BRPI0913717B1

BRPI0913717B1 - peça de impacto de material compósito para britadeiras de impacto e processo para fabricar por vazamento em fusão uma peça de impacto de material compósito

Info

Publication number: BRPI0913717B1
Authority: BR
Inventors: Berton Guy
Original assignee: Magotteaux Int S A
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2019-11-26
Also published as: AU2009294782A1; DK2323770T3; US8651407B2; BRPI0913717A2; KR20110081151A; ZA201101792B; AU2009294782B2; EG26800A; BE1018129A3; CA2735877C; JP2012502789A; WO2010031663A1; CL2011000576A1; KR101621996B1; PL2323770T3; CA2735877A1; MX2011003028A; CN102176973A; ES2449440T3; EP2323770B1

Abstract

peça de impacto de material compósito para britadeiras de impacto e processo para fabricar por vazamento em fusão uma peça de impacto de material compósito a presente invenção tem por objeto uma peça de impacto de material compósito para britadeiras de impacto, compreendendo a referida peça de impacto uma liga ferrosa reforçada, pelo menos em parte, com carboneto de titânio, de acordo com uma geometria definida, na qual a referida parte reforçada compreende uma macro-microestrutura alternada de zonas milimétricas concentradas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio separadas por zonas milimétricas praticamente isentas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio, formando as referidas zonas concentradas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio uma microestrutura na qual os interstícios micrométricos entre as referidas partículas globulares estão igualmente ocupados pela referida liga ferrosa.

Description

“PEÇA DE IMPACTO DE MATERIAL COMPÓSITO PARA BRITADEIRAS DE IMPACTO E PROCESSO PARA FABRICAR POR VAZAMENTO EM FUSÃO UMA PEÇA DE IMPACTO DE MATERIAL COMPÓSITO

Objeto da invenção [0001] A presente invenção tem por objeto uma peça de impacto de material compósito para britadeiras de impacto. As britadeiras de impacto agrupam máquinas para a trituração de rochas e de materiais duros como as britadeiras de martelos, britadeiras de batedores, britadeiras de eixo vertical, etc. Estas máquinas são utilizadas em larga escala nas primeiras e segundas etapas nas linhas de fabricação destinadas a diminuir drasticamente a dimensão da rocha nas indústrias extractivas (minas, pedreiras, cimenteiras,...) e na reciclagem.

Definição [0002] A expressão «peça de impacto para britadeiras de impacto» deve ser interpretada num sentido amplo, ou seja, uma peça de desgaste de material compósito que tem por função estar em contato direto com a rocha ou com o material a triturar durante a fase do processo em que estas rochas e estes materiais são submetidos a impactos extremamente violentos destinados a fragmentá-los.

[0003] Estas peças de desgaste devem por isso dar provas de uma grande resistência ao impacto e são muitas vezes designadas por martelos, batedores ou peça de impacto. A expressão«peça de impacto» engloba assim martelos e batedores mas também placas de blindagem fixas que sofrem os impactos dos materiais projectados contra elas.

Estado da técnica [0004] Conhecem-se poucos meios para modificar a dureza e

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2/24 a resistência ao impacto de uma liga de fundição em profundidade «na massa». Os meios conhecidos dizem respeito, geralmente, a modificações na superfície de pouca profundidade (alguns mm) na superfície. Para as peças de desgaste realizadas em fundição, os elementos de reforço devem estar presentes em profundidade para resistirem a solicitações importantes localizadas e simultâneas em termos de tensões mecânicas, de desgaste e de impacto e também porque, em geral, é uma parte importante do volume (ou do peso) da peça que é consumida durante a sua vida.

[0005] O documento LU 64303 (Joiret) descreve um processo de fabricação de martelos que utiliza dois materiais diferentes, um mais duro para realizar a cabeça, submetida a abrasão, outro mais resiliente que garante a resistência contra à fractura.

[0006] O documento EP 0 476 496 (Guerard) propõe a utilização de uma inserção dura, sob o ponto de vista mecânico, engastada num corpo de martelo feito de um aço dúctil.

[0007] A patente EP 1 651 389 (Mayer) descreve igualmente uma técnica de fabricação de martelos que são constituídos por dois materiais diferentes, um disposto sob a forma de uma inserção pré-fabricada inclusa no outro material, no sítio em que a peça é mais solicitada.

[0008] O documento US 2008/041993 (Hall) propõe a utilização de inserções num material muito duro, fixadas no martelo na face sujeita a esforço.

[0009] O documento US 6.066.407 (Getz) divulga uma peça de impacto de material compósito reforçado com carbonetos. Contudo, não divulga uma estrutura de reforço com partículas

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3/24 esferoidais de carboneto de titânio rodeadas pela liga de infiltração ou qualquer uma geometria microscópica hierarquizada na parte reforçada.

[0010] O ponto comum de todas estas técnicas de reforço de peças utilizadas em processos de trituração por impacto é, evidentemente, a dificuldade de garantir, na fabricação e em serviço, uma ligação perfeita e durável entre os dois materiais utilizados.

Finalidades da invenção [0011] A presente invenção tem por objeto uma peça de impacto de material compósito para britadeiras de impacto que apresenta uma melhor resistência contra o desgaste, mantendo, contudo uma boa resistência aos choques. Esta propriedade obtém-se por meio de uma estrutura de material compósito de reforço concebido especificamente concebida para esta aplicação, material que faz alternar, à escala milimétrica, zonas densas de partículas finas globulares micrométricas de carbonetos metálicos, com zonas que estão praticamente isentas desses materiais, no seio da matriz metálica da peça de impacto.

