Desempenho tribológico de ferro fundido branco com alto teor de cromo e calor

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9229 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O sulfato de barita (BaSO4) é considerado um importante material mineral empregado como agente espessante para todos os tipos de fluidos de perfuração. Enquanto isso, os britadores usados ​​para a etapa de moagem durante a britagem de barita são afetados por danos catastróficos de desgaste localizados nas peças do martelo feitas de ferro fundido branco com alto teor de cromo (HCWCI). No presente estudo, uma comparação do desempenho tribológico entre HCWCI e aço AISI P20 tratado termicamente foi realizada para investigar a possível substituição do HCWCI. O teste tribológico foi realizado sob cargas normais entre 5 e 10 N para diferentes durações (60, 120, 180 e 240 min). A análise da resposta ao desgaste para ambos os materiais mostrou que o coeficiente de atrito aumenta à medida que a carga aplicada aumenta. Além disso, o AISI P20 apresentou o menor valor em relação ao atribuído ao HCWCI em todas as condições. Além disso, a análise da faixa de desgaste obtida por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelou que o dano foi um fenômeno de desgaste abrasivo para HCWCI com detecção de uma rede de trincas ao longo da fase de carboneto, que foi mais pronunciada sob a carga mais alta. Em relação ao AISI P20, foi detectado um mecanismo de desgaste abrasivo, caracterizado por vários sulcos e fenômenos de sulcamento. Além disso, a análise da faixa de desgaste usando perfilometria 2D revelou que, para ambas as cargas, a profundidade máxima de desgaste da faixa de desgaste HCWCI foi significativamente maior do que AISI P20. Como resultado, quando comparado ao HCWCI, o AISI P20 apresenta a melhor resistência ao desgaste. Além disso, à medida que a carga aumenta, a profundidade de desgaste e a área desgastada também aumentam. Além disso, a análise da taxa de desgaste corrobora as descobertas anteriores, que mostraram que, sob ambas as cargas, o AISI P20 foi mais robusto do que o HCWCI.

O produto mineral barita, também conhecido como sulfato de bário, tem a fórmula química "BaSO4". O nome desta substância refere-se à sua tremenda densidade. A palavra "barita" na verdade deriva da palavra grega "barys", que significa "pesado", devido ao alto peso atômico do elemento bário, que é igual a 4,48 g/cm3 a uma temperatura de 26 °C. O fato de que este produto é amplamente consumido em todo o mundo não deve ser esquecido. De fato, os setores de petróleo e gás, que são as principais indústrias de uso da barita devido a uma combinação incomum de suas características, como alta densidade, maciez e inércia química, são os principais beneficiários desse uso global. As outras aplicações concentram-se principalmente na proteção contra radiação e na indústria química. É importante mencionar aqui as etapas necessárias para produzir o pó de barita, que são mostradas na Fig. 1. No entanto, devido à alta taxa de produção e às condições de trabalho desafiadoras, vários problemas mecânicos e tribológicos (Fig. 2) surgem ao longo desta britagem processo, acabando por causar falha no processo. Esses problemas resultam em perdas de tempo e financeiras, desaceleração na fabricação e baixa qualidade no produto final.

Processo de britagem de barita.

Processo de trituração: (a) Triturador, (b) Martelo antes e depois da avaria e (c) avaria por desgaste.

No mesmo contexto, vários pesquisadores investigaram o dano de materiais metálicos1,2,3,4,5. De fato, Arabnejad et al. examinou o efeito da dureza das partículas erodidas no aço inoxidável e chegou à conclusão de que a taxa de erosão aumenta à medida que a dureza das partículas aumenta2. Laguna-Camacho et al. analisou os fenômenos de erosão do aço inoxidável 304. A resposta ao desgaste demonstra que o mecanismo de desgaste por erosão do aço inoxidável 304 pode ser descrito por uma fratura frágil de vários fragmentos grandes com um ângulo de impacto de 90 graus4.

No entanto, estudos na literatura que tratam dos danos por desgaste do britador na indústria são incomuns6,7,8,9,10. Estes últimos7,9 centram a sua atenção nos danos causados ​​pelo desgaste do triturador utilizado na extração do azeite e na indústria da barita. Uma investigação geral do dano superficial no HCWCI empregado nos britadores de rocha barítica revela sulcos contínuos, profundos e largos que são separados por sulcos provocados pelos detritos de desgaste gerados no contato da superfície. Devido ao impacto contínuo das partículas de barita no martelo, numerosas crateras e uma rede de trincas também são observáveis ​​na superfície danificada. Como resultado, é possível inferir que o desgaste é resultado tanto dos fenômenos de abrasão quanto de impacto9.