BRPI0913557B1

BRPI0913557B1 - cone de moagem de material compósito, processo de fabricação por fundição de um cone de moagem de material compósito e cone de moagem

Info

Publication number: BRPI0913557B1
Application number: BRPI0913557-0A
Authority: BR
Inventors: Guy Berton
Original assignee: Magotteaux Internacional S.A.
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2019-12-24
Also published as: AU2009294780A1; CN102159739B; EP2326738A1; WO2010031661A1; ZA201101790B; EP2326738B9; US8602340B2; BE1018128A3; ATE550450T1; ES2384089T3; CA2743744A1; PL2326738T3; DK2326738T3; AU2009294780B2; CL2011000575A1; US20110303778A1; EP2326738B1; PT2326738E; ES2384089T9; CN102159739A

Abstract

cone de moagem de material compósito, processo de fabricação por fundição de um cone de moagem de material compósito e cone de moagem a presente invenção tem por objeto um cone de moagem de material compósito para trituradoras por compressão, comportando o referido cone de moagem urna liga ferrosa reforçada, pelo menos em parte, com carboneto de titânio, de acordo com urna geometria definida, no qual a referida parte reforçada comporta urna rnacro-rnicroestrutura alternada com zonas rnilirnétricas concentradas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio, separadas por zonas milirnétricas ( 2) praticamente isentas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio, formando as referidas zonas concentradas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio urna rnicroestrutura na qual os interstícios rnicrométricos, entre as referidas de partículas globulares, são igualmente ocupados pela referida liga ferrosa.

Description

“CONE DE MOAGEM DE MATERIAL COMPÓSITO, PROCESSO DE FABRICAÇÃO POR FUNDIÇÃO DE UM CONE DE MOAGEM DE MATERIAL COMPÓSITO E CONE DE MOAGEM

Objeto da invenção [001] A presente invenção tem por objeto um cone de moagem de material compósito para uma trituradora por compressão, no domínio da trituração de rochas em indústrias extrativas tais como minas, pedreiras, cimenteiras, etc., mas também na indústria da reciclagem, etc., assim como tem por objeto um processo de fabricação desses cones.

Definição [002] 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.

[003] 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 objeto do presente pedido de patente. O cone tem por função estar em contacto directo com a rocha ou a matéria a triturar durante a fase do processo em que se aplicam tensões de compressão muito elevadas na matéria a triturar.

[004] As trituradoras por compressão utilizam-se nas primeiras etapas da linha de fabricação, destinadas a diminuir drasticamente a dimensão da rocha, nas indústrias extrativas (minas, pedreiras, cimenteiras,..) e na reciclagem. Estado da técnica [005] 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 dizem respeito,

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2/23 geralmente, a modificações na superfície a pouca profundidade (alguns mm). Para as peças realizadas por fundição, os elementos de reforço devem estar presentes em profundidade para 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.

[006] O documento da patente norte-americana 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 caldeamento utilizando partículas duras como carboneto de tungstênio; esta técnica só produz os seus efeitos à superfície e numa espessura relativamente limitada. [007] O documento da patente japonesa 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.

[008] O documento da patente norte-americana 6.123.279 (Stafford) propõe o reforço das superfícies dos cones e das maxilas de aço com manganês por meio de inserções de carboneto de tungstênio que são introduzidas e fixadas mecanicamente em compartimentos previstos para este efeito; tendo esta solução, como resultado, um reforço descontínuo da superfície da peça.

[009] O documento da patente internacional WO 2007/138162 (Hellman) descreve um processo de fabricação de um cone que utiliza materiais compósitos.

[0010] O documento da patente norte-americana 2008/041995

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3/23 (Hall) prevê o reforço da superfície sujeita a esforço de um cone com inserções de materiais duros.

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

[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 um cone de moagem de material compósito para trituradoras por compressão, comportando o referido cone de moagem uma liga ferrosa reforçada, pelo menos em parte, com carboneto de titânio, de acordo com uma geometria definida, no qual a referida parte reforçada comporta 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 são igualmente ocupados pela referida

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4/23 liga ferrosa.

[0014] De acordo com modos particulares da presente invenção, o cone de moagem de material compósito comporta pelo menos uma combinação apropriada com as 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 50pm;

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

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

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

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

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

[0015] A presente invenção tem igualmente por objeto um processo de fabricação do cone de moagem de material compósito, de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 9, comportando as etapas seguintes:

- disponibilização de um molde comportando a cavidade do molde do cone de moagem com uma geometria de reforço prédefinida;

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- introdução, na parte da cavidade do molde 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 grânulos milimétricos precursores de carboneto de titânio;

- vazamento, no molde, de uma liga ferrosa, em que o calor do referido material em fusão 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 do cone de moagem de material compósito hierárquico, 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 seguimento da formação de partículas microscópicas globulares de carboneto de titânio.

