BR112012031457B1

BR112012031457B1 - Componente de montagem com aderência reduzida de metais e método para fabricação de um componente de montagem

Info

Publication number: BR112012031457B1
Application number: BR112012031457-2A
Authority: BR
Inventors: Gerold Stetina; Matthias Grafinger; Martin Reisner
Original assignee: Miba Sinter Austria Gmbh
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2019-02-12
Also published as: AT509868B1; US9255575B2; EP2582477A2; WO2011153573A3; BR112012031457A2; US20130089454A1; CN103180069A; WO2011153573A2; EP2582477B1; CN103180069B; AT509868A4

Abstract

componente de montagem com aderência reduzida de metais. a invenção se refere a um conjunto de montagem (1) com, pelo menos, dois componentes de montagem metálicos (2, 3) expostos a esforços de deslizamento, que apresentam respectivamente uma superfície de deslizamento, que deslizam um no outro quando em funcionamento, sendo que, pelo menos, um dos componentes de montagem (2, 3) é composto por um material metálico sintetizado com uma matriz com base em ferro, pelo menos, na área do esforço de deslizamento, que contém, além de ferro, carbono e até 10% em massa de, pelo menos, um metal, não ferroso, sendo que a parcela de carboono é de pelo menos, 1% em massa e, no máximo, 10% em massa e está presente, pelo menos, uma parcela do carbono em partículas desassociadas na matriz.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: COMPONENTE DE MONTAGEM COM ADERÊNCIA REDUZIDA DE METAIS E MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE UM COMPONENTE DE MONTAGEM [0001] A invenção se refere a um conjunto de montagem, em especial uma bomba para um veículo com, pelo menos, dois componentes de montagem metálicos expostos a um esforço de deslizamento, em especial, um estator e um rotor, que apresentam respectivamente uma superfície de deslizamento, que deslizam uma na outra quando em funcionamento, sendo que, pelo menos, um dos componentes de montagem é composto por um material metálico sinterizado com uma matriz com base em ferro, pelo menos, na área do esforço de deslizamento, que contém, além de ferro, carbono e até 10 % em massa de, pelo menos, um metal não ferroso, sendo que a parcela de carbono é de, pelo menos, 1 % em massa, método para fabricação de um componente de montagem com aderência reduzida de metais por meio de sinterização com fase líquida de uma mistura de pós de um material metálico sinterizado com base em ferro, que contém, além de ferro, carbono e até 10 % em massa de, pelo menos, um metal não ferroso, sendo que a parcela de carbono é de, pelo menos, 1 % em massa, bem como o emprego de uma liga sinterizada.

[0002] Para aprimorar a capacidade de deslizamento de superfícies metálicas é conhecido que as superfícies expostas ao esforço de deslizamento sejam revestidas com camadas de fosfato, por exemplo, camadas de fosfato de manganês. Apesar de esses revestimentos terem se comprovado eficientes, estão associados a eles altos esforços na produção de componentes de montagem desse tipo.

[0003] Além disso, devem ser providenciados uma espessura uniforme correspondente da camada e uma alta adesão dessas camadas, fazendo com que o esforço para a produção seja ainda maior.

[0004] A presente invenção tem como fundamento a tarefa de gerar uma possibilidade com a qual a aderência de metais entre componentes de montagem metálicos, em especial, uma bomba para o emprego em veículos, pode ser reduzida.

[0005] Essa tarefa é solucionada independentemente por meio do componente de montagem mencionado anteriormente, no qual o teor de carbono da liga sinterizada é de, no máximo, 10 % em massa e, pelo menos, uma parcela do carbono está presente em partículas desassociadas na matriz, por meio do método para fabricação de um componente

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2/17 de montagem, após o carbono da base de ferro ser acrescentado em uma parcela de, no máximo, 10 % em massa e, pelo menos, uma parcela do carbono, presente em partículas desassociadas na matriz, ser precipitado durante ou após a sinterização bem como por meio do emprego de uma liga sinterizada com base em ferro que contém, além de ferro, carbono e até 10 % em massa de um metal não ferroso, sendo que a parcela de carbono é de, no mínimo, 1,5 % em massa e, no máximo, 10 % em massa e sendo que, pelo menos, uma parcela do carbono está presente em partículas desassociadas na matriz para a fabricação de, pelo menos, uma parte exposta a um esforço de deslizamento de um estator e/ou um rotor de uma bomba de um veículo ou para fabricação de, pelo menos, uma parte exposta a um esforço de deslizamento de um virabrequim ou uma bucha do rolamento de um motor de combustão.

