1.2 Objetivos ......................................................................................................................................3
1.2.1 Objetivo geral ...................................................................................................................3
1.2.2 Objetivos específicos........................................................................................................3
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................... 5
2.1 Terraplenagem ............................................................................................................................5
2.1.1 Trator de esteiras .............................................................................................................5
2.1.2 Esteiras .............................................................................................................................6
2.1.3 Sapatas ............................................................................................................................6
2.2 Danos nas Sapatas .....................................................................................................................9
2.3 Recuperação de Sapatas ......................................................................................................... 10
2.3.1 Revestimento de recuperação por soldagem ............................................................... 11
2.3.2 Recuperação por adição de postiço .............................................................................. 15
2.4 Definições de Desgaste ............................................................................................................ 16
2.5 Mecanismos de Desgaste ........................................................................................................ 17
2.6 Desgaste Abrasivo ................................................................................................................... 19
2.6.1 Classificação do desgaste abrasivo .............................................................................. 20
2.6.2 Micromecanismos de desgaste abrasivo ...................................................................... 20
2.7 Abrasômetro tipo Roda de Borracha ........................................................................................ 23
3 MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................... 29
3.1 Materiais ................................................................................................................................... 29
3.2 Caracterização dos Materiais ................................................................................................... 35
3.3 Metodologia do Ensaio de Desgaste ........................................................................................ 37
3.3.1 Procedimentos executados nos ensaios ....................................................................... 40
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES .......................................................................... 42
4.1 Dureza ...................................................................................................................................... 42
4.2 Metalografia .............................................................................................................................. 47
4.2.1 Postiço ........................................................................................................................... 47
4.2.2 Sapata ........................................................................................................................... 49
4.2.3 Solda.............................................................................................................................. 50
4.3 Trincas Superficiais .................................................................................................................. 51
4.4 Resultados dos Ensaios de Desgaste ...................................................................................... 53
4.5 Mecanismos de Desgaste ........................................................................................................ 57
4.5.1 Superfície de uma sapata desgastada .......................................................................... 57
4.5.2 Dureza do abrasivo x dureza da superfície ................................................................... 58
4.5.3 Mecanismos de Desgaste x Propriedades Mecânicas ................................................. 59
5 CONCLUSÕES ..................................................................................................... 62
6 SUGESTÃO DE TRABALHOS FUTUROS ........................................................... 63
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 64
ANEXO A – RELATÓRIO TÉCNICO ......................................................................... 71
Capítulo 1 Introdução
1
1
INTRODUÇÃO
Na indústria mundial, uma das maiores preocupações é o desgaste de
equipamentos, porque é a mais freqüente causa de falha do maquinário ou parte
dele, ocasionando perdas por paradas inesperadas, manutenção e reposição
VILLABÓN e SINATORA (2006).
A luta das áreas de manutenção das indústrias é incessante contra o
desgaste, visando aumentar o tempo entre paradas de manutenção ou reduzir as
trocas de componentes. Segundo MONTEIRO e CUNHA (1993), a possibilidade de
reconstruir esses componentes ou prepará-los para suportar melhor as condições de
trabalho em aplicações que exijam grandes solicitações ou fenômenos complexos de
desgaste, é constantemente estudada e novas técnicas propostas, sempre no
sentido de aumentar a vida útil e reduzir tempos e custos. Uma das técnicas mais
empregadas é a aplicação de revestimentos que reduzam o desgaste, podendo esta
ser feita por soldagem ou metalização entre outros processos disponíveis, com
excelentes resultados e permitindo, em muitos casos, alcançar tempos de vida
superiores ao de peças novas.
A soldagem de revestimento tem assumido uma importância cada vez maior,
por realizar reconstituições de peças avariadas e deposições de camadas protetoras
com baixo custo operacional, e por propiciar a redução do tempo de parada não
programada. Logo se apresenta como uma solução prática e viável, devido às
grandes vantagens e flexibilidade desta técnica (BRAMDIM et al., 2003).
Segundo BUCHELY et al.(2004), aplicar um material de elevada dureza é uma
das maneiras mais úteis e econômica de melhorar o desempenho dos componentes
submetidos às condições severas de desgaste.
FERNANDES et al. (2001), relata que os componentes de máquinas da
indústria mineradora são freqüentemente envolvidos em processo de desgaste
severo. Este é o caso do apoio das rodas do trator de esteiras de escavação em
mina a céu aberto. Portanto, as tecnologias de desenvolvimento e deposição são
essenciais para melhorar o desempenho da superfície de tais componentes.
Os tratores de esteiras são máquinas utilizadas em terraplenagem, em geral
trabalham em qualquer terreno em baixa velocidade. A sua fabricação em escala foi
Capítulo 1 Introdução
2
iniciada logo após a 1ª Grande Guerra (1914-1918), aproveitando o tempo ocioso
das antigas fábricas que produziam tanques para a guerra (FRAENKEL, 1980).
Genericamente podemos definir terraplenagem ou movimento de terras como o
conjunto de operações necessárias à remoção do excesso de terra para locais onde
esteja em falta, tendo em vista um determinado projeto a ser implantado (RICARDO
e CATALANI, 1990).
O trator de esteiras se diferencia dos demais tipos de tratores pelo tipo de trem
de rolagem; como o próprio nome diz, é composto de duas esteiras formadas pela
união de várias sapatas. As sapatas das esteiras têm dupla finalidade: primeiro elas
devem suportar o peso da máquina, isto é, dar sustentação e segundo elas devem
proporcionar tração através do seu atrito com o solo para permitir que o trator
execute sua função de remover material (SOTREQ, 2006). Para RICARDO e
CATALANI (1990), os tratores de esteiras apresentam elevado esforço trator,
conjugado com boa aderência sobre o terreno, o que lhes permite rebocar ou
empurrar grandes cargas sem haver o perigo de patinamento, mesmo com rampas
com alta declividade.
Três fatores influenciam diretamente na vida útil de uma sapata. Primeiro: as
condições do solo, que são a profundidade da camada orgânica e o teor de
umidade; segundo: os tipos de solo (rochas, pedras, areia, lixões, etc..) e finamente,
as condições de operação, que podem ser exemplificadas por terrenos íngremes e
valetas (CATERPILLAR,1991).
Basicamente, três métodos são utilizados na recuperação das sapatas, como:
simples troca por outra sapata semelhante à original, adição de um postiço fixado
por solda na região desgastada ou aplicação de um revestimento duro utilizando o
processo de soldagem a arco elétrico.
Diversos trabalhos já foram desenvolvidos cujo foco é a resistência ao
desgaste de revestimentos duros aplicados por soldagem, como BUCHELY et
al.(2004), que estudou a resistência ao desgaste de ligas diferentes e multicamadas;
ARNT et al.(2006), no qual foi avaliado o desempenho de revestimentos resistentes
ao desgaste em rolos de moagem de carvão; LIMA (2008), por sua vez estudou a
resistência ao desgaste de revestimentos aplicados por soldagem na indústria
sucroalcooleira.
Capítulo 1 Introdução
3
Neste estudo, os ensaios foram todos do tipo abrasivo, pois o mecanismo de
desgaste por abrasão é o preponderante nestas aplicações.
O desgaste nas garras ocorre com freqüência por estar em contato direto com
o solo; e são os primeiros componentes a sofrerem o processo de desgaste. Outros
fatores atuam como aceleradores desse desgaste que são: Peso, potência,
velocidade, impacto e todas as variáveis operacionais que provocam mudanças de
direção, escorregamento ou deslizamentos improdutivos. O desgaste da sapata
influencia na perda de tração da máquina e como conseqüência, menor
produtividade. Quebra da placa e trincas são outros danos comuns que podem
ocorrer nas sapatas (CATERPILLAR, 1991).
1.1 Especificação do Problema
A dificuldade dos proprietários de trator de esteiras, instalados em locais
distantes dos grandes centros, em comprar sapatas de reposição, ou mesmo, pela
inexistência de oficinas especializadas na recuperação desses componentes, em
suas proximidades, faz com que o desgaste natural das sapatas se tornem um
grande problema para esses pequenos e médios proprietários.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo geral
Propor um método, utilizando a deposição de material resistente ao desgaste
através de um processo de soldagem eficiente e ao mesmo tempo viável, levando
em consideração a aplicabilidade e materiais de consumo utilizados.
1.2.2 Objetivos específicos
• Caracterizar o material de uma sapata original de trator de esteira;
• Caracterizar o material utilizado como postiço na recuperação de sapatas
(método utilizado neste tipo de manutenção);
Capítulo 1 Introdução
4
• Aplicar um revestimento resistente ao desgaste através de processo de
soldagem com eletrodo revestido;
• Comparar o comportamento, quanto à resistência ao desgaste, do material
proposto com o material da sapata original e com o método de adição de
postiço.
Capítulo 2 Revisão da Literatura
2
5
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Terraplenagem
Terraplenagem de um modo geral é a arte de modificar a configuração do
terreno. Duas aplicações clássicas da terraplenagem encontram-se na construção
de barragens e na construção de estradas.
Na construção de estradas, a terraplenagem é o trabalho de construir o leito da
estrada na sua altura certa. Sobre esse leito, posteriormente, é construído um
pavimento que recebe as cargas do tráfego de veículos. A terraplenagem
compreende a desobstrução do local em que vai ser construída a estrada, o preparo
das fundações, escavações, o transporte, colocação, compactação e conformações
dos materiais que vão formar o corpo da estrada, o ajardinamento, a limpeza da área
construída e outras operações eventuais. A drenagem também pode ser
considerada como integrante da terraplenagem (FRAENKEL, 1980).
2.1.1
Trator de esteiras
As máquinas sobre esteiras ou lagartas são próprias para serviço muito pesado
com deslocamento a pequenas distâncias. Seu deslocamento de um serviço para
outro deve ser feito sobre carretas baixas com caminhão trator (FRAENKEL, 1980).
A Figura 2.1 ilustra um trator de esteiras e as principais partes e acessórios.
Figura 2.1– Trator de esteiras e suas peças sujeitas à desgaste (FRAENKEL, 1980).
Capítulo 2 Revisão da Literatura
6
2.1.2 Esteiras
Esteiras ou lagartas para tração, como mostra a Figura 2.2, são partes
fundamentais de máquinas para terraplenagem e por outras máquinas que a
utilizam, em geral trabalhando em qualquer terreno e a pequena velocidade. São
formadas por peças chamadas sapatas ou telhas articuladas sobre roletes, formando
um conjunto fechado giratório com mínima resistência ao movimento. Sistema de
peças bem lubrificadas, o que reduz muito as perdas de energia no deslocamento da
máquina em qualquer tipo de terreno.
As esteiras têm grande aderência ao terreno em que se apóiam, podendo
exercer consideráveis esforços de tração, e são o melhor sistema de tração para
máquinas sujeitas a elevados esforços horizontais (FRAENKEL, 1980).
