PT2326738E

PT2326738E - Cone de moagem para trituradora por compressão

Info

Publication number: PT2326738E
Application number: PT09782200T
Authority: PT
Inventors: Guy Berton
Original assignee: Magotteaux Int
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2012-06-28
Also published as: DK2326738T3; ES2384089T9; MX2011003027A; BE1018128A3; BRPI0913557B1; US8602340B2; ES2384089T3; CA2743744A1; ATE550450T1; AU2009294780A1; MY150574A; AU2009294780B2; US20110303778A1; EP2326738B1; WO2010031661A1; EP2326738A1; CL2011000575A1; CN102159739B; ZA201101790B; CN102159739A

Description

1

DESCRIÇÃO

CONE DE MOAGEM PARA TRITURADORA POR COMPRESSÃO

Objecto da invenção [0001] A presente invenção tem por objecto um cone de moagem compósito para uma trituradora por compressão, no domínio da trituração de rochas em indústrias extractivas tais como minas, pedreiras, cimenteiras, etc., mas também na indústria da reciclagem, etc., assim como tem por objecto um processo de fabrico desses cones.

Definição [0002] Neste documento, entende-se por «trituradora por compressão», trituradoras com cone ou trituradoras giratórias equipadas com cones de moagem que constituem a principal peça de desgaste destas máquinas.

Estado da técnica [0003] As trituradoras com cone ou as trituradoras giratórias dispõem de uma peça de desgaste, em forma de cone, designada por cone de moagem. Este tipo de cone constitui o objecto do presente pedido de patente. 0 cone tem por função estar em contacto directo com a rocha, ou a matéria a moer, durante a fase do processo em que se aplicam tensões de compressão muito elevadas à matéria a triturar.

[0004] As trituradoras por compressão utilizam-se nas primeiras etapas de uma linha de fabrico destinada a diminuir 2 drasticamente a dimensão da rocha, nas indústrias extractivas (minas, pedreiras, cimenteiras, ...) e de reciclagem.

[0005] Conhecem-se poucos meios para modificar a dureza e a resistência à compressão de uma liga de fundição, em profundidade «na massa». Os meios conhecidos geralmente dizem respeito a modificações à superfície, de pouca profundidade (poucos mm). Para as peças produzidas por fundição, os elementos de reforço devem estar presentes em profundidade para que possam resistir a solicitações localizadas importantes e simultâneas, em termos de tensões mecânicas (desgaste, compressão, impacto), para limitar o desgaste e portanto o consumo da peça durante a duração da sua vida.

[0006] 0 documento US 5.516.053 (Hannu) descreve um processo para melhorar o desempenho dos cones de moagem para trituradoras de cone, que se baseia numa técnica de soldadura de revestimento duro utilizando partículas duras como carboneto de tungsténio; esta técnica só produz os seus efeitos à superfície e numa espessura relativamente limitada.

[0007] 0 documento JP 53 17731 propõe uma solução que consiste em alternar zonas mais resistentes e menos resistentes ao desgaste, no sentido da geratriz de um cone de moagem. Esta técnica tem como efeito gerar, na superfície do cone, um relevo que será favorável ao prolongamento da duração de vida da peça.

[0008] 0 documento US 6.123.279 (Stafford) propõe o reforço das superfícies dos cones e das maxilas de aço ao manganês por meio de inserções de carboneto de tungsténio que são introduzidas e fixadas mecanicamente em compartimentos previstos para tal efeito; tendo esta solução, como resultado, um reforço descontínuo da superfície da peça.

[0009] 0 documento WO 2007/138162 (Hellman) descreve um processo de fabrico de um cone que utiliza materiais compósitos. 3 [0010] O documento US 2008/041995 (Hall) prevê o reforço da superfície de trabalho de um cone com inserções de materiais duros.

Finalidades da invenção [0011] A presente invenção tem por objecto um cone de moagem compósito para trituradoras por compressão, que apresenta uma resistência melhorada contra o desgaste, conservando ao mesmo tempo uma boa resistência aos choques. Esta propriedade é obtida através de uma estrutura compósita de reforço concebida especificamente para esta aplicação, num material que alterna, à escala milimétrica, zonas densas de finas partículas globulares micrométricas de carbonetos metálicos, com zonas praticamente isentas destas no seio da matriz metálica do cone de moagem.

[0012] A presente invenção tem também por objecto um processo para a obtenção da referida estrutura de reforço.

Sumário da invenção [0013] A presente invenção tem por objecto um cone de moagem compósito para trituradoras por compressão, em que o referido cone de moagem comporta uma liga ferrosa reforçada, pelo menos em parte, com carboneto de titânio, segundo uma geometria definida, no qual a referida parte reforçada comporta uma macromicroestrutura 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 4 as referidas partículas globulares estão também ocupados pela referida liga ferrosa.

