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Title: Tenacidade à fratura e resistência à iniciação e ao crescimento de trinca por fadiga de aços para aplicação em moinhos tubulares.
Authors: Guimarães, Claudinei Roberto
metadata.dc.contributor.advisor: Godefroid, Leonardo Barbosa
Keywords: Análise de falhas
Trincas por fadiga
Moinho de bolas
Aços para vasos de pressão
Issue Date: 2019
metadata.dc.contributor.referee: Godefroid, Leonardo Barbosa
Vilela, Jefferson José
Silva, Ricardo Mattioli
Faria, Geraldo Lúcio de
Cândido, Luiz Cláudio
Citation: GUIMARÃES, Claudinei Roberto. Tenacidade à fratura e resistência à iniciação e ao crescimento de trinca por fadiga de aços para aplicação em moinhos tubulares. 2019. 127 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2019.
Abstract: A motivação para a realização deste trabalho se deu após a investigação de uma falha precoce em uma junta soldada que conecta a pista de rolamento à tampa de alimentação de um moinho de bolas usado em uma planta de beneficiamento de minério de ferro. Na análise de falhas, conduzida pelo GEsFraM, foi identificado que o aço empregado neste local apresentou teor de carbono abaixo do limite inferior, não atendendo à sua especificação ASTM-A516-G60, a qual é aplicada em vasos de pressão e estruturas. A microestrutura apresentada por este aço consistiu em uma distribuição heterogênea de grãos de ferrita e colônias de perlita, com variações no tamanho e na fração volumétrica. Além disso, a união entre o anel deslizante e a tampa de alimentação do moinho criou um significativo concentrador de tensão geométrico e o processo de soldagem utilizado, apesar de atender às especificações, contribuiu para a heterogeneidade microestrutural, devido à exposição ao aporte térmico necessário para esta operação. Essas mudanças microestruturais e geométricas levaram a nucleação e crescimento de trincas por fadiga na junta soldada, que atravessaram a espessura da pista de rolamento. Como consequência, a polpa de minério de ferro foi contaminada com o óleo lubrificante, diminuindo o nível adequado de óleo e gerando desgaste excessivo nos rolamentos e perda de pressão do sistema de lubrificação. Todos esses fatos inviabilizaram a operação do equipamento. Visando propor substituição, comparação ou melhorias, três aços diferentes que atendem à especificação para aplicação em vasos de pressão foram analisados e comparados com o aço do moinho que falhou por meio de ensaios de tração, dureza Víckers, impacto Charpy, tenacidade à fratura (curvas J-R) e ensaios de fadiga (curvas σa-Nf e curvas da / dN x ΔK). Concluiu-se que a seleção do material para o componente do moinho deve levar em consideração uma composição química e microestrutura adequadas para essa aplicação, bem como seu comportamento a altas temperaturas de um processo de soldagem, a fim de garantir uma microestrutura e um mínimo de resistência mecânica compatível com o seu uso. Concluiu-se também que, dentre os quatro aços estudados neste trabalho, os aços ASTM A516 G60 e ASTM A516 G70 são os mais adequados e recomendados para aplicação na fabricação de moinhos de bolas tubulares.
metadata.dc.description.abstracten: The motivation for carrying out this work came after the investigation of an early failure in a welded joint that connects the slip ring to the feed cover of a ball mill used in an iron ore mining plant. In the failure analysis, conducted by GEsFraM, it was identified that the steel used in this location had a carbon content below the lower limit, not meting its ASTM-A516-G60 specification, which is applied in pressure vessels and similar structures. The microstructure presented by this steel consisted of a totally heterogeneous distribution of ferrite grains and pearlite colonies, with variations in grain size and volume fraction. Moreover, the union between the slide ring and the mill head created a significant geometric stress concentration and the welding process used, although meeting the specification, contributed to the microstructural heterogeneity, due to the thermal input required for this operation. These microstructural and geometrical changes led to the development and growth of fatigue cracks near the welded joints, that crossed the thickness of the slide ring. As a consequence, the iron ore pulp was contaminated with the lubricating oil, decreasing the adequate oil level and generating excessive wear on bearings and loss of pressure from the lubrication system. All these facts made impracticable the operation of the mill. Three different steels that meet the specification for application in pressure vessels were analyzed and compared with the steel of the failed mill by means of tension, Víckers hardness, Charpy impact test, fracture toughness (J-R curves) and fatigue tests (σa x Nf curves and da/dN x ΔK curves). It was concluded that the material selection for the mill component must take into account a suitable chemical composition and microstructure for that application, as well as its sensitivity to high temperatures from a welding process, in order to guarantee a microstructure and a minimum of mechanical resistance compatible with its use. It was also concluded that, among the four steels studied in this work, the ASTM A516 G60 and ASTM A516 G70 steels are the most suitable and recommended for application in the manufacture of tubular ball mills.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/11988
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 14/02/2020 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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