[0006] A vantagem aqui é que, por meio do carbono presente em forma desassociada, o componente de montagem, ou seja, a superfície de deslizamento do componente de montagem, apresenta um coeficiente de fricção mais baixo na conjugação com o outro componente de montagem metálico do conjunto de montagem. Com isso pode ser dispensado um revestimento com fosfato, de maneira que as duas superfícies dos dois componentes de montagem metálicos podem deslizar diretamente uma sobre a outra. O carbono presente de forma solta na matriz de ferro faz com que a superfície de deslizamento apresente um efeito auto-lubrificante, de maneira que o conjunto de montagem apresente características tribológicas aprimoradas e assim possa ser empregado também em motores de combustão submetidos a altas cargas, sem que seja necessário outro tratamento posterior à fabricação por metalurgia do pó. Por causa do carbono presente de forma solta na estrutura do componente, ele apresenta também excelentes propriedades operacionais em caso de um funcionamento em condições irregulares. Surpreendentemente mostrou-se também que as características mecânicas do material sinterizado, mesmo sem tratamentos posteriores e apesar do alto teor de carbono são, pelo menos, aproximadamente similares àquelas do GJS 50 ou GJV 50, fazendo com que seu emprego seja extremamente vantajoso nas bombas mencionadas anteriormente ou nas superfícies de deslizamento de virabrequins e buchas do rolamento. É também surpreendente que, apesar de o GJS 50 apresentar parcialmente parcelas similares em grafite, esse material apresenta características tribológicas e propriedades operacionais em caso de um funcionamento em condições irregulares claramente inferiores ao material sinterizado do componente de montagem do conjunto de montagem. Provavelmente o motivo disso é que a distribuição do carbono é muito mais fina - sendo que podem estar presentes na estrutura também invólucros de ferrita isolados pobres em carbono - apesar da sinterização com fase

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3/17 líquida no material sinterizado empregado. Por meio da sinterização com fase líquida é alcançada, por outro lado, uma redução da porosidade do material sinterizado, por meio do que ele apresenta características mecânicas claramente superiores aos materiais sinterizados que não podem ser sinterizados com o envolvimento de uma fase líquida.

[0007] Um aumento visível das propriedades operacionais em caso de um funcionamento em condições irregulares sem prejudicar o valor de resistência do material sinterizado pode ser observado quando a parcela do carbono desassociado em relação à concentração total de carbono do material sinterizado for de, no mínimo, 80 %, em especial, no mínimo, 90 %.

[0008] Conforme uma variante de execução preferida, a parcela de carbono está entre 1,5 % em massa e 8 % em massa, especialmente, entre 1,8 % em massa e 2,1 % em massa. Ao manter essa faixa, em especial a última citada, pode ser alcançada uma distribuição homogênea do carbono na matriz, por meio do que tanto as características tribológicas como também os valores de resistência da liga sinterizada podem ser aprimoradas. Em especial, com uma parcela de carbono entre 1 % em massa ou 1,5 % em massa e 2,1 % em massa pode ser aprimorada a precisão do componente de montagem, pois a parcela da fase líquida é relativamente baixa, por meio do que podem ser melhor evitadas deformações do componente de montagem. Parcelas de carbono inferiores a essa faixa exigem também uma temperatura de sinterização mais alta para a sinterização com fase líquida, por meio do que pode ser atingida uma densificação maior do componente de montagem durante o processo de sinterização.

[0009] Apesar de que na GJS 50 o grafite está presente como grafite esferoidal, para que suas características mecânicas sejam aprimoradas, verificou-se no decorrer da invenção que no que se refere às características desejadas do material sinterizado, principalmente no que se refere às características tribológicas aprimoradas é vantajoso se o carbono desassociado apresentar um tamanho de partícula com um comprimento entre 50 pm e 300 pm, especialmente entre 100 pm e 200 pm, e uma largura entre 5 pm e 70 pm, especialmente entre 8 pm e 18 pm, sendo que é adicionalmente vantajoso se a proporção do comprimento em relação à largura da partícula de carbono for de, no mínimo, 2:1, em especial de, no mínimo, 5:1, preferivelmente 10:1.

[0010] O carbono pode estar presente na/s camada/s núcleo em glóbulos e granulados mais grossos que na/s camada/s marginal/is do componente de montagem, sendo que entendese por camada marginal um espessura da camada de até 2 mm, com o que pode ser

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4/17 alcançado que as camadas núcleo mostrem um efeito de entalhe reduzido e as camadas marginais, porém, por causa do grafite em formato vermicular, distribuído de forma mais fina, apresentam melhores propriedades de deslizamento. As camadas marginais não são necessariamente as camadas presentes após a sinterização e sim as camadas que estão formadas no componente de montagem pronto, portanto, por exemplo, após um acabamento mecânico do componente de montagem por meio de uma usinagem erosiva para aumentar a precisão do componente de montagem. Em especial, esse acabamento erosivo ou de levantamento de aparas apresenta também a vantagem que com isso os grãos de grafite estão diretamente na superfície ou acomodados livremente na superfície, por meio do que a tribologia do componente de montagem pode ser aprimorada. A diferença do diâmetro médio do grão pode ser aqui de, pelo menos, 10 %. O diâmetro médio do grão é entendido aqui como a média aritmética do diâmetro de 20 grãos, medidos em imagem metalográfica. Isso pode ser influenciado por meio de diferenças no resfriamento das camadas núcleo em comparação às camadas marginais, por exemplo, por meio de um resfriamento rápido com uma taxa de resfriamento de, no mínimo, 0,5 K/s.

[0011] Além disso, o grafite pode ser moldado intencionalmente em formato globular por meio de controles adequados do processo bem como tratamentos térmicos à jusante, por exemplo, por meio de revenido a uma temperatura na faixa entre 200°C e 500°C, em especial na faixa entre 300°C e 400°C, para uma duração de 10 minutos até 60 minutos, em especial 20 minutos até 40 minutos. Por meio disso pode ser exercida uma influência também sobre a distribuição do perlita : ferrita no componente de montagem.