[0012] A presente invenção tem igualmente por objeto um processo para a obtenção da referida estrutura de reforço. Resumo da invenção [0013] A presente invenção tem por objeto uma peça de impacto de material compósito para britadeiras de impacto, compreendendo a referida peça de impacto uma liga ferrosa reforçada, pelo menos em parte, com carboneto de titânio, de acordo com uma geometria definida, na qual a referida parte reforçada compreende uma macro-microestrutura alternada de zonas milimétricas concentradas de partículas globulares

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4/24 micrométricas de carboneto de titânio, separadas por zonas milimétricas praticamente isentas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio, formando as referidas zonas concentradas, de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio, uma microestrutura na qual os interstícios micrométricos entre as referidas partículas globulares estão igualmente ocupados pela referida liga ferrosa.

[0014] De acordo com modos de realização particulares da presente invenção, a peça de impacto de material compósito compreende pelo menos uma característica ou uma combinação apropriada das características seguintes:

- as referidas zonas milimétricas concentradas têm uma concentração de carbonetos de titânio superior a 36, 9 % em volume;

- a referida parte reforçada tem um teor global de carboneto de titânio entre 16,6 e 50,5 % em volume;

- as partículas micrométricas globulares de carboneto de titânio têm uma dimensão inferior a 50 pm;

- a maior parte das partículas globulares de carboneto de titânio tem uma dimensão inferior a 20 pm;

- as referidas zonas concentradas de partículas micrométricas globulares de carboneto de titânio compreendem 36,9 à 72,2 % em volume de carboneto de titânio;

- as referidas zonas micrométricas concentradas de carboneto de titânio têm uma dimensão que varia de 1 a 12 mm;

- as referidas zonas micrométricas concentradas de carboneto de titânio têm uma dimensão que varia de 1 a 6 mm;

- as referidas zonas concentradas de carboneto de titânio têm uma dimensão que varia de 1,4 a 4 mm;

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5/24 [0015] A presente invenção tem igualmente por objeto um processo de fabricação de uma peça de impacto de material compósito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, compreendendo as etapas seguintes:

- disponibilização de um molde compreendendo a cavidade do molde, da peça de impacto com uma geometria de reforço prédefinida;

- introdução, na parte da cavidade do molde da peça de impacto destinada a formar a parte reforçada (5), de uma mistura de pós compactados compreendendo carbono e titânio sob a forma de grânulos milimétricos precursores de carboneto de titânio;

- vazamento, no molde, de uma liga ferrosa, em que o calor do referido material em fusão vazado desencadeia uma reação exotérmica de síntese auto-propagada de carboneto de titânio a alta temperatura (SHS) no seio dos referidos granulados precursores;

- formação, no seio da parte reforçada da peça de impacto de material compósito, de uma macro-microestrutura alternada de zonas milimétricas concentradas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio no local dos referidos granulados precursores, sendo as referidas zonas separadas entre si por zonas milimétricas praticamente isentas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio, estando igualmente as referidas partículas globulares separadas, no seio das referidas zonas milimétricas concentradas de carboneto de titânio, por interstícios micrométricos;

- infiltração dos interstícios milimétricos e micrométricos pela referida liga ferrosa vazada a alta temperatura, no

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6/24 seguimento da formação de partículas microscópicas globulares de carboneto de titânio.

[0016] De acordo com modos particulares de realização da presente invenção, o processo compreende pelo menos uma característica ou uma combinação apropriada das seguintes características:

- os pós compactados de titânio e de carbono compreendem um pó de uma liga ferrosa;

- o referido carbono é grafite.

[0017] A presente invenção tem por objeto, igualmente, uma peça de impacto de material compósito, obtida de acordo com o processo de qualquer uma das reivindicações de 11 a 13.

Breve descrição das figuras [0018] A figura 1 mostra uma britadeira de eixo horizontal na qual se utilizam as peças de impacto da presente invenção;

[0019] A figura 2 mostra uma britadeira de eixo vertical na qual se utilizam igualmente as peça de impacto da presente invenção;

[0020] A figura 3 mostra uma peça de impacto/martelo da técnica anterior, sem reforço;

[0021] As figuras 4a e 4b mostram um martelo com dois tipos possíveis de reforço. Esta geometria de reforço, evidentemente, não é limitativa;

[0022] A figura 5a-5h representa esquematicamente o processo de fabricação de um martelo de acordo com a presente invenção.

[0023] A figura 5a mostra o dispositivo de mistura dos pós de titânio e de carbono;

[0024] A figura 5b mostra a compactação dos pós entre dois rolos seguida de uma trituração e de uma peneiração com

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7/24 reciclagem das partículas demasiado finas;

[0025] A figura 5c mostra um molde de areia no qual se colocou uma barreira para conter os granulados de pós compactados no sítio do reforço da peça de impacto (martelo);

[0026] A figura 5d mostra uma ampliação da zona de reforço na qual se encontram os granulados compactados compreendendo os reagentes precursores do TiC;

[0027] A figura 5e mostra o vazamento da liga ferrosa no molde;

[0028] A figura 5f mostra, esquematicamente, o martelo que resulta da fundição;

[0029] A figura 5g mostra uma ampliação das zonas com forte concentração de nódulos de TiC;

[0030] A figura 5h mostra uma ampliação, no seio de uma mesma zona com forte concentração de nódulos de TiC. Os nódulos micrométricos estão rodeados, individualmente, pelo metal fundido e vazado;

