UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA ANA CAROLINA BUZANELLI

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1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA ANA CAROLINA BUZANELLI ANÁLISE DO REVESTIMENTO DE 410NIMO DEPOSITADO POR ASPERSÃO TÉRMICA A CHAMA ARAME TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO CORNÉLIO PROCÓPIO 2017

2 ANA CAROLINA BUZANELLI ANÁLISE DO REVESTIMENTO DE 410NIMO DEPOSITADO POR ASPERSÃO TÉRMICA A CHAMA ARAME Trabalho de Conclusão de Curso de graduação, apresentado ao curso superior de Engenharia Mecânica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná UTFPR, do Campus de Cornélio Procópio como requisito parcial para a obtenção do diploma de Graduação em Engenharia Mecânica. Orientador: Prof.ª Ma. Émillyn Ferreira Trevisani Olivio CORNÉLIO PROCÓPIO 2017

3 FOLHA DE APROVAÇÃO Ana Carolina Buzanelli Análise do Revestimento de 410NiMo Depositado por Aspersão Térmica a Chama Arame Trabalho de conclusão de curso apresentado às 15h00 do dia 21/06/2017, como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Mecânico no programa de Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná. O candidato foi arguido pela Banca Avaliadora composta pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Avaliadora considerou o trabalho aprovado. Prof. Ma. Émillyn Ferreira Trevisani Olívio - Orientadora Prof. Dr João Roberto Sartori Moreno (membro) Prof. Esp. Carlos de Nardi (membro) A Folha de Aprovação assinada encontra-se na Coordenação do Curso

4 Aos meus pais Reginaldo e Nina. Parabéns, três filhos, três engenheiros.

5 AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus, porque nos momentos de crise, desespero por notas e dúvidas sobre carreira, Ele fez coisas impossíveis que me mostraram que existe um propósito pra eu estar aqui e que sem Ele não somos ninguém. Agradeço à minha família que lutou, se sacrificou e sempre me conduziu para uma formação superior, me dando suporte para continuar, mesmo em condições críticas. Agradeço também ao meu noivo Alison que sempre me apoiou, me incentivou, teve paciência e acima de tudo me deu força emocional nos diversos momentos de crise. Agradeço à minha orientadora Prof. Ma. Émillyn, pela sabedoria com que me guiou nesta trajetória, pela paciência e tempo dedicados a mim. Obrigada também pela disposição em realizar os revestimentos, ensaios e análises em na UFPR de Curitiba. Agradeço em especial a minha amiga Raquel por todo apoio e suporte emocional que me deu e também pelo Abstract. Aos meus colegas de sala, desejo muito sucesso a todos, foi uma honra fazer parte dessa turma. Gostaria de deixar registrado também, o meu reconhecimento à UTFPR- CP com todos seus excelentes professores e colaboradores que sempre se importaram com cada estudante de forma pessoal, contribuindo não só para formação de profissionais como também para a formação de pessoas. Enfim, a todos os que por algum motivo contribuíram para a realização desta pesquisa.

6 Mas onde se achará a sabedoria? Onde habita o conhecimento? O homem não lhe compreende o valor; não se pode encontrar na terra dos viventes. Jó 28: 12, 13.

7 RESUMO BUZANELLI, Ana Carolina. Análise Do Revestimento De 410nimo Depositado Por Aspersão Térmica A Chama Arame f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) Engenharia Mecânica. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Cornélio Procópio, O desgaste promove a perda de material de peças e equipamentos causando elevados custos para a indústria em geral. Em 50% dos casos o desgaste é do tipo abrasivo. Para recuperar a peça danificada é necessário fazer uma adição de material utilizando processos de soldagem na superfície danificada para restaurá-la. A aspersão térmica é um procedimento de soldagem que promove revestimentos protetores em diversas aplicações. Buscou-se neste trabalho desenvolver um revestimento resistente ao desgaste abrasivo, já que este é o mais comum na indústria. Utilizou-se o método por aspersão térmica a chama arame para obter o revestimento do aço inoxidável martensítico ASTM A743 CA6MN onde o material de adição foi o aço AWS ER410NiMo, com a finalidade de avaliar porosidade, microdureza Vickers, Microscopia Ótica, MEV, DRX, EDS e desgaste por riscamento. Conclui-se que o revestimento apresentou um excelente desempenho em relação ao desgaste abrasivo. Palavras-chave: Desgaste Abrasivo. Aspersão térmica. CA6NM.

8 ABSTRACT BUZANELLI, Ana Carolina. Analysis Of 410NiMo Coating Deposited By Wire Flame Spraying f. End-of-Course work (Bachelor of Mechanical Engineering) - Federal Technology University of Parana. Cornélio Procópio, Wear causes a loss of materials parts and equipment causing costs for an industry in general. In 50% of cases the wear is of the abrasive type. To recover the damaged part it is necessary to make a material addition using welding processes on the damaged surface to restore it. Flame spraying is a welding procedure that promotes protective coatings in various applications. This paper aims to develop an abrasive wear resistant coating, because this is the most common in the industry. The wire flame spraying was used to obtain the coating of martensitic stainless steel ASTM A743 CA6MN where the material of addition was steel AWS ER410NiMo, in order to evaluate porosity, Vickers microhardness, Optical Microscopy, MEV, DRX, EDS and abrasive wear analysis. It is concluded that the coating presented an excelente performance in relation to the abrasive wear. Keywords: Abrasive wear. Flame spraying. CA6NM.