Figura 2.2 – Foto de um trator mostrando principalmente sua esteira do lado direito
(CATERPILLAR, 2006).
2.1.3 Sapatas
As sapatas da esteira além de ter a tração e a sustentação da máquina, como
principais finalidades, devem satisfazer três requisitos para proporcionar um serviço
adequado ao usuário. Primeiro, elas devem ser resistentes à flexão e as quebras,
segundo, a garra e a placa da sapata devem ser resistentes ao desgaste e terceiro,
as sapatas devem manter a integridade dos furos durante toda a vida útil, evitando
Capítulo 2 Revisão da Literatura
7
assim que se desprenda do conjunto. As sapatas da esteira, ilustrada na Figura 2.3,
são fabricadas por processos de laminação e têmpera. Para evitar distorções as
mesmas são endurecidas em fornalha ou por indução e, resfriadas em moldes (isto
é, colocadas em um dispositivo antes do resfriamento para assegurar que não
empenem ao se resfriarem). Isto ajuda a manter as dimensões e o formato destas
peças após o resfriamento (SOTREQ, 2007).
Figura 2.3 – Exemplo de sapata com identificação da garra, placa e furos
(CATERPILLAR, 2006).
Existem vários modelos de sapatas, com formas e tamanhos diferentes; suas
aplicações variam, principalmente, com o tipo do solo em que estão sendo utilizadas.
Algumas sapatas são adequadas para solos “fracos” ou “instáveis” outras são mais
resistentes ao desgaste e outras ainda são utilizadas quando é necessário um
contato maior com o solo para proporcionar maior tração à máquina, (FRAENKEL,
1980). A Figura 2.4 mostra exemplos de tipos e aplicações de sapatas de tratores de
esteiras.
Capítulo 2 Revisão da Literatura
8
Figura 2.4 – Tipos de sapatas de tratores de esteira: (a) sapata de garra simples
utilizada em serviços leves; (b) sapata de garras duplas; (c) sapata com furo central
trapezoidal; (d) sapata de garra simples utilizada em serviços pesados; (e) sapata
autolimpante de baixa pressão no solo e (f) sapatas cortadoras
(CATERPILLAR, 2006).
Sapatas de garra simples são para aplicação em geral (diferentes tipos de
terreno); as sapatas de garras duplas trabalham melhor em aplicações que
requeiram menos penetração e tração; sapatas com furo central trapezoidal são
recomendadas para aplicações onde o acúmulo de detritos causam tensão na
esteira; sapatas de garras simples para serviços pesados são recomendadas
quando há presença de impacto moderado e alto; sapatas autolimpantes têm bom
desempenho em solos instáveis (comumente chamados de fofos), devem ser
evitadas quando há presença de abrasão e impacto; sapatas cortadoras são
recomendadas quando os detritos tendem a grudar nas sapatas.
Capítulo 2 Revisão da Literatura
9
2.2 Danos nas Sapatas
A Figura 2.5 ilustra exemplos de danos sofridos por sapatas no campo, com
destaque para o desgaste que, dos problemas sofridos por sapatas, é considerado
inevitável e responsável pelas primeiras paradas de máquina para manutenção
(CATERPILLAR, 2006).
Figura 2.5 – Exemplos de danos sofridos pelas sapatas no campo: (a) desgaste nas
extremidades da garra; (b) quebra da sapata; (c) quebra da sapata e (d) trinca
da aba (CATERPILLAR, 2006).
Segundo especialistas (mecânicos, tratoristas, técnicos em manutenção de
máquinas pesadas) o desgaste da sapata não deve ultrapassar 50% da altura da
garra, caso contrário, a recuperação torna-se mais difícil. Portanto faz-se necessário
um acompanhamento permanente para verificação do melhor momento para
realização da parada de máquina e recuperação das mesmas. A Figura 2.6 mostra
um procedimento utilizado para verificação da altura da garra.
10
Capítulo 2 Revisão da Literatura
Figura 2.6 – Procedimento com uma régua para avaliar a altura das garras após
processo de desgaste (CATERPILLAR, 2006).
2.3 Recuperação de Sapatas
Basicamente existem dois processos para recuperar sapatas desgastadas,
uma é fazer um enchimento com solda de revestimento duro e a outra é adicionar
um
postiço,
pré-fabricado,
para
essa
destinação.
A
Figura
2.7
mostra
esquematicamente a utilização desses dois processos.
Figura 2.7 – Exemplos de recuperação de sapatas: (a) soldagem de enchimento; (b)
adição de postiço (adaptado de SOTREQ, 2007).
O desgaste na garra da sapata não se dá de maneira uniforme, e sim de
maneira mais acentuada nas extremidades conforme mostra a Figura 2.8. Este fato
ocorre pelo maior nível de tensões de contato nesta região, além da possibilidade de
Capítulo 2 Revisão da Literatura
11
maior movimento relativo entre solo-sapata. Portanto no momento da recuperação,
com adição do postiço, faz-se necessário um nivelamento com solda.
Figura 2.8 – Detalhe do desgaste irregular na sapata (CATERPILLAR, 2006).
2.3.1 Revestimento de recuperação por soldagem
A soldagem a arco com eletrodos revestidos (Shielded Metal Arc WeldingSMAW), esquematicamente mostrado na Figura 2.9, é um processo que produz a
união entre metais pelo aquecimento destes com um arco elétrico estabelecido entre
um eletrodo metálico revestido e a peça que está sendo soldada MARQUES et
al.(1991).
Figura 2.9 – Demonstração esquemática do processo de soldagem com eletrodo
revestido (ESAB, 2009).
12
Capítulo 2 Revisão da Literatura
O eletrodo revestido consiste de uma vareta metálica (comumente chamada
alma do eletrodo), em forma de arame, que conduz a corrente elétrica e fornece
metal de adição para enchimento da união, a alma é recoberta por uma camada
formada pela mistura de diferentes materiais, que formam o revestimento do
eletrodo. Dentre outras funções do revestimento, destacam-se: Estabilizar o arco
elétrico; proteger a poça de fusão e o metal de solda contra a contaminação pela
atmosfera, ajustar a composição química do cordão de solda.
O processo de soldagem por revestimento duro, por sua vez, utiliza a
deposição de materiais previamente selecionados e com características específicas
para cada condições de trabalho. Suas propriedades, por exemplo, podem ser
direcionadas para a reconstrução de partes de equipamentos danificados por
desgaste abrasivo. Para isso deve ser observada a composição química da liga e a
dureza esperada na camada depositada (ARNT et al.,2006).
2.3.1.1 Amanteigamento e diluição
• Amanteigamento
Amanteigamento é um termo técnico comumente utilizado na área da
soldagem que se refere a deposição de uma camada de material dúctil, por
soldagem, na superfície do material sensível, antes da soldagem de união
propriamente dita (MARQUES et al.,1991).
Segundo CONDE (1986), amanteigamento é a aplicação de um ou mais
passes de solda intermediária, por razões metalúrgicas, entre dois materiais de ligas
diferentes. Um exemplo é a deposição de ligas de alto níquel sobre uma base de
baixa liga.
Um dos principais problemas dos equipamentos fabricados com materiais
ferríticos do tipo Cr-Mo em empresas de processamento petroquímico é o
surgimento de trincas após operações de soldagem. Sabe-se que a propagação
dessas trincas é mais intensa na região de grãos grosseiros da zona termicamente
afetada
(ZTA_GG),
favorecida
(BRACARENSE et al., 2006).
pela
maior
área
do
contorno
de
grãos
Capítulo 2 Revisão da Literatura
13
Tubulações de aços de baixa liga do tipo Cr-Mo reparadas por soldagem
muitas vezes exigem a realização de do tratamento térmico para refino de grão e
alívio das tensões oriundas destas operações.
Em vista disso, pesquisas têm sido realizadas em busca de um procedimento
de soldagem que dispense o tratamento térmico nas situações citadas. O próprio
código ASME, seção XI item IWB-4420 (1984), recomenda que seja empregada a
‘técnica da meia camada’ (half bead) em situações onde seja impraticável o
tratamento térmico (BRACARENSE et al., 2006).
Esta técnica consiste no amanteigamento de toda a cavidade a ser reparada
usando eletrodo de Ǿ 2,4 mm. Essa camada é então esmerilhada até 50% da sua
espessura, sendo posteriormente depositadas camadas subseqüentes com
eletrodos de maior diâmetro (até 4,0 mm) para promover o refino e/ou revenimento
da ZTA-GG da primeira camada (BRACARENSE et al., 2006).
• Diluição
Segundo WAINER et al. (1991), a diluição é definida como a mudança na
composição química de um metal de adição com o metal base ou o metal de adição
anterior. Na soldagem de revestimento não há necessidade de alta penetração, mas
somente uma boa ligação entre o metal de solda e o metal de base.
2.3.1.2 Revestimento duro
Segundo HUTCHINGS (1992), entende-se por revestimento duro, uma liga
homogeneamente depositada por soldagem, na superfície de um material de menor
dureza, geralmente um aço de baixo ou médio carbono, com o propósito de
aumentar a sua dureza e resistência ao desgaste, sem provocar perda significativa
de ductilidade e tenacidade do substrato. Para CONDE (1996), os revestimentos
duros são aplicados com o objetivo de reduzir o desgaste por abrasão, erosão,
impacto ou cavitação.
Várias técnicas são utilizadas na aplicação de revestimentos duros, como
exemplo: processo oxi-acetilênico (OAW), MIG/MAG (GMAW), Arco Elétrico com
Eletrodo Revestido (SMAW), Arco Submerso (SAW) e Arames Tubulares (FCAW).
14
Capítulo 2 Revisão da Literatura
Baixo custo e facilidade de aplicação são fatores diferenciais para a utilização
do Eletrodo Revestido enquanto que a alta produtividade e qualidade da solda dão
destaque aos Arames Tubulares (BUCHELY et al., 2004).
A maioria das ligas para resistir ao desgaste é produzida por consumíveis
depositados por soldagem para serem utilizados em situações críticas. A faixa de
dureza se encontra entre 390 e 690 HV (CONDE, 1986).
Segundo WAINER et al.(1991), não existe uma classificação de metal de
adição que envolva a maioria das ligas utilizadas para revestimento duro. As
classificações existentes são baseadas na composição química do metal de adição
depositado sem nenhuma diluição. Os autores citam uma classificação desenvolvida
por SPENCER, baseada na composição química, dividindo as ligas ferrosas em
cinco classes:
• Classe 1 - Aços de baixa e média liga com 2 a 12% de elementos de liga;
• Classe 2 – Aços de alta liga, incluindo aços rápidos e aços ao manganês;
• Classe 3 - Ligas a base de ferro com 25 a 50% de elementos de liga;
• Classe 4 – Ligas à base de cobalto, níquel e níquel-cromo;
• Classe 5 – Ligas de carbonetos de tungstênio (38 a 60%) em matriz dúctil.