[0031] A figura 6 representa uma vista binocular de uma superfície polida, não atacada, de um corte da parte reforçada de uma peça de impacto, de acordo com a presente invenção, com zonas milimétricas (cinzento claro) concentradas de carboneto de titânio globular micrométrico (nódulos de TiC). A parte sombreada representa a matriz metálica (aço ou ferro fundido) que preenche ao mesmo tempo o espaço entre estas zonas concentradas de carboneto de titânio globular micrométrico mas também os espaços entre os próprios glóbulos;

[0032] As figuras 7 e 8 representam vistas feitas com um microscópio electrónico SEM do carboneto de titânio globular micrométrico em superfície polidas e não atacadas, com

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8/24 ampliações diferentes. Vê-se que, neste caso particular, a maior parte das esférulas de carboneto de titânio têm uma dimensão inferior a 10 qm;

[0033] A figura 9 representa uma vista do carboneto de titânio globular micrométrico numa superfície de ruptura, feita com um microscópio electrónico SEM. Vê-se que os glóbulos de carboneto de titânio estão perfeitamente incorporados na matriz metálica. Isto prova que o metal em fusão vazado infiltra-se (impregna) completamente os poros

quando se	faz	o vazamento, logo	que se inicia	a	reação
química entre o	titânio e o carbono; e
[0034] A	figura 10 representa,	esquematicamente,	as	zonas
de reforço	numa	peça de impacto de tipo martelo.	Os	cantos
reforçados	são	análogos aos da	figura 4b e a	ampliação
esquemática	das	zonas de reforço	permite mostrar	a	macro-

microestrutura de reforço de acordo com a presente invenção.

Legenda

- zonas milimétricas concentradas de partículas globulares (nódulos) micrométricas de carboneto de titânio

- interstícios milimétricos cheios com a liga vazada, praticamente isentos de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio

- interstícios micrométricos entre os nódulos de TiC igualmente infiltrados pela liga em fusão vazada

- carboneto de titânio globular micrométrico, nas zonas concentradas de carboneto de titânio

- reforço de carboneto de titânio

- defeitos de gás

- martelo/peça de impacto

- misturadora de pós de Ti e de C

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9/24

- tremonha

- rolo

- triturador

- grelha de saída

- peneiro

- reciclagem das partículas demasiado finas para a tremonha

- molde de areia

- barreira contendo os granulados compactados da mistura de Ti/C

- panela de vazamento

- peça de impacto (esquemática)

Descrição detalhada da invenção [0035] Em ciência dos materiais, chama-se reação SHS ou «self-propagating high temperature synthesis» uma reação de síntese a alta temperatura, auto-propagada, em que se atingem temperaturas de reação geralmente superiores a 1500 °C, digase mesmo a 2000 °C. Por exemplo, a reação entre o pó de titânio e o pó de carbono, para se obter o carboneto de titânio TiC, é fortemente exotérmica. Há apenas necessidade de um pouco de energia para iniciar localmente a reação. Em seguida, a reação vai propagar-se à totalidade da mistura de reagentes, espontaneamente, graças às altas temperaturas atingidas. Após o início da reação, tem-se uma frente da reação que se propaga assim espontaneamente (auto-propagada) e que permite a obtenção do carboneto de titânio a partir do titânio e do carbono. Diz-se que o carboneto de titânio assim obtido se «obtém in situ» porque não provem da liga ferrosa vazada.

[0036] As misturas de pós de reagentes compreendem pó de carbono e pó de titânio e são comprimidas em placas e em

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10/24 seguida são trituradas para se obter grânulos cuja dimensão varia entre 1 e 12 mm, de preferência de 1 a 6 mm e de maneira particularmente preferida entre 1,4 a 4 mm. Estes granulados não são compactados a 100 %. Comprimem-se geralmente entre 55 e 95 % da densidade teórica. Estes granulados permitem uma utilização/manipulação fácil (ver fig. 3a-3h) .

[0037] Estes granulados milimétricos de pós de carbono e de titânio misturados, obtidos de acordo com os esquemas da figura 3a-3h, constituem os precursores do carboneto de titânio a preparar e permitem encher facilmente partes de moldes de formas diversas ou irregulares. Estes granulados podem ser mantidos no molde 15 com a ajuda, por exemplo, de uma barreira 16. A moldagem ou a ligação destes granulados pode fazer-se, igualmente, com a ajuda de uma cola.

[0038] A peça de impacto de material compósito, de acordo com a presente invenção, possui uma macro-microestrutura de reforço que se pode chamar estrutura alternada de zonas concentradas de partículas micrométricas globulares de carboneto de titânio, separadas por zonas que estão praticamente isentas dele. Obtém-se essa estrutura pela reação, no molde 15, dos grânulos que compreendem uma mistura de pós de carbono e de titânio. Esta reação inicia-se pelo calor do vazamento do ferro fundido ou do aço utilizados para vazar toda a peça e, portanto, a parte não reforçada e a parte reforçada, ao mesmo tempo (ver fig. 3e). O vazamento desencadeia assim uma reação exotérmica de síntese autopropagada, a alta temperatura (self-propagating hightemperature synthesis - SHS), da mistura de pós de carbono e de titânio compactados sob a forma de granulados e

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11/24 previamente colocados no molde 15. A reação tem então a particularidade de continuar a propagar-se desde que se inicia.

