Como você seleciona a peça fundida resistente ao desgaste de liga de cromo certa para sua aplicação?

Como o conteúdo de cromo determina a qual mecanismo de desgaste uma peça fundida resiste melhor

Fundições resistentes ao desgaste em liga de cromo são normalmente classificados pelo teor de cromo em graus de baixo teor de cromo (10-15%), médio cromo (15-20%) e alto teor de cromo (20-30%), e essa classificação não é arbitrária; ele determina diretamente a qual tipo de desgaste a peça fundida resistirá de forma mais eficaz. As peças fundidas de ferro branco com alto teor de cromo formam uma rede densa de carbonetos de cromo dentro da matriz metálica, e esses carbonetos são significativamente mais duros do que as partículas abrasivas normalmente encontradas no processamento mineral, como areia de sílica ou minério triturado. Isso torna as peças fundidas com alto teor de cromo particularmente adequadas ao desgaste abrasivo causado pelo contato deslizante com partículas duras, como em revestimentos de bombas de polpa ou barras elevadoras de moinhos de bolas.

Os graus mais baixos de cromo, por outro lado, tendem a ter melhor desempenho sob condições de desgaste dominadas por impacto, uma vez que o volume reduzido de metal duro deixa uma matriz mais tenaz e dúctil que pode absorver a energia do impacto sem rachar. Uma peça fundida selecionada exclusivamente com base na classificação de dureza, sem considerar se o modo de desgaste real em serviço é abrasivo ou dominado por impacto, muitas vezes apresenta desempenho inferior, uma vez que uma peça fundida com alto teor de cromo otimizada para resistência à abrasão pode ser mais propensa a trincas sob carga de impacto repetida do que uma peça fundida com menor teor de cromo e uma matriz mais tenaz.

Combinando o grau de cromo com o tamanho da partícula e a energia de impacto

Aplicações que envolvem impactos grandes e de alta energia, como martelos trituradores que processam rocha grossa, geralmente se beneficiam de menor teor de cromo com maior tenacidade, enquanto aplicações que envolvem lama abrasiva fina com impacto mínimo, como carcaças de bombas que lidam com rejeitos, se beneficiam de maior teor de cromo otimizado puramente para resistência à abrasão. A revisão da distribuição real do tamanho das partículas e da energia de impacto da aplicação específica, em vez de usar como padrão o grau de cromo mais alto disponível, ajuda a combinar a composição da peça fundida com o mecanismo de desgaste dominante que ela realmente enfrentará.

Práticas de tratamento térmico que determinam a dureza e a tenacidade finais

As peças fundidas de liga de cromo fundidas não atingem todo o seu potencial de resistência ao desgaste sem o tratamento térmico adequado, uma vez que a microestrutura fundida normalmente contém austenita retida que reduz a dureza abaixo do que a composição da liga é capaz de atingir. O processo de tratamento térmico de desestabilização mantém a peça fundida a uma temperatura elevada, normalmente na faixa de 950-1050°C dependendo da liga específica, o que precipita carbonetos secundários da matriz e converte grande parte da austenita retida em martensita após resfriamento controlado. Essa transformação é o que dá às peças fundidas com alto teor de cromo sua alta dureza característica, muitas vezes na faixa de 58-64 HRC após tratamento adequado, em comparação com a dureza do produto fundido, que pode cair consideravelmente mais baixo.

O controle da taxa de resfriamento durante esse processo é tão importante quanto a própria temperatura de pico. O resfriamento muito lento permite que a austenita se transforme novamente em perlita mais macia em vez de martensita, enquanto o resfriamento muito rápido pode introduzir trincas por tensão térmica, especialmente em peças fundidas com espessura de parede variável, onde seções finas esfriam muito mais rápido do que seções espessas. Fornecedores com processos de tratamento térmico maduros normalmente usam perfis de resfriamento específicos da seção ou têmpera a ar ajustada à geometria da peça fundida, em vez de uma única taxa de resfriamento fixa aplicada uniformemente, independentemente da espessura da peça.