[0014] De acordo com modalidades particulares da presente invenção, o cone de moagem compósito comporta pelo menos uma das seguintes características ou uma combinação adeguada das mesmas: 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 um tamanho inferior a 50 pm; a maior parte das partículas micrométricas globulares de carboneto de titânio tem um tamanho inferior a 20 pm; as referidas zonas concentradas de partículas globulares de carboneto de titânio comportam 36,9 a 72,2 %, em volume, de carboneto de titânio; as referidas zonas milimétricas concentradas de carboneto de titânio têm uma dimensão que varia entre 1 e 12 mm; as referidas zonas milimétricas concentradas de carboneto de titânio têm uma dimensão que varia entre 1 e 6 mm; as referidas zonas concentradas de carboneto de titânio têm uma dimensão que varia entre 1,4 e 4 mm.

[0015] A presente invenção tem também por objecto um processo de fabrico do cone de moagem compósito, de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 9, que comporta as seguintes etapas: disponibilização de um molde comportando a cavidade contramolde do cone de moagem com uma geometria de reforço predefinida; introdução, na parte da cavidade contramolde do cone de moagem destinada a formar a parte reforçada (5), de uma mistura de pós compactados comportando carbono e titânio sob 5 a forma de granulados milimétricos precursores de carboneto de titânio; vazamento de uma liga ferrosa no molde, em que o calor do referido vazamento desencadeia uma reacção exotérmica de síntese autopropagada de carboneto de titânio a alta temperatura (SHS) no seio dos referidos granulados precursores; - formação, no seio da parte reforçada do cone de moagem compósito, de uma macromicroestrutura alternada de zonas milimétricas concentradas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio no local dos referidos granulados precursores, estando as referidas zonas separadas entre si por zonas milimétricas praticamente isentas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio, estando ainda 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 de vazamento a alta temperatura, no seguimento da formação de partículas microscópicas globulares de carboneto de titânio.

[0016] De acordo com modalidades particulares da presente invenção, o processo comporta pelo menos uma das seguintes características ou uma combinação adequada das mesmas: - os pós compactados de titânio e de carbono comportam um pó de uma liga ferrosa; - o referido carbono é grafite.

[0017] A presente invenção tem também por objecto um cone de moagem compósito obtido de acordo com o processo de uma qualquer das reivindicações 11 a 13.

Breve descrição das figuras 6 [00018] As figuras 1 a 2 mostram uma vista global, a três dimensões, de diferentes tipos de máquinas nas quais são utilizados cones de moagem de acordo com a presente invenção.

[0019] A figura 3 mostra uma vista, a três dimensões, de um cone de moagem e do modo como o(s) reforço (s) pode (m) estar disposto(s) de forma a que sejam alcançados os fins pretendidos (geometria de reforço) .

[0020] A figura 4a-4h representa esquematicamente o processo de fabrico de um cone de acordo com a presente invenção; - a etapa 4a mostra o dispositivo de mistura dos pós de titânio e de carbono; a etapa 4b mostra a compactação dos pós entre dois rolos, seguida de uma trituração e de uma peneiração com reciclagem das partículas demasiado finas; a figura 4c mostra um molde de areia onde se colocou uma barreira para conter os granulados de pó compactado no local de reforço da barra de blindagem para a trituradora por compressão; a figura 4d mostra uma ampliação da zona de reforço onde se encontram os granulados compactados comportando os reagentes precursores do TiC; a etapa 4e mostra o vazamento da liga ferrosa no molde; - a figura 4f mostra esquematicamente um cone de moagem que resultou do vazamento; - a figura 4g mostra uma ampliação das zonas com forte concentração de nódulos de TiC; - a figura 4h mostra uma ampliação, no seio de uma mesma zona com uma forte concentração de nódulos de TiC. Os nódulos micrométricos estão rodeados individualmente pelo metal de vazamento.

[0021] A figura 5 representa uma vista binocular de uma superfície polida, não atacada, de um corte da parte reforçada de um cone de acordo com a presente invenção, com zonas milimétricas (cinzento claro) concentradas de carboneto de 7 titânio globular micrométrico (nódulos de TiC). A parte sombria representa a matriz metálica (aço ou ferro fundido) que preenche não só o espaço entre estas zonas concentradas de carboneto de titânio globular micrométrico, como também os espaços entre as próprias esférulas.

[0022] As figuras 6 e 7 representam vistas, tiradas através de microscópio electrónico de varrimento (SEM), de carboneto de titânio globular micrométrico nas superfícies polidas e não atacadas, com diferentes ampliações. Vê-se que, neste caso particular, a maior parte das esférulas de carboneto de titânio têm um tamanho inferior a 10 ym.