[0039] Esta síntese a alta temperatura (SHS) permite uma infiltração fácil em todos os interstícios milimétricos e micrométricos por parte do ferro fundido ou do aço vazados (fig. 5g & 5h). Ao aumentar a molhabilidade, a infiltração pode fazer-se em qualquer espessura ou profundidade de reforço da peça de impacto. Permite criar, com vantagem, após a reação SHS e a infiltração por um metal de vazamento exterior, uma ou mais zonas de reforço na peça de impacto compreendendo uma forte concentração de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (que ainda se poderia designar por agrupamentos de nódulos), zonas essas com uma dimensão da ordem de um milímetro ou de alguns milímetros e que alternam com zonas praticamente isentas de carboneto de titânio globular.

[0040] Logo que estes grânulos tenham reagido, de acordo com uma reação SHS, as zonas de reforço onde se encontravam estes granulados mostram uma dispersão concentrada de partículas globulares micrométricas 4 de carboneto TiC (esférulas) cujos interstícios micrométricos 3 também foram infiltrados pelo metal do vazamento, que é aqui ferro fundido ou aço. É importante notar que os interstícios milimétricos e micrométricos são infiltrados pela mesma matriz metálica que constitui a parte não reforçada da peça de impacto; isto permite uma liberdade total de escolha do metal fundido para o vazamentoNa peça de impacto finalmente obtida, as zonas de reforço com forte concentração de carboneto de titânio são compostas por partículas micrométricas globulares de TiC,

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12/24 numa percentagem importante (entre cerca de 35 e cerca de 70 % em volume) e pela liga ferrosa de infiltração.

[0041] Por partículas globulares micrométricas, deve entender-se partículas globalmente esferoidais que têm uma dimensão que vai de um pm a, no máximo, algumas dezenas de pm, tendo a maioria destas partículas uma dimensão inferior a 50 pm e mesmo a 20 pm, diga-se mesmo a 10 pm. Também se lhes chama esférulas de TiC. Esta forma globular é característica de um processo de obtenção de carboneto de titânio por síntese auto-propagada SHS (ver fig. 8).

Obtenção dos granulados (versão Ti + C) para o reforço da peça de impacto [0042] O processo de obtenção dos granulados está ilustrado na figura 5a-5h. Os granulados dos reagentes de carbono/titânio são obtidos por compactação entre os rolos 10 para se obterem tiras que se trituram em seguida numa trituradora 11. Faz-se a mistura dos pós num misturador 8 constituído por uma tina munida de pás para facilitar a homogeneização. A mistura passa em seguida por um aparelho de granulação através de uma tremonha 9. Esta máquina compreende dois rolos 10, através dos quais se faz passar o material. Aplica-se uma pressão a estes rolos 10, o que permite comprimir o material. Obtém-se, à saída, uma tira de matéria comprimida que é em seguida triturada para se obter um granulado. Em seguida estes granulados são peneirados para a granulometria desejada num peneiro 13. Um parâmetro importante é a pressão aplicada nos rolos. Quanto mais elevada for esta pressão, tanto mais a tira e, portanto os grânulos, serão comprimidos. Pode-se assim fazer variar a densidade das tiras e, por consequência, dos granulados,

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13/24 entre 55 e 95 % da densidade teórica que é de 3,75 g/cm³ para a mistura estequiométrica de titânio e carbono. A densidade aparente (tendo em conta a porosidade) situa-se então entre 2,06 e 3,56 g/cm³.

[0043] O grau de compactação das tiras depende da pressão aplicada (em Pa) nos rolos (diâmetro de 200 mm, largura de 30 mm). Para um baixo nível de compactação, da ordem de 10⁶ Pa, obtém-se uma densidade das tiras da ordem de 55 % da densidade teórica. Após a passagem através dos rolos 10, para comprimir esta matéria, a densidade aparente dos grânulos é de 3,75 x 0,55, ou seja, 2,06 g/cm³.

[0044] Para um nível elevado de compactação, da ordem de 25x10⁶ Pa, obtém-se uma densidade das tiras da ordem de 90 % da densidade teórica, ou seja, uma densidade aparente de 3,38 g/cm³. Na prática, pode-se ir até 95 % da densidade teórica.

[0045] Em consequência, os granulados obtidos a partir da matéria-prima de Ti + C ficam porosos. Esta porosidade varia de 5 %, para os granulados muito fortemente comprimidos, a 45 % para os granulados com uma compressão ligeira.

[0046] Para além do nível de compactação, é igualmente possível regular a repartição granulométrica dos grânulos assim como a forma de realização da operação de trituração das tiras e de peneiração dos granulados de Ti+C. Recicla-se, à vontade, as fracções granulométricas indesejadas (ver fig. 3b). Os granulados obtidos têm, no geral, uma dimensão entre 1 e 12 mm, de preferência entre 1 e 6 mm e, de maneira particularmente preferida, entre 1,4 e 4 mm.

Realização da zona de reforço, na peça de impacto de material compósito, de acordo com a presente invenção [0047] Os granulados são preparados tal como foi exposto

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14/24 aqui antes. Para se obter uma estrutura tridimensional ou uma superestrutura/macro-microestrutura com estes granulados, dispõem-se nas zonas do molde em que se deseja reforçar a peça. Isto realiza-se aglomerando os granulados quer por meio de uma cola, quer confinando-os num recipiente ou por qualquer outro meio (barreira 16) .

[0048] A densidade a granel do empilhamento dos granulados de Ti + C mede-se de acordo com a norma ISO 697 e depende do nível de compactação das tiras, da repartição granulométrica dos granulados e do modo de trituração das tiras, que influenciam a forma dos granulados.

[0049] A densidade a granel destes granulados de Ti + C é geralmente da ordem de 0,9 g/cm³ a 2,5 g/cm³, em função do nível de compactação destes granulados e da densidade de empilhamento.