[0012] Com relação às características mecânicas, ou seja, os valores de resistência do material sinterizado é vantajoso se o sua matriz apresentar uma estrutura composta de perlita e ferrita. Em especial, é previsto de acordo com uma variante de execução preferida que a proporção de perlita em relação ao ferrita esteja entre 95 : 5 e 50 : 50, preferivelmente entre 90 : 10 e 80 : 20. Especialmente, ao ser mater uma proporção dentro dessa faixa possibilita uma mistura de características no que se refere à resistência e deslizamento da superfície do componente de montagem.

[0013] Nesse caso é possível que a parcela de perlita da matriz aumenta na direção da superfície de deslizamento, de maneira que a superfície apresente além de uma tribologia aprimorada também uma melhor resistência.

[0014] Para aprimorar a tribologia da superfície do componente de montagem é, além disso,

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5/17 vantajoso o aumento da parcela de carbono desassociado na direção da superfície de deslizamento. É alcançado com isso também que o elemento de montagem no interior, ou seja, na área de uma camada núcleo, apresente uma resistência maior.

[0015] Preferivelmente, pelo menos, um dos metais não ferrosos é formado por silício, sendo que, de acordo com uma variante de execução, a parcela de silício está entre 0,5 % em massa e 6,0 % em massa. Pode ser alcançado com isso que, já com parcelas muito baixas de carbono na matriz, a parcela relativa de carbono livre seja visivelmente maior em relação ao carbono associado, pois por meio do silício a solubilidade causa um deslocamento da mistura eutética no sistema Fe-C, por meio do que podem ser alcançadas características tribológicas aprimoradas com maior segurança, também com pequenas instabilidades dos parâmetros do processo. Pode ser alcançado com isso também que a dureza do pó a ser compactado possa ser mantida relativamente baixa mesmo com altas parcelas de carbono, de maneira que a compatibilidade do pó seja melhor apesar da alta parcela de carbono.

[0016] Aqui se mostraram especialmente vantajosas parcelas de silício entre 0,8 % em massa e 1,6 % em massa.

[0017] Com relação às características tribológicas do componente de montagem é vantajoso devido aos motivos mencionados anteriormente, quando a parcela de silício em relação ao carbono for selecionada dentro de uma faixa de 1:1 a 4:1, em especial dentro de uma faixa de 2: a 3:1.

[0018] Uma superfície plana com uma aspereza definida atua de forma bastante vantajosa sobre as características tribológicas. Superfícies expostas a altas cargas tribológicas são comumente mecanicamente polidas, por meio do que o grafite desassociado na superfície favorece notavelmente as propriedades operacionais em caso de um funcionamento em condições irregulares. Nesse contexto foi descoberto que uma superfície áspera da superfície de deslizamento, ou seja, uma aspereza média Rz conforme DIN EN ISO 4287 não deve ultrapassar um valor máximo de 2 pm, principalmente de 1,5 pm.

[0019] O componente de montagem fabricado do material sinterizado apresenta preferencialmente uma densidade de, no mínimo, 95 % da densidade teórica integral. Com outras palavras, o componente de montagem apresenta uma porosidade relativamente baixa, por meio do que seu emprego pode ser aprimorado, principalmente em bombas, em

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6/17 razão de um risco de corrosão mais baixo e uma melhor estanqueidade a líquidos.

[0020] De forma especialmente vantajosa o componente de montagem apresenta, entretanto, uma densidade de, no mínimo, 98 % da densidade teórica integral, pelo menos, na área da superfície de deslizamento bem como nas áreas próximas da superfície de deslizamento (corresponde a uma profundidade de até 100 pm medido a partir da superfície de deslizamento), de preferência em todo o componente de montagem.

[0021] Como já mencionado anteriormente, é preferível que a superfície de deslizamento não receba um revestimento de fosfato.

[0022] Conforme uma variante de execução do método está previsto que a sinterização e/ou o resfriamento após a sinterização do componente de montagem seja realizado em uma atmosfera que contém carbono. Pode ser atingida com isso uma cementação, ou seja, um aumento da parcela de carbono, pelo menos, nas áreas próximas à superfície externa, sendo que essa parcela de carbono está presente, pelo menos, parcialmente desassociada na matriz. Por outro lado, com isso podem ser compensadas, se necessário, perdas de carbono surgidas durante a sinterização, pelo menos, parcialmente.

[0023] Com relação à estrutura da matriz preferida, mencionada anteriormente, é vantajoso se o componente de montagem após a sinterização for resfriado com uma taxa de resfriamento de, no máximo, 15 K/s, em especial, no máximo, 8 K/s, por exemplo, com uma taxa de resfriamento entre 0,8 K/s e 1 K/s.

[0024] Para um melhor entendimento da invenção, ela é esclarecida a seguir mais detalhadamente com base no exemplo a seguir.

[0025] Para isso mostram, em representação esquemática simplificada:

Fig. 1 A formação de um componente de montagem como bomba para um veículo de um corte em vista frontal;

Fig. 2 uma variante de execução do conjunto de montagem.

