Estudo do comportamento da sinterização de compactos de cavacos de um aço SAE 1050 obtidos sob alta pressão

From an economic standpoint, the powder metallurgy (P/M) is a technique widely used for the production of small parts. It is possible, through the P/M and prior comminution of solid waste such as ferrous chips, produce highly dense sintered parts and of interest to the automotive, electronics and aerospace industries. However, without prior comminution the chip, the production of bodies with a density equal to theoretical density by conventional sintering techniques require the use of additives or significantly higher temperatures than 1250ºC. An alternative route to the production of sintered bodies with high density compaction from ferrous chips (≤ 850 microns) and solid phase sintering is a compression technique under high pressure (HP). In this work, different compaction pressures to produce a sintered chip of SAE 1050 carbon steel were used. Specifically, the objective was to investigate them, the effect of high pressure compression in the behavior of densification of the sintered samples. Therefore, samples of the chips from the SAE 1050 carbon steel were uniaxially cold compacted at 500 and 2000 MPa, respectively. The green compacts obtained were sintered under carbon atmosphere at 1100 and 1200°C for 90 minutes. The heating rate used was 20°C/min. The starting materials and the sintered bodies were characterized by optical microscopy, SEM, XRD, density measurements (geometric: mass/volume, and pycnometry) and microhardness measurements Vickers and Rockwell hardness. The results showed that the compact produced under 2000 MPa presented relative density values between 93% and 100% of theoretical density and microhardness between 150 HV and 180 HV, respectively. In contrast, compressed under 500 MPa showed a very heterogeneous microstructure, density value below 80% of theoretical density and structural conditions of inadequate specimens for carrying out the hardness and microhardness measurements. The results indicate that use of the high pressure of ferrous chips compression is a promising route to improve the sinterability conditions of this type of material, because in addition to promoting greater compression of the starting material, the external tension acts together with surface tension, functioning as the motive power for sintering process. Additionally, extremely high pressures allow plastic deformation of the material, providing an intimate and extended contact of the particles and eliminating cracks and pores. This tends to reduce the time and / or temperature required for good sintering, avoiding excessive grain growth without the use of additives. Moreover, higher pressures lead to fracture the grains in fragile or ductile materials highly hardened, which provides a starting powder for sintering, thinner, without the risk of contamination present when previous methods are used comminution of the powder.

Do ponto de vista econômico, a metalurgia do pó (MP) é uma técnica bastante usada para a produção de peças de pequeno porte. É possível, através da MP e de uma prévia cominuição de resíduos sólidos tais como cavacos ferrosos, produzir peças sinterizadas altamente densas e de interesse para a indústria automotiva, eletrônica e aeroespacial. No entanto, sem essa prévia cominuição dos cavacos, a produção de corpos com densidade igual a densidade teórica por técnicas convencionais de sinterização necessitaria do uso de aditivos ou de temperaturas significativamente maiores do que 1250ºC. Uma rota alternativa para a fabricação de corpos sinterizados com alta densidade a partir de compactação de cavacos ferrosos (≤ 850 µm) e sinterização em fase sólida é a técnica de compactação sob alta pressão (AP). Nesse trabalho, foram usadas diferentes pressões de compactação para a produção de sinterizados de cavacos de aço carbono SAE 1050. Especificamente, foi investigado o efeito da alta pressão de compactação no comportamento da densificação das amostras sinterizadas. Portanto, amostras de cavacos do aço carbono SAE 1050 foram compactadas uniaxialmente a frio sob pressões de 500 e 2000 MPa, respectivamente. Os corpos verdes obtidos foram sinterizados sob atmosfera carbonetante a 1100 e 1200ºC por 90 minutos. A taxa de aquecimento usada foi de 20ºC/min. Os materiais de partida e os corpos sinterizados foram caracterizados por microscopia óptica, MEV, DRX, medidas de densidade (geométrica: massa/volume, e picnometria) e medidas de microdureza Vickers e dureza Rockwel. Os resultados obtidos mostraram que os compactos produzidos sob 2000 MPa apresentaram valores de densidade relativa de 93% a 100% da densidade teórica e microdureza entre 150 HV e 180 HV, respectivamente. Diferentemente, os compactados sob 500 MPa apresentaram uma microestrutura bastante heterogênea, valor de densidade abaixo de 80% da densidade teórica e condições estruturais das amostras inadequadas para a realização das medidas de microdureza e dureza. Os resultados obtidos indicam que utilização da compactação sob alta pressão de cavacos ferrosos é uma rota bastante promissora para melhorar as condições de sinterabilidade deste tipo de material, pois, além de promover uma maior compactação do material de partida, a tensão externa atua, juntamente com a tensão superficial, funcionando como força motriz para o processo de sinterização. Adicionalmente, pressões extremamente elevadas permitem a deformação plástica dos materiais, promovendo um contato íntimo e extenso das partículas e eliminando poros e trincas. Isso tende a diminuir o tempo e/ou a temperatura necessárias para uma boa sinterização, evitando-se o crescimento excessivo de grãos, sem o uso de aditivos. Além disso, as pressões elevadas provocam fratura nos grãos em materiais frágeis ou dúcteis altamente encruados, o que propicia um pó de partida, para a sinterização, mais fino, sem os riscos de contaminação presentes quando são usados métodos de cominuição prévia do pó.