Superfície de Metais: Significado, Tipos e Seleção

Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre: ​​- 1. Significado da Superfície 2. Tipos de Superfície 3. Seleção de um Processo de Revestimento 4. Material do Substrato 5. Seleção de um Material de Revestimento 6. Aplicações.

Significado da superfície:

O revestimento é um processo de deposição de um metal ou liga sobre outro (metal base ou substrato) para melhorar suas propriedades resistentes ao desgaste, como resistência à abrasão, corrosão, atrito ou para obter controle dimensional e necessidades metalúrgicas.

Os processos comumente usados ​​para revestimento são os processos de soldagem por fusão, como solda a gás, solda a arco, etc. O processo de revestimento parece ter sido desenvolvido inicialmente para as necessidades da indústria de perfuração de poços de petróleo, mas agora é amplamente utilizado em todos os tipos de equipamentos, implementos e recipientes para melhorar suas vidas contra o desgaste e a ação química.

O revestimento é igualmente aplicável à fabricação de novos produtos e à recuperação de produtos desgastados. Em ambos os casos, prolonga a vida útil do produto e economiza material caro. Isso resulta em ganhos econômicos consideráveis.

Tipos de superfície:

A superfície é de diferentes tipos: revestimento, revestimento, acúmulo e revestimento para obter resistência à corrosão (para desgaste químico), resistência ao desgaste (para desgaste físico), controle dimensional (para reconstruir componentes desgastados) e necessidades metalúrgicas, respectivamente.

Esses quatro tipos de métodos de superfície são discutidos resumidamente nesta seção:

1. revestimento:

No revestimento, uma camada espessa de um pouco de metal de solda, como o aço inoxidável, é colocada em uma chapa de aço carbono ou de baixa liga para torná-lo resistente à corrosão. O revestimento também deve resistir à corrosão localizada, como corrosão por pite, intersticial, corrosão intergranular e corrosão sob tensão.

Para o revestimento, o aço inoxidável ou uma das ligas à base de níquel são normalmente usados, embora ligas à base de cobre, prata e chumbo também sejam usadas para algumas aplicações específicas.

Embora a principal vantagem do revestimento seja a criação de superfícies resistentes à corrosão de baixo custo, mas também combina um material de alta resistência como aços de baixa liga para o suporte com material resistente à corrosão, como o aço inoxidável. No entanto, como regra geral, a resistência do material de revestimento não é contabilizada no projeto do componente.

O principal uso do revestimento é feito na produção de navios para usinas químicas, fábricas de papel, refino de petróleo e usinas nucleares. Reatores revestidos de cobre são usados ​​para a produção de cerveja, que também é corrosiva, enquanto as fábricas de processamento e embalagem de alimentos fazem uso extensivo de aço inoxidável para evitar a ação corrosiva dos alimentos.

2. revestimento duro:

No revestimento, um metal é depositado sobre outra superfície para aumentar a dureza da superfície e torná-la resistente à abrasão, ao impacto, à erosão, à escoriação e à cavitação. Como no revestimento, a força da camada de revestimento não está incluída no design do componente.

A resistência à abrasão é a aplicação mais importante do revestimento duro. Em geral, um máximo de três camadas de ligas de revestimento são depositadas. Como a diluição excessiva reduz a eficácia do revestimento duro, é essencial evitar a penetração excessiva e a baixa aderência das esferas adjacentes. O projeto deve ser tal que forneça suporte adequado para o revestimento e, na medida do possível, ele deve ser carregado em compressão, em vez de tensão ou cisalhamento. Nestas condições, o revestimento duro pode provar efetivamente suas vantagens econômicas.

O revestimento duro encontra uso extensivo em equipamentos de construção, incluindo lâminas de escavadeiras, lâminas de raspagem e rampas de rocha, bem como para equipamentos têxteis e revestimentos de válvulas para motores.

3. Build-up:

Sobreposição de build-up é a reconstrução de peças gastas para restaurá-las à forma e dimensões originais. Ao contrário do revestimento e do revestimento duro, a resistência do metal de solda que forma o acúmulo é uma consideração necessária no projeto do componente, pois o material precisa substituir parte da peça original do componente que foi desgastado.