Por sua vez, GREGORY (1980), apud LIMA (2008), apresentou uma
classificação das ligas de revestimento em quatro grupos:
• Grupo 1 – Ligas à base de ferro com menos de 20% de elementos de liga;
• Grupo 2 - Ligas à base de ferro com mais de 20% de elementos de liga;
• Grupo 3 – Ligas à base níquel e/ou cobalto;
• Grupo 4 – Ligas com carbonetos de tungstênio.
Segundo BUCHANAN et al.(2007) apud LIMA (2009), ao se escolher uma liga
para revestimento duro deve-se levar em conta a sua soldabilidade, os custos e a
compatibilidade
metalúrgica.
Dentre
as
diversas
ligas
desenvolvidas,
os
Capítulo 2 Revisão da Literatura
15
revestimentos à base de ferro são os mais populares na indústria sucroalcooleira,
devido ao seu custo relativamente baixo e à sua aplicação. A sua composição é
frequentemente de uma estrutura hipoeutética ou hipereutética e a resistência ao
desgaste, atribuída a uma microestrutura de carbonetos duros dispersos em uma
matriz relativamente macia. As ligas com alto Fe-Cr-C são particularmente atrativas
porque os carbonetos podem formar uma grande variedade de micro-constituintes,
provendo um aumento da resistência à abrasão. Segundo CORRÊA et al.(2007)
apud LIMA (2009), as ligas Fe-Cr-C (o autor não cita, porém, acreditamos que seja
alto cromo) são susceptíveis às trincas de solidificação, as quais aliviam as tensões
de soldagem, mas, no caso de aplicações onde o componente está sujeito à
vibração ou impacto, podem levar à fragmentação do revestimento. Em função
disso, se busca incessantemente a obtenção de ligas que apresentem um bom
desempenho de resistência ao desgaste e tenacidade.
2.3.2 Recuperação por adição de postiço
O postiço é uma opção de forma de recuperação de sapatas desgastadas, o
mesmo é fabricado por uma indústria de peças para máquinas pesadas e fornecido
em barras de 3.000 mm. As dimensões do perfil transversal variam de acordo com
as dimensões da sapata do trator para o qual o mesmo foi projetado. Segundo o
fabricante, o postiço é laminado em aço ABNT 1045. A Figura 2.10 ilustra a forma de
utilização do postiço o qual é unido à sapata por processo de soldagem.
Os corpos de prova, dele retirado, em mesmo número e com as mesmas
dimensões daqueles retirados de uma sapata original, foram confeccionados,
também, por usinagem utilizando o mesmo centro de usinagem.
Capítulo 2 Revisão da Literatura
16
Figura 2.10 – Representação esquemática da fixação do postiço em uma sapata
desgastada (MINUSA, 2008).
2.4 Definições de Desgaste
Segundo ZUM-GAHR (1987) apud LIMA (2008), “desgaste abrasivo é o
deslocamento de material causado pela presença de partículas duras entre duas
superfícies que possuem movimento relativo. Essas partículas podem estar entre as
superfícies ou incrustadas em uma delas. O desgaste abrasivo pode ainda ser
ocasionado pela presença de protuberâncias duras em uma, ou nas duas superfícies
móveis”.
Desgaste vem ser a perda progressiva de matéria da superfície de um corpo
sólido devido ao contato e movimento relativo com um outro corpo sólido, líquido ou
gasoso ASTM (G-40).
A falha de um componente ou estrutura pode estar associada aos danos
causados por quatro mecanismos fundamentais: a deformação plástica, a formação
e propagação de trincas, a corrosão ou o desgaste ZUM-GAHR(1987) apud LIMA
(2008).
Normalmente o termo desgaste refere-se a dano ao material, geralmente
envolvendo perda de material, devido ao movimento relativo entre superfícies em
contato direto ou entre superfície e substâncias existentes entre as mesmas.
17
Capítulo 2 Revisão da Literatura
Segundo a Organização para Cooperação Econômica e Desenvolvimento (OECD Organisation for Economic Co-operation and Development ) da ONU, desgaste pode
ser definido como sendo um dano progressivo que envolve a perda de material,
perda a qual ocorre na superfície de um componente como resultado de um
movimento relativo a um componente adjacente. Na maioria das aplicações práticas
quando ocorre o movimento relativo entre duas superfícies sólidas, este movimento
ocorre na presença de lubrificantes (STOETERAU, 2004).
BUDINSKI (1987) sugere a seguinte classificação dos tipos de desgaste:
desgaste por abrasão, erosão, adesão ou fricção e fadiga térmica e segundo EYRE
(1991) apud LIMA (2008), devido a complexidade dos fatores envolvidos no
desgaste, procura-se estabelecer classificações que facilitem o estudo do fenômeno
e a sua prevenção. Entretanto, a classificação dos vários tipos de desgaste é difícil,
pois há muita divergência entre os mesmos e seus efeitos. Existem situações onde
um tipo de desgaste muda de um para outro, ou onde dois ou mais tipos podem
operar juntos.
2.5
Mecanismos de Desgaste
O desgaste apresenta-se sob diferentes tipos; sendo mais freqüentes os
desgastes: abrasivo, erosivo, por deslizamento e por fadiga de contato.
A norma DIN 50320 destaca quatro principais tipos de mecanismos de
desgaste, que são: desgaste adesivo, desgaste abrasivo, desgaste por fadiga de
superfície
e
desgaste
por
reação
triboquímica.
esquematicamente estes quatro tipos de desgaste.
A
Figura
2.11
mostra
Capítulo 2 Revisão da Literatura
18
Figura 2.11 – Mecanismos de desgaste conforme DIN 50320 (BRANKOVIC, 1998
apud KÖNIG,2007).
De uma maneira simplificada, pode-se diferenciar os quatro tipos de
mecanismos de desgaste da seguinte maneira:
• Adesão:
Formação e ruptura da união adesiva interfacial ( exemplos: Junções
soldadas a frio, desgaste por atrito);
• Abrasão:
Remoção de material mediante processo de riscamento (processo de microcorte);
• Fadiga de superfície ou contato:
Fadiga e formação de trincas em regiões superficiais devido a ciclos de
tensão, resultando em separações de material;
• Reações triboquímicas:
Desenvolvimento de produtos resultantes de reações químicas desenvolvidas
entre o par de desgaste e o meio interfacial.
Considerando que o mecanismo de abrasão é aquele preponderante nas
sapatas de tratores de esteiras, este será melhor detalhado a seguir.
Capítulo 2 Revisão da Literatura
19
2.6 Desgaste Abrasivo
O desgaste abrasivo é um dos principais tipos de desgaste, sendo um dos
mais intensos e dos mais encontrados na prática, sendo responsável por 50 % das
causas de falhas das máquinas ou componentes (EYRE,1991) apud (VILLABÓN e
SINATORA, 2004). Além disso, o desgaste abrasivo tem especial importância nas
atividades agrícolas, de transporte e de mineração, atividades de importância
estratégica para países como o Brasil e a Colômbia (VILLABÓN e SINATORA,
2004). A Figura 2.12 ilustra as sapatas de uma esteira em plena atividade.
Figura 2.12 – Fotografia de sapatas de uma esteira em atividade e submetida ao
processo de desgaste (CATERPILLAR, 2006).
Pode-se observar na Figura 2.12 que a garra da sapata é a parte que mais
intensamente entra em contato com o solo, sendo assim, a região da sapata que
necessita de recuperação devido principalmente ao desgaste abrasivo.
Capítulo 2 Revisão da Literatura
20
2.6.1 Classificação do desgaste abrasivo
Segundo DE MELLO et al., (1994), o desgaste abrasivo pode ser classificado
de acordo com a configuração mecânica atuante no conjunto, em:
• Abrasão entre dois corpos: as partículas abrasivas ou asperezas são
animadas de movimento relativo em relação à superfície do material. Marcas
e riscos são formados paralelamente à direção de deslocamento destas
partículas, conforme ilustrado na Figura 2.13(a) (BRANKOVIC, 1998) apud
KÖNIG (2007).
• Abrasão entre três corpos: as partículas abrasivas agem como elementos
interfaciais entre duas superfícies em movimento relativo. As partículas estão
livres na interface, deformando plasticamente as superfícies de contato,
conforme apresentado na Figura 2.13 (b) (BRANKOVIC, 1998) apud KÖNIG
(2007).
Figura 2.13 – Demonstração esquemática da classificação do desgaste abrasivo:
abrasão entre dois corpos (a) e abrasão entre três corpos (b)
(BRANKOVIC,1998) apud KÖNIG (2007).
2.6.2 Micromecanismos de desgaste abrasivo
O desgaste abrasivo pode ainda ser classificado de acordo com o
micromecanismo de abrasão atuante, conforme mostra a Figura 2.14, da seguinte
forma:
Capítulo 2 Revisão da Literatura
21
a) Microsulcamento: deformação plástica sem perda de material, gerando um
sulco com conseqüente formação de acúmulos frontais e laterais do material
movimentado. Em algumas situações, este micromecanismo pode acarretar a
perda de material, devido a ação simultânea ou sucessiva de muitas partículas
abrasivas;
b) Microcorte: formação de microcavacos com pequena deformação plástica
lateral
c) Trincamento: formação de grandes partículas de abrasão devido à formação
e interação de fissuras. Ocorre quando as tensões impostas superam as
tensões criticas para a formação e propagação de trincas, sendo um
mecanismo restrito a materiais frágeis.
Figura 2.14 – Representação esquemática dos micromecanismos de desgaste por
abrasão (adaptado de ZUM-GAHR, 1987).
Hokkirigawa et al. (1988) mostraram que dois parâmetros de grande
importância em ensaios abrasivos (profundidade de penetração da partícula – Dp e
ângulo de ataque – θ) poderiam provocar a mudança de mecanismos de desgaste. A
Figura 2.15 mostra a ocorrência de mecanismos de sulcamento, formação de proa e
corte em metal duro, quando riscado com um indentador de diamante.
Capítulo 2 Revisão da Literatura
22
O micro-mecanismo de desgaste por sulcamento é visto na Figura 2.15(a)
onde o perfil do sulco indica pouca profundidade, não havendo remoção de material
da superfície, pois o material é deformado plasticamente para as bordas dos sulcos.
À medida que aumenta a profundidade de penetração do indentador a deformação
plástica, que anteriormente se movia para as bordas, pode gerar uma formação de
proa que podo ser vista na Figura 2.15(b). A Figura 2.15(c), por sua vez, mostra um
perfil de sulco maior e consequentemente um aumento na deformação, porém com
deslocamento e remoção de material, ou seja, um mecanismo de micro-corte,
gerando assim perda de material.