[0050] Antes da reação, tem-se assim um empilhamento de granulados porosos compostos por uma mistura de pó de titânio e de pó de carbono.

[0051] Quando se dá a reação de Ti + C -> TiC, produz-se uma contração volumétrica da ordem de 24 % quando se passa dos reagentes para o produto (contração resultante da diferença de densidade entre os reagentes e os produtos). Assim, a densidade teórica da mistura de Ti + C é de 3,75 g/cm3 e a densidade teórica do TiC é de 4,93 g/cm3. No produto final, após a reação de obtenção do TiC, o metal em fusão vazado vai infiltrar-se:

- na zona porosa microscópica presente nos espaços com forte concentração de carboneto de titânio, consoante o nível de compactação inicial destes granulados;

- nos espaços milimétricos entre as zonas com forte

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15/24 concentração de carboneto de titânio, consoante o empilhamento inicial dos granulados (densidade a granel);

- na zona de porosidade resultante da contração volumétrica quando da reação entre Ti + C para se obter o TiC.

Exemplos [0052] Nos exemplos que se seguem utilizaram-se as seguintes matérias-primas: titânio, H.C. STARCK, Amperit 155.066, menos de 200 mesh, carbono-grafite GK Kropfmuhl, UF4, > 99,5 %, menos de 15 pm, Fe, sob a forma de aço HSS M2, menos de 25 pm, proporções:

Ti + C 100 g Ti - 24,5 g C

Ti + C + Fe 100 g Ti - 24,5 g C - 35,2 g Fe [0053] Misturou-se 15 min num misturador Lindor, em atmosfera de árgon.

[0054] A granulação foi efectuada com um granulador SahutConreur.

[0055] Para as misturas de Ti+C+Fe e Ti+C, obteve-se a compacidade dos granulados fazendo variar a pressão entre os rolos de 10 a 250.10⁵ Pa.

[0056] O reforço foi produzido colocando granulados num recipiente metálico que, em seguida, foi colocado judiciosamente no molde no sítio é passível de reforçar a peça de impacto. Em seguida vaza-se o aço ou o ferro fundido neste molde.

Exemplo 1:

[0057] Neste exemplo, pretende-se preparar uma peça de impacto cujas zonas reforçadas compreendem uma percentagem,

em volume	global	de	TiC,	de	cerca	de 42 %	. Com esta
finalidade	, produz	-se	uma	tira	por compactação	a 85 %	da
densidade	teórica	de	uma	mistura de	C e de	Ti. Após	a

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16/24 trituração, os grânulos são peneirados de maneira a obter-se uma dimensão dos grânulos situada entre 1,4 e 4 mm. Obtém-se uma densidade a granel da ordem de 2,1 g/cm³ (35 % de espaço entre os grânulos + 15 % de porosidade nos grânulos).

[0058] Dispõe-se os granulados no molde no sítio da parte a reforçar que compreende assim 65 % em volume de granulados porosos. Em seguida, vaza-se um ferro fundido com crómio (3 % de C, 25 % de Cr) a cerca de 1.500 °C num molde de areia não aquecido previamente. A reação entre o Ti e o C inicia-se por acção do calor do ferro fundido. Este vazamento faz-se sem atmosfera de protecção. Após a reação, obtém-se, na parte reforçada, 65 % em volume de zonas com uma forte concentração, de cerca de 65 %, de carboneto de titânio globular, ou seja, 42 % em volume global de TiC na parte reforçada da peça de impacto.

Exemplo 2:

[0059] Neste exemplo, pretende-se preparar uma peça de impacto cujas zonas reforçadas compreendem uma percentagem,

em volume	global	de	TiC,	de cerca de 30 %.	Com	esta
finalidade,	produz	-se	uma	tira por compactação	a 70	% da
densidade	teórica	de	uma	mistura de C e de	Ti.	Após
trituração,	os grânulos	são	peneirados de maneira	a obt	er-se

uma dimensão dos grânulos situada entre 1,4 e 4 mm. Obtém-se uma densidade a granel da ordem de 1,4 g/cm3 (45 % de espaço entre os grânulos + 30 % de porosidade nos grânulos). Dispõese o granulado na parte a reforçar que compreende assim 55 %

em volume de granulados	porosos.	Após	a reação, obtém-se, na
parte reforçada,	55 %	em	volume	de	zonas com	uma forte
concentração, de	cerca	de	53	%	de	carboneto	de titânio
globular ou seja,	cerca	de	30 %	em	volume global	de TiC, na

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17/24 parte reforçada da peça de impacto.

Exemplo 3:

[0060] Neste exemplo, pretende-se preparar uma peça de impacto cujas zonas reforçadas compreendem uma percentagem,

em volume	global	de	TiC,	de	cerca	de 20 %	. Com esta
finalidade	, produz	-se	uma	tira	por compactação	a 60 %	da
densidade	teórica	de	uma	mistura de	C e de	Ti. Após	a

trituração, os granulados são peneirados de maneira a obterse uma dimensão dos grânulos situada entre 1 e 6 mm. Obtém-se uma densidade a granel da ordem de 1,0 g/cm³ (55 % de espaço entre os grânulos + 40 % de porosidade nos grânulos). Dispõese o granulado na parte a reforçar que compreende assim 45 % em volume de granulado poroso. Após a reação, obtém-se, na parte reforçada, 45 % em volume de zonas concentradas com cerca de 45 % de carboneto de titânio globular, ou seja, 20 % em volume global de TiC, na parte reforçada da peça de impacto.

