BRPI0707254B1 - método para fabricação de um componente ou construção de multimaterial, e uso de componente ou construção de multimaterial fabricadas com o dito método - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA FABRICAR UM COMPONENTE OU CONSTRUÇÃO DE MULTIMATERIAL. A presente invenção refere-se a um processo para a fabricação de um componente ou construção de multimaterial, por meio de um corpo (1, 7) que é formando no dito processo de um material básico e pelo menos uma peça (3, 4, 5, 9) formada de um material resistente ao desgaste sendo unida ao dito corpo a uma temperatura de não mais que 80% da temperatura do ponto de fusão mais baixo dos materiais a serem unidos. A presente invenção também refere-se ao uso do componente ou construção de multimaterial fabricada por meio do dito processo.

Description

[0001] A presente invenção refere-se à fabricação de componen-tes ou construções de multimaterial pela fabricação de peças pelo me- nos de dois diferentes materiais, as ditas peças sendo unidas entre si para prover um componente ou construção de multimaterial.

Antecedentes

[0002] Construções e componentes resistentes ao desgaste sãousados, por exemplo, em equipamento para redução do tamanho da rocha, construção ou para material de reciclagem. Nestes processos, o material a ser esmagado, prensado entre os componentes ou que coli- dem contra as superfícies das construções ou componentes, desgasta as superfícies dos componentes na extensão que depende da pressão da superfície dos contatos, velocidades, características do material das superfícies do componente e das características físicas do materi- al a ser esmagado, como a resistência compressiva e características de tribologia. Em outras palavras, também o movimento do material a ser esmagado com relação às superfícies dos componentes quando a sua penetração na superfície do componente tem influência sobre o desgasto do componente: o movimento do material com respeito às superfícies dos componentes causa corte e ranhura e o material que penetra na superfície produz rebarbas na área afetada, que como re- sultado de procedimento repetido são facilmente soltos da superfície das construções e componentes pela ruptura, fadiga ou formação de cortes. A intensidade do desgaste das construções e componentes nas suas diferentes porções e geralmente no equipamento é definida pela geometria do equipamento, estado do movimento dos componen- tes e pelos parâmetros do fluxo do material a ser esmagado.

[0003] A vida útil eficaz das construções e componentes é em ge-ral tentada para que seja aumentada não apenas por afetar a geome- tria e as condições do fluxo interno do equipamento, mas também par- ticularmente pela escolha de materiais vantajosos. As características da tribologia dos materiais de proteção contra desgaste metálico da técnica anterior são baseadas, por exemplo, nas ligas dos metais van- tajosas em questão,e, eventual adição de partículas, nos processos de fabricação e seus tratamentos ulteriores, como tratamentos térmicos, pelo que as fases com melhor resistência do fenômenos de desgaste do que usual serão formadas na sua microestrutura como um efeito combinado de todos estes fatores as ditas fases tipicamente sendo duras porém tendo frequentemente baixa tenacidade de resistência à fadiga. Como também outras que não características de tribologia são requeridas das construções e componentes, os mesmos usualmente não podem ser fabricados totalmente de materiais tendo a microestru- tura acima descrita. Por outro lado, também o controle da forma do desgaste das construções e componentes, por exemplo, para manter a geometria e modelo de fluxo interno do equipamento, pode requerer que diferentes porções das construções e componentes sejam fabri- cados dos materiais diferentes um do outro.

[0004] Os processos usados na fabricação de componentes demultimaterial devem, quase sem exceção, ser adaptados de acordo com os equipamentos de todos os materiais que formam a construção, pelo que as características alcançadas por cada material não corres- pondem ao nível da meta do respectivo material e, o desenho melhor possível da construção ou do componente não será conseguido. Um outro desafio significativo é manter as tolerâncias da medida e da for- ma das peças ou porções durante a montagem e seus tratamentos ulteriores, que serão experimentados pelas peças ou porções e suas divisas, formadas de diferentes materiais. Deste modo, o comporta- mento diferente dos materiais em contato ou unidos entre si, por exemplo, mudanças volumétricas diferentes, podem causar dano às construções e componentes. Uma pluralidade de processos de fabri- cação será totalmente excluída ou pelo menos tornada irracionalmente mais complicada pelas exigências acima mencionadas, em termos de exploração comercial.

