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Título: Análise tribológica do contato entre insertos de WC/Co e amostras de concreto de diferentes resistências à compressão uniaxial
Título(s) alternativo(s): Tribological analysis of the contact between WC/Co drill bits and concrete samples of varying uniaxial compressive strengths
Autor(es): Vallim, André de Lima
Orientador(es): Beltrão, Paulo André de Camargo
Palavras-chave: Tribologia
Indústria mineral
Desgaste mecânico
Brocas (Ferramenta)
Adesão
Materiais - Testes
Aspereza de superfície
Tribology
Mineral industries
Mechanical wear
Bits (Drilling and boring)
Adhesion
Materials - Testing
Surface roughness
Data do documento: 1-Ago-2022
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: VALLIM, André de Lima. Análise tribológica do contato entre insertos de WC/Co e amostras de concreto de diferentes resistências à compressão uniaxial. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022.
Resumo: A necessidade de se entender o sistema tribológico associado ao contato entre insertos de brocas de mineração compostas por metal duro e substratos rochosos vem da crescente preocupação da indústria com processos de desgaste e suas perdas associadas e de seu interesse em otimizar o processo de mineração através do aumento de taxas de penetração. O presente estudo visa simular o sistema tribológico formado por insertos de mineração e substratos rochosos através de ensaios em amostras de concreto, buscando avaliar a variação do desgaste e das taxas de penetração associadas ao sistema através da variação da resistência a compressão uniaxial do concreto e das velocidades tangenciais de corte com o intuito de simular diferentes categorias de rocha sob diferentes regimes de corte e avaliar a influência da variação destes fatores nos parâmetros analisados. Foram realizados ensaios em tribômetro e avaliados parâmetros como força de atrito, taxa de penetração, parâmetros de rugosidade, área de contato afetada e composição superficial para cada configuração de ensaio, estes valores foram então comparados e para avaliar a significância da variação da resistência a compressão e da velocidade tangencial de operação foram realizadas análises de variância em cada um dos parâmetros analisados. Foram observadas variações para a maioria dos parâmetros ao comparar as configurações de ensaio, porém as análises de variância não identificaram variações significativas que justificassem a influência dos fatores variados nos resultados obtidos, as análises de desgaste e composição superficial identificaram mecanismos de desgaste do metal duro já conhecidos, como remoção da matriz de cobalto e o aparecimento de fissuras intragranulares, foram identificadas também variações decrescentes da área de contato com o aumento da resistência a compressão uniaxial. As configurações de ensaio utilizadas não apresentaram variações significativas entre seus parâmetros. Pode-se concluir que, para as configurações utilizadas e apesar de serem fatores relevantes para se identificar variações nas áreas de contato de inserto afetadas e na composição superficial destes insertos, resistência a compressão e velocidade de operação do inserto não são fatores relevantes para se avaliar coeficiente de atrito e taxas de penetração, tornando-se necessária a utilização de outros métodos para comparação destes parâmetros entre amostras de concreto que visem simular diferentes formações rochosas.
Abstract: The need to understand the tribological system associated with the contact between carbide mining drill inserts and rocky substrates comes from the industry’s growing concern with wear processes and their associated losses and from its interest in optimizing the mining process through increase in penetration rates. The present study aims to simulate the tribological system formed by mining inserts and rocky substrates through tests on concrete samples, seeking to evaluate the variation of wear and penetration rates associated with the system through the variation of the uniaxial compressive strength of the concrete and the tangential cutting speeds in order to simulate different rock categories under different cutting regimes and to evaluate the influence of the variation of these factors on the analyzed parameters. Tribometer tests were carried out and parameters such as friction force, penetration rate, roughness parameters, affected contact area and surface composition were evaluated for each test configuration, these values were then compared to assess the significance of the compressive strength variation and the tangential speed of operation, analysis of variance were performed on each of the parameters analyzed. Variations were observed for most parameters when comparing test configurations, however the analysis of variance did not identify significant variations that could justify the influence of the varied factors on the results obtained, the wear and surface composition analysis identified hard metal wear mechanisms already known, such as cobalt matrix removal and the appearance of intragranular cracks, decreasing variations in the contact area with increasing uniaxial compressive strengths were also identified. The test configurations used did not show significant variations between their parameters. It can be concluded that, for the configurations used and despite being relevant factors to identify variations in the affected insert contact areas and in the surface composition of these inserts, compressive strength and insert operating speed are not relevant factors to evaluate friction coefficients and penetration rates, making it necessary to use other methods to compare these parameters between concrete samples that aim to simulate different rock formations.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30399
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