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Composição Química e Propriedades Mecânicas do Aço CA6NM Tabela 2 Composição Química do Metal de Base Tabela 3 Composição Química do Eletrodo Tabela 4 Parâmetros Empregados no Jateamento Abrasivo das Amostras Tabela 5 Parâmetros de Deposição no Processo Chama Arame Tabela 6 Resultado da Porosidade Tabela 7 Resultado Microdureza Vickers Tabela 8 Resultado da composição química Tabela 9 Resultados do ensaio de riscamento... 36

10 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Rotor de turbina hidráulica do tipo Kaplan Figura 2 Representação esquemática do desgaste abrasivo a dois e três corpos Figura 3 - Fixação do revestimento termicamente aspergidos Figura 4 Representação da tocha na aspersão térmica a chama arame Figura 5 - Equipamento de aspersão térmica a chama arame (LABATS) Figura 6 Durômetro Figura 7 - Equipamento de ensaio de riscamento Figura 8 Lavadora ultrassônica Figura 9 Haste do ensaio de riscamento Figura 10 MO do revestimento Figura 11 Ensaio de microdureza Vickers Figura 12 Imagem em MEV e Gráfico EDS Figura 13 - Resultado da difratometria de raio x Figura 14 Amostra riscada pelo ensaio de abrasão... 36

11 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Objetivos Objetivo Geral Objetivo Específico FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Aços Inoxidáveis Aços Inoxidáveis Martensíticos Aço Inoxidável Martensítico CA6NM Desgaste Desgaste Abrasivo Desgaste Abrasivo por Riscamento Aspersão Térmica Aspersão Térmica a chama Arame MATERIAIS E MÉTODOS Materiais Metal de Base Material de Revestimento Equipamentos Jateamento Equipamento de Aspersão Térmica Métodos Microscopia Ótica (MO) Porosidade Ensaio de Microdureza Vickers Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) Difratometria de raio x (DRX) Ensaio Abrasão por Riscamento RESULTADOS E DISCUSSÃO Microscopia Ótica Porosidade Microdureza Vickers Resultado das Análises via MEV e EDS Análise por Difratometria de raio x (DRX)... 35

12 4.6 Ensaio Riscamento CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS... 39

13 13 1 INTRODUÇÃO Na Norma DIN (1979), desgaste é definido como sendo uma perda progressiva de material da superfície de um corpo sólido devido à ação mecânica, isto é, do contato e movimento relativo de um sólido, líquido ou gás contra uma superfície. Desgaste tem como resultado a fadiga do material das superfícies em contato, provocando a redução significante de eficiência, mudanças dimensionais dos componentes, e até mesmo problemas secundários como vibração ou desalinhamento de máquinas e equipamentos (SOUZA, 2008). De acordo com Behene (2014), a indústria, além de arcar com todos os gastos desses tipos de problemas causados pelo desgaste, ainda deve financiar o reparo, que exige mão de obra especializada, matéria prima e parada da produção. Seria economicamente inviável trocar peças inteiras assim que elas apresentassem algum tipo de desgaste. Grande parte deste desgaste é do tipo abrasivo, onde a solução mais econômica é recuperar as dimensões originais através de adição de material pelo processo de soldagem. A aspersão térmica consiste de um grupo de processos nos quais se deposita material, metálico ou não, sobre uma superfície de base previamente preparada (PUKASIEWICZ, 2008). No presente trabalho foi confeccionado um revestimento do aço CA6NM onde o material de adição é o aço AWS ER410NiMo, utilizando o método de aspersão térmica a chama arame, afim de avaliar porosidade, microdureza Vickers, Microscopia Ótica, MEV, DRX, EDS e desgaste do revestimento. 1.2 Objetivos Objetivo Geral Avaliar o revestimento do aço AWS ER410NiMo termicamente aspergido por chama arame sobre o metal de base ASTM A743 CA6NM com a finalidade de melhorar a resistência ao desgaste abrasivo.

14 Objetivos Específicos Fazer a deposição do revestimento por aspersão térmica e realizar ensaios de Microscopia ótica, DRX, EDS, porosidade, microdureza Vickers e riscamento para avaliar resistência deste revestimento ao desgaste abrasivo.