É por isso que a composição e as propriedades do metal de solda depositado são geralmente semelhantes às do metal base a ser construído.

O método de acumulação de superfície é amplamente utilizado em equipamentos de terraplenagem, por exemplo, os dentes dos baldes de arraste, as bordas das lâminas do buldozer e os raspadores são recuperados pelo acúmulo. Ferrovias também fazem uso de acúmulo para restaurar o desgaste das rodas ferroviárias, bem como pontos ferroviários e entroncamentos.

4. Manteiga:

A aplicação de manteiga é o processo de depósito de uma ou mais camadas de um material entre os materiais metalurgicamente não compatíveis que individualmente têm compatibilidade com o material que forma a camada de revestimento. É usado especialmente para a união de aço inoxidável a um metal de base de aço carbono ou de baixa liga.

Se nenhuma camada de revestimento for usada, a resistência à corrosão do aço inoxidável será reduzida, mas se uma camada de níquel alto ou material de Ni-Cr for depositada no metal baixo antes de depositar o aço inoxidável de alta liga, nenhuma deterioração da resistência à corrosão será observada.

Um exemplo comum deste processo é encontrado na usina nuclear para a união de aço inoxidável revestido a bocal de aço de baixa liga com manteiga com liga de Ni-Cr-Fe para tubos de aço inoxidável usando um metal de adição Ni- Cr-Fe. Também pode ser usado para unir aço carbono a aço de baixa liga quando o alívio de tensão da solda completa deve ser evitado.

O componente pode ser tratado termicamente após o revestimento. A força da camada de manteiga deve ser levada em consideração ao projetar a junta.

Embora o acúmulo e o uso de manteiga sejam termos comumente usados, eles não têm status oficial; revestimento ou revestimento de termo mais frequentemente usado deve incluí-los.

Seleção de um processo de revestimento:

A seleção de um processo de revestimento depende do material do substrato, tipo e natureza do depósito exigido, taxa de produção, tamanho e forma do componente a ser revestido, a condição de serviço para a qual ele deve ser colocado e a disponibilidade do equipamento.

O revestimento de acetileno é usado para muitas aplicações em trabalhos de oficina e de campo, onde a coleta de carbono não é um problema. Este processo produz aquecimento e arrefecimento lento do substrato, pelo que a probabilidade de desenvolvimento de tensão e de quebra é menor. O custo do equipamento é baixo. Geralmente é usado para aplicação de ligas de cobalto especializadas em bordas relativamente finas; Por exemplo, os cortadores de carvão são frequentemente revestidos pelo processo de revestimento com oxi-acetileno.

O revestimento por processo de soldagem de arco de metal blindado é mais rápido e, em geral, menos caro se um grande número de componentes estiver envolvido. A habilidade requerida é menor do que no caso do processo de revestimento de gás oxi-combustível. No entanto, devido às taxas de aquecimento e resfriamento mais rápidas, as tensões térmicas desenvolvidas no metal base e no revestimento são bastante altas, resultando em maior suscetibilidade a rachaduras.

Este processo é usado extensivamente para reparos de propósito geral e construção para os quais os eletrodos desejados estão disponíveis. O processo é econômico e está facilmente disponível na maioria das lojas e oficinas de campo. Ele encontra uso extensivo em superfícies de componentes moldados, peças de terraplenagem, cabeçotes de corte de draga, eixos e ferramentas, etc.

Superfície de arco submerso é empregada em lojas e não no campo. É mais adequado para a revogação de aplicações quando as mesmas partes ou partes similares são apresentadas em bases rotineiras, por exemplo, sapatas de esteira de roletes, tambores e engrenagens de escavadeiras. O processo de arco submerso que emprega eletrodos de tira de aço inoxidável é freqüentemente usado para revestir embarcações nucleares para melhorar sua vida útil e reduzir o custo inicial.

