ESTUDO DA POROSIDADE EM AÇO INOXIDÁVEL DÚPLEX OBTIDO POR MOAGEM DE ALTA ENERGIA

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1 ESTUDO DA POROSIDADE EM AÇO INOXIDÁVEL DÚPLEX OBTIDO POR MOAGEM DE ALTA ENERGIA Angélica Cristina Mendes Corrêia (BIC/Araucária - UEPG), Osvaldo Mitsuyuki Cintho (Orientador), omcintho@uepg.br. Universidade Estadual de Ponta Grossa / Departamento de Engenharia de Materiais / Ponta Grossa, PR. Engenharias Engenharia de Materiais e Metalúrgica Palavras-chave: moagem de alta energia, aço inoxidável, sinterização. Resumo: Este trabalho faz parte de Grupo de Moagem de Alta Energia da UEPG e propõe o desenvolvimento de um aço inoxidável de estrutura dúplex, isto é, um aço de estrutura austenítica-ferrítica, a partir da moagem de pós elementares de ferro, cromo e níquel. Conforme os parâmetros de processamento, pode haver problemas com a alta porosidade do material final. O objetivo desse trabalho é realizar o estudo da porosidade e otimizar os processos para que ela seja diminuída. Introdução A metalurgia do pó (powder metallurgy - PM) já é muito bem desenvolvida e estabelecida industrialmente para a produção de componentes ferrosos e não-ferrosos. Geralmente, o processo de fabricação de componentes por PM inclui a obtenção e processamento do pó, compactação a verde, sinterização e acabamento. Pelo fato de serem produzidos a partir de pó, os componentes apresentam sempre uma porosidade residual. Para que a resistência mecânica do material não seja comprometida, quando essa propriedade é fortemente requerida em determinada aplicação, deseja-se que a porosidade seja a menor possível. A Moagem de Alta Energia (Mechanical Alloying MA) é uma via de processamento alternativa que permite a produção de materiais muito homogêneos a partir da moagem dos pós elementares. O processo de mistura dos pós se dá por sucessivas fraturas e soldas das partículas, que são golpeadas pelas bolas do moinho. As partículas frágeis são fragmentadas enquanto que as partículas dúcteis sofrem microforjamento, tornam-se achatadas e ficam soldadas. Os fragmentos de partículas frágeis tendem a se distribuir na superfície das partículas dúcteis. No decorrer do processo, as fraturas são mais freqüentes que as soldagens, tendendo à refinação das partículas, até um ponto em que os fenômenos de fratura e solda ficam em equilíbrio.

2 O aço inoxidável dúplex é caracterizado pela quantidade parecida de fases ferrítica e austenítica. O aço solidifica-se com a estrutura ferrítica, e a fase austenítica forma-se já no estado sólido. É a ótima combinação de propriedades mecânicas e químicas a maior vantagem do aço inoxidável dúplex. Ele possui limite de escoamento cerca de o dobro do limite de escoamento dos aços austeníticos e ferríticos mais comuns, maior plasticidade que a dos inoxidáveis martensíticos e que a dos inoxidáveis endurecíveis por precipitação, excelente resistência à corrosão intergranular, resistência à corrosão localizada (pitting corrosion), resistência à corrosão sob tensão e economia dos elementos de liga. Materiais e métodos Em etapas anteriores desse projeto, foram realizadas moagens em moinhos dos tipos ATRITTOR e SPEX. Constatada a maior eficiência do moinho SPEX, foram realizadas nesse moinho misturas de pós de ferro, cromo e níquel em diferentes tempos: 6, 8 e 16 horas. As moagens em SPEX foram todas realizadas sob atmosfera de nitrogênio. Com o conhecimento das suas densidades a verde, os pós processados foram conformados unixialmente em forma de pastilhas, sob uma pressão de 200MPa, em uma máquina universal de ensaios. As pastilhas foram então sinterizadas, testando-se diferentes atmosferas vácuo, gás argônio e gás argônio com concentração de 2% de hidrogênio a 1200 C por 1 hora. Os componentes sinterizados foram embutidos em matriz de baquelite e submetidos à metalografia, obtendo-se então, fotomicrografias para análise. Resultados e Discussão Constatou-se que o moinho SPEX é mais efetivo em relação ao moinho ATRITTOR devido ao seu maior poder energético. A amostra processada em ATRITTOR num tempo de 15 horas apresenta pouca homogeneização dos pós elementares. A amostra processada em SPEX já apresenta uma estrutura mais homogênea. Ambas as amostras foram sinterizadas em vácuo e apresentam elevada porosidade, como observado na Figura 1. Outro aspecto importante da moagem em SPEX é a atmosfera usada. O nitrogênio da atmosfera contribui para o aumento da resistência à corrosão por pitting e endurecimento por solução sólida. (a) (b)