15 15 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 Aços Inoxidáveis Em 1910 diversos países (entre eles Estados Unidos, Alemanha e Inglaterra) desenvolveram aços com elevada resistência à corrosão e oxidação, os chamados Aços Inoxidáveis (GRACIOSO, 2003). Estes aços possuem um filme aderente de óxido de cromo, que é responsável pela proteção dessa liga em ambientes agressivos (ALLENSTEIN, 2007). Portanto, quando se fala em aços inoxidáveis, o cromo é o elemento essencial que permite a alta resistência à corrosão. Observe o Gráfico 1 onde uma liga de alta corrosibilidade torna-se um metal praticamente blindado contra a corrosão a medida que a porcentagem de cromo aumenta. Valores acima de 10% de Cromo são eficientes na maioria das condições (CHIAVERINI, 1979). Gráfico 1 Efeitos da Corrosão no Aços ao Cromo Expostos a uma Atmosfera Industrial Durante 10 Anos. Aço Baixo Carbono Aço inoxidável Fonte: Gracioso, Outros elementos são comumente adicionados a esta liga para melhorar características particulares, incluindo o níquel, cobre, titânio, alumínio, molibdênio, nióbio, silício e nitrogênio (ALLENSTEIN, 2007).

16 16 Os aços inoxidáveis podem ser classificados em três grandes grupos de acordo com sua composição química e microestrutura à temperatura ambiente. São eles Austeníticos, Ferríticos e Martensíticos. Os aços inoxidáveis martensíticos e ferríticos são essencialmente uma liga ferro-cromo e os austeníticos são ligas ferrocromo-níquel (CHIAVERINI, 1979). No Quadro 1 é possível observar algumas aplicações destes três grandes grupos de aços inoxidáveis. Quadro 1 Algumas aplicações dos aços inoxidáveis Tipo do aço inoxidável Aplicações Ferrítico Componentes de exaustão automotivos, tanques para pulverizadores agrícolas, válvulas (alta temperatura), e câmaras de combustão Austenítico Equipamentos para processos químicos e de alimento, vasos criogênicos e construções com solda. Martensítico Canos e rifles, peças de motores a jato, mancais, eixos, rotores e material cirúrgico. Fonte: Allenstein, No presente trabalho será dado ênfase aos martensíticos, por ser a categoria do aço aqui utilizado Aços Inoxidáveis Martensíticos Os aços inoxidáveis martensíticos convencionais são ligas Fe-Cr-C com teores de carbono numa faixa de 0,1 a 1,2%, e cromo situado entre 11,5 e 18%, são endurecíveis por tratamento térmico onde o cromo e o carbono são equilibrados para garantir a formação da estrutura martensítica. No tratamento térmico, o aço é primeiramente austenitizado e depois resfriado a uma taxa que garanta a formação de martensita. Posteriormente é feito um tratamento de revenido para aliviar tensões e melhorar a ductilidade do aço (ALLENSTEIN, 2007). Elementos para alterar a temperabilidade podem ser adicionados como o silício, tungstênio, nióbio e vanádio. Quanto à usinabilidade, é comum adicionar enxofre e selênio para melhora da mesma (GASTALDO, 2010).

17 17 Aços inoxidáveis martensíticos são de baixo custo e presentam resistência à cavitação, boa resistência mecânica e moderada resistência à corrosão. A soldabilidade, porém, é baixa devido às possíveis trincas a frio e a alta dureza na zona termicamente afetada (ZTA) proveniente da sua estrutura martensítica (TERRES, 2006). Visando melhorar a soldabilidade, na década de 60 criou-se, dentre outros, o aço inoxidável martensítico CA6NM, descrito a seguir Aço Inoxidável Martensítico CA6NM O CA6NM é um aço inoxidável martensítico macio fundido, apresenta baixos teores de carbono, boa resistência à corrosão e cavitação, e uma melhor soldabilidade que os aços inoxidáveis martensíticos convencionais. Essa melhora na soldabilidade se deve a composições químicas de: máximo de 0,08% C, 12 a 17% Cr, 3,5 a 6% Ni e até 2,5% Mo, o que melhorou a solidificação do material, diminuindo a ocorrência de trincas à quente, à frio, micro-rexupes e segregações (ALLENSTEIN, 2007). Por apresentar elevados níveis de cromo e baixos teores de carbono, os aços inoxidáveis martensíticos macios possuem uma melhor temperabilidade, o que possibilita a formação de martensita mesmo em peças grandes (GASTALDO, 2010). O aço CA6NM, após revenido, é largamente utilizado na fabricação de componentes para diversas aplicações na indústria, entre esse componentes estão também peças de grandes secções tais como: rotores de turbinas hidráulicas (Figura 1), componentes na indústria química e de petróleo, bombas e compressores (ALLENSTEIN, 2007).