[0023] A figura 8 representa uma vista de carboneto de titânio globular micrométrico numa superfície de ruptura, tirada através de microscópio electrónico de varrimento (SEM). Vê-se que as esférulas de carboneto de titânio estão perfeitamente incorporadas na matriz metálica. Isto prova que o metal de vazamento infiltra-se (impregna) completamente os poros durante o vazamento, uma vez iniciada a reacção química entre o titânio e o carbono.

Legenda [0024] 1. zonas milimétricas concentradas de partículas globulares (nódulos) micrométricas de carboneto de titânio 2. interstícios milimétricos cheios com a liga de vazamento, praticamente isentos de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio 3. interstícios micrométricos entre os nódulos de TiC também infiltrados pela liga de vazamento 4. carboneto de titânio globular micrométrico nas zonas concentradas de carboneto de titânio 5. reforço de carboneto de titânio 6. defeitos causados pelo gás 7. cone com reforço segundo a invenção

8. misturadora de pós de Ti e de C 9. tremonha 10. rolo 11. moinho 12. grelha de saída 13. peneiro 14. reciclagem das partículas demasiado finas, para a tremonha 15. molde de areia

16. barreira contendo os granulados compactados da mistura Ti/C 17. colher de fundição para vazamento 18. cone (esquemático)

Descrição detalhada da invenção [0025] Em ciência dos materiais, chama-se reacção SHS ou «self-propagating high temperature synthesis» a uma reacção de síntese a alta temperatura autopropagada em que se atingem temperaturas de reacção geralmente superiores a 1500°C, ou mesmo 2000°C. Por exemplo, a reacção 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 reacção. Em seguida, a reacção vai propagar-se espontaneamente à totalidade da mistura de reagentes graças às altas temperaturas atingidas. Após o início da reacção, há assim uma frente da reacção que se propaga espontaneamente (autopropagada) e que permite a obtenção do carboneto de titânio a partir do titânio e do carbono. 0 carboneto de titânio assim obtido, diz-se «obtido in situ» porque não provém da liga ferrosa de vazamento.

[0026] As misturas de pós de reagentes comportam pó de carbono e pó de titânio e são comprimidas em placas, sendo em seguida trituradas para se obter granulados cuja dimensão varia entre 1 e 12 mm, de preferência entre 1 e 6 mm e de 9 maneira particularmente preferida entre 1,4 e 4 mm. Estes granulados não se compactam a 100 %. Comprimem-se geralmente entre 55 e 95 % da densidade teórica. Estes granulados são de fácil utilização/manipulação (ver fig. 3a-3h).

[0027] Os granulados milimétricos de pós de carbono e de titânio misturados, obtidos de acordo com os esquemas da figura 4a-4h, constituem os precursores do carboneto de titânio a obter e permitem encher facilmente partes de moldes com formas diversas ou mesmo irregulares. Estes granulados podem ser mantidos posicionados no molde 15 com a ajuda, por exemplo, de uma barreira 16. A conformação ou a montagem destes granulados pode também fazer-se com a ajuda de uma cola.

[0028] 0 cone de moagem compósito, de acordo com a presente invenção, possui uma macromicroestrutura de reforço que também se pode chamar estrutura alternada de zonas concentradas de partículas micrométricas globulares de carboneto de titânio separadas por zonas que estão praticamente isentas dessas partículas. Obtém-se este tipo de estrutura por reacção, no molde 15, dos granulados comportando uma mistura de pós de carbono e de titânio. Esta reacção é iniciada pelo calor do vazamento do ferro fundido ou do aço utilizados para vazar toda a peça e, assim, quer a parte não reforçada, quer a parte reforçada, (ver fig. 3e) . 0 vazamento desencadeia assim uma reacção exotérmica de síntese autopropagada a alta temperatura (self-propagating high-temperature synthesis - SHS) da mistura de pós de carbono e de titânio compactados sob a forma de granulados e previamente colocados no molde 15. A reacção tem então a particularidade de continuar a propagar-se desde o instante em que é desencadeada.

[0029] Esta síntese a alta temperatura (SHS) permite uma infiltração fácil de todos os interstícios milimétricos e micrométricos pelo ferro fundido ou pelo aço de vazamento (fig. 4g e 4h). Ao aumentar a molhabilidade, a infiltração 10 pode-se fazer em qualquer espessura ou profundidade de reforço do cone de moagem. Ela permite criar, com vantagem, após a reacção SHS e a infiltração por um metal de vazamento exterior, uma ou mais zonas de reforço no cone de moagem comportando uma forte concentração de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (que se poderiam também designar por agrupamentos de nódulos), zonas essas com um tamanho da ordem do milímetro ou de alguns milímetros e que alternam com zonas praticamente isentas de carboneto de titânio globular.