[0005] Os processos e as peças de desgaste, de acordo com asPublicações de Patente japonesa 5317731, 5317732 e 6079187, ao contrário, são tentativas na fabricação de construções, onde o desgas- te nas porções desejadas tende a se aumentar, e, assim a forma da superfície das peças de desgaste é tentada ser controlada pela colo- cação de menos porções resistentes ao desgaste em uma parte do corpo sendo mais resistente ao desgaste.

[0006] Nas partes de desgaste descritas na Publicação de PatenteJaponesa 2001/1265146, um segundo material sendo mais resistente ao desgaste é unido para controlar a forma do desgaste, porém ape- nas um processo de união que requer tolerância de forma e medida exatas é descrito para fabricação de construções de acordo com o al- vo, que em termos da eficiência do custo não é razoável.

[0007] Ainda, a Publicação de Patente Japonesa 7323238 visa aforma mais preferida das partes de desgaste para a montagem da construção em termos de funcionalidade pela montagem das peças de proteção contra desgaste exatamente formadas, nos corpos do com- ponente, pelo que o processo de fabricação de multiestágios oneroso tanto das partes do corpo como das peças de proteção contra o des- gastenão pode ser omitido.

[0008] As Publicações de Patente Japonesa 2001/1269589 e Pa-tente Russa 6 123 279 descrevem sobre as partes de desgaste cor- respondentemente visando o aumento da resistência ao desgaste pelamontagem de material resistente ao desgaste no corpo da parte de desgaste, porém usando a conexão de travamento em forma geomé- trica, bem como requerendo o pedido de patente de tecnicamente de- mandar os processos de dar forma que aumenta o custo para os mate- riais de proteção contra o desgaste com difícil utilidade e conformabili- dade como metais duros de acordo com a último pedido de patente, antes da precisão dimensional e da forma requerida para a montagem possa ser conseguida.

[0009] O Pedido de Patente Japonesa 2004160360 também des-creve que a parte resistente ao desgaste deva ser formada (ranhura- da) em um certo modo para unir, o que não é técnica e economica- mente lucrativo para os materiais resistentes ao desgaste a serem usados no processo de acordo com a Patente.

[00010] O Pedido de Patente WO 03/099443 A1 descreve sobre um processo de fabricação de construções de multimaterial, em que o ma- terial ou materiais resistentes ao desgaste são unidos em uma parte do corpo feita de material usinável por meio de prensa isostática a quente diretamente com a junta de difusão direta ou por usar um mate- rial em pó adicionado entre o corpo e as peças resistentes ao desgas- te. O encapsulamento estanque ao gás da construção requerido pelo processo e o fato que pelo menos uma usinagem parcial é geralmente requerida para as peças a serem unidas, aumentam as fases de traba- lho da fabricação de componentes e aumentam os custos de fabrica- ção muito mais onerosa a utilização do processo para ser economica- mentelucratível.

Descrição da Invenção

[00011] Por meio da solução de acordo com a presente invenção, um componente ou construção de multimaterial tipicamente usada como parte de desgaste é provida por conectar peças feitas com exi- gências dimensional e da forma liberais em uma entidade que em to-dos os aspectos não atingirão uma forma ótima em termos de funcio- nalidadeaté o uso.

[00012] Mais precisamente, o processo de fabricação de acordo com a invenção é caracterizado, pelo que é afirmado na parte da rei- vindicação 1, e, o uso do componente ou construção de multimaterial fabricada com o processo de acordo com a presente invenção é carac- terizado como descrito na parte da reivindicação 10.