18 18 Figura 1 Rotor de turbina hidráulica do tipo Kaplan Fonte: Vaz, A Tabela 1 mostra as faixas permissíveis de composição química para o aço CA-6NM e as propriedades mecânicas, de acordo com a norma ASTM A743 (1998). Tabela 1 Composição Química e Propriedades Mecânicas do Aço CA6NM Composição Química C máx Si máx Mn máx Cr Ni Mo S máx P máx Aço Fundido 13%Cr- 4%Ni (CA6NM) 0, ,5 14 3,5 4,5 0,4 1 0,03 0,04 Propriedades Mecânicas Limite de Escoamento Limite de Resistência Alongamento (%) Redução de (Mpa) (Mpa) Mínimo área (%) Mínimo Mínimo Fonte: Behene,

19 19 De acordo com Behene (2014), a nomenclatura desse aço indica sua função e parte de sua composição, onde a letra C sugere resistência à corrosão, a letra A representa um teor baixíssimo de Níquel e Cromo, o número imediatamente posterior a estas letras indica o teor de Carbono (%x100) e, finalmente, as letras N e M correspondem aos elementos de liga Níquel e Molibdênio, respectivamente. 2.2 Desgaste O contato e movimento de um sólido, liquido ou gás contra uma superfície provocando a remoção progressiva de material da mesma é denominado desgaste (RIBEIRO, 2004). Cientistas realizaram estudos sobre desgaste por volta de 1930, porém esse fenômeno vem sendo observado há muito tempo, um manuscrito encontrado em 1967 de Leonardo da Vinci descreve estudos dele sobre desgaste de rolamentos em condições de deslizamento. Muitos estudos foram e ainda são feitos, sempre há particularidades de desgastes que impulsionam pesquisadores a encontrar soluções para esse problema tão presente na indústria. O grande problema é que, devido às inúmeras particularidades das condições em que o fenômeno do desgaste ocorre, é impossível determinar o comportamento dos materiais pela realização de um simples teste que informe um único valor de desgaste. Sendo assim existem diversos tipos de ensaios que simulam o tipo de mecanismo em que tal fenômeno ocorre e assim é possível obter um valor aproximado que represente o desgaste (SOUZA, 2011). Gastaldo, 2010 menciona os quatro principais tipos de desgaste, listados a seguir. Desgaste adesivo quando duas superfícies polidas em contato geram forças adesivas de seu átomos, podendo transferir partículas de uma para outra ou soltá-las. Neste último caso, essas partículas se tornam abrasivas. Desgaste abrasivo ocorre quando uma superfície dura ou que contenha partículas duras desliza sobre uma superfície macia, formando sulcos nesta última. Desgaste corrosivo ocorre quando duas superfícies deslizam em um meio corrosivo, desgastando a superfície.

20 20 Desgaste por fadiga Ciclos repetitivos fazem com que as superfícies fadigadas fiquem suscetíveis à trincas que eventualmente soltarão fragmentos abrasivos. Neste trabalho será dada atenção especial ao desgaste abrasivo por ser justamente o desgaste que se pretende amenizar com o revestimento aqui proposto Desgaste abrasivo O desgaste é descrito como abrasivo quando partículas duras e ásperas, ou uma superfície macia com partículas duras e que tenham dureza maior ou igual a da superfície de ataque desliza sobre a mesma formando sulcos (BEHENE, 2014 e SOUZA, 2011). O desgaste o abrasivo ocorre em mais de 50% dos casos, sendo o mais popular na indústria e é considerado o mais severo. Quando o abrasivo entra em contato com a superfície é possível identificar dois processos, sendo o primeiro a formação de um sulco devido á deformação plástica sem remoção de material; e o segundo a remoção de material sob a forma de pequenos cavacos (RIBEIRO, 2004). A taxa de desgaste das superfícies depende diretamente do tipo de abrasivo, da velocidade de contato, das características das superfícies em contato e das condições ambientais (GASTALDO, 2010). Souza (2011) revela ainda que existem mecanismos de desgaste abrasivos, onde as partículas podem remover material por micro-corte, micro-fratura, destacamento individual de grãos e por fadiga acelerada por deformações repetitivas Desgaste Abrasivo por riscamento Existe ainda uma subdivisão do desgaste abrasivo onde é possível observar duas situações. Uma é chamada de desgaste abrasivo a três corpos onde as partículas duras estão soltas e entre dois corpos. Já a outra é chamada de desgaste abrasivo a dois corpos sendo que neste caso as partículas duras estão encrustadas em uma das superfícies, na Figura 2 é possível identificar que a imagem da direita representa o primeiro caso, já a da esquerda representa o segundo caso. O desgaste abrasivo a dois corpos também pode ser chamado de desgaste abrasivo por riscamento (MARANHO, 2006).