[0030] Logo que estes granulados tenham reagido, de acordo com uma reacção 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 de vazamento que, neste caso, é o ferro fundido ou o aço. É importante notar que os interstícios milimétricos e micrométricos são infiltrados pela mesma matriz metálica que a que constitui a parte não reforçada do cone de moagem; isto permite uma liberdade total na escolha do metal de vazamento. No cone de moagem finalmente obtido, as zonas de reforço com forte concentração de carboneto de titânio são compostas por partículas globulares micrométricas de TiC, numa percentagem importante (entre cerca de 35 e 70 % em volume), e pela liga ferrosa de infiltração.

[0031] Por partículas globulares micrométricas deve entender-se partículas globalmente esferóides com um tamanho que vai do pm a algumas dezenas de pm, no máximo, tendo a grande maioria destas partículas um tamanho inferior a 50 pm e mesmo a 20 pm ou até mesmo a 10 pm. Estas partículas também são denominadas de esférulas de TiC. Esta forma globular é característica de um processo de obtenção de carboneto de titânio por síntese autopropagada SHS (ver fig. 7). 11

Obtenção dos granulados (versão Ti + C) para o reforço do cone de moagem [0032] 0 processo de obtenção dos granulados está ilustrado na fig. 4a-4h. Os granulados dos reagentes carbono/titânio obtêm-se por compactação entre os rolos 10 para obter tiras que se trituram em seguida numa trituradora 11. A mistura dos pós é feita num misturador 8 constituído por uma cuba equipada com pás, para facilitar a homogeneização. A mistura passa em seguida para um aparelho de granulação, por uma tremonha 9. Esta máquina compreende dois rolos 10 através dos quais se faz passar o material. Aplica-se uma pressão nos rolos 10, o que permite comprimir o material. Obtém-se, à saída, uma tira de material comprimido que é em seguida triturado para se obter os granulados. Estes granulados são em seguida peneirados para a granulometria desejada num peneiro 13. Um parâmetro importante é a pressão aplicada nos rolos. Quanto mais elevada for a pressão, mais a tira e logo os granulados serão comprimidos. Pode-se assim fazer variar a densidade das tiras e, por conseguinte a dos granulados, entre 55 e 95 % da densidade teórica que é de 3,75 g/cm3 para a mistura estequiométrica de titânio e de carbono. A densidade aparente (tendo em conta a porosidade) situa-se então entre 2,06 e 3,56 g/cm3.

[0033] 0 grau de compactaçao 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, obtêm-se uma densidade nas tiras da ordem de 55 % da densidade teórica. Após a passagem através dos rolos 10 para comprimir este material, a densidade aparente dos granulados é de 3,75 x 0,55, ou seja 2,06 g/cm3.

[0034] Para um nível elevado de compactação, da ordem de 25xl06 Pa, obtém-se uma densidade nas tiras da ordem de 90 % da 12 densidade teórica, ou seja, uma densidade aparente de 3,38 g/cm3. Na prática, pode-se ir até 95 % da densidade teórica.

[0035] Em consequência, os granulados obtidos a partir da matéria-prima de Ti + C são porosos. Esta porosidade varia de 5 %, para os granulados que sofrem uma compressão muito forte, a 45 %, para os granulados com uma compressão ligeira.

[0036] Para além do nivel de compactação, é também possivel regular a repartição granulométrica dos granulados, bem como a sua forma durante a operação de trituração das tiras e da peneiração dos granulados de Ti+C. As fracções granulométricas indesejadas podem ser recicladas à vontade (ver fig. 4b) . Os granulados obtidos têm, no geral, um tamanho entre 1 e 12 mm, de preferência entre 1 e 6 mm e, de maneira particularmente preferida, entre 1,4 e 4 mm.

Criação da zona de reforço no_cone de moagem compósito de acordo com a presente invenção [0037] Os granulados sao obtidos tal como exposto anteriormente. Para se obter uma estrutura tridimensional ou uma superestrutura/macromicroestrutura com estes granulados, dispõem-se os mesmos nas zonas do molde em que se deseja reforçar a peça. Este procedimento realiza-se aglomerando os granulados, seja por meio de uma cola, seja confinando-os num recipiente ou ainda por qualquer outro meio (barreira 16). A densidade a granel do empilhamento dos granulados de Ti + C mede-se de acordo com a norma ISO 697 e depende do nivel de compactação das tiras, da repartição granulométrica dos granulados e do modo de trituração das tiras, que influencia a forma dos granulados. 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 nivel de compactação destes granulados e da densidade do empilhamento. 13 [0038] Antes da reacção, tem-se assim um empilhamento de granulados porosos compostos por uma mistura de pó de titânio e de pó de carbono [0039] Durante a reacção Ti + C TiC produz-se uma contracção volumétrica da ordem de 24 % quando se passa dos reagentes para o produto (contracção resultante da diferença de densidade entre os reagentes e o produto). 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 reacção de obtenção do TiC, o metal de vazamento irá infiltrar-se: - nos poros microscópicos presentes nos espaços com forte concentração de carboneto de titânio, dependentes do nível de compactação inicial destes granulados; - nos espaços milimétricos entre as zonas com forte concentração de carboneto de titânio, dependentes do empilhamento inicial dos granulados (densidade a granel); - nos poros resultantes da contracção volumétrica durante a reacção entre Ti + C para se obter o TiC.