Os processos de desgaste podem ser simulados em laboratório, para isso,
diversos equipamentos são construídos com essa finalidade. Dentre os mais
conhecidos tipos tipos de equipamentos para este tipo de estudo pode-se citar:
tribômetro tipo pino-contra-disco (pin-on-disc), abrasômetro tipo roda de borracha
entre outros.Neste trabalho, foi utilizado um equipamento de ensaio de desgaste tipo
roda de borracha.
Capítulo 2 Revisão da Literatura
23
Figura 2.15 – Exemplo da ocorrência dos três micro-mecanismos de desgaste: (a)
sulcamento; (b) formação de proa e (c) corte; em função da profundidade de
penetração, (adaptado de HOKKIRIGAWA et al.,1988).
2.7 Abrasômetro tipo Roda de Borracha
Este equipamento foi apresentado pela primeira vez por Haworth em 1948
(LIMA, 2008) e consiste em um disco de aço envolvido com um anel de borracha
que gira em contato com a superfície do corpo-de-prova, com abrasivo na interface.
Este equipamento permite realizar ensaios a seco ou a úmido, com alta
confiabilidade de resultados, sendo empregado tradicionalmente na indústria de
mineração; usa-se para classificar materiais quanto a sua resistência ao desgaste
(VILLABÓN e SINATORA, 2006). O seu princípio de funcionamento, conforme a
Capítulo 2 Revisão da Literatura
24
Figura 2.16, consiste em esmerilhar um corpo de prova padronizado com uma areia
de granulometria controlada. O abrasivo é introduzido entre o corpo de prova e um
anel de borracha de dureza especificada, provocando o riscamento (ASTM G 65-00,
2001).
Figura 2.16 – Abrasômetro Roda de Borracha – Representação esquemática
padronizada pela ASTM (ASTM G 65, 2001).
A Figura 2.17 apresenta um corpo de prova com a marca característica de
desgaste em abrasômetro tipo Roda de Borracha. Segundo MARANHO (2006), faz
parte dos resultados referentes aos revestimentos aplicados por aspersão térmica
sobre substratos de aço ao carbono e FFBMC – ferro fundido branco
multicomponente.
Figura 2.17 – Macrografia da marca do desgaste abrasivo em abrasômetro tipo Roda
de Borracha (MARANHO, 2006).
Capítulo 2 Revisão da Literatura
25
BUCHELY et al., (2005), conforme gráfico demonstrado na Figura 2.18,
compararam a resistência ao desgaste abrasivo em ensaio tipo Roda de Borracha,
levando em consideração a composição química das ligas (Tabela 2.1) utilizadas por
soldagem , como também, o resultado por camadas aplicadas.
Figura 2.18 – Gráfico representativo da perda de massa em função das camadas
(BUCHELY et al., 2005).
Conforme o gráfico representativo da resistência ao desgaste, nota-se a
superioridade dos carbonetos complexos na terceira camada, seguido do
revestimento rico em cromo na segunda camada. Quando o autor analisa os
resultados da primeira camada, o melhor resultado foi da liga rica em tungstênio,
seguido da liga rica em cromo e por fim a liga rica em carbonetos complexos.
26
Capítulo 2 Revisão da Literatura
Tabela 2.1 – Composição química das ligas estudadas por BUCHELY et al. (2004).
Composição Química Nominal %
LIGAS
C
Cr
W
Mn
Nb
Mo
Si
V
Liga 1
4,3
35
-
1,1
-
-
-
-
Liga 2
4,5
-
26
2,1
-
-
-
-
Liga 3
4,2
23
3,5
-
5,4
4,1
1,5
0,8
Liga 1 - Revestimento duro rico em cromo;
Liga 2 – Revestimento duro rico em tungstênio;
Liga 3 – Revestimento duro rico em carbonetos complexos.
ARNT et al.(2006) apresentam macrografias como resultados de desgaste
abrasivo em Roda de Borracha, mostradas na Figura 2.19, nas quais, as setas
indicam trincas formadas no processo de deposição.
Figura 2.19 – Macrografias de cdp após ensaio de desgaste abrasivo em roda de
Borracha onde verfica-se a presença marcante de trincas, (ARNT et al.,2006).
Trincas são fortes concentradores de tensão, podendo favorecer o início de
fratura frágil na soldagem. São as descontinuidades mais graves em soldagem. De
27
Capítulo 2 Revisão da Literatura
um modo bem simples, uma trinca pode ser considerada como o resultado da
incapacidade do material em responder às solicitações impostas localmente pelas
tensões decorrentes do processo de soldagem (MARQUES et al.,1991).
Após o ensaio de desgaste existem várias formas de analisar os resultados,
uma delas é a análise dos micromecanismos de desgaste. Esta análise,
normalmente é feita com ajuda de um microscópio eletrônico de varredura- MEV.
BUCHELY et al. (2005) mostram na Figura 2.20 a ocorrência de micromecanismo de
corte (deformação plástica) em ligas com carbonetos tipo-M6C (Fishbone) com
depósito rico em Tungstênio (Figura 2.20-a) e um efeito de interrupção do corte em
um carboneto tipo-M7C3 em depósito rico em Cromo (Figura 2.20-b).
(a)
(b)
Figura 2.20 - Exemplos de mecanismos de desgastes por deformação plástica por
corte. (a) Corte ao longo de carboneto M6C rico em Tungstenio, (b) corte
interrompido em carboneto M7C3 rico em Cromo (BUCHELY et al., 2005).
Esta revisão da literatura servirá como base dos conhecimentos necessários
para o desenvolvimento dos capítulos seguintes, notadamente, Materiais e Métodos
e Resultados e Discussões.
Três pontos terão importância vitais nesta dissertação de mestrado:
primeiramente a aplicação de camadas de solda, utilizando o processo de soldagem
com eletrodo revestido e suas técnicas inerentes, em uma sapata desgastada e em
Capítulo 2 Revisão da Literatura
28
seguida o estudo da resistência ao desgaste através do ensaio com abrasômetro,
dessas camadas. Finalmente um estudo comparativo das resistências ao desgaste
abrasivo em uma sapata original, nova; em uma sapata recuperada com adição de
postiço e com uma sapata recuperada pelo processo de soldagem supra citado.
Capítulo 3 Materiais e Métodos
3
29
MATERIAIS E MÉTODOS
Este capítulo descreve os diversos materiais, equipamentos e metodologias
utilizadas ao longo da realização desta dissertação.
3.1 Materiais
Três materiais foram utilizados para confecção dos corpos de prova, e serão
apresentados a seguir:
a)
Sapata original
A sapata original (denominada neste trabalho somente por sapata) de um trator
de esteiras modelo D-6, foi uma doação de uma construtora de estradas instalada na
região Norte do País. Segundo os técnicos da manutenção da construtora, a sapata
é fabricada em aço ABNT 5140, laminada e temperada. Os corpos de provas, em
número de três, foram confeccionados nas dimensões: 76,2 x 25,4 x 12,7 (mm);
comprimento, largura e espessura, respectivamente, cujo formato, é ilustrado na
Figura 3.1. Vale ressaltar que todos os corpos de prova utilizados nesta dissertação,
apresentam estas mesmas dimensões finais, antes do início dos ensaios de
desgaste.
Figura 3.1 - Fotografia de um corpo de prova.
30
Capítulo 3 Materiais e Métodos
Os corpos de provas da sapata foram confeccionados pelo processo de
usinagem utilizando um centro de usinagem marca Romi, modelo T 1200 e retirados
da região da garra da sapata conforme ilustração da Figura 3.2.
Figura 3.2 – Ilustração da região da retirada dos corpos de prova da sapata.
b)
Postiço
O postiço utilizado para confeccionar os corpos de prova foi retirado de uma
sapata recuperada pela adição de postiço. Portanto trata-se de um postiço que
recebeu
uma
carga
térmica
proveniente
do
processo
de
soldagem,
consequentemente é muito provável que apresente alguma diferença comparando
com um postiço novo, como nos valores de dureza, por exemplo. Semelhante aos
três corpos de prova retirados da sapata, essas amostras foram também
confeccionadas na mesma quantidade e mesmos processos.
c)
Cordão de solda
Os corpos de prova confeccionados pelo processo de soldagem com eletrodo
revestido SMAW (shielded metal arc welding) foram fabricados utilizando parte de
uma sapata nova como substrato e com a adição de um consumível para
revestimento duro E-83.58, que segundo o fabricante (ELETRODOS ESAB), é
indicado para revestimento de peças desgastadas como: caçambas e dentes de
escavadeiras, recuperação de peças de britadores, moinhos, misturadores, rosca
Capítulo 3 Materiais e Métodos
31
sem-fim de alimentadores, partes de máquinas expostas ao desgaste por minério,
pedra, areia, coque, entre outros.
Este tipo de corpo de prova será doravante neste trabalho denominado
somente pelo termo “solda”.
A fonte de energia empregada para o processo de soldagem foi uma fonte
retificadora do tipo tensão constante, modelo OrigoArc 456, da ESAB, com corrente
máxima de 430 A a 60 %.
Para limpeza das amostras com enchimento de solda, entre cada passes de
soldagem, foi utilizada uma picadeira; uma escova de arame; uma lixadeira rotativa
com escova de arame; uma esmerilhadeira rotativa com disco de desbaste. As
próximas sub-seções descrevem detalhadamente a confecção dos corpos de prova
por soldagem, além da tomada de alguns parâmetros de soldagem.
c.1) Procedimentos de soldagem
Barras com dimensões de 90 x 30 x 12 mm retiradas da placa da sapata,
conforme ilustrado na Figura 3.3, foram utilizadas como substrato. Vale ressaltar que
a camada de tinta amarela foi retirada das placas antes do inicio do procedimento de
soldagem.
Figura 3.3 – Sapata de trator de esteira. (a) desenho de uma sapata com linhas
tracejadas indicando o local onde foram retiradas as barras (b) barras cortadas
utilizadas como substrato.
Primeiramente foi aplicada uma camada (amanteigamento) com eletrodo E308-L, diâmetro (Ø) 3,25 mm, cuja composição química nominal é: 0,03% C; 0,80%
Si; 0,80% Mn; 19,60% Cr; 9,90% Ni. Após a aplicação de 6 passes paralelos foi feito
32
Capítulo 3 Materiais e Métodos
um desbaste utilizando a esmerilhadeira e disco apropriado, até a camada ficar com
a espessura aproximada de 1,0 a 1,5 mm. Em seguida foram feitas quatro camadas,
de seis passes paralelos com o eletrodo de revestimento duro, ficando as barras
com
aproximadamente
18
mm
de
espessura.
A
Figura
3.4
mostra
esquematicamente a aplicação destas camadas de cordão de solda.
