Avaliação da influência da adição de nióbio em um ferro fundido branco alto cromo hipoeutético na resistência ao desgaste

Abstract

Os ferros fundidos branco alto cromo (FFBAC), são amplamente empregados na fabricação de componentes sujeitos ao desgaste abrasivo, especialmente no setor de mineração. Muitos estudos e pesquisas estão sendo desenvolvidas com objetivo de aumentar a vida útil dos componentes submetidos as solicitações de desgaste abrasivo, pela adição de elementos químicos formadores de carbonetos duros do tipo MC, como o nióbio. Este trabalho constituiu-se na avaliação da influência adição de 0,3%, 0,6% e 1,0% em massa de nióbio em uma liga de FFBAC, conforme norma ASTM A532-19 classe III tipo A, em comparação com a mesma liga sem a adição de nióbio, submetidas ao clico térmico de recozimento, têmpera e revenimento. As técnicas de análise utilizadas foram: espectrometria de emissão óptica, espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDX), espectrometria de emissão óptica por plasma acoplado indutivamente (ICP-OES), metalográfica qualitativa e quantitativa por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) complementada pela análise de espectro e mapa composicional EDS, difração de raios-X, macrodureza Rockwell C, microdureza Vickers, ensaio de Charpy e ensaio de desgaste pela técnica roda borracha à seco. Foi avaliado que a microestrutura se constituiu de uma matriz martensítica, com carbonetos eutéticos (Fe, Cr)7C3, promoveu a formação de carbonetos secundários do tipo (Fe, Cr)7C3 e Cr23C6 com a presença de austenita retida em todas as amostras estudadas. Foi observado a presença de carbonetos NbC de morfologia compacta (hexagonal e circular) e não compacta (em formato de agulhas e de gancho). A adição de nióbio promoveu uma redução na fração volumétrica de carbonetos M7C3 e aumento na fração volumétrica de carboneto NbC, assim como uma redução no espaçamento entre os carbonetos M7C3 e aumento na microdureza da matriz. Quanto a macrodureza superficial e a energia ao impacto, não foi observado alterações estatísticas. Quanto ao volume perdido no ensaio de desgaste abrasivo, houve uma redução de 27%, 16% e 22%, respectivamente para as ligas contendo 0,3%, 0,6% e 1,0% em massa de nióbio, quando comparada a liga base sem adição de nióbio. Sendo o mecanismo de desgaste atuante por deformação plástica preferencialmente na matriz por sulcamento e com pouca presença de micro corte.High chromium white cast irons (HCWCI) are widely used in the manufacture of components subject to abrasive wear, especially in the mining sector. Many studies and researches have being developed with the objective of increasing the useful life of the components subjected to abrasive wear by the addition of chemical elements that form hard MC carbides type, like the niobium. This work constituted the evaluation of the influence of 0.3%, 0.6% and 1.0% in mass of niobium addition in an HCWCI alloy, according ASTM A532-19 class III type A standard, in comparison with the same alloy without the niobium addition, submitted to thermal cycle of annealing, quenching and tempering. The analysis techniques used were: optical emission spectrometry, energydispersive X-ray spectroscopy (EDXS), inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), scanning electron microscope (SEM) complemented by Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) by spectrum and elemental mapping analysis, X-ray diffraction, Rockwell C macrohardness, Vickers microhardness, Charpy test and dry sand rubber wheel abrasion test. It was evaluated that the microstructure consisted of martensitic matrix, with eutectic carbides (Fe, Cr)7C3, promoted the formation of secondary carbides (Fe, Cr)7C3 and Cr23C6 with presense of austenite retained in all studied samples. It was observed the presence of NbC carbides of compact (hexagonal and circular) and non-compact (needle-shaped and hook-shaped). The niobium addition promoted a reduction in the volumetric fraction of M7C3 carbides and an increase in the volumetric fraction of NbC carbides, as well as a reduction in the spacing between M7C3 carbides and an increase in the matrix microhardness. None statistical change in the macrohardness and in the impact energy was observed. For the volume lost in the abrasive wear test, there was a reduction of 27%, 16% and 22%, respectively, for the alloy containing 0,3%, 0,6% and 1,0% in mass of niobium, when compared to the base alloy without the addition of niobium. The wear mechanism observed due to the plastic deformation, preferably in the matrix by ploughing and with low presence of micro cutting

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