Exemplos [0040] 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 Mistura durante 15 minutos num misturador Lindor, em atmosfera de árgon. A granulação foi efectuada com um granulador Sahut-Conreur. 14

Para as misturas de Ti+C+Fe e de Ti+C, obteve-se a compactaçao dos granulados fazendo variar a pressão entre os rolos de 10 a 250xl05 Pa. O reforço foi efectuado colocando granulados num recipiente metálico, que em seguida é colocado criteriosamente no molde no sitio do cone de moagem passível de ser reforçado. Em seguida vaza-se o aço ou o ferro fundido neste molde.

Exemplo 1 [0041] Neste exemplo, pretende-se obter um cone de moagem cujas zonas reforçadas comportam 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 trituração, os granulados são peneirados de modo a que a sua dimensão se situe entre 1,4 e 4 mm. Obtém-se uma densidade a granel da ordem de 2,1 g/cm3 (35 % de espaço entre os granulados + 15 % de porosidade nos granulados).

[0042] Dispõe-se os granulados no molde no sitio da parte a reforçar que comporta assim 65 %, em volume, de granulados porosos. Em seguida vaza-se ferro fundido ligado com crómio (3 % de C, 25 % de Cr) a cerca de 1500°C num molde de areia não aquecido previamente. A reacção entre o Ti e o C é iniciada por acção do calor do ferro fundido. Este vazamento faz-se sem atmosfera de protecção. Após a reacção, 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 do cone de moagem.

Exemplo 2 15 [0043] Neste exemplo, pretende-se obter um cone de moagem cujas zonas reforçadas comportam 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 granulados são peneirados de modo a que a sua dimensão se situe entre 1,4 e 4 mm. Obtém-se uma densidade a granel da ordem de 1,4 g/cm3 (45 % de espaço entre os granulados + 30 % de porosidade nos granulados). Dispõe-se os granulados na parte a reforçar que comporta assim 55 %, em volume, de granulados porosos. Após a reacção, 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 parte reforçada do cone de moagem.

Exemplo 3 [0044] Neste exemplo, pretende-se obter um cone de moagem cujas zonas reforçadas comportam 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 trituração, os granulados são peneirados de modo a que a sua dimensão se situe entre 1 e 6 mm. Obtém-se uma densidade a granel da ordem de 1,0 g/cm3 (55 % de espaço entre os granulados + 40 % de porosidade nos granulados). Dispõe-se os granulados na parte a reforçar que comporta assim 45 %, em volume, de granulados porosos. Após a reacção, 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 do cone de moagem.

Exemplo 4 16 [0045] Neste exemplo, procurou-se atenuar a intensidade da reacção entre o carbono e o titânio juntando-lhes uma liga ferrosa em pó. Como no exemplo 2, pretende-se obter um cone de moagem cujas zonas reforçadas comportem uma percentagem, em volume global, de TiC de cerca de 30 %. Com esta finalidade, produz-se uma tira por compactação, a 85 % da densidade teórica, de uma mistura, em peso, de 15 % de C, 63 % de Ti e 22 % de Fe. Após trituração, os granulados são peneirados de modo a que a sua dimensão se situe entre 1,4 e 4 mm. Obtém-se uma densidade a granel da ordem de 2 g/cm3 (45 % de espaço entre os granulados + 15 % de porosidade nos granulados). Dispõe-se os granulados na parte a reforçar que comporta assim 55 %, em volume, de granulados porosos. Após a reacção, 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, de carboneto de titânio global na macromicroestrutura reforçada do cone de moagem.

[0046] Os quadros que se seguem mostram as numerosas combinações possíveis.

[0047]

Quadro 1 (Ti + 0,98 C)

Percentagem global de TiC obtido na macromicroestrutura reforçada após a reacção de Ti + 0,98 C na parte reforçada do cone de moagem.

