Caracterizao mecnica e microestrutural de aos obtidos por

metalurgia do p temperados em gua(1).

Henrique Cezar Pavanati(2)

; Helio Ormeu Ribeiro(3)

; Jnio Rodrigues Lopes(4)

; Daniel Xavier

da Rosa Coelho(5)

; Raffael do Nascimento Ferreira(6)

Resumo Expandido

(1)

Trabalho executado com recursos do Edital Fortalecimento dos Grupos de Pesquisa 13/2012/PRPPGI da Pr-Reitoria de Pesquisa, Ps-Graduao e Inovao

(2) Professor Instituto Federal de Santa Catarina Campus Florianpolis; Florianpolis SC; pavanati@ifsc.edu.br

(3) Professor Instituto Federal de Santa Catarina Campus Florianpolis; Florianpolis SC; hormeu@ifsc.edu.br

(4) Professor Instituto Federal de Santa Catarina Campus Florianpolis; Florianpolis SC; jlopes@ifsc.edu.br

(5) Estudante Instituto Federal de Santa Catarina Campus Florianpolis; Florianpolis SC; daniel@xpb.com.br

(6) Estudante Instituto Federal de Santa Catarina Campus Florianpolis; Florianpolis SC;

raffael367@gmail.comr

RESUMO: Os componentes obtidos a partir da metalurgia do p apresentam porosidade residual, sendo esta, na maioria das vezes, prejudicial ao seu desempenho mecnico. Um adequado projeto microestrutural pode ser obtido utilizando-se um p ligado conveniente, tratamentos trmicos, termoqumicos ou a combinao destes. Neste sentido foi estudado uma combinao de estratgias para se obter um projeto microestrutural adequado para se ter elevada dureza superficial. Foi ento realizada a mistura de ps metlicos a fim de se obter duas ligas diferentes, adequadas para o tratamento de tmpera e posterior nitretao. Neste trabalho ser mostrado somente a obteno e tmpera das amostras para a posterior nitretao por plasma. Ps de ferro puro e ps pr-ligados Fe+1,5%Mo (Astalloy Mo) foram misturados com 0,5%C. Estas duas misturas foram compactadas e sinterizadas sendo que um grupo foi normalizado e outro temperado em gua. A caracterizao mecnica e microestrutural mostrou que presena martensita nas em ambas as condies com dureza de aproximadamente acima de 750 HV sem a aplicao do tratamento de revenimetno. Estas condies so ideais para a verificao da modificao microestrutural a ser obtida aps a nitretao por plasma. Palavra Chave: Metalurgia do p ferrosa, tratamento trmico de tmpera.

INTRODUO

A fabricao de componentes por metalurgia

do p (MP) um processo conhecido h centenas de anos. No entanto, somente nas ltimas dcadas esta rota de processamento para materiais metlicos ganhou importncia devido s vrias aplicaes na indstria, especialmente a automobilstica. Este crescente interesse pela metalurgia do p funo de sua produo econmica em srie e a vantagem de se poder obter peas acabadas, muitas vezes, sem a necessidade de operaes posteriores. Alm disso, em alguns casos, esta a nica tcnica de fabricao vivel para determinados componentes, como filtros auto-lubrificantes e incertos de ferramentas de corte em Metal Duro [1]. Novas tecnologias esto sendo desenvolvidas e empregadas com o objetivo de melhorar a produtividade e/ou a qualidade de componentes sinterizados [2-8]. Dentre os avanos tecnolgicos que esto sendo implementados com o objetivo de melhorar as propriedades dos materiais obtidos pela MP, possvel citar o projeto microestrutural atravs da seleo de uma liga adequada para

determinada aplicao, rotas alternativas de sinterizao, tratamentos trmicos e termoqumicos aps a sinterizao.

Um adequado projeto microestrutural pode ser obtido utilizando-se ps ligados conveniente, tratamentos trmicos, termoqumicos ou a combinao destes. Este trabalho se insere neste contexto com o intuito de estudar uma rota de processamento/tratamento para obteno de um projeto microestrutural vantajoso fazendo-se o uso de uma combinao de mistura de ps para sinterizao com tratamentos trmicos e termoqumicos para obteno de componentes com alto desempenho mecnico.