[0026] Antes de mais nada deve ser especificado que as indicações de posição escolhidas na descrição como, por exemplo, em cima, em baixo, lateralmente, e assim por diante, se referem às figuras descritas bem como ilustradas e devem ser transferidas em caso de uma alteração de posição analogicamente à nova posição.

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7/17 [0027] Todas as indicações com relação às faixas de valores na descrição representativa devem ser entendidas de tal forma que todas as seções parciais e as escolhidas da forma desejada estejam abrangidas dentro dessa faixa. Principalmente a faixa de 1 % em massa a 10 % em massa para o teor de carbono e as seções parciais preferidas mencionadas anteriormente devem ser entendidas que, no âmbito da invenção, é possível também que a faixa para o teor de carbono na liga apresente um limite inferior de 1 % em massa e um limite superior de 8 % em massa ou 4 % em massa. Do mesmo modo a faixa para o teor de carbono pode apresentar um limite inferior de 4 % em massa ou 8 % em massa e um limite superior de 10 % em massa. De forma analógica, essas execuções se aplicam também para as outras faixas mencionadas nesta descrição.

[0028] Fig. 1 mostra uma representação simplificada de um conjunto de montagem 1 em forma de uma bomba. Como os detalhes construtivos de uma bomba desse tipo não fazem parte do objeto da invenção, é dispensada uma reprodução detalhada de uma bomba desse tipo e, de qualquer forma, os especialistas já a conhecem suficientemente bem.

[0029] O conjunto de construção 1 apresenta um primeiro componente de montagem 2 em forma de um rotor e um segundo elemento de montagem 3 em forma de um estator ou carcaça, sendo que o primeiro componente de montagem 2 é circundado, pelo menos, na área do perímetro pelo segundo componente de montagem 3. No primeiro componente de montagem 2 estão dispostos elementos de pá 4, que podem ser movidos radialmente, em recessos 5 correspondentes de tal forma que eles estejam encostados com um lado frontal 6 em uma superfície interna 7 do segundo componente de montagem 3, por causa da força centrífuga causada pelo movimento rotacional do primeiro componente de montagem 2, para o que podem estar dispostos elementos de mola nos recessos 5.

[0030] Deve ser mencionado que a quantidade representada de elementos de pá 4 não deve ser entendida como restritiva para a invenção.

[0031] Evidentemente é possível também uma outra organização construtiva do conjunto de montagem 1 projetado como bomba. Para esclarecer isso a figura 2 mostra uma variante de execução do conjunto de montagem 1 em formato de uma bomba sem elementos de pá 4 e com uma outra estruturação do primeiro componente de montagem 2 em formato de rotor, que por sua vez está disposto dentro do segundo componente de montagem 3 e desliza na superfície interna 7 do componente de montagem 3 com uma parte de uma superfície 8, como é o caso na execução de acordo com a figura 1.

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8/17 [0032] As superfícies 7 e 8 do componente de montagem 2, 3 são superfícies de deslizamento, nas quais o outro componente de montagem 2, 3 desliza.

[0033] Essencial para a invenção é que, pelo menos, um dos componentes de montagem 2, 3 do conjunto de montagem seja compostos, pelo menos, na área da superfície 7 ou 8, preferivelmente, porém, em sua totalidade, de um material sinterizado metálico com uma matriz com base em ferro que contenha, além de ferro, carbono e até 10 % em massa de, no mínimo, um metal não ferroso, sendo que a parcela de carbono seja de, no mínimo, 1 % em massa e, no máximo, 10 % em massa e, pelo menos, uma parte do carbono esteja presente na matriz em partículas desassociadas. Existe também a possibilidade de que ambos os componentes de montagem 2, 3, pelo menos, na área das superfícies 7, 8 que deslizam uma sobre a outra, sejam compostos de um material sinterizado. Como metais não ferrosos são empregados metais de um grupo que abrange ou é composto de Si, Ni, Mo, Μη, V, WouAI.

[0034] Com referência à organização da estrutura da matriz, em especial, à composição da estrutura por meio de perlita e ferrita, sendo que é possível também o surgimento de bainita, é vantajoso quando, pelo menos, um dos metais não ferrosos é formato por silício. Em especial, a parcela de silício está entre 0,5 % em massa e 6,0 % em massa, preferivelmente entre 0,8 % em massa e 1,6 % em massa. Caso devam ser empregados metais não ferrosos adicionais, a parcela deles deve se limitar, preferencialmente, a uma soma de, no máximo, 1 % em massa.

[0035] A parcela de Ni pode estar entre 0 % em massa e 6,0 % em massa, em especial entre 0 % em massa e 1,2 % em massa. Com isso podem ser aprimoradas a resistência à corrosão, a resistência e dureza dos componentes de montagem 2, 3, o que é de grande vantagem no que se refere à estruturação dos componentes de montagem 2, 3 como partes integrantes da bomba.

[0036] A parcela de Mo pode estar entre 0% em massa e 1,5 % em massa, em especial entre 0 % em massa e 0,9 % em massa, por meio do que a resistência à fluência pode ser aprimorada.

[0037] A parcela de Mn pode estar entre 0% em massa e 2,0 % em massa, em especial entre 0,1 % em massa e 0,3 % em massa. Com isso podem ser aprimoradas a resistência e

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9/17 a dureza dos componentes de montagem 2, 3.