3 Figura 1 Comparação da porosidade, em função do tipo de moinho usado: em (a) amostra ATRITTOR e em (b) amostra SPEX. A moagem de 16 horas em SPEX produziu um material homogêneo e muito refinado. Para esta amostra foi feita a comparação entre a sinterização a vácuo e a sinterização com gás argônio. Observa-se na Figura 2 que a amostra sinterizada a vácuo apresenta maior porosidade que a amostra sinterizada em gás argônio. No entanto, a porosidade é menor que aquela encontrada na amostra processada por 6 horas no moinho, confirmando a influência do tempo de processamento na porosidade. (a) (b) Figura 2 Comparação da porosidade, em função da atmosfera de sinterização: em (a) amostra sinterizada a vácuo e em (b) amostra sinterizada em atmosfera de gás argônio. A moagem em SPEX por 8 horas produziu um material com porosidade intermediária, em relação às outras duas moagens. Esse comportamento é explicado pela freqüência dos fenômenos de fratura e solda dentro do moinho. A amostra gerada nessa moagem foi sinterizada em atmosfera de gás argônio com hidrogênio e o resultado pode ser conferido na Figura 3. Figura 3 Porosidade da amostra sinterizada em atmosfera de gás argônio com hidrogênio. Ao contrário do que esperava-se, a sinterização em atmosfera de gás argônio com hidrogênio não foi tão efetiva na diminuição da porosidade. Isso pode ter ocorrido por causa da intensa oxidação que houve na superfície das partículas, devido às condições e ao tempo de armazenamento do pó processado, e ao fato de a sinterização não ter sido suficiente para combatêla.

4 Conclusões O tempo de processamento influencia a porosidade do material final. A porosidade aumenta para tempos menores e diminui para tempos maiores de moagem. A sinterização com gás argônio é mais efetiva que vácuo na diminuição de porosidade. Os resultados para a sinterização com gás argônio e hidrogênio foram inesperados. Deve-se refazer as amostras moídas por 8 horas e investigar diferentes tempos de sinterização. Agradecimentos Ao Professor Doutor Osvaldo Mitsuyuki Cintho. Ao Departamento de Engenharia de Materiais da UEPG. À Fundação Araucária e a CAPES, pelo suporte financeiro dos projetos: Fundação Araucária, protocolo 11060; CAPES/PROCAD 123/2007 e CAPES/PROEQUIP 1694/2008. Referências Froes, F. H.; Suryanarayana, C.; Russel, K.; Li, C. G. Synthesis of intermetallics by mechanical alloying. Materials Science and Engineering, v. A 192/193, p , Moinhos, Cleverson. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Ponta Grossa, Moinhos, C.; Kubaski, E. T.; Monlevade, E. F.; Cappocchi, J. D. T.; Cintho, O. M. Obtenção da liga Fe-19,5Cr-5Ni utilizando moagem de alta energia. In: Anais do Congresso Anual da Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais. Belo Horizonte, Suryanarayana, C. Mechanical Alloying and milling. Progress in Materials Science, v. 46, p , Zilnyk, K. D. Influência da moagem de alta energia na porosidade de produtos da metalurgia do pó. In: Anais do 4º Encontro de Engenharia e Tecnologia dos Campos Gerais. Ponta Grossa, 2008.

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