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

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

- o referido carbono é grafite.

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6/23 [0017] A presente invenção tem por objeto, igualmente, um cone de moagem de material compósito obtido de acordo com o processo de uma qualquer das reivindicações 11 a 13.

Breve descrição das figuras [0018] As figuras 1 e 2 mostram uma vista global, em três dimensões, dos diferentes tipos de máquinas em que se utilizam cones de moagem, de acordo com a presente invenção;

[0019] A figura 3 mostra uma vista, em três dimensões, de um cone de moagem e da maneira como os reforços podem estar dispostos de forma a alcançar os fins pretendidos (geometria de reforço);

[0020] As figuras 4a-4h representam esquematicamente o processo de fabricação de um cone de acordo com a presente invenção;

[0021] A figura 4a mostra o dispositivo de mistura dos pós de titânio e de carbono;

[0022] A figura 4b mostra a compactação dos pós entre dois rolos seguida de trituração e de peneiração com reciclagem das partículas demasiado finas;

[0023] A figura 4c mostra um molde de areia no qual se colocou uma barreira para conter os granulados de pós compactados no sítio do reforço da barra de blindagem para a trituradora de maxilas;

[0024] A figura 4d mostra uma ampliação da zona de reforço na qual se encontram os granulados compactados comportando os reagentes precursores de TiC;

[0025]	A etapa	4e	mostra o	vazamento da liga ferrosa no
molde;
[0026]	A figura	4f	mostra,	esquematicamente, um cone de
moagem	que resulta	da	fundição;

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7/23 [0027] A figura 4g mostra uma ampliação das zonas com forte concentração de nódulos de TiC;

[0028] A figura 4h 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;

[0029] 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 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;

[0030] As figuras 6 e 7 representam vistas, feitas com um microscópio electrónico SEM, de carboneto de titânio globular mcirométrico em superfície polidas e não atacadas, com ampliações diferentes. Vê-se que, neste caso particular, a maior parte das esférulas de carboneto de titânio tem uma dimensão inferior a 10 pm;

[0031] A figura 8 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 infiltra-se (impregna) completamente os poros quando se faz o vazamento logo que se inicia a reação química entre o titânio e o carbono.

Legenda

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- 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 causados por gás

- cone com reforço, de acordo com a presente invenção

- misturadora de pós de Ti e de C

- tremonha

- rolo

- moinho

- grelha de saída

- peneira

- reciclagem das partículas demasiado finas para a tremonha

- molde de areia

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

- panela de vazamento

- cone (esquemático)

Descrição detalhada da invenção [0032] 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 a 2000°C. Por exemplo, a reação entre o pó de titânio e o

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9/23 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 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 ín sítu» porque não provem da liga ferrosa vazada.

[0033]		As misturas	de	pós	de	reagentes	comportam	pó de
carbono	e pó	de titânio	e	são	comprimidas	em placas	e em
seguida	são	trituradoras	para	se	obter	granulados	cuja
dimensão	varia entre 1 e	12	mm,	de	preferência de 1 a	6mm e

de maneira particularmente preferida entre 1,4 a 4mm. 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).

[0034] Estes 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 criar e permitindo 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 montagem destes granulados pode fazer-se, igualmente, com a ajuda de uma cola.

[0035] O cone de moagem de material compósito, de acordo com a presente invenção, possui uma macro-microestrutura de reforço que se pode chamar estrutura alternada de zonas

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10/23 concentradas em 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 comportam 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 compactada sob a forma de granulados e previamente colocada no molde 15. A reação tem então a particularidade de continuar a propagar-se desde que se desencadeia.

[0036] 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. 4g & 4h) . Ao aumentar a molhabilidade, a infiltração pode fazer-se em qualquer espessura ou profundidade de reforço do cone de moagem. Permite criar, com vantagem, após a reação SHS e 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 micrométrico (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.

[0037] Logo que estes granulados precursores de TiC tenham reagido, de acordo com uma reação SHS, as zonas de reforço

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11/23 onde se encontravam estes granulados mostra 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 a constitui a parte não reforçada do cone de moagem; isto permite uma liberdade total na escolha do metal fundido. No cone de moagem finalmente obtido, as zonas de reforço com forte concentração de carboneto de titânio são compostas por partículas globulares micrométricas globulares de TiC, numa percentagem importante (entre cerca de 35 e cerca de 70% em volume) e pela liga ferrosa de infiltração.