Exemplo 4:

[0061] Neste exemplo, procurou-se atenuar a intensidade da reação entre o carbono e o titânio juntando-lhes uma liga ferrosa em pó. Como no exemplo 2, pretende-se preparar uma peça de impacto cujas zonas reforçadas comportem uma percentagem, em volume global de TiC, de cerca de 30 %. Com esta finalidade, produz-se uma tira por compactação com 85 % da densidade teórica de uma mistura, com as percentagens em peso de 15 % de C, 63 % de Ti e 22 % de Fe. Após a trituração, os grânulos são peneirados de maneira a obter-se uma dimensão dos grânulos situada entre 1,4 e 4 mm. Obtém-se uma densidade a granel da ordem de 2 g/cm3 (45 % de espaço entre os grânulos + 15 % de porosidade nos grânulos). DispõePetição 870190082865, de 26/08/2019, pág. 31/49

18/24 se o granulado na parte a reforçar que compreende assim 55 % em volume de granulado poroso. Após a reação, obtém-se, na parte reforçada, 55 % em volume de zonas com uma forte concentração, de cerca de 55 % de carboneto de titânio globular, ou seja, 30 % em volume global de carboneto de titânio, na macro-microestrutura reforçada da peça de impacto.

[0062] Os quadros que se seguem mostram as numerosas combinações possíveis.

Quadro 1 (Ti + 0,98 C)

Percentagem global de TiC obtida na macro-microestrutura reforçada após a reação de Ti + 0,98 C na parte reforçada da peça de impacto

Compactação dos granulados (% da densidade teórica que é de 3,7 5 g/cm3)	55	60	65	70	75	80	85	90	95
Enchimento da parte reforçada da peça (% vol.)	70	29, 3	31, 9	34, 6	37,2	39, 9	42, 6	45, 2	47, 9	50, 5
65	27,2	29, 6	32, 1	34, 6	37, 1	39, 5	42,0	44,5	46, 9
55	23, 0	25, 1	27,2	29,3	31, 4	33, 4	35, 5	37, 6	39, 7
45	18, 8	20, 5	22,2	23, 9	25, 7	27,4	29,1	30, 8	32,5

[0063] Este quadro mostra que, com um nível de compactação indo de 55 a 95 % para as tiras e portanto para os granulados, podem praticar-se níveis de preenchimento com os granulados na parte reforçada da peça de impacto indo de 45 a 70 % em volume (relação entre o volume total dos granulados e o volume do seu confinamento). Assim, para se obter uma concentração global de TiC, na parte reforçada, de cerca de 29 % em vol. (em letras a negrito no quadro), pode-se proceder a diferentes combinações como por exemplo 60 % de compactação e 65 % de preenchimento ou 70 % de compactação e 55 % de preenchimento ou ainda 85 % de compactação e 45 % de

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19/24 preenchimento. Para obter níveis de preenchimento com os granulados na parte reforçada indo até 7 0 % em volume, é-se obrigado a aplicar uma vibração para que os granulados assentem. Neste caso, já não é aplicável a norma ISO 697 para a medição da taxa de preenchimento e mede-se a quantidade de matéria num dado volume.

Quadro 2

Relação entre o nível de compactação, a densidade teórica e a percentagem de TiC obtido após a reação no granulado

Compactação dos granulados	55	60	65	70	75	80	85	90	95
Densidade em g/cm³	2,06	2,25	2,44	2, 63	2,81	3, 00	3, 19	3, 38	3, 56
TiC obtido após reação (e contração) em % vol. nos granulados	41, 8	45, 6	49, 4	53, 2	57,0	60, 8	64, 6	68, 4	72,2

[0064] Aqui, os requerentes representaram a densidade dos granulados em função do seu nível de compactação e daí deduziram a percentagem volúmica de TiC obtida após a reação e portanto com uma contração de cerca de 24 % em vol. Os granulados compactados até 95 % da sua densidade teórica permitem assim obter, após a reação, uma concentração de 72,2 % em vol. de TiC.

Quadro 3

Densidade a granel do empilhamento dos grânulos

Compactação		55	60	65	70	75	80	85	90	95
Preenchimento da	70	1, 4	1, 6	1, 7	1, 8	2	2, 1	2,2	2,4	2,5
parte	65	1, 3*	1, 5	1, 6	1, 7	1, 8	2,0	2, 1	2,2	2,3
Reforçada da peça em	55	1, 1	1, 2	1, 3	1, 4	1, 5	1, 7	1, 8	1, 9	2,0
% em vol	45	0, 9	1, 0	1, 1	1, 2	1, 3	1, 4	1, 4	1, 5	1, 6

(*) Densidade a granel (1,3) = densidade teórica (3,75 g/cm³)) x 0,65 (preenchimento) x 0,55 (compactação) [0065] Na prática, estes quadros servem de ábacos para o

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20/24 utilizador desta tecnologia, em que se fixa a percentagem global de TiC a preparar na parte reforçada da peça de impacto e que, em função desta, determina-se o nível de preenchimento e a compactação dos granulados que se vão utilizar. Realizaram-se os mesmos quadros para uma mistura de pós de Ti + C + Fe.