21 21 Figura 2 Representação esquemática do desgaste abrasivo a dois e três corpos, respectivamente. Fonte: Maranho, Aspersão Térmica Aspersão térmica é um grupo de técnicas que consiste na aplicação de um revestimento, metálico ou não metálico, sobre uma superfície preparada, usando-se uma pistola de aspersão, com a intenção de alterar suas características superficiais. O intuito deste tipo de aplicação é usufruir das vantagens específicas do material depositado, tornando a superfície protegida contra a corrosão, contra incompatibilidades químicas e biológicas, mais resistentes à desgaste e erosão, e também para promover isolamento térmico e elétrico em alguns casos (SOUZA, 2011). O material de revestimento pode estar nas formas de pó, arames ou varetas que alimentam uma pistola de aspersão provida de uma fonte de calor. Este calor é gerado na tocha de aspersão e pode vir da queima de um gás combustível, arco elétrico ou plasma. As partículas aquecidas são aceleradas em direção ao substrato por um gás comprimido e aspergidas em forma de feixe. Essas partículas se chocam contra o substrato e aderem às irregularidades do mesmo e entre si. Após, ocorre o resfriamento e tem-se finalmente, um revestimento por aspersão térmica (MARQUES, 2003 e PUKASIEWICZ, 2008). A rugosidade do material de base é fundamental para garantir a fixação das partículas durante o processo e depende de fatores como finalidade da peça final, tipo de processo e tipo do material de adição. Quando aspergidas, as

22 22 partículas se chocam contra a superfície rugosa do substrato, aderindo com o impacto e formando assim lamelas (panquecas) no revestimento (OLÍVIO, 2016). Na Figura 3 é possível observar a rugosidade prévia do substrato recebendo o revestimento termicamente aspergido formando as lamelas. Na ampliação dessas lamelas nota-se que pode haver a ocorrência de poros, óxidos e partículas não fundidas. Figura 3 Fixação do revestimento termicamente aspergido. lamela Fonte: Lima et al., 2007 As variáveis desse processo são de forma geral, o material de adição, o método de aquecimento e o método de aceleração das partículas. Neste trabalho o material de adição é o AWS ER410NiMo, depositado por aspersão térmica a chama arame, aceleradas por ar comprimido sobre o aço inoxidável CA6NM Aspersão térmica a chama arame O processo de aspersão térmica a chama envolve a combustão contínua de um gás combustível misturado com oxigênio para fundir o material de deposição, dentro de um bocal refrigerado a ar. Os gases quentes são libertados através da tampa do bocal e acelerados por uma corrente de ar de alta velocidade (GARTNER, et. Al, 2006). Para aplicação com o material na forma de vareta ou arame o equipamento deve possuir um sistema de alimentação que pode ser através de roletes que são tracionados por motor elétrico, motor pneumático ou por uma turbina de ar (PAREDES, 2009). O material é direcionado axialmente e centralmente para dentro da chama, ficando no estado fundido ou semi fundido na ponta da pistola. As

23 23 gotículas são aceleradas pelo ar comprimido até o substrato previamente preparado. A Figura 4 ilustra tal procedimento. Figura 4 Representação da tocha na aspersão térmica a chama arame. Fonte: Paredes, 2009.

24 24 3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 Materiais Metal de base O metal de base será o aço inoxidável martensítico ASTM A743 CA6NM, cuja composição química encontra-se na Tabela 2. Tabela 2 - Composição Química do Metal de Base Composição Química CA6NM C Si Mn Cr Ni Mo S P Fonte: Behene (2014). 0,03 0,30 0,45 13,0 3,7 0,34 0,003 0,02 Os corpos de prova foram cortados, depois retificados para chegarem às dimensões finais 80x55x12,5mm Material de revestimento Buscando um material que se assemelhe quanto à composição química e propriedades mecânicas foi escolhido como material de adição foi o eletrodo tubular AWS ER410NiMo com diâmetro de 2,4 mm e alimentação manual. Sua composição química encontra-se na Tabela 3. Tabela 3 - Composição Química do Eletrodo Composição Química 410 NiMo C Si Mn Cr Ni Mo S P Fonte: Behene (2014). 0,02 0,38 0,66 11,9 4,5 0,40 0,001 0,02

25 Equipamentos Jateamento Para o jateamento foi utilizada a cabine da marca CMV modelo , a Tabela 4, mostram os parâmetros usados. Tabela 4 Parâmetros Empregados no Jateamento Abrasivo das Amostras Parâmetro Valores utilizados Abrasivo Tipo de jato empregado Óxido de alumínio branco #30 mesh Jato por pressão Gás de transporte do abrasivo Pressão de jateamento Distância de jateamento Ar comprimido 80 à 100 psi 100 mm Ângulo 90º Fonte: O autor (2017) Equipamento de aspersão térmica a chama arame O equipamento de aspersão térmica utilizado foi a pistola Sulzer Metco modelo 14E como mostra Figura 5, da UFPR, os gases de combustão foram o oxigênio e acetileno, e o gás de arraste foi o ar comprimido.

26 26 Figura 5 - Equipamento de aspersão térmica a chama arame (LABATS). a) controle de gases; b) tocha de aspersão térmica a chama arame. Fonte: Autoria própria (2017) Para o equipamento de aspersão térmica a chama arame, foram utilizados os seguintes parâmetros relacionados na Tabela 5. Tabela 5 Parâmetros de Deposição no Processo Chama Arame Parâmetro Material Taxa de alimentação do arame Distância da pistola de aspersão Pressão do Acetileno Pressão do Oxigênio Pressão do Ar Comprimido Fluxo do Acetileno Fluxo do Oxigênio Valores utilizados AWS ER410NiMo com diâmetro de 2,4 mm 0,45 m/min 100 mm 14,5 psi 30 psi 60 psi 60 FRM 50 FRM Fluxo do Ar Comprimido 55 FRM FRM= Escala de referência utilizada pelo fabricante do fluxômetro. Fonte: O autor (2016).