[0038] 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 à 20 pm, diga-se 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. 7).

Obtenção dos granulados (versão Ti + C) para o reforço do cone de moagem [0039] O 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 bandas 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 num aparelho de

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12/23 granulação, a 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 matéria comprimida que é em seguida triturada para se obter um granulado. Em seguida estes granulados são peneirados para a granulometria desejada numa peneira 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, entre 55 e 95% da densidade teórica que é de 3,75g/cm³ para a mistura estequiométrica de titânio e carbono. A densidade aparente (tendo em conta a porosidade) situa-se então entre 2,06 e 3,56g/cm³.

[0040] 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 10^-6Pa, obtêm-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 2,06g/cm³.

[0041] 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 3,38g/cm³. Na prática, pode-se ir até 95% da densidade teórica.

[0042] 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 compressos, a 45% para os granulados com uma compressão ligeira.

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13/23 [0043] 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 da peneiração dos granulados de Ti+C. Recicla-se, à vontade, as frações granulométricas indesejadas (ver fig. 4b). 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 4mm.

Criação da zona de reforço no cone de moagem de material compósito de acordo com a presente invenção [0044] Os granulados são preparados tal como exposto aqui antes. Para se obter uma estrutura tridimensional ou uma superstrutura/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 cola, quer confinando-os num recipiente ou por qualquer outro meio (barragem 16).

[0045] 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 influencia a forme dos granulados.

[0046] A densidade a granel destes granulados de Ti+C é geralmente da ordem de 0,9g/cm³ a 2,5g/cm³ em função do nível de compactação destes granulados e da densidade do empilhamento.

[0047] Antes da reação tem-se assim um empilhamento de granulados porosos compostos por uma mistura de pó de titânio e de pó de carbono.

[0048] Quando se dá a reação de Ti+C TiC, produz-se uma

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14/23 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 3,75g/cm³ e a densidade teórica do TiC é de 4,93g/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 concentração de carboneto de titânio, consoante o empilhamento inicial dos granulados (densidade a granel);

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

Exemplos [0049] Nos exemplos que se seguem utilizam-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 15pm, Fe, sob a forma de aço HSS M2, menos de 25pm, proporções:

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

Ti+C+Fe 100g Ti - 24,5g C - 35,2g Fe [0050] Misturou-se 15 min num misturador Lindor, em atmosfera de argônio.

[0051] A granulação foi efetuada com um granulador SahutConreur.

[0052] Para as misturas de Ti+C+Fe e Ti+C, obteve-se a compacidade dos granulados fazendo variar a pressão entre os

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15/23 rolos de 10 a 250x10⁵Pa.

[0053] O reforço foi produzido colocando granulados num recipiente metálico que em seguida foi colocado judiciosamente no molde no sítio em que o cone de moagem é passível de ser reforçado. Em seguida vaza-se o aço ou o ferro fundido neste molde.

Exemplo 1:

[0054] Neste exemplo, pretende-se preparar 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 grânulos são peneirados de maneira a obter-se uma dimensão dos grânulos situada entre 1,4 e 4mm. Obtém-se uma densidade a granel da ordem de 2,1g/cm³ (35% de espaço entre os grânulos + 15% de porosidade nos grânulos).

[0055] Dispõe-se o granulado no molde no sítio da parte a reforçar que comporta assim 65% em volume de granulado poroso. Em seguida vaza-se um aço fundido com cromo (3% de C, 25% de Cr) a cerca de 1500°C num molde de areia não aquecido previamente. A reação entre o Ti e o C inicia-se por ação do calor do ferro fundido. Este vazamento faz-se sem atmosfera de proteção. 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 do cone de moagem.

Exemplo 2:

[0056] Neste exemplo, pretende-se preparar um cone de moagem cujas zonas reforçadas comportam uma percentagem, em volume global de TiC, de cerca de 30%. Com esta finalidade,

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16/23 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 obter-se uma dimensão dos grânulos situada entre 1,4 e 4mm. Obtém-se uma densidade a granel da ordem de 1,4g/cm³ (45% de espaço entre os grânulos + 30% de porosidade nos grânulos). Dispõe-se o granulado na parte a reforçar que comporta 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 53% de carboneto de titânio globular, ou seja, 30% em volume global de TiC na parte reforçada do cone de moagem.

