Desgaste de aleaciones de hierro Cr-Mo-V-Ti para medios de molienda de minerales

Wear of Cr-Mo-V-Ti iron alloys for mineral grinding media

El efecto de la composición química de elementos formadores de carburos sobre la resistencia al desgaste de hierros colados fueron evaluados por medio de ensayo con bolas de molienda. Cuatro aleaciones de hierro blanco al cromo-molibdeno, para medios de molienda con un porcentaje de cromo de 3.5 a 6.0% fueron fundidas en un horno de inducción de 20 kg en atmósfera normal y coladas en moldes de arena para producir bolas de molienda de minerales metálicos con un diámetro de 51 mm. Las aleaciones han sido sometidas a desgaste en seco en un molino experimental de pruebas de 200L×200φ mm. Los factores de aleación fueron carbono de 3.9 a 5.3%, molibdeno de entre 0.5 a 1.2%, vanadio y titanio de entre 0.25 a 0.5%, manganeso de 1.8 a 3.6%; para observar su efecto en la resistencia al desgaste en la conminución de minerales metálicos de plata, oro, zinc, hierro y cobre. El mineral de prueba, presenta grandes cantidades de cuarzo, del orden del 30%, lo que lo hace ser de difícil trituración y pulverización. 

El propósito de los elementos de aleación, fue el de producir “in situ” una gran cantidad de carburos masivos del tipo cementita, carburos hexagonales de alto cromo y carburos de titanio y vanadio. Las aleaciones con un mayor porcentaje de manganeso, cromo y molibdeno, aunque con un menor porcentaje de carbono, fueron las que obtuvieron las mejores respuestas al desgaste. La composición de 4C6Cr4MnMo0.5V0.5Ti obtuvo los mejores resultados.

Introducción

Hierros blancos y aceros colados de alta aleación han sido ampliamente usados en las industrias de procesamiento y manejo de minerales, minería, metalurgia, del cemento y energética [1]-[5], es decir, en aplicaciones que requieren excelente resistencia a la abrasión, erosión e impacto de ligero a moderado. Aleaciones de alto carbono-cromo y moderada cantidad de molibdeno, generalmente son empleadas en estas industrias presentando buenos resultados en la práctica con un adecuado rango de seguridad tecnológica en la manufactura de partes resistentes al desgaste. Sin embargo,al considerar el proceso de molienda de minerales, las bolas y otros medios considerados son expuestos severamente a la acción abrasiva de minerales que contienen cuarzo, alúmina, feldespatos y otros minerales, produciendo un fuerte desgaste abrasivo sobre la superficie expuesta de las bolas [3],[4]. Dentro de estas aleaciones, los hierros colados son caracterizados por una combinación de adecuadas propiedades mecánicas e importantes ventajas económicas y de manufactura. Estas aleacionesson ampliamente usadas en aplicaciones mecánicas como quebrado primario, molienda y equipos de bombeo de pulpa mineral usados en el procesamiento de materiales duros tales como minerales con cuarzo, coque y grava [6].

1.1 Aspectos metalúrgicos

La solidificación de los hierros colados consiste de nucleación y crecimiento de diferentes fases presentes, tales como: austenita, grafito y diferentes carburos como cementita, M7C3, MC o M23C6. Con la adición de elementos de aleación, el carbono se estabiliza formando carburos y por tanto hierro colado blanco. El severo contacto metal-metal en fases austeníticas con alto manganeso conduce a un incrementoimportante de la dureza debido a la deformación superficial, produciendo un endurecimiento por la transformación de la austenita a martensita, incrementando su resistencia al desgaste abrasivo [7]. La fase martensítica también se presenta con un tratamiento térmico adecuado: templado desde 850° C + revenido a 250° C.

Experimentos a nivel de laboratorio permiten realizar pruebas confiables, económicas, rápidas y la posibilidad de introducir y controlar variables de operación y materiales. En un típico procedimiento de prueba, se varía el tipo y granulometría de los abrasivos, además se evalúa su efecto contra un grupo particular de materiales, o contra condiciones fijas de operación y de abrasivos, así el desempeño de un rango de materiales puede ser medido [8],[9].