27 Métodos Microscopia óptica As imagens para análise foram capturadas através do microscópio ótico Olympus BX51, do Laboratório de Materiais e Superfícies (LAMATS) da UFPR. Através desse equipamento é possível capturar imagens de 200x a 1000x de ampliação, fazer medição de espessura do revestimento e quantificar poros Porosidade Para quantificar a porosidade do revestimento, foi utilizado o software Analysis 5.1, instalado junto ao software do microscópio ótico do Laboratório de Materiais e Superfícies (LAMATS) da UFPR. Através da imagem capturada pelo microscópio, foi selecionada uma área onde, por variação de cores, determina-se o percentual de poros Ensaio de microdureza Vickers A microdureza Vickers baseia-se na resistência que o material oferece à penetração de uma pirâmide de diamante de base quadrada e ângulo entre faces de 136º, sob uma determinada carga. Nos corpos de prova somente aspergido foram feitas as endentações no sentido longitudinal, sem espaçamento pré definido mas tomando cuidado de fazer as marcações em fases diferentes.. Também foram feitas endentações no perfil transversal das amostras seguindo a norma ASTM E Este ensaio foi realizado no microdurômetro da UTFPR CP, da marca PANATEC ATMI, modelo HV-1000B, ilustrado na Figura 6.

28 28 Figura 6 Durômetro. Fonte: O autor, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) Através do MEV, há um estudo da microestrutura, possibilitando a obtenção de imagens com alta resolução do revestimento e sua análise química através do EDS acoplado. Utilizou-se um microscópio eletrônico de varredura modelo XL30 da marca Philips. A análise da composição química, semi-quantitativa, foi realizada por micro-análise de energia dispersiva (EDS) utilizando detector de energia dispersiva de raios X marca EDAX, acoplados ao microscópio eletrônico de varredura (MEV), ambos os equipamentos estão instalados no Centro Multiusuário de Caracterização de Materiais - CMCM da UTFPR campus Curitiba Difratometria de Raio X (DRX) Para o DRX, o equipamento utilizado foi o da Shimadzu D7000, com varredura de 0º a 90º, com escala de 2θ e velocidade de 1º/min, que encontra-se no laboratório de Física da UFPR. A análise por DRX identifica os compostos cristalinos presentes nos corpos de provas (buscando por compostos presumidamente na amostra), comparando-os com um banco de dados contendo informações cristalográficas básicas e algumas propriedades físicas de compostos cristalinos.

29 Ensaio de riscamento O ensaio de riscamento foi realizado na máquina de riscamento, conforme a Figura 7, da seguinte forma: lavou-se a amostra com acetona na lavadora ultrassônica, Figura 8, por um tempo de 5 minutos, em seguida pesou-se a amostra em uma balança de 0,0001 g de precisão. Figura 7 Equipamento de ensaio de riscamento. Fonte: O autor, Figura 8 Lavadora ultrassônica. Fonte: O autor, 2017.

30 30 A amostra foi posicionada na máquina de riscamento e fez o primeiro risco, com o peso da haste (Figura 9), mais 1 kg. A haste possui uma massa de 1447,75 g. É necessário lavar a amostra da mesma forma que foi feito antes com acetona no ultrassom durante 5 minutos para assim poder pesá-la e anotar a perda de massa após o ensaio. Em seguida foi feito a segunda ranhura acrescentando uma massa dessa vez uma massa de 3 kg à haste. Para pesá-la precisou lavá-la novamente da mesma forma. Seguindo esse procedimento, fez-se um terceiro risco, desta vez com uma carga de 5 kg mais a haste. Figura 9 Haste do ensaio de riscamento. Fonte: O autor, 2017.

31 31 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1 Microscopia óptica (MO) A Figura 10 mostra a imagem obtida através do microscópio ótico, com um aumento de 10x. Figura 10 Microscopia ótica do revestimento. Fonte: O autor, Nota-se um revestimento com coalescência das lamelas, poucos poros e inclusões de óxidos, verifica-se uma quantidade maior de fases metálicas e menores quantidades de óxidos interlamelares. 4.2 Porosidade A Tabela 6 mostra o resultado da porcentagem de poros dos corpos de prova depois de aspergidos. Tabela 6 Resultado da Porosidade Porcentagem de Poros (%) 1,7 Fonte: O autor, 2017.