Ti + 0,98 C + Fe [0066] Aqui, o requerente visou uma mistura que permita obter 15 % em volume de ferro após a reação. A proporção de mistura que foi utilizada foi de:

100g Ti - 24,5g C - 35,2g Fe

Entende-se por pó de ferro: ferro puro ou liga de ferro. Densidade teórica da mistura: 4,25 g/cm³

Retração volumétrica durante a reação: 21 %

Quadro 4

Percentagem global de TiC obtido na macro-microestrutura reforçada após a reação de Ti + 0,98 C + Fe na parte reforçada da peça de impacto

Compactação dos granulados (% da densidade teórica que é de 4,2 5 g/cm³)	55	60	65	70	75	80	85	90	95
Preenchimento da 70	25, 9	28, 2	30, 6	32, 9	35, 5	37, 6	40, 0	42,3	44,7
parte reforçada 65	24,0	26,2	28, 4	30, 6	32,7	34, 9	37, 1	39, 3	41, 5
da peça (% vol.) 55	20, 3	22,2	24,0	25, 9	27,7	29, 5	31, 4	33, 2	35, 1
45	16, 6	18, 1	19, 6	21, 2	22,7	24,2	25,7	27,2	28, 7

[0067] De novo, para se obter uma concentração global de TiC, na parte reforçada, de cerca de 26 % em vol (em letras a negro no quadro), pode-se proceder a diferentes combinações como por exemplo 55 % de compactação e 70 % de preenchimento ou 60 % de compactação e 65 % de preenchimento ou 7 0 % de compactação e 55 % de preenchimento ou ainda 85 % de compactação e 45 % de preenchimento.

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21/24

Quadro 5

Relação entre o nível de compactação, a densidade teórica e a percentagem de TiC obtido após a reação no granulado, tendo em conta a presença de ferro

Compac.dos granulados	55	60	65	70	75	80	85	90	95
Densidade em g/cm³	2,34	2,55	2,76	2, 98	3, 19	3, 40	3, 61	3, 83	4,04
TiC obtido após reação (e contração) em % vol. nos granulados	36, 9	40, 3	43, 6	47,0	50, 4	53, 7	57, 1	60, 4	63, 8

Quadro 6

Densidade a granel do empilhamento dos grânulos (Ti + C + Fe)

Compactação	55	60	65	70	75	80	85	90	95
Preenchimento da parte Reforçada da peça em % em vol	70	1, 6	1, 8	1, 9	2, 1	2,2	2,4	2,5	2,7	2,8
65	1, 5*	1, 7	1, 8	1, 9	2, 1	2,2	2,3	2,5	2, 6
55	1, 3	1, 4	1, 5	1, 6	1, 8	1, 9	2,0	2, 1	2,2
45	1, 1	1, 1	1, 2	1, 3	1, 4	1, 5	1, 6	1, 7	1, 8

(*) Densidade a granel (1,5) = densidade teórica (4,25 g/cm³)) x 0,65 (preenchimento) x 0,55 (compactação)

Vantagens [0068] A presente invenção apresenta, em geral, as vantagens que se seguem, em relação ao estado da técnica: Melhor resistência aos choques [0069] Com o presente processo, obtêm-se granulados milimétricos porosos que são incluídos por compactação na liga metálica de infiltração. Estes granulados milimétricos são eles próprios compostos por partículas microscópicas de TiC, com tendência globular, igualmente ligadas por compactação à liga metálica de infiltração. Este sistema permite obter uma peça de impacto com uma zona de reforço compreendendo uma macroestrutura no seio da qual há uma microestrutura idêntica a uma escala, cerca de mil vezes mais pequena.

[0070] O fato de a zona de reforço da peça de impacto

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22/24 compreender pequenas partículas globulares de carboneto de titânio, duras e finamente dispersas numa matriz metálica que as rodeia, permite evitar a formação e a propagação de fissuras (ver fig. 4 & 6). Tem-se assim um duplo sistema dissipador das fissuras.

[0071] As fissuras têm geralmente origem nos sítios mais frágeis que são, neste caso, a partícula de TiC ou a interface entre esta partícula e a liga metálica de infiltração. Se uma fissura tem origem na interface ou na partícula micrométrica de TiC, a propagação dessa fissura é em seguida travada pela liga de infiltração que rodeia a partícula. A tenacidade da liga de infiltração é superior à da partícula cerâmica de TiC. A fissura precisa de mais energia para passar de uma partícula para a outra, para ultrapassar os espaços micrométricos que existem entre as partículas.

Flexibilidade máxima para os parâmetros de execução [0072] Para além do nível de compactação dos granulados, pode-se fazer variar dois parâmetros que são a fracção granulométrica e a forma dos grânulos e, portanto, a sua densidade a granel. Em contrapartida, numa técnica de reforço por inserção, só se pode fazer variar o seu nível de compactação numa gama limitada. Ao nível da forma que se deseja dar ao reforço, tendo em conta o desenho da peça de impacto e o sítio que se quer reforçar, a utilização de granulados permite ainda outras possibilidades e outras adaptações.

Vantagens ao nível do fabricação [0073] A utilização como reforço de um empilhamento de granulados porosos apresenta algumas vantagens ao nível do

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23/24 fabricação :

- menos libertação de gás,

- menor susceptibilidade para se fissurar,

- melhor localização do reforço na peça de impacto.

[0074] A reação entreo Ti e o C é fortemente exotérmica. O aumento da temperatura provoca uma libertação de gás dos reagentes, quer dizer, matérias voláteis contidas nos reagentes (H2O no carbono, H2, N2 no titânio). Quanto mais elevada for a temperatura de reação, maior será a libertação de gás. A técnica utilizando granulados permite limitar a temperatura, limitar o volume de gás e permite uma saída mais fácil do gás e assim limita os defeitos provocados pelo gás. (ver a fig. 9 com a bolha de gás indesejável).