[00013] A invenção será descrita, por meio do exemplo, em maiores detalhes em conjunção com os desenhos que se seguem: figura 1A mostra um corpo de material básico de um com- ponente de multimaterial de acordo com a invenção, figura 18 é uma vista seccional transversal tomada ao lon- go da linha A - A do corpo de material básico da figura 1A, figura 2 mostra peças de material a serem unidas ao corpo de material básico das figuras 1A e 1B, figura 3A mostra peças das figuras 1 e 2 unidas entre si em um componente de multimaterial, figura 3B é uma vista seccional transversal tomada ao lon- go da linha A - A do componente de multimaterial da figura 3A, figura 4 mostra um corpo de material básico alternativo do componente de multimaterial de acordo com a invenção, figura 5 mostra as peças de material a serem unidas ao corpo de material básico da figura 4, e figura 6 mostra as peças das figuras 4 e 5 unidas entre si em um componente de multimaterial.

[00014] Um corpo de material básico 1 de um componente de mul- timaterial de acordo com a presente invenção, mostrado nas figuras 1A e 1B compreende uma peça formada de um material básico tendo pontos junção 2 para as peças a serem unidas formadas prontas em determinados locais do corpo do material básico, os ditos pontos de junção no exemplo das figuras 1A e 1B sendo cortes ou cavidades formadas na superfície do material. O corpo 1 é feito de um material básico a base de ferro (Fe >50%) incluindo uma quantidade relativa- mente pequena de carbetos de metal, de preferência menos que 10%, por meio do processo de fabricação apropriado para o respectivo ma- terial, tipicamente pela fundição, em uma forma compreendendo os pontos de junção prontos 2.

[00015] Após a fabricação primária do corpo de material básico 1 e eventualmente requeridos pós-tratamentos ou usinagem, o corpo é tratado a quente sob condições de processo apropriado para conse- guircaracterísticas mecânicas e de tribologia tão lucrativas quanto possíveis para o material básico.

[00016] A figura 2 mostra peças 3, 4 e 5 feitas de um material resis- tente ao desgaste, sendo no exemplo da figura manufaturado de três diferentes materiais, cada um dos materiais tendo pelo menos caracte- rísticas parcialmente diferentes um do outro. Tais peças 3, 4 e 5 dos materiais resistentes ao desgaste são manufaturadas por meio de um processo de fabricação bem apropriado para cada material, respecti- vamente, como por exemplo, pela fundição ou algum outro processo metalúrgico de metal derretido ou de pó. Peças 3, 4 e 5 podem ser fa- bricadas diretamente até a forma final correspondente a seus respecti- vos pontos de junção ou após a fabricação primária, as mesmas po- dem ser submetidas aos simples tratamentos de conformação ou usi- nagem para conseguir a forma final.

[00017] Na solução de acordo com a invenção, as peças 3, 4 e 5 feitas de material resistente ao desgaste são de preferência feitas de uma liga de metal a base de ferro tendo um teor de carbono de mais que 1,9% em peso, dureza de mais que 50 HRC,de preferência mais que 54 HRC e a dita liga tendo na sua microestrutura uma porção de mais que 10% de carbetos de metal com um diâmetro de mais que 3 μm.

[00018] Na solução de acordo com a invenção, a porção volumétri- ca do material resistente ao desgaste da construção de multimaterial ou construção a ser fabricada é de preferência mais que 4% e o volu- me da peça única maior fabricada do material resistente ao desgaste é de preferência não mais que 25% do volume total do componente ou construção de multimaterial.

[00019] Após os processos de operação primário e eventual secun- dário, as peças resistentes ao desgaste 3, 4 e 5 são tratados a quente, eventualmente nas condições de processo diferentes um do outro, a fim de prover características mecânicas e de tribologia mais lucrativas para as peças. Tipicamente, as peças resistentes ao desgaste são de liga a base de ferro incluindo na sua microestrutura uma porção volu- métricamaior de fases duras do que o material básico, seu tamanho de grão e de partículas sendo de preferência maiores do que aquele das mesmas ou de outras fases duras presentes em menores quanti- dades no material básico.

