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  • 4th Conference of Powder Metallurgy 4 Conferncia Internacional de Metalurgia do P e 10 Encontro de Metalurgia do P

    Data/Date: 09, 10 e 11de outubro de 2013

    Porto Alegre RS Brasil

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    ISSN 2179-619X

    PROPRIEDADES MECNICAS, MAGNTICAS E ELTRICAS DE LIGA Fe-Co COM RESDUO

    TERMOELTRICO

    Wermuth, D. P.

    1

    Tavares, A. C.2

    Schaeffer, L. 3

    1 Mestrando em Engenharia de Minas, Metalrgica e Materiais, UFRGS, diego.wermuth@ufrgs.br

    2 Mestrando em Engenharia de Minas, Metalrgica e Materiais, UFRGS, andre.tavares@ufrgs.br

    3 Doutor em Conformao Mecnica, Coordenador do LdTM da UFRGS, schaefer@ufrgs.br

    Resumo As ligas Fe-Co so muito indicadas para aplicaes especiais e classificadas

    de acordo com estas aplicaes, onde sua caracterstica principal exija elevada resistncia corroso, propriedades magnticas, resistncia ao desgaste e resistncia mecnica em altas temperaturas. Este artigo tem por objetivo verificar as propriedades mecnicas, magnticas e eltricas de uma liga de Fe-Co com acrscimo de resduos termoeltricos, aps a sinterizao em atmosfera de Argnio de corpos de provas obtidos pela metalurgia do p convencional. Os corpos de prova foram submetidos a ensaios de Microdureza, metalografia, contrao volumtrica, magnetizao, histerese e resistividade, para que os resultados obtidos fossem analisados. Palavras-chave: Propriedades mecnicas, magnticas, eltricas; Liga Fe-Co; Resduo termoeltrico; Metalurgia do P. MECHANICAL, ELECTRICAL AND MAGNETIC PROPERTIES OF FE-CO ALLOY

    WITH RESIDUE THERMOELECTRIC Abstract

    The Fe-Co alloys are very indicated for special applications and are classified according to those applications where their main feature requires high corrosion resistance, magnetic properties, wear resistance and mechanical strength at high temperatures. This article aims to verify the mechanical properties, magnetic properties and electric properties of Fe-Co alloy with residue thermoeletric, after sintering in argon atmosphere of specimens obtained by conventional powder metallurgy. The specimens were tested for hardness, metallography, volumetric contraction, magnetization, hysteresis and resistivity for the results obtained were analyzed.

    Key words: Mechanicals, magnetic and electrics properties; Fe-Co alloy; residue thermoelectric; Powder Metallurgy. 1 INTRODUO

    Devido a resultados obtidos em pesquisas realizadas anteriormente no Laboratrio de Transformao Mecnica da UFRGS, os quais utilizaram cinzas provenientes de termoeltrica, notou-se grande liberao de silcio durante a sinterizao quando utilizado p de ferro na mistura, o que gerou perda de

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    Data/Date: 09, 10 e 11de outubro de 2013

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    estabilidade nos demais elementos da cinza (1). Este primeiro resultado impulsionou a realizao do estudo com o p de cobalto e cinzas, onde os resultados obtidos apresentaram boa estabilidade nos demais elementos da cinza durante a sinterizao (2).

    Levando em conta estes fatos, foi elaborada uma liga de Ferro-Cobalto-Cinza, com o intuito de verificar se haveria bons resultados de propriedades magnticas e eltricas, devido a liberao de silcio com a utilizao de cinzas com ferro, bem como melhorias nas propriedades mecnica, devido a estabilizao dos elementos da cinza com a utilizao do cobalto.

    Ligas Fe-Co so de grande importncia na indstria dos materiais ferromagnticos, conhecidos como magnticos moles. As principais caractersticas destas ligas so seu alto valor de saturao magntica e o alto valor da temperatura de Curie. Um alto valor de saturao significa que possvel obter uma densidade de fluxo magntico grande, permitindo, por exemplo, uma reduo no volume do material a ser empregado. A alta temperatura de Curie permite o uso do magnetismo em uma faixa de temperatura de trabalho maior (3).

    As ligas de Fe-Co podem ser utilizadas como amplificadores e/ou direcionadores do campo magntico em uma variedade de dispositivos, incluindo transformadores, geradores, e motores usados na gerao e distribuio de energia eltrica, em ncleos de transformadores, cabeotes de gravao magntica, sensores de campo magntico, transdutores e blindagem magntica e em vrios aparatos, desde aparelhos domsticos at equipamentos cientficos (3).

