A vareta de solda stellite produz depósitos metálicos contendo cobalto, cromo e tungstênio. Apresentando alta dureza, resistência ao desgaste e à oxidação, mantendo ao mesmo tempo suas propriedades à altas temperaturas. Se utiliza principalmente em aplicações críticas, como componentes para turbinas a gás, válvulas de motores de combustão interna, ferramentas de corte e implantes biomédicos
Propriedades das ligas tipo stellite
Apresentam uma combinação única de tenacidade e resistência ao desgaste. Os elementos químicos presentes nestas ligas, promovem a formação de carbetos duros e dispersos numa matriz austenítica relativamente dúctil.
Os graus mais utilizados são:
- Stellite 1. Possui elevado teor de carbono e tungstênio, resultando em uma microestrutura com abundância de carbonetos duros e, portanto, extrema resistência ao desgaste abrasivo. Entretanto, tem baixa ductilidade, soldabilidade e usinabilidade. É uma das ligas mais duras da família stellite, com valores superiores à 50 HRC.
- Stellite 6. É, com toda a certeza, a liga mais versátil e equilibrada, sendo amplamente utilizada em diversas aplicações industriais. Seu teor intermediário de carbono promove a formação de uma microestrutura com boa dureza e tenacidade. Sendo por conseguinte, menos suscetível à fissuração por tensões térmicas.
- Stellite 12. Representa um meio termo entre a vareta de solda stellite 1 e 6, com maior dureza que a 6, porém com melhor tenacidade que a 1. A presença elevada de Cr e W contribui para sua performance superior em ambientes erosivos e de desgaste com impacto moderado.
- Stellite 21 distingue-se das demais por seu baixo teor de carbono e pela presença de níquel e molibdênio. O que resulta numa matriz predominantemente austenítica, sem grandes precipitações de carbonetos. Esta composição promove excelente resistência à corrosão e à fadiga térmica, sendo ideal para aplicações em ambientes oxidantes ou corrosivos à altas temperaturas (até 870 °C).
As características das ligas stellite vão além da resistência ao desgaste. Suas excepcionais propriedades anticorrosivas decorrem diretamente da matriz de cobalto combinada com elementos passivadores como o cromo.
Aplicação de ligas stellite com processos de soldagem por fusão
Soldar ligas tipo stellite sem comprometer suas propriedades intrínsecas, exige uma profunda compreensão do comportamento térmico e metalúrgico durante o processo de fusão. Por exemplo, um aporte excessivo de calor pode levar a efeitos de diluição indesejados ou à criação de fases prejudiciais.
Entre os principais métodos de soldagem por fusão, destacam-se a solda oxiacetilênica, o processo Tig, Mig e por eletrodo revestido.
Solda oxiacetilênica
Emprega um maçarico com oxigênio e acetileno, que cria uma chama química, para aplicar-se nas peças de trabalho. Se emprega principalmente em componentes de pequenas dimensões, para fazer reparos de campo ou quando não se dispõe de uma fonte de energia elétrica. Por outro lado, devido as características da chama, as soldas apresentam uma taxa de diluição muito baixa.
Solda Tig
Se caracteriza por sua precisão, limpeza e capacidade de controle do aporte térmico. Neste método, um gás inerte, frequentemente argônio, emprega-se para proteger a poça de fusão contra a oxidação. O método proporciona alto controle da entrada de calor, minimizando a diluição e ademais reduzindo distorções térmicas.
Solda Mig
Embora seja uma técnica de soldagem automatizada, também pode utilizar-se na deposição de ligas stellite, em casos onde a taxa de produção seja um fator decisivo. Neste processo, um arame tubular de stellite se alimenta continuamente através de uma tocha de solda, sendo ideal na aplicação em áreas de grandes dimensões.
Eletrodo revestido
Continua sendo um dos métodos mais utilizados na indústria, principalmente em ambientes de reparo e manutenção. A soldagem envolve um aporte de calor significativo. Ao mesmo tempo, o soldador deve estar atento para evitar a incorporação de escórias e a formação de porosidades.