[00020] Conseguir as características mecânicas e de tribologia mais vantajosas tanto do corpo de material básico e das peças resistentes ao desgaste 3, 4 e 5, neste aspecto significa que, por exemplo, as temperaturas de endurecimento e de têmpera das ligas a base de ferro que diferem uma da outra em termos do seu teor de carbono ou outros elementos de ligas são selecionadas dependendo do material, de mo- do que a dureza e a tenacidade conseguidas por cada um dos materi- aissão tão vantajosas quanto possíveis na finalidade de uso em ter- mos da carga exercida em cada parte do componente de multimaterial.

[00021] As figuras 3A e 3B mostram o componente de multimaterial final sendo formado unindo as peças resistentes ao desgaste 3, 4 e 5 no corpo do material de base 1 nos ótimos pontos com base no des- gaste exercido sobre o componente de multimaterial e nas características das peças resistentes ao desgaste. As peças resistentes ao des- gaste 3, 4 e 5 têm sido unidas ao corpo de material básico 1 com um processo em que as peças resistentes ao desgaste e a armação não formam um depósito de banho de metal líquido e em que, principal- menteporém não necessariamente, uma camada de material adicional 6 de uma espessura adequada tem sido provida entre as peças resis- tentes ao desgaste e o corpo, o dito material adicional 6 tendo formado uma junta também entre as peças resistentes ao desgaste 3, 4 e 5 e assim unidas todas em uma construção de multimaterial combinada. Um material adicional apropriado 6 é capaz de formar uma junta entre todas as peças resistentes ao desgaste da construção de multimaterial em questão e o corpo feito de um material básico, porém não tendem a formar produtos de reação prejudical nem sozinho nem com os ma- teriais de junção nas circunstâncias requeridas pelo processo de jun- ção ou nas condições de uso da construção ou do componente.

[00022] É,também,importante para a escolha do material adicional 6 além das características dos materiais a serem unidos que as restri- ções termodinâmicas e cinéticas não previnam o fluxo do material adi- cional, de modo que embora o corpo e as peças resistentes ao des- gaste sejam fabricados com tolerância de medição flexível e frequen- temente com formas não acabadas, o espaço entre os mesmos serão enchidos totalmente ou quase totalmente durante o processo de jun- ção. Levando em consideração todas as restrições acima descritas, a soldagem ou fundição em conjunto diretamente com os depósitos de banho de metal líquido correspondente à estrutura das peças 1, 3, 4 ou 5, por exemplo, não é um processo de junção possível.

[00023] O material adicional 6 usado na solução de acordo com a invenção pode vantajosasmente ser algum adesivo apropriado, o mais preferível deles incluindo adesivos a base de epóxi, misturas de borra- cha e epóxi e misturas de poliuretana e epóxi. Também um outro ma- terial adicional total ou parcialmene orgânico por meio do qual as pro- priedadesmecâncias correspodentes às tolerâncias típicas dos ditos adesivos (por exemplo, resistência, resistência ao cisalhamento, dure- za D e tenacidade de escleroscópio de Shore) podem ser consegui- das,é também apropriado para uso no processo de acordo com a in- venção. Alternativamente, também uma liga de soldador metálica ou a base de metal, mais de preferência um soldador ou uma liga de solda- dor a base de níquel ou cobre, pode ser usada em um processo tendo uma temperatura de não mais que 80% da temperatura de ponto de fusão mais baixo dos materiais a serem unidos e uma atmosfera tendo tais pressões de gases parciais, que favorecem a formação da compo- sição, microestrutura e propriedades mecânicas desejadas na junta e na zona de junção. A solução da invenção, todavia, não está limitada ao uso de material adicional na união das peças de material resistente ao desgastas ao corpo do material básico.