32 32 Nota-se que o valor obtido pela deposição são inferiores, aos encontrados na literatura, podendo ser comparados aos processos de Plasma Spray e HVOF, que são de 1 a 7% e menor que 3%, respectivamente. Os valorem também são menores aos encontrados por Terres, 2007, e Capra et. al., Pôde-se obter esse resultado, pois os parâmetros de processo estavam completamente testados e regulados, fazendo com que durante a deposição houvesse fluxo material constante, proporcionando revestimentos com mínima porosidade. 4.3 Microdureza Vickers O ensaio de Microdureza Vickers foi realizado na UTFPR campus Cornélio Procópio. Foram feitos sete medidas de microdurezas no sentido vertical, sendo que três delas foram feitas no revestimento e as outras quatro no metal de base, podendo, assim, perceber a influência do revestimento na microdureza; além disto, foram feitas também dez medidas no sentido horizontal no revestimento, para que pudesse verificar um desvio padrão e uma média de mircrodureza. Para o ensaio usou-se uma força de 300g aplicada durante o tempo de 15 segundos. A unidade de medida da Microdureza Vickers é dada em HV. A Figura 11 ilustra uma endentação sendo medida no microdurômetro. Figura 11 Ensaio de microdureza Vickers. Fonte: O autor, A Tabela 7 informa os valores obtidos nos ensaios feitos na secção horizontal, ou seja, apenas no revestimento, assim como a média e o desvio padrão das mircrodurezas da amostra.

33 Microdureza Vickers (HV) 33 Tabela 7 Resultado Microdureza Vickers. Pontos Dureza (HV) 1 237, , , , , , , , , ,0 Média 263,25 Desvio Padrão 36,85 Fonte: O autor, Observa-se que os valores de dureza do ensaio no revestimento apresentaram uma média de 263,25. O valor alto do desvio padrão se deve ao fato das endentações não serem somente em uma fase formada e sim escolhidos em pontos aleatórios para a aplicação da carga. O Gráfico 2 mostra os valores obtidos no ensaio na seção vertical das amostras. 325 Gráfico 2 - Resultado Microdureza Vickers Série 2 255,9 234,1 249,2 285,7 300,9 295,7 300,9 Fonte: O autor, 2017.

34 34 As endentações 1, 2 e 3 foram feitas na camada de revestimento. O restante foi realizado no substrato. Nota-se que a microdureza realizada no revestimento é menor do que a do metal de base. As durezas estão de acordo com a literatura de Capra et. al. (2007). 4.4 Resultados das análises via Microscopia eletrônica de varredura e EDS A Figura 12 mostra a imagem em MEV do revestimento obtido pelo processo de aspersão térmica a arco elétrico, com o gráfico obtido pelo EDS. Figura 12 Imagem em MEV e Gráfico EDS. Fonte: O autor, A quantificação de elementos presentes na amostra está na Tabela 8. Tabela 8 Resultado da composição química. Elemento C O Si Cr Mn Fe Ni Porcentagem 9,27 2,55 0,67 12,02 0,67 71,32 3,5 Fonte: O autor, Comparando a porcentagem de elementos presentes na amostra e a quantidade presente na vareta, segundo a Tabela 3, página 26, nota-se o aparecimento dos elementos óxido e ferro, esses elementos podem ser resultantes do processo, onde o gás de arraste foi o ar comprimido que aumenta a quantidade

35 35 desses elementos no revestimento. Os elementos carbono molibdênio, enxofre e fósforo, anteriormente presentes no eletrodo, não foram identificados no revestimento. 4.5 Análise por difratometria de raio X (DRX) A Figura 13 mostra o difratograma do aço inoxidável martensítico CA6NM e da amostra aspergida. Figura 13 Resultado da difratometria de raio x. Figura 1 difratometria de raio x do aço ca6nm FONTE: O autor (2016). Fonte: O autor, Nota-se que ambos os difratogramas mantêm os mesmos picos α (matriz martensítica típica desse aço), além da presença de γ, fase austenítica, e CrN, fases também encontradas por Allenstein (2007). Segundo a autora a obtenção de uma camada composta constituída essencialmente pelas fases CrN e α dão forte indicativo de que estes nitretos estão presentes na forma de precipitados na matriz resultando numa camada de elevada dureza e resistência.

36 Ensaio de riscamento A Figura 14 mostra o revestimento após o ensaio de riscamento, onde é possível notar os três riscos feitos pelo ensaio. Figura 14 Amostra riscada pelo ensaio de abrasão Fonte: O autor, Os resultados do ensaio de riscamento estão na tabela 9 a seguir. Tabela 9 Resultados do ensaio de riscamento condição Peso (gramas) Peso inicial da amostra 165,5225 Carga de 1kg 165,5225 (haste) 1447,75 + Carga de 3kg 165,5162 Carga de 5kg 165,5104 Fonte: O autor, Perda total 0,0121

37 Massa da amostra (g) 37 O Gráfico 3 ilustra os resultados do ensaio de riscamento. Gráfico 3 - Resultado ensaio de riscamento 165,53 165, ,52 165, , , ,5162 Perda total 0,0121g 165,51 165, , ,5 Peso inicial haste + 1kg haste + 3kg haste + 5kg Fonte: O autor, A perda total de massa da amostra após o ensaio de riscamento foi de 0,0121g, um valor muito baixo, comprovando assim que o revestimento está adequado para resistir ao desgaste abrasivo.

