Cavitação

1

1) Cavitação

Causas naturais

Fatores que afetam

Abrasivo

Ângulo de incidência

Velocidade

Material base

Seleção de materiais e exemplos

07 – Erosão e cavitação

Desgaste por cavitação

O termo cavitação é utilizado

para descrever as modificações

das fases líquido e gás que

ocorrem nas pressões dinâmicas

do fluido em áreas de

escoamento acelerado, nas

quais a pressão de vapor é

reduzida de forma localizada.

Mecanismos de dano

Ondas de choque

Microjatos

Dinâmica do Colapso

A pressão interna é capaz de “frear” o colapso dissipando energia

Dinâmica do Colapso

Altas pressões são geradas nas vizinhanças do colapsoPara que ocorra desgaste bolha deve estar próxima da superfície sólida

Resistência de metais e ligas à cavitação

Estrutura cristalina

Metais monofásicos

Energia de defeito de empilhamento

Transformação de fase

Metais polifásicos

Quantidade da segunda fase

Propriedades mecânicas das fases(encruamento e tensão de escoamento)

9

Cobre desoxidado Cobre eletrolítico

Latão 70-30 Latão 85-15


10


11

Amostra E/(1- 2) (GPa) Dureza (N/mm2)

Cobre desoxidado 120 10 600 30

Cobre eletrolítico 120 20 620 40

Latão 85-15 100 10 750 30

Latão 70-30 100 20 760 40

Modulo e dureza não apresentam correlaçãoCorrelação EDE X running in e com taxa de desgaste

Liga Desgaste (mg/min) EFE (10-3 J/m) Run in

Cobre eletrolítico 1 55 (Ref. 5) 5

Cobre desoxidado 1 55 (Ref. 5) 5

Latão 85-15 0,2 25 (Ref. 5) 20

Latão 70-30 0,4 14 (Ref. 8) 40


12



5 min de ensaio


13



15 min de ensaio


14Latão 70-30

180 min de ensaio

Latão 85-15

15

16

17

Danos se iniciam em contornos de grão e nas maclas

18Correlação com trabalho elástico, total, dureza

19

Resistência de metais e ligas à cavitação

Estrutura cristalina

Metais monofásicos


Transformação de fase

Metais polifásicos

Quantidade da segunda fase

Propriedades mecânicas das fases(encruamento e tensão de escoamento)

Segunda fase

Simulação por elementos finitos

Programas: ppm2oof (geração de malhas a partir de micrografias digitalizadas) oof2abaqus (gera arquivo de input) ABAQUS

Carregamento: semelhança ao processo de shot-peening

33 1GPa

ε 11=ε 22=−ν σ 33E

Segunda fase

Microestruturas de solidificação

Ligas 35% Cr carboneto predominante M23C6

Ligas 25% Cr carboneto predominante M

7C

3

25% cromo 35% cromo

As ligas do grupo com 35% de cromo apresentaram melhor desempenho do que as ligas com 25% de cromo

Segunda fase

Ensaios de cavitação

0,01-0,05Austenita+carbonetosEste trabalho

0,03-0,19Austenita+ferritaAço duplex

0,06Ferrita+perlitaSAE 1045

0,04Austenita+ferritaAISI 347

0,03AustenitaAISI 304

Taxa de desgaste (mg/min)

EstruturaMaterial

Para entender a relação entre resistência ao desgaste e carbonetos é necessário incluir na análise:

•Fração volumétrica•Morfologia•Propriedades mecânicas (tensão de escoamento e encruamento) da matriz

Para entender a relação entre resistência ao desgaste e carbonetos é necessário incluir na análise:

•Fração volumétrica•Morfologia•Propriedades mecânicas (tensão de escoamento e encruamento) da matriz

Segunda fase

A perda de massa (média) das ligas estudadas depende da fração volumétrica de carbonetos

Segunda fase

Mecanismos de desgaste – ligas com M7C3

Arrancamento preferencial do carboneto (em especial o primário)

Segunda fase


Carbonetos são submetidos a maiores tensões do que a matriz

Segunda fase


O arrancamento dos carbonetos gera concentradores de tensão e a resistência do material depende da capacidade da matriz suportar

solicitações na presença de defeitos

Segunda fase


Desgaste preferencial da matriz

Segunda fase


Mudança na morfologia do carboneto altera distribuição de tensões entre as fases. Austenita sofre

maiores tensões

Carbonetos Matriz

Segunda fase


A resistência ao desgaste do material aumenta com o aumento da resistência à deformação plástica

Segunda fase

Segunda fase

•Obteve-se correlação entre resistência ao desgaste e propriedades mecânicas medidas na escala microestrutural

34

35Efeito da nitretação

36

37

38

MORGANTI, M.P.S. LEBRÃO, S.M.G. LAURIA, D. CUPPARI, M.G.V. Estudo do desgaste por cavitação do cobre e suas ligas.

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Referências07 – Cavitação

Resultados e discussãoMicroestruturas de solidificação: sistemas com 25Cr-15Ni