Figura 3.4 – Esquema da aplicação das camadas e amanteigamento.
O excesso foi retirado pelo processo de usinagem por fresa seguido de
retificação na camada de enchimento e fresamento para redução da espessura até
12,7 mm, no substrato.
Para evitar superaquecimento, a soldagem foi aplicada alternadamente entre
os cinco corpos de provas, sendo o resfriamento ao ar. Três corpos de prova para o
ensaio de desgaste e dois para outras análises. A Figura 3.5 ilustra a confecção dos
corpos de prova por enchimento e na seqüência a Figura 3.6 mostra um desenho
esquemático de como ficaram dispostas as camadas depositadas na seção
transversal do cdp.
Para acompanhar o resfriamento das peças evitando que um passe
subseqüente fosse aplicado com o cdp acima de 180˚ C, fato que poderia gerar
distorções e/ou perdas de propriedades mecânicas, foi utilizado um termômetro
digital a laser da INSTRUTHERM TI-09.
Capítulo 3 Materiais e Métodos
33
Figura 3.5 – Ilustração da confecção de corpos de prova com enchimento: (a)
aplicação da primeira camada (amanteigameto); (b) aplicação das camadas
com eletrodo E- 83.58; (c) medição da tensão em 74,7 volts com circuito
aberto e (d) tensão de 19,7 volts com circuito fechado.
Circuito aberto e circuito fechado são termos comumente usados em
soldagem. Sendo,circuito aberto uma referência ao equipamento, mesmo quando
ligado, está fora de operação, ou seja, não está em procedimento de soldagem e
circuito fechado, por sua vez, refere-se ao momento no qual o equipamento está,
realmente em operação de soldagem.
34
Capítulo 3 Materiais e Métodos
Figura 3.6 – Desenho esquemático da seção transversal do corpo de prova com as
camadas de enchimento.
c.2) Parâmetros de soldagem
A Tabela 3.1 indica os parâmetros de soldagem utilizados durante a aplicação
dos cordões de solda, tanto no procedimento de amanteigamento com eletrodo E308-L como na aplicação do revestimento duro (E-83.58). Estes parâmetros foram
escolhidos visando o desempenho do processo, sobretudo para evitar trincas;
porosidade e baixa dureza. Os valores de corrente elétrica (A), estão dentro das
faixas indicadas pelo fabricante para cada eletrodo utilizado e a velocidade de
aplicação está compatível com as dimensões da peça e prática do operador.
Tabela 3.1 – Parâmetros utilizados no processo de deposição por soldagem tipo
SMAW.
Eletrodo
Corrente (A)
Voltagem (V)
Velocidade (mm.min-1)
E- 308-L
100
26 ~29
140
E- 83.58
140
19 ~21
137
Capítulo 3 Materiais e Métodos
35
3.2 Caracterização dos Materiais
a) Dureza
As medidas de dureza, num total de onze, com descarte da maior e menor,
foram realizadas com durômetro EMCOTEST modelo M4C 025 G3M em escala
Vickers, com cargas de 100 kgf para sapata e solda e 30 kgf para o postiço. O
durômetro pertence ao Laboratório Integrado de Materiais (LIM-DAMEC) da
Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Para verificação da dureza
foram utilizados corpos de prova idênticos aos submetidos aos ensaios de desgaste
abrasivo. A Figura 3.7 ilustra as regiões de onde foram realizadas as medições de
dureza.
Figura 3.7 – Representação esquemática das posições onde foram realizadas as
medições de dureza Vickers nos corpos de provas.
b) Metalografia
O material para análise metalográfica foi obtido a partir de amostras retiradas
dos corpos de prova com auxílio da máquina de corte marca STRUERS modelo
LABOTOM e embutidas em baquelite. Posteriormente, as mesmas foram lixadas
manualmente seguindo a seqüência tradicional de lixas grana 220, 320, 400, 600,
800, 1200, 1500, e em seguida, polidas na máquina de polir amostras metálicas
marca STRUERS modelo DAP V, com abrasivo de alumina de granulação 3,0 µm e
36
Capítulo 3 Materiais e Métodos
atacadas com solução de nital a 2,0%. A análise metalográfica foi realizada em um
microscópio
ótico
marca
Carl
Zeiss/Zepa
modelo
NEOPHOT
32.
Estes
equipamentos pertencem ao laboratório de metalografia do LIM DAMEC da UTFPR.
c) Análise química
A análise química dos três materiais (denominadas aqui por real, ou seja, com
as composições químicas reais das amostras) foram realizadas com auxílio do
espectrômetro de emissão ótica BAIRD, cortesia da SPECTROSCAN TECNOLOGIA
DE MATERIAIS LTDA. A composição química (denominada por nominal) do eletrodo
de solda E-83.58 fabricado pela ESAB é fornecida em catálogos do fabricante. As
análises foram realizadas em corpos de provas idênticos aos cdp ensaiados com
abrasômetro. A Tabela 3.2 mostra os resultados finais das análises químicas
enquanto que os resultados completos encontram-se no Anexo 1, onde são
fornecidas informações sobre rastreabilidade e normas técnicas.
A diferença das composições químicas do eletrodo (nominal x real) se justifica
pelo ganho e perda de elementos químicos no momento da diluição, ou seja, no
momento da solidificação da poça de fusão.
Tabela 3.2 – Composição química dos materiais dos corpos de provas.
Comp. Quím.
Materiais
C
Mn
Cr
Ni
Si
Mo
S
Sapata
real
0,36
0,98
0,17
-
0,22
0,13
0,02
Postiço
real
0,67
0,66
0,23
-
0,10
0,15
0,02
nominal
0,60
0,70
6,80
-
0,60
0,50
-
real
0,79
0,79
10,68
0,15
0,78
0,49
0,02
Solda
Capítulo 3 Materiais e Métodos
37
d) Microscopia eletrônica de varredura
A obtenção de imagens por microscopia eletrônica de varredura (MEV) tiveram
dois objetivos:
• Observar a superfície de desgaste de uma sapata original usada, buscando a
identificação dos mecanismos de desgaste atuantes em campo;
•
Analisar os mecanismos de desgaste atuantes durante os ensaios de
desgaste.
As imagens de MEV utilizadas neste trabalho são de elétrons secundários (SE)
obtidas no equipamento JEOL modelo JSM-6360 LV do Centro de Microscopia
Eletrônica do Setor de Ciências Biológicas da Universidade Federal de Paraná
(UFPR).
3.3 Metodologia do Ensaio de Desgaste
Os ensaios de desgaste, três amostras por material, foram realizados em um
abrasômetro tipo roda de borracha (areia seca), ilustrado pela Figura 3.8, seguindo o
método B padronizado pela norma ASTM G 65-00 (AMERICAN SOCIETY FOR
TESTING AND MATERIALS, 2001). Esse método recomenda como rotação do eixo
da roda de 200 rpm, carga normal de 130 N, e tempo de ensaio de 10 minutos. O
abrasivo utilizado foi a areia normal brasileira, granulometria 100 (tamanho médio de
0,15 mm) segundo a norma NBR 7214 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS
TÉCNICAS,1982).
Figura 3.8 – Equipamento de ensaio de desgaste: (a) desenho esquemático, (b)
detalhe do disco de aço com anel de borracha e corpo de prova e (c) vista frontal do
equipamento indicando o dispositivo da carga aplicada e depósito de areia após uso.
38
Capítulo 3 Materiais e Métodos
Os corpos de prova foram limpos em álcool etílico utilizando ultrasom e
secagem com ar quente, na secadora de amostras STRUERS modelo DryBox-2,
antes de serem pesados em balança analítica com precisão de 0,001 g. Outras
condições fixas do ensaio foram:
a) Dimensões das amostras foram 76,2 x 25,4 x 12,7 mm;
b) Disco de 12,7 x 228 mm;
c) Anel de borracha com dureza de 60 shore A (espessura de 12,7 mm);
d) Distância percorrida do ensaio de 1436 m;
e) Taxa de alimentação de areia: 175,1 ± 11,5 g/min.
O desgaste foi avaliado pela diferença de peso dos corpos de prova, antes e
após o ensaio, sendo a perda de massa (Pm) determinada pela diferença entre a
massa inicial e a massa final, conforme mostra a Equação 3.1.
Pm = mi − m f
Eq. 3.1
sendo que:
Pm = perda de massa (g);
mi = massa inicial do corpo de prova (g);
mf = massa final do corpo de prova (g).
Após cada ensaio com o abrasômetro, é normal que a borracha também sofra
uma redução no seu diâmetro. Para considerar esta mudança no sistema tribológico
durante os ensaios, nos cálculos de resistência ao desgaste, a norma G 65 propõe
a equação Eq. 3.2.
Pmc = Pm
φi
φf
Eq. 3.2
39
Capítulo 3 Materiais e Métodos
sendo que:
Pmc = perda de massa corrigida (g);
Pm = perda de massa ( Pmi – Pmf ) (g);
φi = diâmetro inicial da roda de borracha (228,6 mm);
φi = diâmetro da roda de borracha após ensaio (mm).
Para facilitar a comparação entre as perdas de massas de diferentes materiais,
torna-se necessário converter a perda de massa para perda de volume, em
milímetros cúbicos e encontrar a resistência ao desgaste (Q’) em (mg x m-1)-1, o que
pode ser feito pelo uso das Equações 3.3 e 3.4.
Pv =
Pmc
δ
x1000
Eq. 33
sendo que:
Pv = perda de volume (mm3)
Pmc = perda de massa corrigida média (mg);
δ = densidade (mg/cm3)
A massa específica de cada material (sapata; postiço e solda) foram obtidas
em MATWEB (2010) e seus valores foram: 7,84; 7,87 e 7,87 g/cm3 ,
respectivamente. Mais detalhes sobre características destes materiais podem ser
encontradas no Apêndice A.
Para melhor visualização dos resultados, podemos obter (Q’’) que é o inverso
do quociente da perda de volume (Pv) pela distância percorrida no ensaio (1436 m).
40
Capítulo 3 Materiais e Métodos
 Pv 
Q' ' = 

 dist 
−1
Eq. 3.4
sendo que:
Q’’ = Resistência ao desgaste (mm3 . m-1)-1 ;
Pv = Perda de volume (mm3);
dist. = distância percorrida durante os ensaios (m).
A distância percorrida em todos os ensaios foi de 1436 metros.
Convém informar que foram realizadas 3 repetições para cada tipo de corpo de
prova (sapata, postiço e solda) desta forma é necessário o cálculo de valores médios
e desvios padrão tanto da perda de massa corrigida quanto
da resistência ao
desgaste.