[0038] A parcela de Mg pode estar entre 0% em massa e 6,0 % em massa, em especial entre 0,2 % em massa e 0,8 % em massa, por meio do que o hábito dos carbonos livres pode ser influenciado.

[0039] A parcela de V pode estar entre 0% em massa e 2,0 % em massa, em especial entre 0,05 % em massa e 0,15 % em massa. Com isso podem ser aprimoradas a resistência e a dureza dos componentes de montagem 2, 3.

[0040] A parcela de W pode estar entre 0% em massa e 1,5% em massa, em especial entre 0 % em massa e 0,1 % em massa. Com isso pode ser aprimorada a resistência ao desgaste dos componentes de montagem 2, 3.

[0041] A parcela de Al pode estar entre 0% em massa e 6,0 % em massa, em especial entre 0,05 % em massa e 0,3 % em massa. Com isso pode ser aprimorada a resistência ao desgaste dos componentes de montagem 2, 3.

[0042] O componente de montagem 2 ou 3 ou os componentes de montagem 2, 3 são fabricados por meio de um método metalúrgico a partir de pós metálicos que será brevemente descrito a seguir.

[0043] A fabricação abrange, essencialmente, as seguintes etapas: mistura dos pós, compressão, desparafinagem e sinterização. Se necessário, pode haver após a sinterização um tratamento posterior e/ou um tratamento mecânico posterior.

1) Mistura de pós [0044] Misturas de pós de ferro são fabricados com, no total, até 10 % em massa, preferivelmente, no máximo, 7 % em massa de componentes metálicos não ferrosos da liga, até 10 % em massa de carbono em forma de grafite, até 15 % em massa de agentes de compressão e até 0,5 % em massa de ligante orgânico. Essas misturas são fabricadas convencionalmente, por exemplo, de pó de ferro puro ou pré-ligas e ligas de pós de ferro como material base e adição de componentes de liga bem como agentes de compressão. Ou são misturadas inicialmente, assim chamadas, misturas mãe em alta concentração, se necessário, também com o emprego de temperatura e/ou solventes e, em seguida, misturadas com pó de ferro ou por meio da adição dos componentes individuais misturados diretamente no pó de ferro.

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10/17 [0045] Como ligantes podem ser empregados resinas, silanos, óleos, polímeros ou agentes adesivos. Agentes de compressão são, entre outros, ceras, estearatos, silanos, amidos, polímeros.

[0046] Elementos da pré-liga podem ser Mo, V, Si, Mn.

2) Compressão [0047] Os métodos mencionados acima das misturas de pó de ferro pré-tratadas são compactadas por meio do método de compressão coaxial e colocadas em formas. Nesse caso deve-se atentar que as alterações na forma e estrutura que surgem durante as etapas seguintes do processo já são consideradas na fabricação do molde de compressão. A utilização de lubrificantes e ligantes adequados tem efeito positivo no que se refere à compactação. De acordo com a densidade do pó e densidade teórica das misturas de pós são empregadas pressões de moldagem de 400 a 1200 MPa.

[0048] O objeto compactado obtido dessa forma (também denominado compacto a verde) é o ponto de partida para as etapas seguintes do processo.

[0049] Em vez do método de compressão coaxial podem sem empregados também outros métodos de compressão, como eles são comuns na técnica da sinterização, p. ex., também o método de compressão isostática, etc.

[0050] Para alcançar comportamentos dimensionais reproduzíveis na sinterização deve-se atentar durante a compressão a uma distribuição da densidade a mais homogênea possível ou, pelo menos, de boa reprodução dentro do componente de montagem 2, 3. Como na sinterização por causa da alta parcela de carbono nas temperaturas utilizadas surge uma fase líquida, deve ser selecionada na compressão a densidade com a qual pode ser alcançada uma distribuição da densidade a mais homogênea possível. Por causa da alta parcela de carbono a densidade completa que pode ser teoricamente atingida é bastante baixa (aprox. 7,5 g/cm³). Densidades de compressão típicas estão situadas, por esse motivo, entre 6,4 g/cm³ - 6,6 g/cm³, mas podem ser escolhidas mais altas de acordo com a composição química e compatibilidade do pó.

[0051] Os lubrificantes, dado o caso, necessários podem ser aplicados com métodos de imersão convencionais ou, de preferência, por meio de método de pulverização antes ou

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11/17 durante a compressão sobre o componente de montagem.

3) Desparafinagem + Sinterização [0052] Os objetos compactados são desparafinados por meio de tratamento térmico, de preferência, com a atuação de gases atmosféricos, pelo menos parcialmente, carburizantes ou levemente oxidantes, ou seja, pelo menos parcialmente, isentados de ligantes orgânicos e de lubrificantes por meio de calcinação, e sinterizados, preferivelmente em fornos de sinterização em operação contínua. Aqui são alcançadas atmosferas redutoras por meio do emprego de misturas de nitrogênio e hidrogênio com até 30 % em volume de hidrogênio. Opcionalmente podem ser empregados também gases de cementação como, p. ex., metano, propano ou similares ou por meio de um caráter levemente oxidante do gás de processamento (dado o caso, somente na área parcial do forno de sinterização) para facilitar a desparafinagem, por exemplo, por meio de gás endotérmico, nitrogênio úmido ou similares. A sinterização pode também ocorrer no vácuo, por meio do que pode ser alcançada uma estabilização da fase líquida na sinterização.