Compactação dos | granulados (% da | \ | | densidade teórica 55 160 165 70 175 |80 85 190 95 que é de 3,75 $ ( ii ^ $ g/cm3) | | | | Enchimento da 70 29,3 j31,9 134,6 37,2 j39, 9 142,6 45,2 j47,9 50,5 parte 65 27,2 ^29,6 |32,1 34,6 137, 1 j39,5 42, 0 144,5 46, 9 reforçada da — peça (% vol.) 55 23,0 ! 2 5, 1 |27,2 29,3 !31,4 !33,4 35,5 !37,6 39, 7 45 18,8 120,5 122,2 23,9 125,7 j27,4 29,1 |30, 8 32,5 17

Este quadro mostra que, com um nível de compactaçao indo de 55 a 95 % para as tiras e portanto para os granulados, podem praticar-se níveis de enchimento de granulados, na parte reforçada do cone de moagem, 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 % (letras a negrito no quadro), em volume, pode-se proceder a diferentes combinações como, por exemplo, 60 % de compactação e 65 % de enchimento ou 70 % de compactação e 55 % de enchimento ou ainda 85 % de compactação e 45 % de enchimento. Para se obter níveis de enchimento de granulados, na parte reforçada, indo até 70 %, em volume, é-se obrigado a aplicar uma vibração para comprimir os granulados. Neste caso, já não é aplicável a norma ISO 697 para a medição da taxa de enchimento e mede-se a quantidade de matéria num dado volume.

[0048]

Quadro 2

Relaçao entre o nível de compactação, a densidade teórica e a j percentagem de TiC obtido após a reacção no granulado I

Compactação dos granulados 55 60 65 70 75 80 85 90 195 Densidade em g/cm3 2,06 |2,25 2,44 2,63 |2,81 |3,00 3,19 3,38 |3,56 TiC obtido nos 41,8 Í45,6 49,4 53,2 57, 0 160,8 64,6 68, 4 172,2 granulados após a reacção (e icontracção) em % em I volume.

Aqui representou-se a densidade dos granulados em função do seu nível de compactação e daí deduziu-se a percentagem volúmica do TiC obtido após a reacção e consequente contracção de cerca de 24 % em volume. Os granulados compactados a 95 % da sua densidade teórica permitem assim obter, após a reacção, uma concentração de 72,2 %, em volume, de TiC.

[0049] 18

Quadro 3

Densidade a granel do empilhamento dos granulados

Compactação | 55 60 65 70 75 80 85 90 95 Enchimento da parte (70 I1'4 1, 6 1, 7 ! 1, 8 2 2, 2 j2, 4 2,5 reforçada da peç a em % 165 jl, 3* 1, 5 1, 6 jl, 7 1,8 2,0 2, 1 |2, 2 2,3 em volume ! 55 I1'1 1, 2 1, 3 jl, 4 1,5 1, 7 j1, 8 I1, 9 2,0 |45 10, 9 1, 0 1, 1 (1,2 1,3 1,4 j1, 4 j1, 5 1,6 (*) Densidade a granel (1,3) = densidade teórica (3,75 g/cm3) x\ 0,65 (enchimento) x 0,55 (compactação)

Na prática, estes quadros servem de ábacos para o utilizador desta tecnologia, que fixa a percentagem global de TiC a obter na parte reforçada do cone de moagem e, em função desta, determina o nível de enchimento e a compactação dos granulados que vai utilizar. Construíram-se os mesmos quadros para uma mistura de pós de Ti + C + Fe.

Ti + 0,98 C + Fe [0050] Neste caso, pretendeu-se uma mistura que permitisse obter 15 % em volume de ferro após a reacção. A proporção de mistura utilizada foi de: 100 g Ti + 24,5 g C + 35,2 g Fe Entende-se por pó de ferro: ferro puro ou liga de ferro. Densidade teórica da mistura: 4,25 g/cm3 Retracção volumétrica durante a reacção: 21 % [0051] 19

Quadro 4

Percentagem global de TiC obtido na macromicroestrutura j reforçada após a reacção de Ti + 0,98 C + Fe, na parte{ reforçada do cone de mo agem 5 Compactação dos ! ! ί granulados (% da j: ϊ § § 5 densidade teórica 55 60 {65 70 75 80 {85 190 95 que é de 4,25 i: ϊ j: 5 g/cm3) \ \ | | \ Enchimento da 70 25,9 28,2 {30,6 p2, 9 35,5 37,6 140,0 }42,3 44, 7 | parte 65 24,0 26,2 2 8,7 5:,6 32, 7 34, 9 !37, 1 j39,3 41,5 ! reforçada 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 18,1 119,6 121,2 22, 7 24,2 125,7 127,2 28, 7 |

De novo, para se obter uma concentração global de TiC na parte reforçada de cerca de 26 % (em letras a negrito no quadro), em volume, pode-se proceder a diferentes combinações como, por exemplo, 55 % de compactação e 70 % de enchimento ou 60 % de compactação e 65 % de enchimento ou 70 % de compactação e 55 % de enchimento ou ainda 85 % de compactação e 45 % de enchimento.