3.3.1 Procedimentos executados nos ensaios
Em conformidade com as sugestões da norma ASTM G 65 foram adotados os
seguintes procedimentos:
a) encher o reservatório com areia padrão100;
b) medir o diâmetro inicial da roda e ajustar a rotação do eixo da roda de
borracha;
c) ajustar a carga normal em 130 N;
d) limpar o corpo de prova com álcool etílico 92,8° GL e ultrasom por 5 minutos;
e) secar o corpo de prova com jato de ar quente;
f) pesar o corpo de prova em balança analítica para obter a massa inicial;
g) fixar o corpo de prova no porta amostras;
h) iniciar o ensaio e finalizar após 10 minutos;
Capítulo 3 Materiais e Métodos
41
i) medir o diâmetro final da roda de borracha;
j) proceder a limpeza do corpo ensaiado com álcool, ultrasom e secagem;
k) pesar novamente o corpo de prova para obter a massa final;
l) calcular a perda de massa pela diferença inicial e final e corrigir com o
diâmetro da roda de borracha;
m) Procedimento da limpeza da roda de borracha
m.1) limpeza da roda de borracha com lixa granulometria 220;
m.2) envolver um corpo de prova em lixa granulometria 220 e fixar no porta
amostra;
m.3) aproximar o corpo de prova envolvido com a lixa e iniciar um leve
desbaste por 60 segundos até retirar resíduos de abrasivo incrustado na
borracha;
m.4) retirar resíduos de abrasivo das laterais da roda de borracha.
n) prosseguir o ensaio com outro corpo de prova voltando ao item a).
42
Capítulo 4 Resultados e Discussões
4
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capítulo serão discutidos os resultados obtidos durante as etapas de
caracterização dos materiais usados na fabricação e recuperação de sapatas de
tratores de esteiras e também da medição da resistência ao desgaste em ensaio
Roda de borracha.
4.1
Dureza
Sendo
a
dureza
uma
propriedade
de
extrema
importância
para
a
caracterização das amostras sujeitas a processo de desgaste, optou-se por
mensurar esta propriedade mecânica em dois aspectos diferentes: distribuição de
dureza ao longo da seção transversal de amostras soldadas e dureza da superfície
de desgaste.
A)
Dureza da superfície das amostras
Os resultados das medições de dureza de topo de cada material estão
apresentados na Tabela 4.1. Ressalta-se que os cdps para o ensaio de dureza, da
superfície, seguiram os mesmos procedimentos de fabricação aos quais foram
submetidos os cdps do ensaio de desgaste. Nestas tabelas estão apresentadas 9
das 11 medições realizadas, pois foram descartadas o maior e o menor valor de
dureza.
43
Capítulo 4 Resultados e Discussões
Tabela 4.1 – Valores de dureza Vickers dos corpos de provas.
Medições
Postiço
Sapata
Solda
1
268
431
507
2
266
469
437
3
263
459
448
4
266
404
428
5
269
451
517
6
268
467
547
7
283
427
510
8
266
469
498
9
273
445
497
Média
270 ± 6
447 ± 22
490 ± 40
Observando a Tabela 4.1 nota-se que o maior valor de desvio padrão é
encontrado nas medidas do cdp soldado, o que não é estranho, pois é natural que a
solda apresente uma estrutura heterogênea, fato este que é inerente aos processos
de soldagem de multipasses.
Analisando os valores de dureza dos materiais separadamente, tem-se:
•
Dureza do postiço
O postiço, segundo o fabricante, seria um aço SAE/AISE 1045. Porém, ao ser
analisado quimicamente via espectrômetro, o postiço apresentou composição
química que cumpre requisito de norma para aço 1060 (resultado completo no
Anexo A). Convêm salientar que essas distorções nos resultados do material, são
questões comerciais e que fogem do controle do usuário.
Analisando a dureza do postiço verifica-se que esta é compatível com um aço
SAE/AISI 1060 (MATWEB, 2010) tanto pela composição como pelo aporte térmico
recebido no momento da união com a sapata desgastada (processo de união por
44
Capítulo 4 Resultados e Discussões
soldagem a arco submerso, com resfriamento lento), o que acabou por promover
uma normalização deste material e consequentemente acarretando uma dureza
menor que a sapata, a qual será apresentada a seguir.
•
Dureza da sapata
A sapata, assim como o postiço, também apresentou distorção nos resultados
em relação ao que era esperado. Segundo especialistas (técnicos pós-venda), o
material seria o aço SAE/AISI 5140 e segundo a análise química via espectrômetro,
apresentou compatibilidade com um aço SAE/AISI 1040.
Analisando os valores de dureza Vickers da sapata, mostrados na Tabela 4.2,
na região da crista constatou-se que esta não é uniforme, pois, enquanto a região do
núcleo (Figura 4.3-a) apresenta dureza próxima a 230 HV, a região da superfície da
garra apresenta-se próxima 440 HV. Tal fato pode ser considerado aceitável, pois a
sapata, em suas últimas etapas de fabricação, segundo o fabricante, é laminada e
temperada.
A Tabela 4.2 apresenta os valores das medições de dureza Vickers no perfil da
crista da garra da sapata em detalhe na Figura 4.1.
Tabela 4.2 – Medidas de dureza da crista da garra.
Posição
Dureza (HV)
Posição
Dureza (HV)
1
434
1’
446
2
402
2’
434
3
354
3’
382
Analisando os valores de dureza Vickers da sapata, mostrados na Tabela 4.2,
na região da crista constatou-se que esta não é uniforme, pois, enquanto a região do
núcleo (Figura 4.1-a) apresentou dureza próxima a 368 HV, a região da superfície da
garra apresenta-se próxima a 440 HV. Tal fato pode ser considerado aceitável, pois
Capítulo 4 Resultados e Discussões
45
a sapata, em suas últimas etapas de fabricação, segundo o fabricante, é laminada e
temperada.
Figura 4.1 – Perfil de dureza da garra da sapata: (a) detalhe da crista da garra e
suas medidas de dureza da borda ao núcleo e (b) desenho esquemático da
lateral da esteira.
•
Dureza da solda
Segundo dados do fabricante (ESAB), a dureza do cordão de solda deveria
variar entre 697~832 HV. Porém, neste experimento, a dureza teve um valor médio
de 490 HV com desvio padrão de 40. A caracterização metalográfica apresentada a
seguir mostrará que o cordão de solda apresenta poros e micro-trincas. Estes
defeitos provenientes do processo de soldagem influenciaram nos valores de dureza
e na dispersão dos resultados.
Sabe-se que a dureza da solda depende de vários fatores, como por exemplo:
velocidade de resfriamento; temperatura entre passes, pré e pós-aquecimento, entre
outros. Portanto, é possível obter valores mais elevados de dureza, utilizando este
mesmo eletrodo. De qualquer forma, a escolha deste eletrodo tinha a função de
promover uma maior dureza no cordão de solda, em relação aos outros materiais,
fato este que terminou por ocorrer, como mostra a Tabela 4.1.
Capítulo 4 Resultados e Discussões
46
Analisando os valores das durezas: sapata (447 ± 22) e solda (490 ± 40) temse uma variação de 425~469 para sapata e 450~530 para solda, portanto as
durezas da sapata e da solda não podem ser consideradas muito diferentes.
B)
Dureza ao longo da seção transversal do material soldado
A Figura 4.2(a) mostra as indentações de dureza na seção transversal de uma
amostra com enchimento de solda, da qual foram confeccionados os cdps para
ensaios de desgaste. Nesta figura nota-se a presença de 3 regiões distintas de
material (camada de enchimento, região do amanteigamento e sapata usada),
conforme esquematizado na Figura 4.2(b).
Figura 4.2 – Macrografia da seção transversal do cdp com solda após ensaios de
determinação de perfila de dureza. a) indicação das medidas b) identificação
das camadas.
Na Figura 4.2(a) a numeração 1` e 2`, referem-se a repetições de medição de
dureza à mesma profundidade do corpo de prova.
Na Figura 4.2, como era esperado pela análise do tamanho das impressões de
dureza, observa-se 3 regiões distintas de dureza. Nota-se também que na região
dos cordões de enchimento (solda), a dureza se eleva gradualmente. Isto era
esperado devido a ocorrência de diluição dos materiais do eletrodo de alta dureza e
do eletrodo usado para o amanteigamento. Outro detalhe que vale a pena salientar,
Capítulo 4 Resultados e Discussões
47
é quanto à dureza na região da sapata. Observa-se na Figura 4.3, que essa dureza
representa a propriedade mecânica da aba da sapata ( Figura 3.3, região que foi
utilizada para o enchimento com solda). Portanto com uma dureza bem menor que a
dureza da crista da garra (±446 HV).
Figura 4.3 – Perfil de dureza Vickers da amostra com deposição de cordões de
amanteigamento e de solda.
Tendo em vista que neste trabalho utilizou-se o eletrodo de amanteigamento
para reduzir tensões provenientes do processo de soldagem e evitar trincas na
solda, é de se esperar que a dureza nesta região fosse menor. Nota-se que a dureza
entre a sapata e o amanteigamento não muda de maneira brusca, isso deve-se à
diluição entre as camadas.
4.2
Metalografia
4.2.1 Postiço
A Figura 4.4 ilustra a micrografia, do material do postiço. Nota-se uma
microestrutura de colônias de perlita e poucas áreas de ferrita.
48
Capítulo 4 Resultados e Discussões
(a)
(b)
Figura 4.4 – Micrografia do material do postiço. (a) Região próxima à superfície
(200x), (b) mesma região com maior ampiação (500 x). Reagente Nital 2%.
49
Capítulo 4 Resultados e Discussões
4.2.2 Sapata
Analisando a micrografia da Figura 4.5, observa-se uma microestrutura de
pleno carbono destacado por colônias perlíticas.
(a)
(b)
Figura 4.5 – Micrografia do material da sapata. (a) Região próxima à superfície
(200x), (b) mesma região com maior ampliação (500 x). Reagente Nital 2%.
Capítulo 4 Resultados e Discussões
50
Na Figura 4.5(a) ainda é possível notar uma diferença microestrutural
significativa da superfície em relação ao núcleo (destacando o tamanho de grão),
com uma camada de aproximadamente de 35 µm. Tal fato estaria de acordo com o
processo de fabricação das sapatas com laminação e têmpera.
4.2.3 Solda
A Figura 4.6(a) mostra a seção transversal do cdp soldado, que, assim como,
nas medidas de durezas (Figura 4.2) observa-se a presença de 3 regiões distintas.
Figura 4.6 – Microrafias do cdp soldado: a) macrografia com identificação das três
regiões; b) substrato com interface do amanteigamento e solda e c) região da solda.
A região mais escura é o substrato (sapata usada) e logo acima uma região
intermediária (mais clara) que é a região do amanteigamento (em destaque na
51
Capítulo 4 Resultados e Discussões
Figura 4.6(b) e na parte superior a região da solda propriamente, Figura 4.6(c) A
região da solda mostra uma microestrutura de fusão com estrutura de solidificação
dendrítica.