Susceptibilidade baixa para a formação de fissuras aquando da fabricação da peça de impacto de acordo com a presente invenção [0075] O coeficiente de dilatação do reforço de TiC é mais baixo do que o da matriz de liga ferrosa (coeficiente de dilatação de TiC: 7,5 10^-6/K e da liga ferrosa: cerca de 12,0 10^-6/K). Esta diferença nos coeficientes de dilatação tem por consequência gerar tensões no material durante a fase de solidificação e também por ocasião do tratamento térmico. Se estas tensões forem demasiado importantes, podem aparecer fissuras na peça que levam à sua rejeição. Na presente invenção, utiliza-se uma proporção baixa de reforço de TiC (menos de 50 % em volume), o que implica menos tensões na peça. Além disso, a presença de uma matriz mais dúctil entre as partículas globulares micrométricas de TiC, em zonas alternadas de fraca ou de forte concentração permite gerir melhor eventuais tensões locais.

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24/24

Excelente manutenção do reforço na peça de impacto.

[0076] Na presente invenção, a fronteira entre a parte reforçada e a parte não reforçada da peça de impacto não é abrupta dado que há uma continuidade da matriz metálica entre a parte reforçada e a parte não reforçada, o que permite protegê-la contra o arranque completo do reforço.

Resultados dos ensaios [0077] Efetuaram-se três ensaios com peças de impacto do tipo martelo, do tipo do representado na figura 4b e na figura 10, numa gama de pesos desde 30 a 130 Kg.

Ensaio 1

- peso dos martelos: 30 a 70 kg

- material triturado: clínquer de cimenteira

- aumento da duração da vida do martelo em relação a um martelo de aço temperado: 200 %

Ensaio 2

- peso dos martelos: 70 a 130 kg

- material triturado: rocha calcária

- fase: primária

- aumento da duração da vida do martelo em relação a um martelo de aço temperado: 100 a 200 %

Ensaio 3

- peso dos martelos: 30 a 80 kg

- material triturado: rocha calcária

- fase: secundária

- aumento da duração da vida da peça: 100 a 200 %.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Peça de impacto de material composite para britadeiras de impacto, a citada peça de impacto compreendendo uma liga ferrosa reforçada pelo menos em parte reforçada (5) , com carboneto de titânio, de acordo com uma geometria definida, caracterizada pelo fato de a referida parte reforçada (5) compreender uma macro-microestrutura alternada de zonas milimétricas (1) concentradas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4), separadas por zonas milimétricas (2) praticamente isentas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4), as referidas zonas concentradas com partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4) formando uma microestrutura na qual os interstícios micrométricos (3) , entre as referidas partículas globulares (4) estão também ocupados com a referida liga ferrosa.
2. Peça de impacto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de as referidas zonas milimétricas concentradas terem uma concentração de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4) superior a 36,9 % em volume.
3. Peça de impacto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de a referida parte reforçada ter um teor global de carboneto de titânio entre 16,6 e 50,5 % em volume.
4. Peça de impacto, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada pelo fato de as partículas micrométricas globulares de carbonetos de titânio (4) terem uma dimensão inferior a 50 qm.
5. Peça de impacto, de acordo com qualquer uma das

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2/3 reivindicações de 1 a 4, caracterizada pelo fato de a maior parte das partículas micrométricas globulares de carbonetos de titânio (4) ter uma dimensão inferior a 20 pm.
6. Peça de impacto, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada pelo fato de as referidas zonas concentradas de partículas globulares de carboneto de titânio (1) compreenderem 36,9 à 72,2 % em volume de carboneto de titânio.
7. Peça de impacto, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizada pelo fato de as referidas zonas concentradas de carboneto de titânio (1)

terem uma dimensão variando de 1 a 12 mm. 8. Peça de impacto, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizada pelo fato de as referidas zonas concentradas de carboneto de titânio (1)

terem uma dimensão variando de 1 a 6 mm. 9. Peça de impacto, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizada pelo fato de as referidas zonas concentradas de carboneto de titânio (1)

terem uma dimensão variando de 1,4 a 4 mm.
10. Processo para fabricar por vazamento em fusão uma peça de impacto de material compósito, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de compreender as etapas seguintes:

- disponibilizar um molde compreendendo uma cavidade do molde da peça de impacto com uma geometria de reforço prédefinida;

- introduzir, na parte da cavidade do molde da peça de impacto destinada a formar a parte reforçada (5), de uma mistura de pós compactados compreendendo carbono e titânio

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3/3 sob a forma de grânulos milimétricos precursores de carboneto de titânio;

- vazar, no molde, de uma liga ferrosa, em que o calor do referido material em fusão desencadeia uma reação exotérmica de síntese auto-propagada a alta temperatura (SHS) de carboneto de titânio, no seio dos referidos granulados precursores;

- formar, no seio da parte reforçada (5) da peça de impacto, uma macro-microestrutura alternada de zonas milimétricas concentradas (1) de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4) no local dos referidos granulados precursores, estando as referidas zonas separadas entre si por zonas milimétricas (2) praticamente isentas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4), estando igualmente as referidas partículas globulares (4) separadas, no seio das referidas zonas milimétricas concentradas (1) de carboneto de titânio, por interstícios micrométricos (3);

- infiltrar nos interstícios milimétricos (2) e micrométricos (3) pela referida liga ferrosa vazada a alta temperatura, no seguimento da formação das partículas microscópicas globulares de carboneto de titânio (4).
11. Processo para fabricar, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a mistura de pós compactados de titânio e de carbono compreender um pó de uma liga ferrosa.
12. Processo para fabricar, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo fato de o referido carbono ser grafite.