[0052]

Quadro 5 ÍRelação entre o nível de compactação, a densidade teórica e a! ipercentagem de TiC, obtida após a reacção no granulado, tendo| jem conta a presença de ferro j

Compactação dos 155 granulados 160 {65 «j o ln 00 o 00 ln 90 195 Densidade em g/cm3 {2,34 2,55 !2,76 2,98 13,19 3,40 {3,61 3,83 ! 4,04 TiC obtido nos {36,9 granulados após reacção (e contracção) em % | em vol. 40,3 143,6 47, 0 150,4 53, 7 157,1 60, 4 163,8 [0053] 20

Quadro 6 jDensidade a granel do empilhamento dos granulados (Ti + C + |Fe)

Compactação 55 60 65 70 I75 00 í o 85 90 95 Enchimento da parte reforçada da peça em % | em vol. 70 jl,6 1, 8 1, 9 2,1 |2, 2 Í2, 4 2,5 !ΐ7 7 2, 8 65 1,5* 1, 7 1, 8 1,9 !2, 1 |2, 2 2,3 J2, 5 2, 6 55 jl,3 1, 4 I1' 5 1,6 μ, 8 |i, 9 2,0 |2, 1 2, 2 45 |l, 1 1, 1 li, 2 1,3 |i, 4 |i, 5 1,6 li, 7 1, 8 (x) Densidade a granel (1,5) = densidade teórica (4,25) x 0,65j | (enchimento) x 0,55 (compactação) \

Vantagens [0054] A presente invenção apresenta as seguintes vantagens em relação ao estado da técnica em geral:

Melhor resistência aos choques [0055] Com o presente processo, conseguem-se granulados milimétricos porosos que estão engastados na liga metálica de infiltração. Estes granulados milimétricos são eles próprios compostos por partículas microscópicas de TiC com tendência globular, também engastadas na liga metálica de infiltração. Este sistema permite obter um cone de moagem com uma zona de reforço comportando uma macroestrutura no seio da qual existe uma microestrutura idêntica mas a uma escala cerca de mil vezes inferior.

[0056] 0 facto de a zona de reforço do cone de moagem comportar pequenas partículas globulares de carboneto de titânio, duras e finamente dispersas numa matriz metálica que as envolve, permite evitar a formação e a propagação de 21 fissuras (ver fig. 4 e 6) . Obtém-se assim um duplo sistema dissipador de fissuras.

[0057] As fissuras têm origem, em geral, nos sítios mais frágeis, que, neste caso, são as partículas de TiC ou a interface entre estas partículas e a liga metálica de infiltração. Se uma fissura se origina na interface ou na partícula micrométrica de TiC, a sua propagação é depois entravada pela liga de infiltração que envolve tal partícula. A tenacidade da liga de infiltração é superior à da partícula cerâmica TiC. A fissura tem necessidade de mais energia para passar de uma partícula para a outra, para vencer os espaços micrométricos que existem entre as partículas.

Flexibilidade máxima para os parâmetros de execução [0058] Para além do nível de compactação dos granulados, pode-se fazer variar dois outros parâmetros, que são a fracção granulométrica e a forma dos granulados e portanto a sua densidade a granel. Pelo contrário, numa técnica de reforço por inserção, só se pode fazer variar o nível de compactação dos granulados numa gama limitada. Ao nível da forma que se pretende dar ao reforço, atendendo ao desenho do cone de moagem e ao sítio que se deseja reforçar, a utilização de granulados permite mais possibilidades e uma melhor adaptação (ver figura 3) .

Vantagens ao nível do fabrico [0059] A utilização de um enchimento de granulados porosos como reforço apresenta algumas vantagens ao nível do fabrico: — menor libertação de gases, — menor susceptibilidade à criação de gretas, — melhor localização do reforço no cone de moagem. 22 A reacção entre o Ti e o C é fortemente exotérmica. A elevação da temperatura provoca uma desgaseificação dos reagentes, isto é, a libertação das matérias voláteis compreendidas nos reagentes (H2O no carbono, H2, N2 no titânio) . Quanto mais elevada for a temperatura da reacção, mais significativa é esta libertação. A técnica que utiliza os granulados permite limitar a temperatura, limitar o volume gasoso e permite uma saída mais fácil dos gases, o que reduz os defeitos provocados pelo gás (ver fig. 9 com uma bolha de gás indesejável).

Fraca susceptibilidade à criação de gretas durante o fabrico do cone de moagem de acordo com a presente invenção [0060] 0 coeficiente de dilataçao do reforço de TiC é inferior ao da matriz da liga ferrosa (coeficiente de dilatação do TiC: 7,5xl(T6/K e da liga ferrosa: cerca de 12, 0xl0-6/K) . Esta diferença entre os coeficientes de dilatação tem como consequência gerar tensões no material durante a fase de solidificação e também durante o tratamento térmico. Se estas tensões forem demasiado importantes, podem surgir gretas na peça e levar à sua rejeição. Na presente invenção, utiliza--se uma baixa proporção de reforço de TiC (menos de 50 % em volume), o que leva a 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 e forte concentração permite gerir melhor as tensões locais.

