ESTUDO COMPARATIVO DE RESISTÊNCIA AO DESGASTE, DE FACAS DE CORTE DE BASE, TRATADAS TERMICAMENTE E REVESTIDAS

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1 ESTUDO COMPARATIVO DE RESISTÊNCIA AO DESGASTE, DE FACAS DE CORTE DE BASE, TRATADAS TERMICAMENTE E REVESTIDAS O. C. Gamboni 1,2, A.F. Farah 1, V. Brito 1, T. Bueno 1, P. Bosquetti 1 1. Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho Fatec Sertãozinho 2. Centro Universitário UNIFAFIBE, Bebedouro-SP otavio.gamboni@gmail.com Resumo: A colheita mecanizada com uso de equipamentos agrícolas é um tema bastante relevante e recorrente no Brasil. Este trabalho se mostra importante, uma vez que esse é o principal método de colheita utilizado tanto no Brasil como no mundo. Os componentes responsáveis pela colheita mecanizada sofrem muito com desgaste abrasivo, o que resulta em paradas para manutenção dos discos cortadores ou facas de corte. Pensando na hipótese de diminuir esse desgaste sofrido pelos componentes, o presente trabalho teve por objetivo a comparação do comportamento em desgaste abrasivo de facas utilizadas no corte mecanizado de cana-de-açúcar em condições superficiais diferentes: obtidas comercialmente e recobertas com uma pasta a base de WC em matriz de Ni-Cr. Foram realizadas análises metalográficas, ensaios de, medidas de dureza e testes em campo. Constatou-se uma diminuição significativa na perda de massa das amostras recobertas em relação às amostras obtidas comercialmente. Tais resultados foram corroborados pelos testes em campo, que revelaram um desgaste de aproximadamente quatro vezes menos perda de massa após 18 horas de trabalho. Palavra-chave: Facas de corte, revestimento, desgaste abrasivo, aço 15B30. INTRODUÇÃO Sendo o Brasil um grande produtor de cana-de-açúcar, não é novidade em se falar sobre colheita mecanizada. O sistema já é o principal método de corte utilizado, no país, por promover um aumento da capacidade operacional e pelo fato de não necessitar da queima previa do canavial, havendo assim uma adequação às legislações ambientais. Segundo Holanda [1], as colhedoras de cana picada utilizam um cortador de disco duplo, que, além de cortar a base dos colmos, participa do processo de alimentação da colhedora e varredura do solo para recolher colmos e fragmentos. 5638

2 O cortador de base é dotado de facas, que giram em sentidos opostos. Quando o cortador trabalha em profundidade, com as lâminas abaixo da linha do solo, ocorre uma diminuição das perdas na colheita, pois possibilita um corte mais rente dos colmos ocorrendo assim uma melhor varredura do solo. Porém, aumenta proporcionalmente o desgaste das facas de corte, e o aumento das impurezas na colheita. De acordo com Voltareli et al. [2] a colhedora tem o mesmo princípio de funcionamento, tanto para colher mudas quanto para a colheita comercial, e pode ser descrito na seguinte sequência. Primeiramente é realizado o corte das ponteiras pelos despontadores. Em seguida, os divisores de linha conduzem a matéria-prima, que é apoiada no rolo tombador que direciona a cana-de-açúcar para o corte basal. Feito isso, os colmos são direcionados para os rolos alimentadores e rolos picadores, nos quais a cana é cortada em rebolos com dimensões que variam entre 300 e 400 milímetros. Na sequência, estes rebolos vão para o cesto onde o extrator primário remove a maior parte das impurezas, por exaustão de ar através de uma hélice giratória. Na etapa seguinte os colmos são conduzidos pelo elevador de taliscas e passa pelo extrator secundário para outra remoção de impurezas. Por último a cana picada é descarregada em sistemas de transbordo. Quando o cortador trabalha em profundidade, com as lâminas abaixo da linha do solo, ocorre uma diminuição das perdas na colheita, pois possibilita um corte mais rente dos colmos ocorrendo assim uma melhor varredura do solo. Porém, aumenta-se proporcionalmente o desgaste das facas de corte, assim como, o aumento das impurezas na colheita [1]. Este desgaste pode resultar ainda em um outro problema: soqueteiras fragmentadas ou arrancadas. Desta forma, as faces das facas devem ser trocadas de posição e até mesmo substituídas quando não atendem às especificações do fabricante. Este ponto é ainda mais preocupante quando se deseja aumentar a produtividade, aumentando também a velocidade de trabalho. O resultado é um desgaste prematuro destas facas e a certa substituição das mesmas. Diante deste contexto, o mercado brasileiro voltado à fabricação e manutenção de facas de corte atuam em diversos setores resultando na existência e variação de diversos modelos de facas variando sua geometria, composição química, tratamentos térmicos, condições de superfície, quantidade de furos, quantidade de faces cortadoras, etc. Cada fator mencionado visa um aumento na 5639

