Influência dos tratamentos por polimento e shot peening na resistência à erosão de revestimentos aplicados por aspersão térmica a arco elétrico

Abstract

Resumo: Atualmente no Brasil, mais de 60% da energia elétrica consumida vem da geração hidrelétrica, cuja potência instalada ultrapassa 109 GW. Nas usinas hidrelétricas, independente do tipo de turbina hidráulica utilizada, os componentes que ficam em contato com o fluxo de água são frequentemente expostos a fenômenos de desgaste como cavitação e erosão por partículas sólidas. Tais fenômenos são capazes de gerar danos significativos aos componentes, causando elevados custos de manutenção e de perda de produtividade por máquina parada. Neste contexto, a utilização de revestimentos anti-desgaste é uma alternativa interessante para aumento da vida útil das peças, sendo que a tecnologia de aspersão térmica aparece como uma das principais e mais viáveis formas de aplicação destes, em função de sua versatilidade e capacidade de deposição de camadas protetoras com diferentes propriedades químicas e físicas, e com muito baixo impacto ao substrato. Considerando aplicações contra a erosão por partículas sólidas, é comum a utilização de revestimentos duros a base de aços martensíticos, ou carbonetos de cromo e/ou tungstênio. Neste trabalho foi avaliada a resposta ao ensaio de erosão por jato de lama de dois revestimentos, com diferentes níveis de dureza, aplicados pelo processo de aspersão térmica a arco elétrico. Além disso, foi analisada também a influência da realização dos tratamentos superficiais dos revestimentos, por lixamento, polimento e shot peening. Em adição aos ensaios de erosão, foram estudadas as morfologias das camadas depositadas, assim como os mecanismos de desgaste presentes e suas correlações com a dureza de cada material. Os resultados indicaram que os revestimentos respondem ao processo erosivo de forma semelhante ao esperado para o material bruto, com atuação de diferentes mecanismos de desgaste em função da dureza da camada depositada. Neste sentido, considerando os parâmetros de ensaio adotados, com ângulo de jato de 90° em relação à superfície revestida, as camadas com menor dureza apresentaram menores perdas de massa e volume. No caso da condição como aspergida, a liga de menor dureza apresentou perda de volume total 13% menor em relação àquela mais dura. Os tratamentos de lixamento e polimento geraram redução das taxas iniciais de desgaste, porém os ganhos não justificam o material perdido durante o próprio processo de tratamento. A aplicação de shot peening não gerou melhorias significativas, e, inclusive, afetou negativamente a resistência à erosão do revestimento de maior dureza.

Abstract: Currently in Brazil, more than 60 % of electric energy comes from hydro generation, whose installed power exceeds 109 GW. In hydroelectric power plants, regardless of the type of hydraulic turbine used, those components in contact with the water flow are often exposed to wear phenomena such as cavitation and solid particle erosion. Such phenomena may cause significant damage to the components, causing high maintenance and downtime costs. In this context, the use of wear resistant coatings is an interesting alternative to increase the life time of components, and the thermal spray technology is one of the main and most viable ways of applying these coatings, due to its versatility and ability to create protective layers with different chemical and physical properties, with very low impact on the substrate. Considering the coatings resistant to solid particle erosion, it is usual the selection of hard alloys based on martensitic steels, or chromium and/or tungsten carbides. In this work, the response to the slurry jet erosion test of two coatings, with different hardness levels, applied by arc spray thermal spray process (ASP) was evaluated. The influence of surface treatments applied to the coatings, by sanding, polishing and shot peening was also analyzed. In addition to the erosion tests, the morphologies of the deposited layers were studied, as well as the wear mechanisms acting on the coatings and their correlations with the hardness of each material. The results indicated that the coatings response to the erosive process is similar to that expected for the raw material, with different wear mechanisms acting as a function of the hardness of the thermal sprayed layer. Considering the test parameters, with a jet angle of 90° to the coated surface, the layers with lower hardness presented smaller losses in mass and volume. For the "as-sprayed" condition, the alloy with the lowest hardness showed a 13% lower total volume loss compared to the harder one. The sanding and polishing treatments reduced the initial wear rates, but the gains do not justify the material lost during the finishing processes themselves. The shot peening process did not generate significant improvements to the coatings, and even negatively affected the erosion resistance of the hardest one.