[0053] As temperaturas na sinterização estão entre 1050°C e 1350°C de acordo com o sistema de liga metálica utilizado, o tempo de permanência da sinterização é de entre aprox. 2 minutos e 1,5 horas.

[0054] No geral, deve-se manter na sinterização uma temperatura de sinterização que está pouco acima ou em uma linha de equilíbrio entre a área “gama” e “gama+fundição” no conhecido diagrama ferro-carbono, pois com temperaturas mais altas com uma composição específica se formaria muita massa fundida, por meio do que se estabelecería uma deformação extrema e incontrolável do componente de montagem (pata de elefante, ampulheta,...). Vantajoso é nesse caso se a temperatura de sinterização na parcela de carbono escolhida para o pó de sinterização esteja numa faixa entre a linha de equilíbrio entre “gama” e “gama+fundição” e, no máximo, 20 %, preferencialmente, no máximo, 10 % acima da temperatura de equilíbrio mencionada, que corresponde à essa parcela de carbono.

[0055] A execução do processo na sinterização é selecionada de tal forma que, apesar da fase líquida, se resulte em uma deformação do componente de montagem a menor possível. A reprodutibilidade do resultado é auxiliado por meio de controles adequados do processo, como controle da atmosfera, regulamento da temperatura, medição do ponto de condensação, etc.

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12/17 [0056] Aquecimento rápido a temperaturas, em especial, com taxas de aquecimento de 10 K/s, que tem como efeito a formação de líquidos, e tempos de sinterização curtos, especialmente entre 1 minuto e 12 minutos, possibilitam bons controles dimensionais. A fase líquida se estabelece espontaneamente, de acordo com a composição da liga metálica, ao atingir uma certa temperatura. Manter por muito tempo na temperatura de sinterização pode causar deformações no componente de montagem e deve ser evitado, por esse motivo, sempre que possível. O tempo de permanência deve ser selecionado preferivelmente dentro de uma faixa com um limite inferior a 8 minutos e um limite superior a 10 minutos. Tempos de permanência mais longos - que estão condicionados a um aquecimento em profundidade, pelo menos, quase que completo do componente de montagem 2, 3 - não causam mais quase nenhuma outra densificação. Porém, com tempos de permanência mais longos aumenta o risco de deformação do componente.

[0057] Os componentes de montagem 2, 3 são resfriados, de preferência, com uma taxa de resfriamento que deve ser escolhida dentro da faixa com um limite inferior de 0,5 K/s, em especial, 1 K/s, e um limite superior de 20 K/s, de preferência 15 K/s.

[0058] Dado o caso, para alcançar densidades mais altas, os objetos compactados podem ser pré-sinterizados também por meio de tratamento térmico a uma temperatura abaixo de 1100°C com a atuação dos gases atmosféricos redutores mencionados anteriormente e, possivelmente, compactados posteriormente, principalmente com desparafinagem simultânea. Com isso pode ser alcançada a fabricação de um leve composto sinterizado entre as partículas.

[0059] Por causa da compactação próxima à densidade total durante a sinterização, pelo menos, nas áreas próximas à superfície, preferivelmente em todo o componente de montagem, podem ser alcançadas não somente melhores características mecânicas, como também uma estanqueidade muito alta ao ar e a meios líquidos, por meio do que os componentes de montagem fabricados por meio do método de acordo com a invenção podem ser empregados, em especial, em bombas, por exemplo, em bombas de combustível.

4) Tratamento térmico posterior [0060] Podem ser empregados inúmeros tratamentos térmicos conhecidos do estado da técnica. Processos térmicos podem ser empregados para alterar a proporção de componentes estruturais de ferrita em relação aos de perlita. Além disso, é possível por

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13/17 meio de tratamentos térmicos a alteração da forma do grafite presente desassociado.

5) Tratamento mecânico [0061] São possíveis todos os métodos conhecidos do tratamento mecânico posterior ou revestimento.

[0062] De acordo com essa sequência do processo foram processados os seguintes exemplos para misturas de pós conforme a tabela 1 para os componentes de montagem 2 e/ou 3. As indicações são nesse caso respectivamente em % em massa. O restante que constitui os 100 % em massa é formado por ferro.

Tabela 1: exemplos de composições

N°	C	Si	Ni	Mo	Mn	Mg	V	W	Al	Agente de compressão	Agente ligante
1	2,5									0,3	0,2
2	2	1,1								0,4	0,1
3	3	1								0,4	0,2
4	5,9	1,5	0,5			0,2				0,8	0,1
5	7,2	3,1				0,9				0,5	0,3
6	1,8	1,5								0,4	0,1
7	4,5		2,1	0,3					0,8	0,6	0,5
8	3,1			0,8	0,5		0,15			0,8	0,4
9	5,6	2,8				0,5		0,5		0,5	0,5
10	3,5					2,2			1,1	0,8	0,5

[0063] Essas composições foram processadas por meio de metalurgia dos pós de acordo com os parâmetros na tabela 2. A atmosfera de sinterização corresponde às indicações mencionadas anteriormente.

