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Tecnologia avançada de liga de terras raras para peças de desgaste de britadores

(White Paper Técnico)

1. Resumo Executivo

Aço com alto teor de manganês (HMS) continua sendo um material fundamental para peças de desgaste de britadores na mineração devido à sua excepcional tenacidade e resistência ao desgaste. No entanto, o HMS tradicional enfrenta desafios como estruturas de grãos grosseiros e distribuição de fase inconsistente. Ao integrar elementos de liga de terras raras (RE) (por exemplo, La, Ce) em processos de fundição e tratamento térmico, alcançamos grãos 20–30% mais finos, dureza 10–15% maior e vida útil 100% estendida. Este artigo demonstra como o HMS modificado por RE reduz os custos totais do ciclo de vida em 36%, ao mesmo tempo em que oferece desempenho incomparável em ambientes de mineração adversos.

2. Mecanismos de liga RE em aço com alto teor de manganês

2.1 Otimização do Processo de Fundição

Os elementos RE refinam microestruturas e purificam o aço fundido:
  • Refinamento de grãos
  • Purificação de fusão
  • Modificação de grafite
Parâmetros-chave do processo:
​
Parâmetro
HMS tradicional
HMS RE-modificado
Melhoria
Temperatura de fundição
1450–1500°C
1450–1520°C
Garante a dissolução do RE
Adição RE
0% em peso
0,1–0,3% em peso
Refinamento de grãos
Tamanho médio do grão
200–300 μm
150–210 μm
↓ 20–30%
Dureza de superfície (HBW)
220–240
240–270
↑ 10–15%

2.2 Sinergia do tratamento térmico

Os elementos RE melhoram a uniformidade da transformação de fase:
  • Austenitização acelerada
  • Estabilização de contorno de grão
Comparação de desempenho:
​
Tratamento térmico
HMS tradicional
HMS RE-modificado
Processo
950°C × 2h + resfriamento a ar
955–960°C × 2,5h + resfriamento rápido + têmpera
Dureza (HRC)
45–48
48–52 (+5–8%)
Resistência ao Impacto (J/cm²)
5,0–5,5
5,5–6,0 (+10%)

3. Benefícios econômicos e análise de custos

3.1 Custo vs. Economia ao longo da vida

Embora a liga RE aumente os custos iniciais do material em 10–20%, a vida útil estendida e o tempo de inatividade reduzido proporcionam custos totais 36% menores ao longo de 5 anos:
​
Métrica
HMS tradicional
HMS RE-modificado
Melhoria
Custo unitário
$ 1.000
$ 1.120
+12%
Ciclo de Substituição
6 meses
12 meses
2× mais longo
Custo de manutenção anual
$ 3.000
$ 1.500
↓ 50%
​
Custo total de 5 anos
**$ 25.000**
**$ 16.000**
**↓ 36%**

3.2 Principais vantagens econômicas

  • Tempo de inatividade reduzido
  • ​Custos de estoque mais baixos
  • ​ROI aprimorado

4. Estratégia de Implementação

4.1 Diretrizes de otimização de processos

  • ​Elenco
    • Temperatura: 1450–1520°C com adições de 0,1–0,3% em peso de RE.
    • Controle de resfriamento: Minimize defeitos de contração por meio de taxas de resfriamento controladas.
  • Tratamento térmico
    • Austenitização a 955–960°C por 2,5h.
    • Resfriamento rápido (ar ou óleo) + revenimento a 250°C por 2h.

4.2 Garantia de qualidade

  • Monitoramento em tempo real
  • Ensaios não destrutivos (END)

5. Conclusão

A liga RE transforma peças de desgaste de aço com alto teor de manganês em soluções de alto desempenho e custo-efetivas:
  • Desempenho
  • Economia
  • Tecnologia comprovada
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