Critérios na aplicação de ligas stellite
A soldagem de ligas à base de cobalto exige um controle meticuloso e uma compreensão profunda do comportamento dos materiais envolvidos sob influência térmica. Dessa forma, podem definir-se etapas críticas. Como por exemplo: seleção da liga de cobalto mais apropriada, preparação das superfícies de trabalho, escolha do processo de soldagem e definição do diâmetro do eletrodo. Da mesma forma, dos parâmetros operacionais. Cada etapa exerce uma influência direta sobre a qualidade final dos cordões de solda. Desvios podem ocasionar uma diluição excessiva e altas tensões residuais. Comprometendo dessa maneira, a integridade metalúrgica dos depósitos metálicos.
Seleção apropriada da vareta de solda stellite
Fatores como o ambiente de trabalho, o desgaste esperado, a corrosão e as cargas de impacto, determinam se deve utilizar-se vareta de solda stellite 1, 6, 12 ou 21.
Preparação das superfícies
As superfícies de trabalho precisam estar livres de contaminantes, como óleos, ferrugem ou outros resíduos, que possam interferir na fluidez do banho metálico. Para essa finalidade, pode ser necessário o uso de agentes químicos de limpeza, principalmente se o substrato for sensível à contaminação química. Além disso, podem empregar-se métodos mecânicos, como esmerilhamento ou jateamento abrasivo.
Escolha do processo de solda
Está intimamente relacionado à seleção da liga e ademais das características da aplicação. Quando se deseja uma deposição controlada com mínimo aporte de calor, se prefere a soldagem Tig. Sobretudo em reparos de pequena escala ou se for necessário obter soldas muito precisas. Por outro lado, os processos Mig ou por eletrodo revestido se utilizam para trabalhar com maiores taxas de deposição, em camadas mais espessas.
Parâmetros operacionais
Devem estabelecer-se para definir não apenas o aporte de calor, bem como as condições dos tratamentos térmicos. A corrente e a voltagem do arco elétrico devem ajustar-se de tal forma que possam garantir uma penetração consistente, sem produzir diluição excessiva.
Fatores que afetam a soldabilidade
Um dos principais desafios na aplicação da varetas de solda stellite, é o gerenciamento da energia térmica. Uma entrada excessiva de calor pode ocasionar crescimento de grãos e precipitação de carbetos. Levando por conseguinte, a uma fragilização do metal de solda. Por outro lado, um aporte térmico insuficiente pode resultar em fusão incompleta e falta de penetração.
Inspeção nas soldas
Técnicas comuns incluem o exame visual, teste com líquidos penetrantes e ensaios radiográficos. Que se empregam para identificar falhas internas, como por exemplo porosidades, trincas ou fusões incompletas.
Critérios para optimizar a qualidade das soldas
- Controle Térmico: Em primeiro lugar, é fundamental o ajuste do aporte de calor durante a soldagem. Nesse sentido, fontes de energia modernas com modulação pulsada permitem um controle fino dos parâmetros de solda. Minimizando não apenas a diluição, como também preservando a estrutura dos carbetos.
- Fixação Adequada: Diminui distorções e proporciona cordões soldados mais consistentes.
- Gases de proteção: Nos processos Tig e Mig, impedem a oxidação, melhorando dessa maneira a estabilidade química da poça de fusão.
- Treinamento e Certificação: Os operadores devem receber treinamento específico para a deposição de vareta de solda stellite. A educação contínua e a certificação em técnicas avançadas, asseguram que a equipe esteja sempre preparada para lidar com as complexidades desses materiais.
Aplicações industriais das varetas de solda stellite
As ligas à base de cobalto do tipo stellite têm se mostrado indispensáveis em diversos setores da indústria, graças à sua excepcional resistência ao desgaste e propriedades anticorrosivas.
Componentes aeroespaciais
Em aplicações aeroespaciais, os materiais empregados devem suportar condições extremas, incluindo rápidas variações de temperatura, impactos de alta intensidade e exposição a ambientes de trabalho com oxidação e corrosão. As ligas stellite, especialmente o tipo 21, fornecem a durabilidade necessária em pás de turbinas, defletores e componentes de motores.