Neste trabalho ser mostrado o estudo do efeito do tratamento de normalizao e de tmpera em gua em aos obtidos via MP para o posterior tratamento de nitretao como meio para efetuar o revenimento alm de formar compostos duros na superfcie. Espera-se que aps a nitretao a liga contendo molibdnio na mistura apresente melhores resultados de dureza.

METODOLOGIA

A matria prima bsica a ser utilizada para a sinterizao ser p de ferro puro AHC100.29 atomizado em gua da Hgans do Brasil Ltda. As misturas de ps metlicos foram obtidas utilizando-se um misturador do tipo Y por 1h. As amostras foram obtidas por compactao a frio numa presso de 500 MPa em uma matriz flutuante de duplo efeito, obtendo-se amostras com dimenses adequadas (dimetro 20 mm e altura 10 mm) para anlise mecnica e microestrutural a ser realizada. A etapa de sinterizao foi realizada em forno de resistncia com atmosfera controlada a uma temperatura de 1150C durante 1h. Este forno consiste de um tubo de ao inoxidvel ABNT 310S, fechado com anis de vedao e vlvulas para o controle do fluxo dos gases. A atmosfera utilizada foi a mistura padro 95%Ar/5%H2.

A normalizao e tmpera foram realizadas em forno de mufla. As amostras foram inseridas numa caixa metlica contendo carbono para evitar a descarbonetao da superfcie. O aquecimento foi realizado a 900C sendo esta temperatura mantida por 10 minutos. O resfriamento foi realizado ao ar para a normalizao e em gua para a tmpera

Para analisar a microestrutura das camadas obtidas no tratamento superficial as amostras foram cortadas transversalmente, preparadas metalograficamente e atacadas com Nital 2%. As anlises da microestrutura das amostras foram realizadas por microscopia tica (Leica DM4000) e as medies de dureza foram obtidas atravs de escala Rockwell B para as amostras normalizadas e Rockwell C para as amostras temperadas em gua, em seguidas convertidas para os valores de Vickers para permitir a comparao da dureza entre as duas situaes.

RESULTADOS E DISCUSSO

As amostras compactadas apresentaram densidade a verde de aproximadamente 6,8 g/cm

3,

equivalente aos valores esperados para a compactao de ps atomizados em gua com presso de compactao de 500 MPa.

A Figura 1 apresenta a microestrutura das amostras sinterizadas e tratadas termicamente. Um grupo de amostras foi normalizado e ouro temperado em gua. Ressalta-se que no foi realizado o tratamento de revenimento, uma vez que este ser realizado durante o tratamento de nitretao a plasma (fazendo parte da continuao deste estudo).

As amostras obtidas com ferro puro atomizado em gua contendo 0,5%C normalizados (Figura 1a) apresentam gros refinados, ferrita proeutetoide e perlita, alm da porosidade residual do tratamento de sinterizao. Para esta mesma liga temperada em gua, percebe-se que a microestrutura na regio superficial muda consideravelmente para uma microestrutura

martenstica (Figura 1b). A comparao de dureza dos materiais

sinterizados so mostrados na Tabela 1. A liga Fe+0,5% normalizada apresentou

dureza de aproximadamente 102 HV. A presena da porosidade residual contribui para a obteno de valores de dureza relativamente baixos. Ferro puro sinterizado, por exemplo, apresenta dureza tipicamente da ordem de 50 a 60 HV [7]. A presena da perlita contribui para o aumento da dureza do material em relao ao ferro puro sinterizado. Quando temperado, este ao apresenta dureza na ordem de 790 HV. Este valor relativamente alto, porm dento do esperado, pois o tratamento de revenimento no foi realizado.