O revestimento por processo FCAW pode ser empregado em aplicações onde o SMAW é normalmente usado, no entanto, requer a disponibilidade de arame tubular fluxado em forma bobinada. Ele pode ser usado tanto na oficina quanto no trabalho de campo, como para o revestimento do lábio do dipper.

O GMAW é frequentemente usado para aplicativos de montagem, como eixos pequenos, tanto em seus modos semiautomáticos e automáticos. É também utilizado principalmente para a pavimentação de pequenos componentes de formas complexas que são difíceis de manusear se a escória precisar ser removida entre diferentes tiragens. A superfície pelo arco de curto-circuito, isto é, a técnica de transferência de imersão pode ser aplicada com vantagem a componentes cilíndricos com um diâmetro de 8 a 200 mm.

O processo GTAW é usado para revestimentos para estabelecer depósitos de excelente qualidade, exigindo menos usinagem pós-processo, por exemplo, ferramentas e matrizes.

O método de superfície de arco de plasma é usado para aplicações similares àquelas tratadas pelo processo GTAW. No entanto, devido à temperatura muito alta do plasma, ele pode ser usado nos casos em que a superfície não é possível pelo GTAW.

O método de aplainamento Electroslag é utilizado para depositar grandes quantidades de metal ou para aplicações especiais, por exemplo, é amplamente utilizado para a reconstrução de martelos trituradores. Para esta aplicação, acessórios especiais são empregados para acelerar a conclusão do trabalho em curto espaço de tempo.

Os trabalhos de emergência podem ser melhor manipulados por fusão do forno, desde que haja um forno adequado disponível para realizar a operação.

Material do Substrato na Superfície:

Embora a seleção de material de revestimento seja baseada em seu serviço pretendido, a seleção do material de base para atuar como substrato é ditada não apenas por sua soldabilidade e propriedades mecânicas, mas também pelo projeto estrutural ou por considerações de modelagem.

Para aplicações de uso geral, o melhor material de base é geralmente aço carbono não ligado com um teor de carbono de 0, 20 a 0, 95%, que cobre a maior parte dos aços de baixo e médio carbono, e graus mais baixos de aços de alto carbono. O metal base de aço carbono liso com um teor de carbono de 0, 45% é bastante popular devido à sua boa soldabilidade e resistência após o revestimento.

Aços com teor de carbono de 0, 50% ou superior podem ser satisfatoriamente revestidos com o processo de oxiacetileno devido à baixa entrada de calor e ao prolongado ciclo de resfriamento devido à expansão do calor. O pré-aquecimento a uma temperatura de 260 a 315 ° C é essencial para evitar o choque térmico do aquecimento inicial e a rápida dissipação do calor quando o revestimento é feito com o processo de soldagem de arco de metal blindado.

Os componentes de aço de baixa liga podem ser revestidos seguindo quase o mesmo procedimento usado para aços de carbono liso com tendências similares para endurecer.

Para substratos muito resistentes, o aço manganês austenítico conhecido popularmente como aço Hadfield é provavelmente o mais resistente disponível e é bastante barato na forma de peças vazadas. É weldable e tem uma força de rendimento de aproximadamente 380 MPa.

Ferros fundidos cinzentos devido à sua fragilidade requerem precauções especiais na pavimentação com ligas à base de aço; no entanto, algumas das ligas austeníticas de baixo ponto de fusão, ligas à base de cobalto e as ligas à base de níquel e cobre são aplicáveis.

Ferro fundido branco e ferro fundido maleável não são recomendados para uso como substrato para revestimento à medida que perdem suas características básicas devido ao aquecimento. Cobre, latão e bronze também não servem bem como substratos para o revestimento.

Seleção de um material de revestimento:

A escolha de uma liga de superfície depende da natureza do desgaste ao qual o componente de superfície deve ser submetido durante o serviço.

Essas condições de produção geralmente resultam dos seis tipos de combinações a seguir:

1. Abrasão sem impacto pesado,

2. abrasão combinada e impacto pesado,

3. Rolamento, deslizamento e contato metal-metal

4. Erosão e corrosão

5. Bordas cortantes operando em temperaturas normais e

6. Superfícies submetidas a serviço a temperaturas elevadas.

Superfícies submetidas a abrasão sem impacto pesado, como partes de arados, pás, rolos de tratores, bocados rotativos de poços de petróleo, placas de moldes, grampos de garrote e calhas para transportar material a granel são revestidos com material como carboneto de cromo.