Comparação de classes comuns de ligas de cromo para aplicações de desgaste

A seleção entre classes de liga de cromo padrão requer pesagem de dureza, tenacidade e custo em relação às condições de desgaste específicas da aplicação. A comparação abaixo descreve onde as notas comuns divergem no desempenho prático.

O molibdênio e o níquel são frequentemente adicionados aos graus de alto cromo em pequenas porcentagens para melhorar a temperabilidade em peças fundidas de seções mais espessas, uma vez que esses elementos de liga ajudam a garantir que toda a seção se transforme em martensita durante o tratamento térmico, em vez de apenas as camadas externas, uma consideração que se torna importante quando a espessura da parede da peça fundida excede aproximadamente 50 mm.

Defeitos comuns de fundição específicos para produção de liga de cromo

As peças fundidas de liga de cromo apresentam certos riscos de defeitos que são mais pronunciados do que nas peças fundidas de aço carbono padrão ou ferro fundido cinzento, em grande parte devido ao alto teor de carboneto e à sensibilidade da liga à taxa de resfriamento. A segregação de carbonetos, onde os carbonetos se agrupam de forma desigual em vez de se distribuirem uniformemente pela matriz, cria zonas localizadas de tenacidade reduzida que podem iniciar trincas sob impacto, mesmo quando a leitura média de dureza da peça atende às especificações. Este defeito nem sempre é visível externamente e muitas vezes requer exame metalográfico transversal para ser detectado.

• O rasgo a quente durante a solidificação é mais provável em ligas com alto teor de cromo devido à sua faixa mais ampla de temperaturas de solidificação e requer um projeto cuidadoso de canal e riser para gerenciar as tensões de contração à medida que a peça fundida esfria.
• Podem ocorrer fissuras por tratamento térmico se o ciclo de desestabilização e têmpera não for ajustado à geometria específica da peça fundida, particularmente em cantos internos afiados onde a tensão térmica se concentra durante o resfriamento rápido.
• A porosidade de contração em seções espessas é comum se a colocação do riser não levar em conta o padrão de solidificação da liga, uma vez que as ligas de cromo solidificam com um padrão diferente do aço carbono simples e exigem risers dimensionados e posicionados adequadamente.

Métodos de verificação de qualidade que os compradores devem solicitar

Como as peças fundidas de desgaste em liga de cromo geralmente entram em componentes que são caros ou problemáticos para serem substituídos depois de instalados, verificar a qualidade antes do envio, e não após uma falha no serviço, é um investimento que vale a pena para os compradores que procuram em volume. O teste de dureza em vários pontos da peça fundida, em vez de uma única leitura em um local conveniente, verifica a uniformidade da dureza que indica a penetração adequada do tratamento térmico em toda a espessura da seção, não apenas na superfície.

O exame metalográfico de uma amostra fundida de cada lote de produção revela a morfologia e distribuição reais do metal duro, confirmando que a microestrutura corresponde ao que a liga especificada e o tratamento térmico devem produzir, em vez de depender apenas de um certificado de composição química e número de dureza. Para aplicações críticas, solicitar dados de testes de impacto juntamente com dados de dureza fornece uma imagem mais completa de como a peça fundida se comportará em serviço, uma vez que duas peças fundidas com leituras de dureza idênticas podem ter tenacidade significativamente diferente, dependendo da distribuição de metal duro e da qualidade do tratamento térmico.

Inspeção dimensional para peças de desgaste com tolerâncias correspondentes

Peças fundidas contra desgaste montadas em outros equipamentos, como placas de revestimento aparafusadas em uma carcaça de moinho ou carcaça de britador, precisam de verificação dimensional dos recursos de montagem e superfícies de contato, além de verificações de propriedades do material. Uma peça fundida com dureza e composição corretas, mas com um padrão de furo de montagem fora da tolerância, ainda pode causar um atraso na instalação ou exigir modificação em campo, que é um custo que a inspeção dimensional antes do envio pretende evitar.