Desempenho tribológico de ferro fundido branco com alto cromo e calor

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9229 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O sulfato de barita (BaSO4) é considerado um material mineral muito importante 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 por 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 o HCWCI e o aço tratado termicamente AISI P20 foi realizada para investigar a possível substituição do HCWCI. O teste tribológico foi realizado sob cargas normais entre 5 e 10 N por 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 comparado ao atribuído ao HCWCI em todas as condições. Além disso, a análise do rastro de desgaste obtido 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 em toda a fase de metal duro, que foi mais pronunciada sob a carga mais elevada. Em relação ao AISI P20, foi detectado um mecanismo de desgaste abrasivo, caracterizado por diversos sulcos e fenômenos de arado. Além disso, a análise da pista de desgaste utilizando perfilometria 2D revelou que, para ambas as cargas, a profundidade máxima de desgaste da pista de desgaste HCWCI foi significativamente maior que a do 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 do desgaste e a área desgastada também aumentam. Além disso, a análise da taxa de desgaste apoia as descobertas anteriores, que mostraram que sob ambas as cargas, o AISI P20 foi mais robusto que o HCWCI.

O produto mineral barita, também conhecido como sulfato de bário, possui 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 este produto ser amplamente consumido em todo o mundo não deve ser esquecido. Na verdade, os setores de petróleo e gás, que são as principais indústrias para o uso de barita devido a uma combinação incomum de suas características, como alta densidade, suavidade e inércia química, são os principais beneficiários deste uso global. As outras aplicações concentram-se principalmente na proteção contra radiações 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, causando, em última análise, falha no processo. Esses problemas resultam em perdas de tempo e financeiras, lentidão na fabricação e baixa qualidade do produto final.

Processo de britagem de barita.

Processo de britagem: (a) Triturador, (b) Martelo antes e depois do dano e (c) danos por desgaste.

No mesmo contexto, vários pesquisadores investigaram os danos de materiais metálicos1,2,3,4,5. Na verdade, Arabnejad et al. examinaram o efeito da dureza das partículas erosivas no aço inoxidável e chegaram 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.

Entretanto, 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 de azeite e na indústria de barita. Uma investigação geral dos danos superficiais no HCWCI empregado nos britadores de rocha barita revela sulcos contínuos, profundos e largos que são separados por cristas provocadas pelos detritos de desgaste gerados no contato superficial. Devido ao impacto contínuo das partículas de barita no martelo, numerosas crateras e uma rede de fissuras também são observáveis ​​na superfície danificada. Como resultado, é possível inferir que o desgaste é resultado tanto de fenômenos de abrasão quanto de impacto9.