Evaluation of engineering ceramics and cermets performance in high-stress abrasion
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Data
2025-07-08
Autores
Sousa, Natália de Oliveira
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Editor
Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo
Este trabalho de mestrado investiga o comportamento do desgaste de cerâmicas de engenharia e cermet (Al2O3, ZrO2, ZTA, B4C e PCD), em comparação ao metal duro WC/Co — um material atualmente adotado como referência para sistemas submetidos a desgaste abrasivo severo, especialmente os sistemas de prensa de rolos de alta pressão (High Pressure Grinding Roll– HPGR), utilizados na cominuição de minério. O ensaio de abrasão de alta tensão ASTM B611-21 foi selecionado por sua capacidade de classificar a resistência ao desgaste de materiais duros em condições que envolvem fragmentação de partículas abrasivas. Embora o procedimento da norma ASTM B611 especifique a alumina 30-grit como abrasivo, também foi utilizada a Areia Normal Brasileira– IPT para simular condições menos severas. Inicialmente, o equipamento de abrasão previamente construído em laboratório foi validado utilizando-se a alumina como abrasivo, enquanto o comportamento do desgaste foi avaliado principalmente com areia, ambos os procedimentos de ensaios realizados a 200 N. A resistência ao desgaste foi correlacionada com as propriedades mecânicas e características de cada material. A areia foi aproximadamente dez vezes menos severa que a alumina nos ensaios com WC/Co e ZTA. Dentre todos os materiais testados com areia, o PCD apresentou a menor taxa de desgaste (2 × 10−4 mm3/m), dez vezes inferior à do WC/Co (2 × 10−3 mm3/m), enquanto a Al2O3 apresentou a maior (7.1 × 10−1 mm3/m), 350 vezes superior. A segunda etapa explorou o efeito da carga e do tipo de abrasivo sobre o desgaste. Para simular condições mais realistas, utilizaram-se a areia padrão e o pellet feed, um dos principais constituintes do minério de ferro, a 65 N e 130 N. ZrO2, B4C, PCD e WC/Co foram selecionados para investigação adicional, tendo suas taxas de desgaste e os mecanismos de desgaste correlacionados com suas propriedades. OPCDmanteve-se como o material de melhor desempenho (7×10−5–3.5×10−4 mm3/m), apresentando taxas de desgaste próximas às do WC/Co. O B4C também se mostrou promissor em condições menos severas (por exemplo, 2−6×10−4 mm3/m com pellet feed). A ZrO2, anteriormente a cerâmica de melhor desempenho nos ensaios a 200 N com areia, apresentou taxas de desgaste de uma a três ordens de grandeza superiores às do WC/Co. Nos ensaios com alumina e areia como abrasivos, foi detectada a cominuição abrasiva, especialmente para partículas menores na distribuição granulométrica dos abrasivos. O estudo concluiu que o WC/Co permanece como escolha claramente justificada para aplicações de abrasão severa, particularmente em sistemas HPGR, mas também destaca o potencial de compósitos cerâmico-metálicos como o PCD e a aplicabilidade das cerâmicas de engenharia, a depender da severidade abrasiva do sistema
Descrição
Palavras-chave
Abrasão em alta tensão , Cerâmicas de engenharia , Cermets , High-stress abrasion , Engineering ceramics