RESISTÊ CIA DOS MATERIAIS AO PROCESSO DE EROSÃO POR CAVITAÇÃO

A determinação do material empregado na fabricação dos rotores é da maior importância no processo de seleção das unidades que compõem uma instalação de bombeamento. Além das compatibilidades com os fluidos recalcados e temperatura de trabalho, o material deverá resistir à erosão por cavitação de maneira satisfatória, uma vez que, a rigor, todo material conhecido pode ser afetado pela cavitação. Baseado em ensaios de laboratórios de corpos de provas de diversos materiais comuns na fabricação de rotores, Macintyre[4] elaborou uma lista de alguns materiais, em ordem crescente de resistência de sua capacidade de resistir à cavitação: ferro fundido, alumínio, bronze, aço fundido, aço doce laminado, bronze fosforoso, bronze manganês, aço Siemens+Martin, aço níquel, aço+cromo (12Cr), ligas leves de aço inoxidável especiais (18Cr+Ni).

De acordo com o mesmo autor, o fabricante suíço de turbinas Escher Wyss ensaiou dentro de um túnel de cavitação à pressão no difusor de 50kgf/cm2 e velocidade da água de 100m/s, pequenas amostras de ligas utilizadas como materiais construtivos de turbinas. As ligas variam sua composição, com acréscimo de níquel, cromo e molibdênio. A perda de material, ao final dos testes, está mostrada na tabela 3.2.

Tabela 3.2 + Perda de massa de corpos de prova de diferentes materiais ensaiados utilizando+

se dipositivo ultrassônico de cavitação. Fonte: Escher Wyss apud Macintyre[4]

Refe+ rência Material C Si Mn Ni Cr Mo Dureza Brinell kgf/mm2 Perda de material (gramas) A Aço padrão(Stg 45,97) 0,25 0,35 0,40 140 0,5155 B Stg L 1 0,28 0,45 1,50 185 0,2456 C Stg Lh 1 0,15 0,35 0,30 0,75 13,5 220 0,1751 D Stg Lh 4 Mo 0,09 0,45 0,65 9 17 2,5 180 0,0953

Observa+se que a maior dureza da liga denominada Stg+Lh1(referência “C”) não corresponde à menor perda de material, como se deveria esperar para uma análise da resistência à erosão por cavitação somente atribuída à dureza do material. Portanto, a resistência à erosão por cavitação não está associada somente à dureza do material. Procopiak et al[19], em ensaios de resistência à erosão por cavitação em um aço inoxidável austenítico de liga complexa denominada Hydroloy 914 e outra liga de cobalto denominada Stellite, nuas e submetidas a dois processos de modificação superficial (refusão e esmerilhamento), comprovaram tal afirmação. O Stellite 21, mais duro que o Hydroloy, apresentou menor resistência à erosão por cavitação. Também, após as modificações superficiais de esmerilhamento e refusão, a maior resistência à erosão por cavitação foi notada no Hydroloy, menos duro, submetido à modificação superficial por refusão.

O trabalho de Procopiak et al[19]comprovou que a resistência à erosão por cavitação é também influenciada pela técnica de acabamento das superfícies e, no caso de seus estudos, superfícies refundidas comportam+se melhor quanto à resistência à cavitação quando comparada a uma superfície esmerilhada idêntica. Procopiak et al[19] também concluíram que a erosão por cavitação induz uma transformação de fase que depende da microestrutura da superfície e da técnica de acabamento usada. Eles se basearam no fato conhecido e relatado por Richiman[20] de que a energia de falha de empilhamento é um dos fatores principais quanto à influência à resistência à erosão por cavitação. Valores mais baixos de energia de falha de empilhamento resultam em uma distribuição mais homogênea de discordâncias, com menor mobilidade de deslocamento, ou seja, uma tendência mais baixa à formação de células de discordância.

Além disso, resulta em maior resistência à deformação, a uma taxa mais baixa de fluência e, no caso de seus estudos, a uma melhor suscetibilidade à formação de martensita induzida pela deformação. A mudança da sequência de empilhamento do cristal cúbico de face centrada (CFC) é igual à formação de uma camada fina de um cristal hexagonal compacto fechado (HC). Por exemplo, Richiman[20] cita, quando uma falha de empilhamento ocorre em um cristal CFC, significa que uma sequência de empilhamento muda de ABCABCABC para ABCABABC, sendo que nessa última inclui+se uma fina camada de um cristal HC. Este tipo de falha de empilhamento pode ocorrer pela dissociação de uma discordância perfeita em uma discordância prolongada que consiste em duas discordâncias parciais e em uma falha de empilhamento inclusa. Quanto mais baixa a energia de falha de empilhamento, maior a distância entre duas discordâncias parciais e maior a área de falha de empilhamento. Essa discordância prolongada é muito difícil de mover, conduzindo ao endurecimento e aumento da resistência à erosão[19].

Em estudos utilizando um equipamento de ensaio de discos rotativos, Miranda[5] utilizou corpos de prova de diferentes materiais, submetendo+os a ensaio de erosão por cavitação. A perda de massa resultante de seu trabalho experimental está mostrada na tabela 3.3.