Exemplo 3:

[0057] Neste exemplo, pretende-se preparar 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 grânulos são peneirados de maneira a obter-se uma dimensão dos grânulos situada entre 1 e 6mm. Obtém-se uma densidade a granel da ordem de 1,0g/cm3 (55% de espaço entre os grânulos + 40% de porosidade nos grânulos). Dispõe-se o granulado na parte a reforçar que comporta assim 45% em volume de granulado poroso. Após a reação, obtém-se, na parte reforçada, 45% em volume de zonas concentradas a 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:

[0058] 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 um

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17/23 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 85% da densidade teórica de uma mistura, em peso, de 15% de C, 63% de Ti e 22% de Fe. Após 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 2g/cm³ (45% de espaço entre os grânulos + 15% de porosidade nos grânulos). Dispõe-se o granulado na parte a reforçar que comporta 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 do cone de moagem.

[0059] Os quadros que se seguem mostram numerosas combinações possíveis.

Quadro 1 (Ti+0,98 C) [0060] Percentagem global de TiC obtido na macromicroestrutura reforçada após a reação de Ti+0,98 C na parte reforçada do cone de moagem

Compactação dos granulados (% da densidade teórica que é de 3,75 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

[0061] 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 enchimento com os granulados, na parte reforçada do cone de moagem, indo de 45 a 70% em volume

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18/23 (relação entre o volume total dos granulados e o volume do seu confinamento). Assim, para obter uma concentração global de TiC na parte reforçada de cerca de 29% em vol. (em letras a negro no quadro), 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 obter níveis de enchimento com os 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.

Quadro 2 [0062] 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

[0063] Aqui, os requerentes representaram a densidade dos granulados em função do seu nível de compactação e daí deduziram a percentagem volumétrica de TiC obtida após a reação e portanto com uma contração de cerca de 24% em vol. Os granulados compactados até terem 95% da sua densidade permitem assim obter, após a reação, uma concentração de 72,2% em vol. de TiC.

Quadro 3 [0064] Densidade a granel do empilhamento dos grânulos

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

[0065] (*) Densidade a granel (1,3) = densidade teórica (3,75 g/cm³)) x 0,65 (enchimento) x 0,55 (compactação) [0066] Na prática, estes quadros servem de ábacos para o utilizador desta tecnologia, em que se fixa a percentagem global de TiC a preparar na parte reforçada do cone de moagem e que, em função desta, determina-se o nível de enchimento da compactação dos granulados que se vão utilizar. Realizaram-se os mesmos quadros para uma mistura de pós de Ti+C+Fe.

Ti + 0,98C+Fe [0067] 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: 4,25g/cm³

Retração volumétrica durante a reação: 21%

Quadro 4 [0068] Percentagem global de TiC obtido na macromicroestrutura reforçada após a reação de Ti+0,98C+Fe na parte reforçada do cone de moagem

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

[0069] De novo, para se obter uma concentração global de

TiC na parte reforçada de cerca de 26% em vol (em letras a

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20/23 negro no quadro), pode-se proceder a diferentes combinações como por exemplo 55% de compactação e 7 0% 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.

Quadro 5 [0070] Relação entre o nível de compactação, a densidade teórica e a percentagem de TiC obtida após a reação no granulado, tendo em conta a presença de ferro

Compactação 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 [0071] Densidade a granel do empilhamento dos grânulos (Ti + C + Fe)

Compactação	55	60	65	70	75	80	85	90	95
Enchimento da parte	70	1, 6	1, 8	1, 9	2,1	2,2	2, 4	2,5	2,7	2, 8
Reforçada da peça	65	1, 5*	1, 7	1,8	1, 9	2, 1	2,2	2,3	2,5	2, 6
em% em vol	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))x0,65(enchimento)x0,55(compactação)

Vantagens
[0072]	A presente invenção apresenta,	em	geral, as
vantagens	que se	seguem, em	relação ao estado	da	técnica:
[0073]	Melhor	resistência	aos choques;
[0074]	Com o	presente	processo, obtêm	-se	granulados

milimétricos porosos que são ligados por compactação à liga metálica de infiltração. Estes granulados milimétricos são

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21/23 eles próprios compostos por partículas microscópicas de TiC, com tendência globular, igualmente ligadas por compactação à liga metálica de infiltração. Este sistema permite obter um cone de moagem com uma zona de reforço comportando uma macroestrutura no seio da qual há uma microestrutura idêntica a uma escala cerca de mil vezes mais pequena.