    Outra propriedade significativa para estudos futuros dos materiais magnticos moles a coercividade, pois um parmetro importante relacionado s baixas perdas magnticas. Essa propriedade influenciada pela microestrutura e, portanto, ser afetada pela maior parte dos defeitos, como discordncias, contorno de gro e precipitados. Quanto menor o grau de impurezas e defeitos na liga, melhores sero as propriedades magnticas obtidas. Defeitos pontuais no exercem efeitos detectveis nas duas mais importantes propriedades sensveis microestrutura que so a coercividade e permeabilidade. Quando os defeitos pontuais so convertidos em discordncias em hlice, poros, bolhas de gs ou incluso de partculas, eles efetivamente deterioram as propriedades dos materiais magnticos moles (4).

    2 MATERIAL E MTODOS

    As propriedades mecnicas, assim como as magnticas, esto relacionadas

    com a microestrutura do material. Porm, devido reao de ordenamento a recristalizao e crescimento de gro no seguem um comportamento padro e, portanto, merecem ateno na definio do ciclo trmico de processamento (5).

    Neste artigo ser confeccionada uma liga Fe-Co com cinzas leve provenientes da queima do carvo mineral em termoeltricas, atravs do processo de Metalurgia do P convencional. Este processo metalrgico consiste em conformar os ps constituintes da liga em peas resistentes, comprimindo estes ps no interior de uma ferramenta com formato desejado obtendo um "compactado verde" por presso mecnica que, posteriormente, ser sinterizado. Peas fabricadas por metalurgia do p possuem certa porosidade, que pode ser controlada atravs de fatores como presso de compactao, temperatura e tempo de sinterizao, tamanho e forma das partculas do p, etc. A pea pronta apresenta bom acabamento superficial e adequada tolerncias dimensionais (6). A metalurgia do p tem a finalidade de transformar sem fuso efetiva, ps metlicos ou no

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    metlicos usando presso para compactao e calor, atravs de um tratamento trmico de sinterizao, que se realiza a temperatura inferior ao ponto de fuso do material base do componente ou pea, permitindo obt-los na sua forma final ou prximo dela (near-net or net-shape) (7).

    O processo de Metalurgia do P pode ser visto de maneira esquemtica e simples atravs da Figura 1, demonstrada a seguir.

    Figura 1. Etapas simplificadas do processo de metalurgia do p (8).

    Seguindo as etapas da metalurgia do p, iniciou-se o trabalho formulando a

    liga Ferro-Cobalto-Cinza. Para esta formulao utilizou-se uma balana de preciso onde foi medida a massa dos ps de ferro e de cobalto para garantir as propores adequadas da liga, neste caso 40% de p de ferro, 30% de p de cobalto e 30% de Cinzas leves. A mistura desta liga foi realizada em misturador prprio para a metalurgia do p.

    Tambm foi utilizado na liga 1,5% parafina. Este material atuar como lubrificante durante a compactao das amostras e para melhor extra-las da matriz. Com a liga pronta e misturada, coletou-se a medida de densidade aparente. Este procedimento consiste em medir a densidade do material sem que haja alguma presso aplicada, para isto o material escoado dentro de um recipiente com volume conhecido, aps o preenchimento completo do recipiente feito a medio da massa do material que foi nele depositado. A densidade aparente obtida, ento, pela razo de massa (em gramas) por volume (em cm). O valor obtido da densidade aparente o primeiro ponto da curva de compressibilidade deste material. A curva de compressibilidade descrita em forma de grfico, sendo que cada ponto utilizado para sua construo a medida da densidade de corpos de prova, obtidos de uma matriz de compactao por diferentes presses. As presses utilizadas na obteno destes corpos de prova iniciam em 100MPa na primeira amostra e acrescido mais 100MPa para cada amostra seguinte at a presso de 1000MPa, totalizando 10 amostras.

    Para a compactao das amostras foi utilizado uma matriz de compactao, demonstrada na Figura 2, acoplada a uma prensa hidrulica manual de 30 toneladas.

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    Figura 2. Matriz de compactao

    Ao final da compactao das amostras da liga obteve-se 10 corpos de prova

    verdes, em forma cilndrica, que foram encaminhadas para a sinterizao em forno de atmosfera controlada, exibido na Figura 3.

    Figura 3. Forno de Sinterizao.

    No final da etapa de sinterizao, os corpos de prova j estavam prontos, ou

    seja, sem a necessidade de uma etapa complementar, pois j possuam as propriedades desejadas para o estudo proposto neste artigo.

    Os corpos de prova sinterizados foram submetidos aos ensaios de Microdureza e Metalografia, para arrecadao de dados referentes s propriedades mecnicas, ensaios de Magnetizao e Histerese para coleta de dados sobre suas propriedades magnticas e ensaio de Resistividade para verificar as propriedades eltricas.

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