Sinterização de aço inoxidável reforçado com partículas nanométricas dispersas de carbeto de nióbio - NbC

Metal powder sintering appears to be promising option to achieve new physical and mechanical properties combining raw material with new processing improvements. It interest over many years and continue to gain wide industrial application. Stainless steel is a widely accepted material because high corrosion resistance. However stainless steels have poor sinterability and poor wear resistance due to their low hardness. Metal matrix composite (MMC) combining soft metallic matrix reinforced with carbides or oxides has attracted considerable attention for researchers to improve density and hardness in the bulk material. This thesis focuses on processing 316L stainless steel by addition of 3% wt niobium carbide to control grain growth and improve densification and hardness. The starting powder were water atomized stainless steel manufactured for Höganäs (D 50 = 95.0 μm) and NbC produced in the UFRN and supplied by Aesar Alpha Johnson Matthey Company with medium crystallite size 16.39 nm and 80.35 nm respectively. Samples with addition up to 3% of each NbC were mixed and mechanically milled by 3 routes. The route1 (R1) milled in planetary by 2 hours. The routes 2 (R2) and 3 (R3) milled in a conventional mill by 24 and 48 hours. Each milled samples and pure sample were cold compacted uniaxially in a cylindrical steel die (Ø 5 .0 mm) at 700 MPa, carried out in a vacuum furnace, heated at 1290°C, heating rate 20°C stand by 30 and 60 minutes. The samples containing NbC present higher densities and hardness than those without reinforcement. The results show that nanosized NbC particles precipitate on grain boundary. Thus, promote densification eliminating pores, control grain growth and increase the hardness values

O presente trabalho apresenta uma contribuição ao estudo da sinterização sólida de um aço inoxidável 316L, com o objetivo de aumentar a sua densidade e dureza através da inclusão de partículas nanométricas de Carbeto de Nióbio - NbC. O aço inoxidável 316L é uma liga largamente utilizada pela sua propriedade de alta resistência à corrosão. Contudo, sua aplicação é limitada pela baixa resistência ao desgaste, conseqüência da sua baixa dureza. Além disso, apresenta baixa sinterabilidade e não pode ser endurecido pelos métodos tradicionais de tratamentos térmicos, devido a sua estrutura austenítica, cúbica de face centrada, estabilizada principalmente pela presença do Níquel. Os materiais de partida empregados neste trabalho foram o aço inoxidável, austenítico 316L atomizado a água, com tamanho de partículas (D50) equivalente a 95μm, e duas partidas diferentes de NbC, com tamanhos médios de cristalitos de 16,39 nm e 80,35 nm. Amostras de aços adicionadas com 3% em peso de NbC (cada amostra com carbetos de partidas diferentes), seguiram rotas diferenciadas de moagem mecânica. A rota 1 (R1) em um planetário por uma hora, a rota 2 (R2) e rota 3 (R3), em moinho convencional por 24 e 48 horas respectivamente. Cada uma das amostras resultantes, assim como amostras do aço puro foram compactados a 700 MPa, a frio, sem nenhum aditivo, uniaxialmente, em uma matriz cilíndrica de 5 mm de diâmetro, em quantidade calculada para ter uma altura média final do compactado de 5 mm. Posteriormente, foram sinterizadas em forno a vácuo, em temperatura de até 1290° C com incremento de 10 °C por minuto, sendo mantidas neste patamar por 30 ou 60 minutos e resfriadas à temperatura ambiente. As amostras sinterizadas foram submetidas aos ensaios para a medição da densidade e da micro-dureza. As amostras contendo o reforço de NbC apresentaram maiores valores de densidade e um aumento significativo na sua dureza. As análises complementares no microscópio ótico, no microscópio eletrônico de varredura e no difratômetro de raios-X, mostram que o NbC, na forma processada, contribuiu com o aumento da dureza, pela densificação, pela sua própria dureza e pelo controle do crescimento dos grãos da matriz metálica, segregando-se nos seus contornos