[00024] As figuras de 4 a 6 mostram um exemplo alternativo da so- lução de acordo com a invenção, com um corpo de material básico 7 tendo uma forma cônica. As cavidades similares ao sulco 8 para unir as peças resistentes ao desgaste 9 têm sido formadas no corpo de material básico 7 durante a fabricação. O componente de multimaterial final é formado pela junção das peças resistentes ao desgaste 9 por meio de material adicional 10 nas cavidades formadas no corpo de material básico 7.

[00025] A solução de acordo com a invenção, todavia, não está limi- tada ao uso do material adicional para unir as peças resistentes ao desgaste ao corpo de material básico. A junta pode também ser provi- da pela junção das peças uma com outra, por exemplo, por meio de pressão e o fluxo de material resultante, a dita pressão sendo gerada mecanicamente ou por meio portador de pressão entre as superfícies a serem unidas, em um processo, em que a temperatura nas peças a serem unidas é aproximadamente não mais que 60% da temperatura do ponto de fusão mais baixo dos materiais a serem unidos.

[00026] Na solução de acordo com a invenção, a função principal do material do corpo das partes de desgaste é para carregar a carga mecânica exposta em uso nos componentes ou partes e para trans- portar via as superfícies de suporte para a armação do aparelho que atua como uma base de montagem, pelo que uma resistência adequa- da, tenacidade e resistência à fadiga são requeridas do seu material. A função das peças resistentes ao desgaste nas ditas construções e componentes de multimaterial é principalmente limitada à proteção contra o desgaste, pelo que suas características podem ser escolhidas quase exclusivamente de acordo com o perfil das características re- querido por tal função. Deste modo, as exigências essenciais são es- pecialmente a dureza do material e sua capacidade em resistir à pro- pagação do fenômeno de desgaste e as mudanças do material resul- tantestípicas das circunstâncias da respectiva aplicação. Enquanto propagando, o desgaste tipicamente causará a ranhura, cratera, re- barba, corte ou ruptura do material de construção ou componente, po- rém com um material resistente ao desgaste apropriadamente selecio- nado e processado, a ocorrência de tais fenômenos é menor em com- paração com o material de corpo da construção e outros materiais ge- ralmente usados do pedido.

[00027] Para a montagem da construção ou componente resistente ao desgaste, o corpo de material básico e as peças resistentes ao desgaste são limpos das zonas afetadas da superfície como zonas de oxidação ou das impurezas como resíduos de fluido de corte causados pela fabricação primária ou trabalho e/ou usinagem seguinte, que to- dos podem ter um efeito de deterioração nas características da zona de junção formada na montagem pelo material de corpo, pelas peças resistentes ao desgaste e pelo material adicional. Para formar uma junta, um material adicional apropriado para o respectivo par de mate- rial, como uma camada de uma espessura apropriada é adicionado entre o corpo e as peças resistentes ao desgaste preparadas como descrito acima. Os parâmetros do processo de junção devem ser sele- cionados de modo que as características do material adicional nas condições do processo possibilitem um umedecimento adequado das superfícies a serem unidas e o fluxo do material adicional, de modo que o espaço entre o corpo e as peças resistentes ao desgaste é en- chidotão perfeitamente quanto possível. Por outro lado, as condições não devem favorecer reações muito fortes do material adicional com qualquer um dos materiais dados na junção.

[00028] Na solução de acordo com a invenção, as características dos materiais resistentes ao desgaste e os tamanhos das peças são de preferência determinados com a seguinte fórmula:

[00029] ((Soma das proporções volumétricas dos materiais resisten- tes ao desgaste do volume da construção total)/5) + ((dureza de HRC dos materiais resistentes ao desgaste como uma média pesada das suas proporções volumétricas)/10).

[00030] Deste modo, o índice a ser recebido da fórmula deverá ser maior do que 6 e de preferência maior do que l0.

[00031] As construções e componentes de multimateriais fabricados com o processo de acordo com a invenção são também apropriados para uso nas partes de desgaste nas aplicações de demanda como, por exemplo, na redução do tamanho da rocha, edifício e/ou material de reciclagem.