Indústria de óleo e gás
Revestimentos efetuados com vareta de solda stellite, se empregam frequentemente para proteger válvulas, componentes de bombas e brocas. Devido principalmente à sua excelente resistência, tanto à corrosão quanto ao desgaste mecânico.
Mineração
No setor de mineração, componentes metálicos, tais como chapas de desgaste, britadores e peças de sistemas transportadores, são submetidos não apenas à forças abrasivas intensas, como também à impactos cíclicos. Os revestimentos feitos com vareta de solda stellite, ampliam significativamente a vida útil dos equipamentos.
Equipamentos de plástico e borracha
Além das indústrias pesadas, os revestimentos com stellite encontram aplicações especializadas em equipamentos para fabricação de plástico e borracha. A resistência intrínseca à corrosão e a alta dureza das ligas tipo stellite, garantem que as superfícies sujeitas à abrasão continuada, mantenham um desempenho consistente por longos períodos.
Indústria alimentícia, farmacêutica e dispositivos médicos
Os equipamentos utilizados nas indústrias alimentícia e farmacêutica, devem obedecer a rígidos padrões sanitários, além de resistirem a agentes químicos de limpeza intensos. Enchimentos aplicados em pás de misturadores, bombas dosadoras e superfícies de corte, garantem que esses componentes permaneçam robustos mesmo diante de processos rigorosos de higienização, mantendo elevados padrões de segurança alimentar.
Alternativas à vareta de solda stellite
Embora as ligas stellite tenham sido a referência para aplicações de revestimento de alta performance, existem outras opções que oferecem propriedades protetoras semelhantes e podem adequar-se para determinadas aplicações.
Superligas à base de níquel tipo colmonoy
As ligas NiCrBoSiW tipo colmonoy se utilizam frequentemente em ambientes de serviço com altas temperaturas, como componentes de turbinas e peças industriais, onde a resistência mecânica associada à proteção contra corrosão é crucial. Exibem excelente ductilidade e resistência à fadiga térmica, tornando-as escolhas viáveis para aplicações que exigem exposição prolongada a temperaturas elevadas, proporcionando:
- Melhor soldabilidade e menor suscetibilidade a trincas: A matriz de níquel facilita o controle do processo de soldagem
- Equilíbrio entre dureza e tenacidade: A presença de cromo, boro, silício e tungstênio permite a formação de fases endurecedoras, que mantêm a integridade estrutural
- Resistência à corrosão e estabilidade em alta temperatura: O alto teor de cromo, aliado a uma matriz dúctil, possibilita o uso desses revestimentos em ambientes agressivos, sem comprometer o desempenho mecânico.
É importante ressaltar que a seleção da liga tipo colmonoy mais adequada para substituir uma determinada aplicação técnica, deve realizar-se considerando as condições específicas de serviço e as exigências de desempenho final do componente.
Revestimentos com carbonetos de tungstênio
Embora raramente se empregue com processos de soldagem em sua forma pura, partículas de carbonetos de tungstênio se incorporam em uma matriz de cobalto ou de níquel, formando um revestimento composto.
Aços rápidos
São ligas ferrosas que oferecem alta estabilidade térmica e excelente resistência ao desgaste. Esses materiais se empregam em diversas aplicações, como ferramentas de corte, matrizes de conformação e superfícies sujeitas a altas taxas de desgaste.
Considerações comparativas
Ao avaliar alternativas, diversas questões devem ponderar-se:
- Eficiência de custos: Alternativas ferrosas, como os aços rápidos, podem oferecer vantagens econômicas em aplicações em larga escala.
- Soldabilidade: Cada material alternativo possui características distintas de soldagem. Por exemplo, revestimentos feitos com carbonetos de tungstênio, geralmente requerem técnicas de deposição especializadas.
- Condições de serviço: As condições ambientais específicas, como exposição química, ciclos térmicos e desgaste mecânico, determinarão a melhor alternativa. Enquanto as superligas à base de níquel podem superar os revestimentos stellite em determinados ambientes de altas temperaturas, os compostos à base de carbonetos de tungstênio oferecem uma resistência à abrasão inigualável em operações de mineração e aplicações pesadas.