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Título: Estudo do efeito sinérgico cavitação/erosão em revestimentos de carboneto de cromo e tungstênio depositados por aspersão térmica de alta velocidade
Título(s) alternativo(s): Study of synergistic cavitation/erosion effect on chromium and tungsten carbide coatings deposited by high velocity oxy-fuel
Autor(es): Bertuol, Kauê
Orientador(es): Pukasiewicz, Anderson Geraldo Marenda
Palavras-chave: Cavitação
Erosão
Partículas (Física, química, etc.)
Revestimentos
Aspersão térmica
Cavitation
Erosion
Particles
Coatings
Metal spraying
Data do documento: 14-Fev-2020
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Citação: BERTUOL, Kauê. Estudo do efeito sinérgico cavitação/erosão em revestimentos de carboneto de cromo e tungstênio depositados por aspersão térmica de alta velocidade. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2020.
Resumo: Desgastes por cavitação, erosão por partículas sólidas e sinérgicos cavitação/erosão são problemas comuns em usinas hidrelétricas, os mesmos causam o desgaste dos componentes hidráulicos e geram elevados custos na produção de energia elétrica. Uma forma de melhorar a resistência superficial destes componentes é por meio da deposição de materiais de alta resistência ao desgaste, como o caso de revestimentos de carbonetos. Deste modo, neste trabalho é proposto a deposição do Cr3C2 25NiCr e WC 10Co4Cr por HVOF, objetivando estudar o comportamento destes revestimentos na resistência ao desgaste por cavitação, erosão e sinérgicos. Após o processo de aspersão, a porosidade, fases presentes, dureza e tenacidade à fratura dos revestimentos foram analisadas. Foi avaliada a perda de massa e os mecanismos de desgastes destes revestimentos em ensaios como: cavitação em água destilada, cavitação em fluido com micropartículas de areia e ensaio de erosão por jato de lama sob diferentes ângulos de impacto. A porosidade encontrada no revestimento de Cr3C2 25NiCr foi menor que o WC 10Co4Cr. A maior tenacidade à fratura do Cr3C2 25NiCr foi atribuída a alta concentração da matriz metálica de NiCr e a baixa porosidade do revestimento. Nos ensaios de cavitação, a taxa de desgaste do revestimento Cr3C2 25NiCr foi menor que a do WC 10Co4Cr, e ambos maiores que o CA6NM. Fatores como porosidade e tenacidade à fratura foram importantes na resistência à cavitação dos materiais. Nos ensaios de desgastes sinérgicos cavitação/erosão com areia foi notado um claro aumento na taxa de desgaste de ambos os revestimentos. O Cr3C2 25NiCr se destacou como o mais sensível ao efeito erosivo das micropartículas durante o processo de cavitação, aumentando a taxa de desgaste em aproximadamente 260% após adição de areia. O desgaste por cavitação se iniciou preferencialmente nos poros e defeitos pré-existentes na superfície, porém a formação de microtrincas, o desprendimento e a fissura de carbonetos podem ter se intensificados com a presença de areia impactando a superfície dos revestimentos. Nos ensaios com jato de lama, o WC 10Co4Cr apresentou maior resistência ao desgaste que o Cr3C2 25NiCr, e ambos maiores que o aço CA6NM. Com ângulo de impacto de 90°, os revestimentos apresentaram mecanismos de desgaste por microsulcamento da matriz metálica e desprendimento dos carbonetos, enquanto o Cr3C2 25NiCr apresentou desgaste mais homogêneo de matriz e carbonetos, no WC 10Co4Cr foi observado a fissura de carbonetos. O CA6NM apresentou basicamente deformação plástica do tipo microsulcamento. O comportamento dúctil ou frágil dos materiais nos ensaios de jato de lama sob diferentes ângulos de impacto foi determinante na intensidade e no mecanismo de desgaste. Em 30° ambos os revestimentos apresentaram queda na taxa de desgaste erosivo, enquanto o CA6NM aumentou com o decréscimo do ângulo de impacto.
Abstract: Cavitation wear, solid particle erosion and synergistic cavitation/erosion are common problems in hydroelectric plants, as they cause hydraulic component wear and generate high costs in the production of electricity. One way to improve the surface resistance of these components is by depositing high wear resistant materials, such as carbide coatings. Thus, this work proposes the deposition of Cr3C2 25NiCr and WC 10Co4Cr by HVOF, aiming to study the behaviour of these coatings in cavitation, erosion and synergistic wear resistance. After the spraying process, the porosity, present phases, hardness and fracture toughness of the coatings were analysed. The mass loss and wear mechanisms of these coatings were evaluated in tests such as: pure distilled water cavitation, cavitation on fluid with sand microparticles and slurry jet erosion at different impact angles. The porosity found in the Cr3C2 25NiCr coating was smaller than the WC 10Co4Cr. The higher fracture toughness of Cr3C2 25NiCr was attributed to the high concentration of the NiCr metal matrix and the low porosity of the coating. In the cavitation tests, the wear rate of Cr3C2 25NiCr coating was lower than WC 10Co4Cr, and both coatings higher than CA6NM. Factors such as porosity and fracture toughness were important in the cavitation resistance of the materials. In the sand cavitation/erosion synergistic wear test, a clear increase in the wear rate of both coatings was noted. Cr3C2 25NiCr stood out as the most sensitive coating to the erosive effect of microparticles during the cavitation process, increasing the wear rate by approximately 260% after adding sand. Cavitation wear started preferentially in the pores and pre-existing surface defects, but the formation of cracks, detachment and cracking of carbides may have intensified with the presence of sand impacting the surface of the coatings. In slutty jet erosion test, WC 10Co4Cr showed greater wear resistance than Cr3C2 25NiCr, and both were higher than CA6NM steel. With an angle of impact of 90°, coatings showed microploughing of the metal matrix and carbide detachment, while Cr3C2 25NiCr showed more homogeneous wear of matrix and carbides, in WC 10Co4Cr carbide cracking was observed. CA6NM presented basically plastic deformation of the microploughing type. The ductile or brittle behaviour of materials in slurry jet erosion test under different impact angles was decisive in the intensity and mechanism of wear. At 30° both coatings showed a decrease in the erosive wear rate, while CA6NM increased with the decrease of the impact angle.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4856
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