Generalidades 5.7.1
Conforme Chiaverini (1988), quaisquer que sejam as explicações das causas que produzem o desgaste abrasivo, é certo que o mesmo são reduzidos pelo melhor acabamento das superfícies em contato e pelo aumento da dureza e da resistência mecânica do metal.
Em outras palavras a resistência ao desgaste dos metais depende dos seguintes fatores: (CHIAVERINI, 1988).
Acabamento da superfície metálica, a qual deve se apresentar tão dura e plana quanto possível, de modo a eliminar depressões projeções que ao coincidirem umas com as outras, produzem o arrancamento de partículas além de propiciar, pela energia produzida, uma elevação de temperatura; Dureza, a qual deve ser elevada, para que o metal resista à penetração
inicial;
Resistência mecânica e tenacidade que, quanto mais altas, mais dificultam o arrancamento das partículas metálicas, quais quer que sejam as causas passiveis de produzir tal efeito;
O mais importante dos fatores citados, com certeza é a dureza, pois dela depende o inicio do desgaste abrasivo. Outro fator também ponderável e que deve ser levado em consideração é a estrutura metalográfica do material. (CHIAVERINI, 1988).
Os requisitos de alta dureza, elevados valores de resistência e tenacidade e estrutura adequada são conseguidos nos aços mediante os seguintes artifícios: (CHIAVERINI, 1988).
Composição química conveniente, pela introdução em altos teores de determinados elementos de liga;
Tratamentos térmicos ou termo químicos de aços de composição apropriadas;
Sendo assim, a resistência ao desgaste dos metais pode ser obtida mediante os seguintes meios: (CHIAVERINI, 1988).
Mecânicos, pelo trabalho a frio ou encruamento proporcionados por laminação, estiramento ou deformação a frio, ou pela aplicação de processos de “jato abrasivo” nas superfícies das peças;
Térmicos, pela têmpera total ou tempera superficial (por chama ou indução);
Termoquímicos, pelos tratamentos de cementação, nitretação, etc;
Revestimentos superficiais, pela adição de “cromo duro”, siliconização, eletrodeposição, metalização, etc;
A resistência ao desgaste geralmente aumenta conforme a microestrutura é mudada de ferrita para perlita, desta para bainita e finalmente bainita para martensita; isto, desde que seja acompanhada de aumento de dureza. (DETTOGNI, 2010).
Efeito dos elementos de liga nos aços 5.7.2
5.7.2.1 Alumínio (Al)
É um elemento desoxidante eficiente, contribuindo para a formação de óxidos e nitretos que ofereceram resistência ao crescimento do tamanho de grão. Sua adição se faz necessária principalmente nos aços para nitretação. (CHIAVERINI, 1986).
5.7.2.2 Boro (B)
Quando utilizado nas porcentagens de 0,003 a 0,005% nos aços, melhoram a termperiabilidade, a penetração da têmpera, a endurecibilidade e a resistência a fadiga. Em conjunto com molibdênio, o boro forma um grupo de aços bainíticos de alta resistência à tração (CHIAVERINI, 1986).
5.7.2.3 Cobalto (Co)
O Cobalto quando adicionado aos aços, aumenta a resistência de corte a quente do material, no entanto opõe-se a formação de granulação grossa, tornando o aço insensível ao super aquecimento. (CHIAVERINI, 1986).
Apresenta alta solubilidade em ferro alfa e gama, porem uma fraca tendência a formar carbeto. Reduz a temperabilidade do aço mas mantém a dureza durante o revenimento. (CHIAVERINI, 1986).
Contudo deve sempre estar presente em liga com os elementos Cromo, Molibdênio, Tunsgstênio e Vanadio. (CHIAVERINI, 1986).
5.7.2.4 Cromo (Cr)
O Cromo quando adicionado aos aços, possibilita a formação de carbonetos, aumenta a resistência a corrosão e à oxidação, bem como a endurecibilidade dos aços. Geralmente é adicionado junto com o Níquel e Cobre. (CHIAVERINI, 1986).
Combinado com altos teores de carbono, torna-se resistente ao desgaste (devido a formação de carbetos de cromo), melhora a resistência a temperatura, reduz a
velocidade critica de resfriamento tornando a granulação dos aços mais refinadas. (CHIAVERINI, 1986).