[0075] O fato de a zona de reforço do cone de moagem 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 e 6). Tem-se assim um duplo sistema dissipador das fissuras.

[0076] As fissuras têm geralmente origem nos sítios mais frágeis que são, no 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 desta 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 energia para passar de uma partícula para a outra, para ultrapassar os espaços micrométricos que existem entre as partículas.

[0077] Flexibilidade máxima para os parâmetros de execução [0078] Para além do nível de compactação dos granulados, pode-se fazer variar dois parâmetros que são a fração 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, tenho em conta o desenho do cone de

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22/23 moagem e o sítio que se quer reforçar, a utilização de granulados permite ainda outras possibilidades e outra adaptação. (ver figura 3)

Vantagens ao nível do fabricação [0079] A utilização como reforço de um empilhamento de granulados porosos apresenta algumas vantagens ao nível da fabricação:

menos libertação de gás, menos susceptibilidade para se rachar, melhor localização do reforço no cone de moagem.

[0080] A reação entre Ti e 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 limitar os defeitos provocados pelo gás. (ver a fig. 9 com a bolha de gás indesejável).

Fraca susceptibilidade para a formação de rachas aquando do fabricação do cone de moagem de acordo com a presente invenção [0081] 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 são demasiado importantes, podem aparecer rachas na peça que levam à sua refutação. Na presente

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23/23 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 forte concentração permite gerir melhor eventuais tensões locais.

Excelente manutenção do reforço no cone de moagem.

[0082] Na presente invenção, a fronteira entre a parte reforçada e a parte não reforçada do cone de moagem 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 a extração completa do reforço.

Resultados dos ensaios [0083] Efectuaram-se três ensaios com cones do tipo do representado na figura 3.

Ensaio 1

- trituradora secundária

- material triturado: agregados, elevada abrasão

- aumento da duração da vida do cone reforçado em relação a um cone em aço com manganês: 50%

Ensaio 2

- trituradora secundária

- material triturado: agregados, abrasão média

- aumento da duração da vida do cone reforçado em relação a um cone em aço com manganês: 130%

Ensaio 3

- trituradora secundária

- material triturado: agregados, abrasão média

- aumento da duração da vida do cone reforçado em relação a um cone em aço com manganês: 170%

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Cone de moagem de material composite, para trituradoras de compressão, caracterizado pelo fato de compreender uma liga ferrosa reforçada com pelo menos uma parte (5) com carboneto de titânio, de acordo com uma geometria definida, na qual a referida parte reforçada (5) comporta 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), formando as referidas zonas concentradas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4) uma microestrutura na qual os interstícios micrométricos (3) entre as referidas partículas globulares (4) são igualmente ocupados pela referida liga ferrosa.
2. Cone de moagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado 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. Cone de moagem, de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a 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 de 1 a 3, caracterizado pelo fato de as partículas micrométricas globulares de carbonetos de titânio (4) terem uma dimensão inferior a 50 pm.
5. Cone de moagem, de acordo com uma qualquer das

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2/3 reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de a maior parte das partículas micrométricas globulares de carbonetos de titânio (4) terem uma dimensão inferior a 20 pm.
6. Cone de moagem, de acordo com uma qualquer das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de, nesse cone, 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. Cone de moagem, de acordo com uma qualquer das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de as referidas zonas concentradas de carboneto de titânio (1) terem uma dimensão variando de 1 a 12 mm.

8. Cone de moagem, de acordo com uma qualquer das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de as referidas zonas concentradas de carboneto de titânio (1) terem uma dimensão variando de 1 a 6 mm. 9. Cone de moagem, de acordo com uma qualquer das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de as

referidas zonas concentradas de carboneto de titânio (1) no cone terem uma dimensão variando de 1 a 4 mm.
10. Processo de fabricação por fundição de um cone de moagem de material compósito, conforme definido em qualquer das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de compreender as etapas seguintes:

- disponibilização de um molde comportando a cavidade do molde do cone de moagem com uma geometria de reforço prédefinida;

- introdução, na parte da cavidade do molde do cone de moagem destinado a formar a parte reforçada (5), de uma mistura de pós compactados comportando carbono e titânio sob a forma de

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3/3 grânulos milimétricos precursores de carboneto de titânio;

- vazamento, no molde, de uma liga ferrosa, em que o calor do referido material em fusão 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 (5) do cone de moagem, de uma macro-microestrutura alternada de zonas milimétricas concentradas (1) de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4) 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 (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);

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