38 38 5 CONCLUSÃO De acordo com os resultados obtidos e comparando-os com a literatura, através dos ensaios de microdureza Vickers e desgaste por riscamento, e das análises de MO, MEV, EDS, DRX e porcentagem de poros, pode-se concluir que: O revestimento obtido pelo processo de aspersão térmica a chama arame mostrou baixa porcentagem de poros, microdureza do revestimento e metal de base semelhantes e comparáveis com a literatura. Em relação a microscopia ótica mostrou grande coalescência das lamelas, observando um revestimento bem homogêneo. No ensaio de riscamento o revestimento teve baixa perda de massa, o que comprova que o mesmo é eficaz na proteção contra o desgaste abrasivo. O revestimento tive resultado satisfatório para o estudo proposto, podendo ser aplicado como revestimentos contra o desgaste ou até mesmo para a recuperação superficial de componentes desgastados.

39 39 REFERÊNCIAS ALLENSTEIN, A. N; Estudo da Resistência à Cavitação do Aço Inoxidável Martensítico CA6-NM Nitretado por Plasma. Dissertação de mestrado. Universidade Federal do Paraná. Curitiba, ASTM, ASTM 743/A 743M American Society for Testing and Materials; Standard specification for casting, iron-chromium, iron-chromium-nickel, corrosion resistant, for general applications., BEHENE, L.; Estudo da Alteração De Parâmetros do Processo de Soldagem Plasma com Alimentação de Vareta em Substrato de Aço ASTM 743 tipo CA6NM. Dissertação de mestrado. Universidade Federal do Paraná. Curitiba, CAPRA, A. R.; GOUVEIA, R. R. de; OKIMOTO, P. C.; PUKASIEWISZ, A. G. M.; CHANDELIER, J. G.; KIMURA, N.; Desenvolvimento de procedimentos de reparo de trincas e recuperação de cavitação em turbinas hidráulicas fundidas em Aço Inoxidável Martensítico Macio CA6NM. Disponível em: < Acesso em 03.maio CHIAVERINI, V. Aços e Ferros Fundidos, 4ºed., São Paulo, Associação Brasileira de Metais, DIN 50320: Verschleib- Begriffe, Analyse von Verschleibvorgängen, Gliederung des Verrschleibgebietes. Beut Verlag, Berlin GARTNER, F., VOYER, J., X. Qi KREYE, H., New Challenges For Wire and Rod Flame Spraying. Institute Of Materials Technology, GRACIOSO, J. F. F. Efeito das Condições De Têmpera Na Microestrutura e Propriedades Mecânicas de um Aço Inoxidável Martensítico Fundido CA6NM. Dissertação de Mestrado Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, MACHADO, I. G. Soldagem & Técnicas Conexas: Processos. 1a ed. Porto Alegre, Editado pelo autor, MARANHO, O. Aspersão Térmica de Ferro Fundido Branco Multicomponente. Dissertação de Doutorado. Escola Politécnica se São Paulo, São Paulo, MARQUES P.V.; Aspersão Térmica, Infosolda, 2003 MARTINS, A. F. Caracterização do Aço Inoxidável ASTM A743 CA6NM e do seu Revestimento de WC-10Co-4Cr Aspergido Termicamente por HVOF. Dissertação de Mestrado Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, OLIVIO, E. F. T. Avaliação de Ligas De Ni-Al Utilizadas Como Revestimento Estáveis a Altas Temperaturas Depositadas por Aspersão Térmica a Chama Pó. Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2012.

40 40 PAREDES, R. S. C.; Aspersão Térmica, Texto Guia da Disciplina de Aspersão Térmica na Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da UFPR (disponível na Biblioteca da UFPR-Centro Politécnico). Universidade Federal do Paraná, PUKASIEWICZ, A. G. M.; Desenvolvimento de revestimentos Fe-Mn-Cr-Si-Ni resistentes à cavitação depositadas por aspersão ASP. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Paraná, Curitiba, RIBEIRO, R.; Avaliação da Resistência ao Desgaste Abrasivo de Revestimentos Soldados do Tipo Fe-C-Cr Utilizados na Indústria Sucroalcooleira, Tese de Mestrado. Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira, SOUZA, C. J.; Desgaste Abrasivo em Compósitos Metal/Cerâmicos: Estudo Aplicado ao Desenvolvimento de Coroas de Perfuração. Tese de Mestrado. Rede Temática Em Engenharia De Materiais, Ouro Preto, 2011 SUCHARSKI, G. B.; Deposição De Revestimentos Tipo Barreira Térmica Por Aspersão Térmica. Tese de Mestrado, Curitiba, TERRES, C. J. F.; Avaliação De Revestimentos de Aços Inoxidáveis Depositados por Aspersão Térmica. Curitiba. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Paraná, VAZ, C. T. Avaliação da Resistência à Erosão por Cavitação do Metal de Soldas Produzidas com Consumíveis Tipo 13%Cr - 4%Ni - 0,4%Mo. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte MG, 2004.

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