[00032] Entre outros, as seguintes vantagens são providas pela so- lução de acordo com a presente invenção: (i) Pela limitação do uso de material resistente ao desgaste nas construções e componentes apenas nas áreas em que é inevitável para a parte da proteção contra o desgaste, os custos de fabricação dos produtos em questão podem ser reduzidos. (ii) Os materiais simples a serem unidos em um componen- te ou construção de multimaterial por meio da solução de acordo com as invenção podem ser fabricados separadamente por meio dos proces- sos bem apropriados para sua fabricação, pelo que suas característi- castécnicas desejadas podem ser conseguidas com mais confiabili- dade e, como resultado, o desempenho e a confiabilidade das cons- truções e componentes serão melhorados. (iii) Pela liberação das tolerâncias dimensional e da forma requerida pela montagem das construções, significativas economias podem ser conseguidas. (iv) Através do uso reduzido de materiais resistentes ao desgaste e das matérias primas requeridas para a fabricação dos mesmos, a eficiência ecológica das construções e componentes a se- rem produzidos será melhorada.

Claims (8)

1. Método para fabricação de um componente ou constru- ção de multimaterial, o dito processo compreendendo as seguintes etapas: - formar um corpo (1, 7) de um material básico, o dito corpo compreendendo pelo menos um ponto de junção (2, 8) pelo menos para uma peça (3, 4, 5, 9) formadas de material resistente ao desgas- te, - formar com pelo menos um material resistente ao desgas- te pelo menos uma peça (3, 4, 5, 9) a ser unida ao corpo (1, 7) forma- do do material básico, - unir pelo menos uma peça (3, 4, 5, 9) formada de material resistente ao desgaste ao corpo (1, 7) formado de material básico a uma temperatura que não é mais que 80% da temperatura de ponto de fusão mais baixo dos materiais a serem unidos, caracterizado pelo fato de que a formação de pelo menos um material resistente ao desgaste é feito por método metalúrgico de pó ou fundido e processado ainda por formação e tratamento de calor para formar pelo menos uma peça (3,4,5,9), e as características dos materiais resistentes ao desgaste (3, 4, 5, 9) e os tamanhos da peça são determinados com a seguinte fór- mula: ((soma das proporções volumétricas dos materiais a base de ferro resistentes ao desgaste do volume da construção total)/5) + ((dureza HRC dos materiais a base de ferro resistentes ao desgaste como uma média pesada das suas proporções volumétricas)/10) de modo que o índice resultante é mais que 6, de preferên- cia mais que 10, e o volume da maior peça única (3, 4, 5, 9) fabricada do ma- terial resistente a desgaste não é mais que 25% do volume de todo o componente ou construção multimaterial.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo (1,7) formado do material básico é fabricado de uma liga a base de ferro (Fe>50%), em que a porção dos carbetos de metal na microestrutura é menos que 10%.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracte- rizadopelo fato de que pelo menos uma peça (3, 4, 5, 9) feita de ma- terial resistente ao desgaste é fabricada de um material tendo um teor de carbono de mais que 1,9% em peso, dureza de mais que 50 HRC, de preferência mais do que 54 HRC e a microestrutura da dita liga tendo uma porção de mais que 10% de carbetos de metal com um di- âmetro de mais que 3 μm.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a porcentagem volumétrica do material resistente ao desgaste (3, 4, 5, 9) no componente ou cons- trução de multimaterial a ser fabricada é maior que 4%.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o corpo (1, 7) formado do material básico e pelo menos uma peça de material resistente ao des- gaste (3, 4, 5, 9) são unidos entre si com um material adicional (6, 10).

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o material adicional (6,10) é um adesivo.

7. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado em que o material adicional (6, 10) é um material metálico ou a base de metal.

8. Uso de componente ou construção de multimaterial fabri- cadas com um método como definido em qualquer uma das reivindica- ções de 1 a 7 na redução do tamanho das rochas, edifício e/ou materi- al de reciclagem.

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