Tabela 2: parâmetros de processamento

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N°	Pressão de compressão [MPa]	Taxa de aquecimento [°C/s]	Temperatura de sinterização [°C]	Tempo de permanência de sint. [min]	Taxa de resfriamento [°C/s]
1	450	0,5	1050	15	2
2	600	10	1200	10	1,8
3	600	20	1150	15	5
4	1100	10	1300	2	2
5	1200	20	1350	5	6
6	1000	10	1150	10	0,5
7	700	9	1180	7	2
8	700	16	1250	7	6
9	700	16	1350	2	2
10	900	10	1220	6	2

[0063] Dos componentes de montagem prontos 2 e/ou 3 foram determinados, por um lado, a parcela relativa do carbono presente desassociado na matriz, a densidade, o coeficiente de fricção e a dureza. Os resultados estão reunidos na tabela 3. A quantidade de grafite presente desassociado foi determinada com base em imagens metalográficas, sendo que os valores indicados na tabela 3 são os valores médios de respectivamente cinco cortes diferentes. A densidade foi determinada de acordo com o princípio de Arquimedes. A dureza foi determinada como dureza Vickers VH 5.

Tabela 3: resultados da medição

N°	Carbono desassociado [%]	Densidade [g/cm³]	Coeficiente de fricção	HV5
1	80	7,32	0,3	280
2	96	7,51	0,1	345
3	95	7,42	0,3	300
4	92	7,44	0,2	305
5	95	7,50	0,15	315

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6	98	7,48	0,1	350
7	88	7,38	0,3	260
8	95	7,51	0,1	310
9	98	7,50	0,2	300
10	92	7,47	0,3	300

[0064] Em razão dos parâmetros determinados, a parcela de carbono desassociado é preferivelmente de, no mínimo, 80 % em relação ao teor total de carbono. A parcela total de carbono, por esse motivo, está preferencialmente entre 1,8 % em massa e 2,1 % em massa.

[0065] Com base na imagem metalográfica pode sem determinado ainda que é vantajoso, no que se refere às propriedades da liga metálica, se o carbono desassociado apresentar um tamanho de partícula com um comprimento entre 50 pm e 300 pm, especialmente entre 100 pm e 200 pm e uma largura entre 5 pm e 70 pm, em especial entre 8 pm e 18 pm, sendo que é adicionalmente vantajoso se a proporção do comprimento em relação à largura das partículas de carbono seja de, no mínimo, 2:1, em especial de, no mínimo, 5:1, preferivelmente de, no mínimo, 10:1.

[0066] Pode ser determinado também com base na imagem metalográfica que é vantajoso para o comportamento tribológico dos componentes de montagem 2 e 3 se a matriz apresentar uma estrutura composta de perlita e ferrita, sendo que, de preferência, a proporção de perlita em relação ao ferrita está entre 95 : 5 e 50 : 50, em especial entre 90 : 10 e 80 : 20. Foram feitas para isso outras pesquisas em uma composição que corresponde ao exemplo 1 da tabela 1, sendo que foi determinado que poderíam ser alcançadas maiores resistências por meio de tratamento térmico correspondente por meio da variação da relação perlita/ferrita e, se necessário, do carbono desassociado que podem ser diferentemente formados. Os resultados estão reunidos na tabela 4. A parcela de perlita da matriz foi determinada mais uma vez por meio de imagem metalográfica, sendo que o restante que constitui os 100 % em volume é composto, pelo menos aproximadamente na totalidade, por ferrita.

Tabela 4: efeito da relação ferrita/perlita

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N°	Parcela de perlita [%]	Tratamento térmico	Dureza HV 10
11	95	nenhum	350
12	90	0,2 h; 150°C	320
13	70	0,5 h; ;200°C	250
14	50	1,8h;250°C	180

[0067] É possível nesse caso também que a parcela de perlita da matriz aumente na direção da superfície de deslizamento. Isso pode ser alcançado, por exemplo, ao submeter o componente de montagem 2 e/ou 3 a curto um tratamento térmico, por exemplo, como citado na tabela 4, de maneira que o componente de montagem 2 e/ou 3 não seja aquecido até a temperatura em sua totalidade, de maneira a ocorrer uma formação maior de perlita apenas nas áreas de borda do componente de montagem 2 e/ou 3.

[0068] É possível ainda também que a parcela de carbono desassociado aumente na direção da superfície de deslizamento, o que, por exemplo, pode ser alcançado por meio de uma atmosfera de sinterização carburizante bem como uma atmosfera carburizante durante o resfriamento dos componentes de montagem 2 e/ou 3 após a sinterização.

[0069] Para aprimorar as características tribológicas é vantajoso, além disso, que as superfícies de deslizamento dos componentes de montagem 2 e/ou 3 apresentem uma aspereza na superfície, como são típicas nas superfícies polidas.

[0070] Os componentes de montagem 2 e/ou 3 são empregados preferivelmente em bombas ou para fabricação de, pelo menos, um peça exposta a um esforço de deslizamento de um virabrequim ou ou uma bucha do rolamento de um motor de combustão.