3 sua durabilidade e a diminuição do desgaste abrasivo entre a faca e a cana. Além disso, existe terra, areia, pedra e diversos outros componentes que podem resultar em um desgaste na faca. Segundo Cruz [3], desgaste é definido como a remoção de material de contato entre duas superfícies resultante do movimento entre as mesmas. Essa remoção acarreta a perda de massa da peça utilizada e posteriormente causará danos ao equipamento e prejuízos ao sistema. Em equipamentos agrícolas, o desgaste por abrasão é um grande inimigo dos produtores pois reduz a produtividade devido a necessidade de troca destas facas e parada do equipamento. Pensando na hipótese de diminuir esse desgaste sofrido pelas facas de corte durante a colheita da cana-de-açúcar, o presente trabalho teve por objetivo uma análise microestrutural, e comparação de resistência ao desgaste e dureza das facas de corte nas condições as quais são encontradas normalmente no mercado, e depois de realizado um pequeno recobrimento metálico superficial, comparandose a relação custo benefício deste processo de proteção superficial. MATERIAIS E MÉTODOS As facas utilizadas neste trabalho foram adquiridas comercialmente como sendo do aço SAE 15B30, tratadas termicamente. De acordo com a literatura, a composição nominal deste aço é apresentada na Tabela 1. Foram avaliadas duas condições superficiais: uma conforme recebida comercialmente na condição temperada e revenida e uma outra recoberta com uma pasta metálica do tipo DURMAT WC, composto por uma matriz à base de NiCrBSi (50%) e partículas de carboneto de tungstênio sinterizado (50%) em meio gelatinoso. O revestimento foi depositado nas quatro pontas da faca, no lado oposto ao corte com o auxílio de uma espátula e um gabarito feito de chapa de metal para posicionar a pasta na posição correta. A pasta foi fundida pelo processo oxiacetilênico. A Figura 1 ilustra uma das facas utilizadas neste estudo. De acordo com especificações do fabricante, a matriz depois de depositada apresenta dureza em torno de 40 HRC e as partículas de carboneto de tungstênio sinterizado apresentam dureza de HV. A espessura da camada depositada foi de aproximadamente 1 mm. 5640

4 Tabela 1 Composição nominal do aço SAE 15B30 [4] Elemento C Mn Si P S Cr Mo Ni Cu Ti B %massa 0,27-1,15-0,15-0,010-0,0005 0,35 1,50 0,35 0,03 0,025 0,20 0,06 0,30 0,25 0,06-0,003 Figura 1 Faca cortadora - sem revestimento utilizada neste estudo. Após o depósito, as facas foram levadas para trabalhar em campo. Foram colocados dois conjuntos de facas, sendo um conjunto sem revestimento e outro com as facas revestidas. Elas foram pesadas antes e depois de trabalhar em campo por 18 horas. A Figura 2 mostra as fotos dispostas no dispositivo da máquina. Figura 2 Facas posicionadas para o teste em campo. 5641

5 Além do ensaio em campo, foram retiradas amostras de facas para a realização de análise metalográfica, ensaios de desgaste por abrasão (norma ASTM G65 [5] ) e medidas de dureza (normal ASTM E18-11 [6] ). Além disso, uma análise visual foi feita por meio de um modelo em cartolina antes e após o ensaio em campo. Os ensaios de abrasão em roda de borracha foram realizados em corpos de prova de 25 mm de largura, 75 mm de comprimento e aproximadamente 12,5 mm de espessura. 4 ciclos de 3 minutos cada foram aplicados ao material com uma força de 130 N e rotação de 200 RPM. As massas eram registradas após cada ciclo. RESULTADOS E DISCUSSÕES A Figura 3, a seguir, mostra a microestrutura da faca tratada termicamente. Esta microestrutura é bastante característica de um material que sofreu têmpera e foi revenida em baixa temperatura. Nota-se a dispersão de agulhas de martensita, juntamente com alguns precipitados globulares. A dureza obtida para este material foi de aproximadamente 49 HRC, bastante coerente com a microestrutura obtida. Figura 3 Microestrutura das facas tratadas termicamente obtidas comercialmente. 5642

6 A Figura 4 apresenta a microestrutura da região de revestimento metálico com pasta. Nela pode-se identificar os carbetos de tungstênio (A) bem grosseiros dispersos na matriz de níquel (B), além do metal base visto na Figura 3 (C). Esta microestrutura está bastante parecida com estruturas encontradas na literatura para este tipo de recobrimento [7]. A dureza obtida para a região revestida foi de aproximadamente 53 HRC. Figura 4 Microestrutura do revestimento metálico em pasta (A: carbeto de tungstênio; B: matriz de níquel; C: metal base). A Figura 5, a seguir, apresenta os resultados do ensaio de desgaste abrasivo em roda de borracha. É possível observar que a faca revestida apresentou uma perda de massa inferior à faca sem revestimento. Este resultado era esperado por conta da microestrutura obtida em cada caso. A presença de carbetos dispersos na matriz do revestimento aumentam consideravelmente a dureza, resultando em um aumento também na resistência ao desgaste. Consequentemente, a perda de massa é menor. 5643