5.7.2.5 Enxofre (S)
O Enxofre quando presente aos aços, é um elemento prejudicial, tornando- o frágil e quebradiço ao rubro. Seu uso só é recomentado em aços de “corte fácil” e “usinagem fácil” a altas velocidades. (CHIAVERINI, 1986).
5.7.2.6 Tungstênio (W)
O Tungstênio quando adicionado como elemento de liga, produz partículas duras e resistentes ao desgaste, conferindo ao aço características de dureza ao rubro. Sua adição refina a granulação tornando o aço mais tenaz. (CHIAVERINI, 1986).
Atribui aos aços maior capacidade de corte, através do aumento da dureza e resistência a temperaturas elevadas, sendo bastante empregado nos aços rápidos. (CHIAVERINI, 1986).
Para um percentual em torno de 1,5% a resistência ao desgaste aumenta moderadamente. Em percentagem de 4%, em combinação com alto carbono, aumenta fortemente a resistência ao desgaste. (CHIAVERINI, 1986).
5.7.2.7 Vanádio (V)
O Vanádio, quando adicionado como elemento de liga, aumenta a temperatura de crescimento de grão da austenita promovendo refino de grãos. (CHIAVERINI, 1986).
A adição de Vanádio nos aços melhora a característica de forjamento e usinagem, aumenta a endurecibilidade, a resistência ao calor, o limite de escoamento e de resistência ao revenido. (CHIAVERINI, 1986).
Em porcentagem acima de 1%, confere alta resistência ao desgaste especialmente para aços rápidos. Pequenas quantidades de vanádio em
combinação com cromo e tungstênio aumentam a dureza ao rubro. (CHIAVERINI, 1986).
Ligas de aço Manganês Austeníticos ou “Hadfield” 5.7.3
Conforme Chiaverini (1988), o melhor meio de elevar a dureza superficial do aço e, consequentemente, a sua resistência ao desgaste, é pelo encruamento de determinados tipos de aços austeníticos onde a austenita é pouco estável, sendo que pelo encruamento, podem ser tonadas/transformadas em martensíticos.
Esses aços são caracterizados por elevados terrores de carbono e de manganês, alta resistência mecânica, alta ductilidade, além de excelente resistência ao desgaste. (CHIAVERINI, 1988).
Os tipos comerciais apresentam o carbono entre 1,0% a 1,4% e o manganês entre 10% e 14%.
Outros elementos presentes nos aços manganês austênticos são: (CHIAVERINI, 1988).
Silício, com objetivo principal de prover a desoxidação raramente ultrapassando 1%. Entretanto, as vezes pode ser utilizado em teores até 2%, para produzir um certo aumento do limite de escoamento e certa resistência à deformações plásticas sob choques repetidos;
Fósforo, com teores entre 0,06% e 0,10% (máximo), garantindo boa soldabilidade ao aço;
Outros elementos de liga como Níquel, Molibdênio, Cromo, Cobre e Vanádio, podem ser adicionados ao aço para melhorar o limite de escoamento e usinabilidade;
Chiaverini (1988), especifica que quando tratados termicamente pelos processos de austenitização a temperaturas relativamente altas assegurando a completa solução dos carbonetos, seguido de resfriamento muito rápido em agua, o aço torna- se mais resistente e mais dúctil, apresentando um alongamento que pode variar de 30% a 60%, uma dureza Brinell de 180 a 220, limite de escomanto de 290 a 410
Mpa, e limite de resistência a tração de 560 a 980 Mpa, conforme detalhes da Tabela 6 abaixo.
Tabela 6- Propriedades dos aços- manganês austeníticos
Fonte: Adaptado de Chiaverine (1988, p. 357).
Estes aços quando solicitados ao serviço severo, possibilitam grande encruamento (geralmente devido golpes repetitivos), causando o aumento da dureza de cerca de 200 Brinell para 600 Brinell. Provavelmente nenhum aço supera o aço Hadfield na capacidade de endurecer pelo encruamento. (CHIAVERINI, 1988).
Os aços manganês austeniticos, devido as suas propriedades são utilizados nas industrias de construção, mineração, exploração de pedreiras, perfuração de poços de petróleo, fabricação de cimento e produtos cerâmicos, estradas de ferro, dragagem, etc. (CHIAVERINI, 1988).