4.3
Trincas Superficiais
Analisando o revestimento duro utilizado neste trabalho, com teor de elementos
de ligas abaixo de 20%, mais especificamente com 0,79% C; 0,78% Si; 0,79% Mn;
10,68% Cr e 0,49% Mo, nota-se que este apresentou valores de dureza por volta de
490 HV, portanto com dureza superior à da sapata (447 HV). As condições de
soldagem e este acréscimo de dureza não provocaram o surgimento de trincas
significativas quando comparado com resultados de outros pesquisadores, conforme
Figura 4.8.
A imagem da Figura 4.7-a é uma fotografia de um cdp soldado antes do ensaio
de desgaste e a Figura 4.7-b uma micrografia da superfície de desgaste após o
ensaio roda-de-borracha.
Nota-se nesta figura a presença de uma trinca com
comprimento de aproximadamente 60~70 µm, o que pode ser considerado como
mínimo, comparando com outros trabalhos discutidos a seguir.
Figura 4.7 – Fotografia de um cdp com solda (a) e sua micrografia onde nota-se a
microtrinca e riscos na região do ensaio de desgaste (b) (MEV).
Capítulo 4 Resultados e Discussões
52
RIBEIRO (2004) utilizou um eletrodo revestido com composição química 5,3%
C; 1,2% Si; 0,8% Mn e 42,0% Cr, com dureza aproximada de 784 HV, no entanto,
em suas conclusões verificou que poucas amostras não apresentaram trincas na
superfície do revestimento. A Figura 4.8-a mostra um corpo de prova com diversos
defeitos devido a soldagem e uma visível trinca transversal.
Figura 4.8– Fotografias de corpos de prova com presença de trincas. (a) cdp de
RIBEIRO (2004) e (b) cdp de ARNT et al. (2006).
ARNT et al. (2006), utilizou eletrodo tubular com composição química
composta de 4,8% C; 0,93% Si; 0,16% Mn; 18,9% Cr; 6,82% Nb; 0,4% B. A dureza
encontrada foi de 746 HV e, também, constatou a presença de trincas conforme item
(b) da Figura 4.8.
Segundo BUCHANAN et al. (2007) apud LIMA (2008) é recomendável que ao
se escolher uma liga para revestimento duro deve-se levar em conta a sua
soldabilidade, custos e a compatibilidade metalúrgica. As ligas com alto teor de FeCr-C são particularmente atrativas porque os carbonetos resultantes podem formar
uma grande variedade de micro-constituintes, provendo um aumento de resistência
à abrasão.
53
Capítulo 4 Resultados e Discussões
Entretanto, CORREA et al. (2007) apud LIMA (2008), afirmam que as ligas FeCr-C são susceptíveis às trincas de solidificação, as quais aliviam as tensões de
soldagem, mas, no caso de onde o componente está sujeito à vibração ou impacto
podem levar à fragmentação do revestimento. Em função disso, se busca
incessantemente a obtenção de ligas que apresentem um bom desempenho de
resistência ao desgaste e tenacidade.
Considerando que os resultados deste trabalho, tanto a dureza como a
resistência ao desgaste (como será visto logo abaixo) se mostraram superiores aos
mesmos indicadores da sapata e do postiço e quando comparados com os
resultados dos trabalhos de outros pesquisadores, levando em consideração, por
exemplo: trincas, porosidade aparente e outros defeitos visíveis de solda, a
aplicação de cordões com baixo teor de Cromo (10,7%) e pouco elemento de liga
(0,5% Mo) mostrou-se viável. Outro aspecto relevante é que o metal de adição de
baixa liga tem sua aplicação mais simples por apresentar melhor soldabilidade.
4.4 Resultados dos Ensaios de Desgaste
Apesar da presença de trincas no cdp soldado, a sua perda de massa foi a
menor, conforme mostra a Tabela 4.3, ou seja, se for feito no futuro um
aprimoramento das condições de soldagem – pré-aquecimento, pós-aquecimento,
etc...- o processo com enchimento por cordão de solda pode ser considerado bem
adequado.
Tabela 4.3 – Perda de massa (em gramas) média corrigida dos cdps.
Medidas
sapata
postiço
solda
1
0,509
0,412
0,364
2
0,466
0,390
0,366
3
0,490
0,393
0,358
Média
0,49 ± 0,02
0,399 ± 0,012
0,363 ± 0,004
Capítulo 4 Resultados e Discussões
54
Analisando a profundidade de 0,43 mm, em um corte transversal, na região de
desgaste no cdp soldado, após o ensaio de desgaste, nota-se que a profundidade
do desgaste está longe da camada de amanteigamento. Isto é mostrado na Figura
4.10.
Figura 4.9 – Representação gráfica dos resultados de dureza e perda de massa.
Comparando os resultados de dureza e perda de massa, representados na
Figura 4.9, observa-se que a dureza da sapata foi superior à dureza do postiço,
porém a sapata apresentou maior perda de massa. Esta ocorrência se explica
porque a dureza do material, em alguns casos, não apresenta uma relação direta
com a resistência à abrasão. RIBEIRO (2004) relata que seus resultados coincidiam
com os resultados encontrados por KOTECKI e OGBOM (1995), que concluíram que
a dureza não é o melhor indicador da resistência ao desgaste, e sim a
microestrutura. Outro fator importante é que a dureza da sapata diminui à medida
que se aproxima do núcleo. Portanto, ao analisarmos a Figura 4.10 que mostra a
superfície do corpo de prova indicando um desgaste, no ensaio, de 430 µm e
compararmos com a Figura 4.5(a) na qual, a superfície tratada da sapata não é
maior que, aproximadamente, 35 µm. Conclui-se então, que a camada superficial
Capítulo 4 Resultados e Discussões
55
onde se observa uma dureza mais elevada da sapata é rapidamente eliminada por
processos de desgaste, tanto no ensaio tribológico como no trabalho real em campo.
Figura 4.10– Fotomicrografia da seção transversal do corpo de prova indicando a
profundidade do desgaste em mm e as três regiões distintas: substrato,
amanteigamento e solda. (22x).
Este primeiro resultado da recuperação por solda, em relação aos outros
métodos, indica que vale a pena um aprofundamento na possibilidade de adotar este
método para recuperar sapatas em campo. De uma maneira ainda simples, também
é possível comparar estas opções do ponto vista dos custos envolvidos. A Tabela
4.3 apresenta de forma esquemática os custos de cada uma destas soluções e nos
indica uma real vantagem deste método
56
Capítulo 4 Resultados e Discussões
Tabela 4.4 – Custos simplificados envolvidos nos processos.
Material
Custo (R$)
Mão de Obra (R$)
Total (R$)
Sapata nova
Original comprada
do fabricante
250,00
-
250,00
Sapata nova
Comprada no
mercado de
reposição
155,00
-
155,00
Postiço
Com comprimento
de 500 mm
60,00
90,00
Solda
Admitindo 2 kg
depositados por
sapata
10,00
60,00
30,00
50,00
Para melhor entendimento da Tabela 4.4, vale ressaltar que a reposição a
custo zero, tanto para a sapata original como a sapata do mercado paralelo é
referente à uma manutenção pelo proprietário do equipamento, portanto não
incidindo em custos adicionais.
Outro detalhe importante para esta análise de custos (muito simplificada) é que
esse custo é unitário, ou seja, custo por sapata. Na manutenção, utilizando postiço,
considera-se o preço do postiço e o custo da mão-de-obra de soldagem a arco
submerso executado em oficina especializada, enquanto que na solda de
enchimento, essa mão-de-obra é considerada como de um profissional contratado
para fazer a soldagem no local de trabalho da máquina e o equipamento para
soldagem sendo do proprietário do trator. Portanto considerando que um soldador
consegue
depositar
2
kg/hora,
quantidade
necessária
para
uma
sapata
(considerando o peso do postiço aproximadamente 2 kg para um trator de porte
médio e o rendimento da soldagem próximo a 100%), o mesmo conseguirá
recuperar um número próximo de oito sapatas/dia.
A Tabela 4.5 apresenta os resultados gerais dos materiais quanto à perda de
massa e volume, como também, resistência ao desgaste considerando tanto a
massa como o volume perdido.
57
Capítulo 4 Resultados e Discussões
Tabela 4.5 – Resultado geral dos ensaios Roda de Borracha.
Param.
Materiais
Perda de massa corrigida –
pmc (g)
Perda de volume – PV (mm3)
Resistência ao desgaste – Q’
(mg.m-1)-1
Resistência ao desgaste – Q”
(mm3.m-1)-1
Sapata
Postiço
Solda
0,49 ± 0,02
0,399 ± 0,012
0,363 ± 0,004
59 ± 2
48 ± 1
43,7 ± 0,5
3,1 ± 0,1
3,8 ± 0,1
4,18 ± 0,05
24,4 ± 1,1
29,9 ± 0,9
32,9 ± 0,4
A apresentação dos resultados em forma de resistência ao desgaste, ao invés
de somente perda de massa, nos possibilita comparar com resultados de outros
pesquisadores. BUCHELY et al. (2005) em um estudo semelhante a este, também
com deposição de cordão soldado em multipasses, obtiveram resultados bem
superiores ao deste trabalho, com valores de resistência ao desgaste entre 115 e
230 (mm3.m-1)-1. No entando, deve-se considerar que tanto o processo de soldagem
utilizado (arco submerso – SMAW), quanto as ligas de materiais depositadas (todas
ricas em Cromo, Tungstênio, Molibdênio, além de Nióbio e Vanádio) apresentam
custo muito mais elevados que as soluções apresentadas neste trabalho para uma
recuperação por solda.
4.5
Mecanismos de Desgaste
Do ponto de vista dos mecanismos de desgaste presentes nas superfícies
analisadas, diversas abordagens puderam ser realizadas.
4.5.1 Superfície de uma sapata desgastada
Analisando a superfície de uma garra de sapata que sofreu desgaste no
campo, nota-se a presença de muita deformação plástica (com muito sulcamento) e
Capítulo 4 Resultados e Discussões
58
também riscos de abrasão (características de mecanismos de corte), conforme está
ilustrado na Figura 4.11.
Figura 4.11– Imagem por MEV da superfície da garra desgastada no campo
apresentando (a) riscos e (b) deformação plástica.
A presença destes dois mecanismos na superfície de desgaste de uma sapata
usada foram importantes para a confirmação do uso do ensaio tipo roda de
borracha, como um ensaio capaz para fazer as comparações que estão sendo
apresentadas neste trabalho.
4.5.2 Dureza do abrasivo x dureza da superfície
Segundo MARINO et al. (1997) apud LIMA (2008), a dureza do abrasivo influi
no grau de penetração na superfície do material, portanto, vai influenciar também na
taxa de desgaste. Se a dureza do abrasivo for muito superior à dureza da superfície,
o desgaste é classificado como estando acontecendo em regime severo. Caso
contrário, para taxas de desgaste pequenas o regime é chamado de moderado.