7 Figura 5 Resultado do ensaio de desgaste abrasivo em roda de borracha. Perda de massa de material em função do tempo de ensaio. A Tabela 2 apresenta os resultados de perda de massa das facas antes e após o ensaio em campo. É possível notar que a perda de massa para a faca revestida teve uma perda de massa significativamente menor (aproximadamente 4 vezes menos) quando comparada à perda de massa da faca apenas tratada termicamente (obtida comercialmente). Com base nestes resultados, é possível esperar que esta faca revestira vai durar muito mais tempo em trabalho do que a faca apenas tradada. Tabela 2 Resultados do ensaio em campo; Perda de massa das facas. Massa Massa Perda de Perda de inicial (g) final (g) massa (g) massa (%) Facas tratadas ,7 Facas revestidas ,2 Os resultados em campo corroboram os resultados obtidos no laboratório. Além disso, as medidas de dureza e análise microestrutural ajudam a evidenciar a importância destes revestimentos para a proteção ao desgaste abrasivo. 5644

8 O modelo visual feito em cartolina serviu para verificar os locais preferencialmente desgastados pelo processo de corte de cana. A Figura 3 apresenta uma foto do modelo das duas facas. É nítido que os cantos são mais desgastados e, desta forma, é exatamente esta região que deve ser revestida para aumentar sua durabilidade. Não seria necessário um recobrimento completo do corpo da faca, visto que estas regiões não são desgastadas. Figura 3 Modelo visual em cartolina evidenciando a o local onde o desgaste foi maior (A: antes do ensaio em capo; B: após o ensaio em campo). CONCLUSÃO De acordo com os resultados obtidos foi possível concluir que o uso de revestimentos metálicos em pasta ofereceu uma melhora bastante significativa no desempenho em desgaste abrasivo das facas cortadoras aplicadas à colheita mecanizada de cana-de-açúcar. Em ensaios práticos no campo foi constatado uma melhora de 4 vezes na perda de massa. Em relatos de profissionais da área, as facas costumam ser trocadas após 48h de uso. Com o revestimento, espera-se que esta vida útil aumente bastante. Tais resultados foram corroborados pelo ensaio de desgaste abrasivo em roda de borracha, realizado de acordo com a norma ASTM G65. Tais resultados podem ser explicados pela microestrutura do revestimento: carbetos duros dispersos em uma matriz relativamente dúctil. Além disso, um ponto fundamental para resistência ao desgaste é o valor da dureza, que subiu de 49 para 53 HRC após o revestimento. 5645

9 REFERÊNCIAS [1] HOLANDA, Lucas Almeida de. Desgaste das facas do corte de base na colheita mecanizada afetando o crescimento e a produtividade da cana-deaçúcar (Tese apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP para a obtenção do título de Doutor em Agronomia) - Campus de Botucatu- SP [2] VOLTARELI, M. A. et al, COLHEITA MECANIZADA DE CANA-DE-AÇÚCAR , Material Didático, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias Campus de Jaboticabal, [3] CRUZ, Denis Coelho. Desgaste por abrasão de poliuretano utilizado na indústria minero-metalúrgica (Dissertação de Mestrado) - Universidade Estadual de Minas Gerais UEMG, Ouro Preto, 24 mar [4] PRETI, I. Estudo do efeito das temperaturas de austenitização e revenido na resistência e tenacidade do aço SAE 15B (Dissertação de Mestrado) Universidade Federal de Santa Catarina). [5] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM), ASTM G65-04: Standard Test Method for Measuring Abrasion Using The Dry Sand/Rubber Wheel Aparatus, [6] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM), ASTM E18-11: Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials, [7] TAHAEI, Ali et al. Caracterização Metalúrgica de um Revestimento de Cordão de Solda Aplicado pelo Processo de PTA no Aço Ferramenta D2. Soldag. insp. [online]. 2016, vol.21, n.2, pp ISSN Disponível em: < Acesso em: 06 nov

10 COMPARATIVE STUDY OF WEAR RESISTANCE OF BOTTOM CUTTING KNIVES, TREATED THERMICALLY AND SURFACE COATED Abstract Mechanized harvesting with the use of agricultural equipment is a very relevant and recurring theme in Brazil. This work is important, since this is the main harvesting method used both in Brazil and in the world. The components responsible for the mechanized harvest suffer greatly from abrasive wear, which results in maintenance stops of the cutting discs or cutting knives. Considering the hypothesis of reducing this wear and tear on the components, the present work had the objective of comparing the behavior in abrasive wear of knives used in the mechanized cutting of sugarcane under different surface conditions: obtained commercially and covered with a base paste of WC in Ni-Cr matrix. Metallographic analyzes, hardness measurements and field tests were performed. A significant decrease in mass loss of the coated samples was observed in relation to the commercially obtained samples. These results were corroborated by the field tests, which revealed a wear and tear of approximately four times less mass loss after 18 hours of work. 5647