Tabela 1 Valores de dureza obtidos

Material Dureza Vickers (HV)

Fe+0,5%C normalizado 102

Fe+0,5%C temperado 790

Astalloy Mo+0,5%C normalizado 149

Astalloy Mo+0,5%C temperado 870

As amostras de Astalloy Mo com 0,5%C

normalizadas apresentaram uma microestrutura distinta daquele observada para o Fe+0,5%C na mesma condio. Esta modificao est relacionada presena do molibdnio dissolvido no ferro na proporo de 1,5%. Este molibdnio tende a formar carbonetos de Mo em detrimento dos carbonetos de ferro (presentes na perlita para o caso do Fe+0,5%C), uma vez que o molibdnio possui maior afinidade com o carbono que o ferro. A morfologia destes precipitados sensivelmente distinta daquela observada na microestrutura Fe+0,5%C. As regies claras da Figura 1c correspondem supostamente ferrita proeutetide. Existe ainda a possibilidade de formao de uma microestrutura mista de ferrita proeutetide e bainita uma vez que mesmo resfriando ao ar as taxas de resfriamento so da ordem de 1 a 5C por segundo. Dados da literatura [10] sugerem que para taxas de resfriamento superiores a 1 C/s tenha-se a formao de 100% bainita para esta liga. No entanto, observa-se (Figura 1c) que esta microestrutura no foi formada em sua totalidade. Alm disso os valores de dureza obtidos (Tabela 1) da ordem de 149 HV, dureza considerada baixa para 100% bainita, corroboram com esta hiptese.

Observa-se que a microestrutura obtida para a a liga Astalloy Mo+0,5%C temperada em gua foi a martensita (Figura 1d). A dureza desta amostra foi observado ser da ordem de 870 HV (Tabela 1). Da mesma forma que na liga Fe+0,5%C este valor de dureza considerado elevado para esta liga, porm deve-se considerar que o material ainda no foi revenido. Aps o tratamento de nitretao espera-se que a amostra reduza os valores de dureza, sendo que para a amostra Astalloy Mo+0,5%C esta reduo dever ser menos evidente em relao liga Fe+0,5%C devido a presena de Mo na sua composio.

CONCLUSES

Pode-se observar que a presena Mo pr-ligado ao Fe na proporo de 1,5% contribui significantemente para a modificao da microestrutura na condio normalizada. J na condio temperada a presena do Mo apresenta uma pequena modificao na dureza do material. Espera-se que a modificao maior nos valores de dureza ocorram aps o tratamento de revenimento que ser realizado concomitantemente com a nitretao.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem Pr-Reitoria de

Pesquisa, Ps-Graduao e Inovao (PRPPGI) do IF-SC pelo incentivo financeiro para o desenvolvimento das atividades de pesquisa.

REFERNCIAS

[1] GERMAN, R. M. Powder Metallurgy Science. 2nd. ed. Princeton, New Jersey: Metal Powder Industries Federation, 1994. 472 p.

[2] BATISTA, V.J.; BINDER, R.B.; KLEIN, A.N.; MUZART, J.L.R. Sintering Using an Abnormal Glow

Discharge, The international Journal of Powder

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[3] NARASIMHAN, K. S. Sintering of Powder Mixtures

and the Growth of Ferrous Powder Metallurgy, Materials

Chemistry and Physics, v. 67, p. 56-65, 2001.

[4] CLARK, D. E.; FOLZ, D. C.; WEST, J.K. Processing

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[5] CHENG, J.; AGRAWAL, D.; ROY, R. JAYAN, P. S. Continuous Microwave Sintering of Alumina Abrasive

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[6] KHAING, M.W.; FUH, J.Y.H.; LU, L. Direct Metal Laser Sintering for Rapid Tooling: Processing and

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Processing Technology, v. 113, p.269-272, 2001.

[7] PAVANATI, H. C.; MALISKA, A. M.; KLEIN, A. N.; MUZART, J. L. R. Sintering unalloyed iron in abnormal

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[8] PAVANATI, H. C.; LOURENO, J.M., MALISKA, A. M.; KLEIN, A. N.; MUZART, J. L. R. Ferrite stabilization induced by molybdenum enrichment in the surface of unalloyed iron sintered in an abnormal glow discharge.

Applied Surface Science, v. 253, p. 9105-9111, 2007.

[9] HOGANAS AB. Hoganas handbook for sintered components. Vol 6. Metallography. 1ed: Hoganas, 1999.

Figura 1 Seo transversal dos aos a) Fe+0,5%C normalizado, b) Fe+0,5%C temperado em gua, c) Astalloy Mo+0,5%C normalizado, d) Astalloy Mo+0,5%C temperado em gua