Tabela 3.3+ Perda massa dos corpos de prova em ensaios em discos rotativos com furos

indutores.

Fonte: MIRANDA, 2007[5]. Tempo

(h) Perda de massa dos corpos de prova+CDP (mg) CDP 1 Alumínio CDP 2 Ferro fundido cementado CDP 3 Bronze CDP 4 Ferro fundido CDP 5 Alumínio CDP 6 Ferro fundido cementado CDP 7 Bronze CDP 8 Ferro fundido 5 0,7 2,6 3,9 +0,2 0,4 2,3 3,8 +0,6 10 1,0 2,7 9,3 0,0 0,4 3,0 8,7 +1,4 15 1,7 2,7 13,8 +1,6 1,9 2,9 12,9 +0,7 20 1,9 2,7 18,1 +2,3 2,3 2,7 17,4 +1,8 25 2,1 3,1 23,6 +3,4 2,4 2,9 22,7 +2,5

Pela observação das curvas obtidas em seus ensaios, com os corpos de prova de bronze, conforme a figura 3.13, é possível notar que os mesmos apresentaram uma perda de massa aproximadamente constante durante o ensaio, representado pela linearidade do gráfico e pelas similaridades dos resultados obtidos para os dois corpos de prova, CDP3 e CDP 7.

Figura 3.13 + Curva expe

ensaio de erosão por cav Fonte: MIRANDA, 2007

O pesquisador também analisou as de varredura (MEV), para carac cavitação. Os corpos de prova em por erosão, em comparação aos d prova em bronze, notou+se a g extremidade de uma determinada á figura 3.14 mostra uma microfotog de varredura, após 25 horas de e cavitação, bem como o aspecto esp

Figura 3.14 + Microfoto

500x e 25 horas de ensai Fonte: MIRANDA, 2007

a experimental do desgaste do bronze obtida na máqui or cavitação utilizando disco rotativo com furos indut 2007[5].

sou as superfícies dos corpos de prova em microscópi caracterização das superfícies que apresentaram

a em bronze foram os que apresentaram maior perda aos demais corpos de prova. Ao analisar no MEV o e a grande incidência de crateras (“pittings”) de inada área do corpo de prova, na parte da esteira de

fotografia do corpo de prova, obtida por microscópi de ensaio, evidenciando as crateras formadas pela cto esponjoso e rendilhado da superfície.

otografia do corpo de prova de bronze com aume e ensaio em dispositivo de discos rotativos.

, 2007[5].

máquina de indutores.

oscópio eletrônico taram erosão por perda de material EV os corpos de ) de erosão na ra de cavitação. A oscópio eletrônico s pela erosão por

A cavitação é um fenômeno que p dos materiais aos processos de ero dureza, sua microestrutura, tratame A figura 3.15, mostra como a evol na resistência do material ao de comportamento de corpos de prov comercial em testes em disposit microfotografias apresentadas na ampliação antes e depois de um en partir das bordas das trincas exist trincas se manteve. As falhas enc material quanto à erosão por ca positivos na proteção contra a corro

Figura 3.15 – Superfície analisa

WC/Co–FeNiCr comercial: (a) a ultrassônico conforme ASTM G 32 Fonte: ESPITIA e TORO [24]

O efeito combinado de divers agressividade, temperatura e a ab Além disso, as trincas pré existent solução sólida da liga ou mesmo sujeito interferem no desgaste comportamento de materiais metá

que pode existir sob diversas situações e variáveis. A de erosão por cavitação depende de diversos fatores ( ratamentos térmicos e processos de conformação)[12,19 evolução e propagação das trincas em revestimento ao desgaste por cavitação[24]. Espitia et al[24] inve e prova de uma liga ASTM A743 revestida com WC/ ispositivo vibratório ultrassônico, conforme ASTM as na figura 3.15, retiradas de um mesmo ponto, um ensaio de 6 horas, sugerem maior arrancamento d

s existentes no revestimento. Observa+se que a form as encontradas nos revestimentos diminuíram o dese or cavitação, embora os revestimentos alcançaram a corrosão[24].

nalisada em MEV de uma liga ASTM A743 rev (a) antes e (b) depois de 6 horas de testes em G 32.

diversos fatores, durante a operação sob cavita a abrasividade do fluido podem interferir no desga istentes oriundas da conformação do material ou na esmo a ação tribológica do meio ao qual o corpo de gaste erosivo. Portanto, pode+se afirmar que o s metálicos submetidos à erosão por cavitação em c

. A resistência tores (além de sua

[12,19,24] . mentos interferem investigaram o WC/Co–FeNiCr STM G 32. As ponto, na mesma ento de material a a forma geral das o desempenho do çaram resultados revestida com s em dispositivo cavitação, como desgaste erosivo. na formação da rpo de prova está o estudo do em condições de

uso (equipamentos montados) é tema de grande relevância para o desenvolvimento de máquinas e equipamentos mais resistentes e duráveis. Ensaios de desgaste por cavitação em protótipos de máquinas comerciais podem gerar resultados mais confiáveis e fisicamente mais fidedignos, pois são realizados em condições reais de operação.