A Tabela 4.6 apresenta os valores da relação de dureza do abrasivo (Ha =
dureza da sílica ∼ 1100 HV) e da superfície de desgaste de cada material estudado.
Esta relação é denominada aqui por Ha/Hs.
59
Capítulo 4 Resultados e Discussões
Tabela 4.6 – Relação de Ha/Hs dos materiais estudados.
Medições
Postiço
Sapata
Solda
Dureza (média)
270
447
490
Ha/Hs
4,07
2,46
2,24
O limite da relação Ha/Hs para que ocorra a transição de desgaste moderado
para severo não é unânime entre os pesquisadores (NATHAN e JONES, 1967 e
RICHARDSON, 1968) podendo variar de 0,8 a 1,5. No entanto, para os materiais em
estudo, pode-se dizer, então, que o regime de desgaste para as três amostras foi um
regime severo.
4.5.3 Mecanismos de Desgaste x Propriedades Mecânicas
Analisando as imagens das superfícies de desgaste dos materiais ensaiados,
apresentadas na Tabela 4.7, pode-se dizer que os mecanismos de desgastes
presentes são o corte (ou micro-corte) e o sulcamento (deformação plástica),
mostrando assim que os ensaios de desgaste em laboratório utilizados são
adequados, pois simulam os mecanismos apresentados em uma sapata usada
(Figura 4.11).
Com a observação dos resultados apresentados na Tabela 4.7 é possível
salientar os seguintes pontos:
• na sapata e no postiço, observa-se pouca presença de mecanismo de
riscamento (corte ou micro-corte) com predominância de sulcamento
(deformações plásticas intensa). Aparentemente não há diferença significativa
nos mecanismos de desgaste destes dois materiais;
• a resistência ao desgaste do postiço é superior à da sapata, porém, do ponto
de vista da resistência mecânica, a dureza da sapata é superior à do postiço;
• na amostra de solda, que é aquela que apresenta a maior dureza e resistência
ao desgaste, observamos somente a presença do mecanismo de riscamento;
Capítulo 4 Resultados e Discussões
60
Tabela 4.7 – Resumo dos resultados de desgaste em relação aos micromecanismos apresentados.
- Dureza:
490 HV
- Relação de dureza:
solda
Ha/Hs = 2,24
- Resistência ao desgaste:
Q’= 4,18 [mg/m]-1
- Mecanismo de desgaste
preponderante:
micro-corte
- Dureza:
270 HV
- Relação de dureza:
postiço
Ha/Hs = 4,07
- Resistência ao desgaste:
Q’= 3,8 [mg/m]-1
- Mecanismo de desgaste
preponderante:
Sulcamento
- Dureza:
447 HV
- Relação de dureza:
sapata
Ha/Hs = 2,46
- Resistência ao desgaste:
Q’= 3,1 [mg/m]-1
- Mecanismo de desgaste
preponderante:
Sulcamento
Ao analisar os resultados da Tabela 4.7, verifica-se que o mecanismo de
desgaste principal na amostra de solda (490 HV) é o micro-corte em contrapartida às
outras amostras (270 – 450 HV), onde mecanismos de sulcamento (com ou sem a
formação de proa), é possível relacionar com os resultados dos experimentos de
HOKKIRIGAWA et al. (1988). Estes pesquisadores mostraram que é possível passar
Capítulo 4 Resultados e Discussões
61
de mecanismos de sulcamento e formação de proa para o mecanismo de microcorte com o aumento da dureza do material da superfície para um mesmo ângulo de
ataque. A Figura 4.12 permite observar que para ângulos de ataque superiores a
30º é possível que material com uma dureza elevada, passe a apresentar
mecanismo de micro-corte.
Figura 4.12 – Diagrama de mecanismos de desgaste para diferentes ângulos de
ataque em função da dureza da superfície do material submetido à abrasão:
transição de mecanismos de sulcamento, formação de proa e corte (adaptado de
HOKKIRIGAWA et al. (1988).
Vale ressaltar que não foi possível identificar alguma diferença significativa
entre os ângulos de ataque dos ensaios realizados com os três materiais ensaiados.
HOKKIRIGAWA et al. (1988) também salientam que a fração de partículas capazes
de promover corte e não sulcamento em uma superfície exposta à abrasão, aumenta
com a dureza da superfície, explicando assim, parte dos resultados encontrados
neste trabalho.
Capitulo 5 - Conclusões
5
62
CONCLUSÕES
Os resultados obtidos neste trabalho permitiram que fosse possível concluir
que:
• A solda com elementos de liga abaixo de 20% apresentou dureza compatível
com o material a ser recuperado;
• Mesmo com a presença de poros e trincas a resistência ao desgaste da solda
mostrou-se 34,8% superior à dureza da sapata original.
• O riscamento (corte e micro-corte) foi o mecanismo de desgaste predominante
na solda; que nos ensaios, se apresentou como o material mais duro e mais
resistente ao desgaste enquanto que o mecanismo de desgaste por
sulcamento foi observado no postiço e sapata;
• O fato da resistência ao desgaste da solda deste trabalho apresentar
resultados menores que outros trabalhos que utilizaram materiais de maior
dureza, não inviabiliza esta proposta;
• A superfície da solda apresentou boa aparência quando comparada com
superfícies de materiais mais duros;
• Os custos com a recuperação por soldagem se mostraram mais vantajosos
que com os outros métodos;
• A metodologia de ensaio utilizada foi considerada adequada para atingir os
objetivos propostos.
Capitulo 6 - Trabalhos Futuros
6
63
SUGESTÃO DE TRABALHOS FUTUROS
• Realizar um estudo para adequação das condições de soldagem dos cordões
multipasses como: velocidade, amperagem, temperatura entre passes, com o
objetivo de reduzir o número de trincas e poros;
• Variar tamanho e tipo de abrasivo para verificar a influência dos abrasivos na
solução obtida neste trabalho;
• Propor a recuperação da sapata utilizando o processo de soldagem ao arco
submerso;
• Realizar experimentos com eletrodos mais ricos em número de elementos de
liga visando geração de carbonetos, tendo o cuidado de não exceder em
muito os 20% em elementos de liga.
64
Referências
REFERÊNCIAS
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68
Apêndice A – Resultados dos ensaios de desgaste
APÊNDICE A- Resultados dos ensaios de desgaste
Perda de Massa
Tempo de ensaio = 10 minutos
Rotações = 200 rpm
Carga Normal = 130 N
Total de revoluções = 2000
Distância percorrida = (1436 m) considerando o diâmetro da roda de 228, 6 mm
Calcular, conforme a norma, o Volume desgastado (desgaste volumétrico) (P = r V)
SAPATA NOVA
Peso
Ensaio
Inicial
Final
P.Massa
φ roda
inicial
final
Fator de
correção
[mm]
P.Massa
Corrigida
[g]
[g]
[g]
1
147,683 147,201
0,482
228,6
216,5
1,0559
0,509
2
148,148 147,707
0,441
228,6
216,4
1,0564
0,466
3
148,292 147,828
0,464
228,6
216,3
1,0569
0,490
Média
0,462
0,488
D. Padrão
0,021
0,022
SAPATA COM POSTIÇO
Peso
Ensaio
Inicial
Final
P.Massa
φroda
inicial
final
Fator de
correção
[mm]
P.Massa
Corrigida
[g]
[g]
[g]
1
191,852 191,461
0,391
228,6
217,0
1,0535
0,412
2
190,627 190,257
0,370
228,6
217,0
1,0535
0,390
3
188,090 187,717
0,373
228,6
216,9
1,0539
0,393
Média
0,378
0,398
D. Padrão
0,011
0,012
69
Apêndice A – Resultados dos ensaios de desgaste
SAPATA RECUPERADA COM SOLDA
Peso
Ensaio
Inicial
Final
P.Massa
φ roda
inicial
final
Fator de
correção
[mm]
P.Massa
Corrigida
[g]
[g]
[g]
1
189,771 189,426
0,345
228,6
216,7
1,0549
0,364
2
189,617 189,270
0,347
228,6
216,7
1,0549
0,366
3
189,403 189,064
0,339
228,6
216,6
1,0554
0,358
Média
0,344
0,363
D. Padrão
0,004
0,004
Resultados do Desgaste
Material
Sapata
média
desvio
Postiço
média
desvio
Solda
média
desvio
P.vol.
mm3
Fator de
correção
Massa
corrigida
Coef.
desg.
-1
(mg/m)
Q"
3
-1
(mm /m)
7,84
7,84
7,84
7,84
0
P.
massa
(g)
0,482
0,441
0,464
0,4623
0,0206
61,48
56,25
59,18
58,9711
2,6213
1,0559
1,0564
1,0569
1,0564
0,0005
0,509
0,466
0,490
0,488
0,022
2,9793
3,2562
3,0948
3,110
0,139
23,36
25,53
24,26
24,383
1,091
7,87
7,87
7,87
7,87
0
0,391
0,370
0,373
0,3780
0,0114
49,68
47,01
47,40
48,0305
1,4432
1,0535
1,0535
1,0539
1,0536
0,0003
0,412
0,390
0,393
0,398
0,012
3,6726
3,8811
3,8499
3,801
0,112
28,90
30,54
30,30
29,915
0,885
7,87
7,87
7,87
7,87
0
0,345
0,347
0,339
0,3437
0,0042
43,84
44,09
43,07
43,6679
0,5290
1,0549
1,0549
1,0554
1,0551
0,0003
0,364
0,366
0,358
0,363
0,004
4,1623
4,1383
4,2360
4,179
0,051
32,76
32,57
33,34
32,888
0,401
Densid.
(g/cm3)
Ha/Hs
2,46
4,09
2,26
70
Apêndice A – Resultados dos ensaios de desgaste
TABELA DA DUREZA HV
Amostras
SAPATA POSTIÇO
(100 kgf)* (30 kgf)*
SOLDA
(100 kgf)*
1
431
268
507
2
469
266
437
3
459
263
448
4
404
266
428
5
451
269
517
6
467
268
547
7
427
283
510
8
469
266
498
9
445
273
497
Media
446,9
269,1
487,7
D.P.
22,5
5,9
40,5
AREIA
1100
* Carga Inicial
Perda de Volume
Sapata
Densid.
(g/cm3)
7,84
P. massa
(mg)
488,00
Postiço
7,87
398,00
50,57
0,012
Solda
7,87
363,00
46,12
0,004
Material
P. Volume
d.p.
(mg/m)-1
62,24
0,022
Anexo A – Relatório Técnico
ANEXO A – RELATÓRIO TÉCNICO
71
Anexo A – Relatório Técnico
72
Anexo A – Relatório Técnico
73