Excelente conservação do reforço no cone de moagem [0061] Na presente invenção, a fronteira entre a parte reforçada e a parte não reforçada do cone de moagem não é abrupta, pois existe uma continuidade da matriz metálica entre a parte reforçada e a parte não reforçada, o que permite proteger o dente contra o arranque completo do reforço. 23

Resultados de ensaios [0062] Efectuaram-se três ensaios com cones do tipo do representado na figura 3.

Ensaio 1

Trituradora secundária [0063] Material triturado: agregados, elevada abrasividade Aumento da duração da vida do cone reforçado em relação a um cone em aço ao manganês: 50 %.

Ensaio 2

Trituradora secundária [0064] Material triturado: agregados, abrasividade média. Aumento da duração da vida do cone reforçado em relação a um cone em aço ao manganês: 130. %

Ensaio 3

Trituradora secundária [0065] Material triturado: agregados, abrasividade média. Aumento da duração da vida do cone reforçado em relação a um cone em aço ao manganês: 170 %.

Porto, 21 de Junho de 2012

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Cone de moagem compósito para trituradoras por compressão, caracterizado pelo facto de comportar uma liga ferrosa reforçada, pelo menos em parte (5), com carboneto de titânio, segundo uma geometria definida, no qual a referida parte reforçada (5) comporta uma macromicroestrutura alternada de zonas milimétricas (1) concentradas de particulas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4), separadas por zonas milimétricas (2) praticamente isentas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4), formando as referidas zonas concentradas de particulas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4) uma microestrutura na qual os interstícios micrométricos (3) entre as referidas partículas globulares (4) estão também ocupados pela referida liga ferrosa.

2. Cone de moagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto 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. Cone de moagem, de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de a referida parte reforçada ter um teor global de carboneto de titânio entre 16,6 e 50,5 %, em volume.

4. Cone de moagem, de acordo com uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo facto de as partículas micrométricas globulares de carboneto de titânio (4) terem um tamanho inferior a 50pm.

5. Cone de moagem, de acordo com uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo facto da maior parte das partículas micrométricas globulares de carboneto de titânio (4) terem um tamanho inferior a 20 pm. 2

6. Cone de moagem, de acordo com uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo facto de as referidas zonas concentradas de partículas globulares de carboneto de titânio (1) comportarem 36,9 a 72,2 %, em volume, de carboneto de titânio.

7. Cone de moagem, de acordo com uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo facto de as referidas zonas concentradas de carboneto de titânio (1) terem uma dimensão que varia entre 1 e 12 mm.

8. Cone de moagem, de acordo com uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo facto de as referidas zonas concentradas de carboneto de titânio (1) terem uma dimensão que varia entre 1 e 6 mm.

9. Cone de moagem, de acordo com uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo facto de as referidas zonas concentradas de carboneto de titânio (1) terem uma dimensão que varia entre 1,4 e 4 mm.

10. Processo de fabrico por fundição de um cone de moagem compósito, de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo facto de comportar as seguintes etapas: - disponibilização de um molde comportando a cavidade contramolde do cone de moagem com uma geometria de reforço predefinida; introdução, na parte da cavidade contramolde do cone de moagem destinada a formar a parte reforçada (5), de uma mistura de pós compactados comportando carbono e titânio sob a forma de granulados milimétricos precursores de carboneto de titânio; - vazamento de uma liga ferrosa no molde, em que o calor do referido vazamento desencadeia uma reacção exotérmica de síntese autopropagada de carboneto de titânio a alta temperatura (SHS) no seio dos referidos granulados precursores; 3 - formação, no seio da parte reforçada (5) do cone de moagem, de uma macromicroestrutura 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 ainda as referidas partículas globulares (4) separadas, no seio das referidas zonas milimétricas concentradas (1) de carboneto de titânio, por interstícios micrométricos (3); - infiltração dos interstícios milimétricos (2) e micrométricos (3) pela referida liga ferrosa de vazamento a alta temperatura, no seguimento da formação de partículas microscópicas globulares de carboneto de titânio (4).

11. Processo de fabrico, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo facto de a mistura de pós compactados de titânio e carbono comportar um pó de uma liga ferrosa.

12. Processo de fabrico, de acordo com uma qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo facto de o referido carbono ser grafite.

13. Cone de moagem caracterizado pelo facto de se obter de acordo com uma qualquer das reivindicações 10 a 12. Porto, 21 de Junho de 2012