A abrasão combinada e o impacto pesado são encontrados em equipamentos como escavadeiras e dentes de pá de poder, cones de triturador de rocha, lábio de escavadeira, dentes de concha de molusco e calhas nas quais peças pesadas estão sendo despejadas. Os materiais mais adequados para a pavimentação desses componentes são os aços semi-austeníticos e os aços manganês.

Transportadores helicoidais e ferramentas de perfuração da terra são geralmente protegidos por materiais duros como carbonetos. Os aços inoxidáveis ​​são usados ​​para fornecer resistência à corrosão e proteção contra a erosão em bombas de água e implicações que exigem boa resistência ao impacto.

Superfícies submetidas a deslizamento, deslizamento e contato metal com metal em peças como dentes de roda dentada, buchas e buchas, superfícies de rolo, rodas de guindaste e eixos que devem operar com lubrificação podem ser revestidos com aço inoxidável austenítico ou aços inoxidáveis ​​austeníticos enquanto rolamentos operados em altas temperaturas são revestidos com carboneto de cromo, aços inoxidáveis ​​e ligas de cromo-alto e Ni.

Efeito combinado ou erosão e corrosão, como é encontrado nas válvulas e seus assentos para controlar o vapor, água, óleo, etc, podem ser reduzidos e compensados ​​por depósitos feitos por revestimento com ligas de aço inoxidável austenítico.

Bordas de corte que operam em temperaturas normais, como tesouras de metal, punções, picadoras de alimentação (para forragem), ferramentas de raspagem de terra, brocas de terra, lâminas trituradoras, etc., devem ser revestidas com material com propriedades de auto-afiação; Depósitos de carboneto de tungstênio servem bem a essa condição.

As superfícies sujeitas a serviços quentes tais como assentos de válvula do motor, estiragem a quente ou moldes de moldagem a quente, etc., requerem dureza, resistência a quente, resistência à deformação, resistência à oxidação e resistência à erosão por gases de escape. O material de revestimento mais adequado para essas aplicações são as ligas Cr-Co-W, aços austeníticos, aços carbono médio martensítico e ligas do tipo Ni-Cr-Mo.

Aplicações de revestimento:

O revestimento é igualmente aplicável à fabricação de novos e à recuperação de componentes desgastados. Em ambos os casos, prolonga a vida útil do produto e economiza materiais caros.

Existem inúmeros produtos de engenharia que são apresentados regularmente para mantê-los em serviço até que seja economicamente viável.

Mais especificamente, a pavimentação é empregada na fabricação ou recuperação dos seguintes tipos de equipamentos:

1. Partes de equipamentos agrícolas e de terraplenagem, como rolos de suporte de tratores, dentes de dipper, partes de arado, cones de perfuração, trunion de escavadeira, baldes de dragline, varreduras de cultivador, ânus de escavação, etc.

2. Equipamentos de trituração de carvão e cimento e instalações metalúrgicas como moldes, britadores de mandíbulas, cones de alto-forno, rolos de britadores e martelos, parafusos transportadores, trados de recuperação de carvão, pás misturadoras de asfalto, etc.

3. Forjar e pressionar componentes como matrizes, punções, etc.

4. Máquinas de perfuração e cortadores de carvão, por exemplo, brocas, dentes de corte, etc.

5. Ferramentas de corte como partes de fábricas em flor, ferramentas de corte, perfuração, alargamento e fresagem, e assim por diante.

6. Rolos de laminação.

7. Jantes de rodas ferroviárias, pontos de carris, cruzamentos e rãs.

8. Válvulas e sedes de válvulas para motores de combustão interna.

9. Vasos de pressão e tanques de armazenamento.

10. Facas e cortadores, como cortador de ração (para forragem), lâminas de motoniveladoras, facas para moinhos de pug, etc.