[0071] Os exemplos de execução mostram possíveis variantes de execução do conjunto de montagem 1, sendo que nesse ponto deve ser mencionado que a invenção não se limita a essas variantes de execução apresentadas, mas sim são possíveis diversas combinações das variantes individuais entre si e essa possibilidade de variação está na competência do especialista que atua nesta área técnica em razão do aprendizado do procedimento técnico por meio da invenção em questão.

[0072] Por uma questão de ordem é indicado, por fim, que para um melhor entendimento da construção o conjunto de montagem bem como seus componentes foram representados

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17/17 parcialmente fora de escala e/ou em tamanho maior ou reduzido.

Lista dos números de referência conjunto de montagem componente de montagem componente de montagem elemento de pá recesso lado frontal superfície superfície

Claims

1. Um conjunto caracterizado por compreender um primeiro componente de metal e um segundo componente de metal que estão sujeitos a tensões de deslizamento, o primeiro componente de metal compreende uma superfície externa do primeiro componente de metal e uma superfície interna do primeiro componente de metal, e o segundo componente de metal compreende uma superfície externa do segundo componente de metal e um núcleo interno do segundo componente de metal, a superfície interna do primeiro componente de metal e a superfície externa do segundo componente de metal formando uma respectiva superfície de deslizamento em operação deslizando uma contra a outra, onde pelo menos um dentre o primeiro componente de metal e o segundo componente de metal é completamente feito de um material sinterizado de metal que possui uma matriz à base de ferro, a qual, além de ferro, contém carbono e até 10% em peso de pelo menos um metal não-ferroso, sendo a proporção de teor de carbono de pelo menos 1 % em peso, em que o teor de carbono é de no máximo 10% em peso, e pelo menos parte do carbono está presente na forma particulada não ligada na matriz à base de ferro, e onde a matriz à base de ferro possui uma estrutura composta de perlita e ferrita, em que uma proporção de perlita na matriz à base de ferro aumenta por pelo menos um sentido desde a superfície externa do primeiro componente de metal até a superfície interna do primeiro componente de metal e uma direção do núcleo interno do segundo componente de metal até a superfície externa do segundo componente de metal.

2. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a proporção de partículas de carbono não ligadas ser de pelo menos 80,0%.

3. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a proporção de carbono estar entre 1,5% em peso 8% em peso.

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4. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as partículas de carbono não ligadas possuírem um tamanho de partícula com um comprimento entre 50pm e 300pm e uma largura entre 5pm e 70pm.

5. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a proporção de perlita para ferrita estar entre 95:5 e 50:50.

6. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a proporção de partículas de carbono não ligadas na matriz à base de ferro aumentar por pelo menos uma dentre a direção da primeira superfície externa do primeiro componente de metal para a superfície interna do primeiro componente de metal e a direção do núcleo interno do segundo componente de metal para a superfície externa do segundo componente de metal.

7. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos um dos metais não ferrosos ser ventilado por silício.

8. Conjunto de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a proporção de silício estar entre 0,5% em peso e 6% em peso.

9. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a superfície de deslizamento possuir uma rugosidade de superfície Rz de no máximo 2,0pm.

10. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o componente feito de material sinterizado possuir uma densidade de pelo menos 95% da densidade total teórica.

11. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a superfície deslizante ser livre de um revestimento de fosfato.

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12. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um primeiro componente de metal e um segundo componente de metal que estão sujeitos a tensões de deslizamento, o primeiro componente de metal compreendendo uma superfície externa do primeiro componente de metal e uma superfície interna do primeiro componente de metal, e o segundo componente de metal compreender um superfície externa do segundo componente de metal e um núcleo interno do segundo componente de metal, a superfície interna do primeiro componente de metal e a superfície externa do segundo componente de metal formando, cada uma, uma respectiva superfície de deslizamento em operação deslizando uma contra a outra, onde pelo menos um dentre o primeiro componente de metal e o segundo componente de metal ser feito completamente a partir de um material sinterizado de metal possuindo uma matriz à base de ferro, que além de ferro contém carbono e até 10% em peso de pelo menos um metal não ferroso, sendo a proporção de teor de carbono de pelo menos 1 % em peso, em que o teor de carbono é no máximo de 10% em peso, e pelo menos parte do carbono está presente na matriz de partículas de carbono não ligadas na matriz à base de ferro, e em que a matriz à base de ferro possui uma estrutura composta de perlita e ferrita, em que uma proporção de perlita na matriz à base de ferro aumenta através de pelo menos uma direção desde a superfície externa do primeiro componente de metal até à superfície interna do primeiro componente de metal e de uma direção do núcleo interno do segundo componente de metal à superfície externa do segundo componente de metal, e em que o carbono em uma camada central de pelo menos um dentre o primeiro componente de metal e o segundo componente de metal é mais globular e mais grosso do que em uma camada de superfície externa de pelo menos um dentre o primeiro componente de metal e o segundo componente de metal, a camada de superfície externa possuindo uma espessura de camada de até 2mm.

13. Método para fabricação de um componente de montagem (2, 3) com aderência reduzida de metais por meio de sinterização com fase líquida de uma

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4/5 mistura de pós de um material metálico sinterizado com base em ferro, que contém, além de ferro, carbono e até 10 % em peso de, pelo menos, um metal não ferroso, sendo que a parcela de carbono é adicionada à base de ferro em uma proporção de, pelo menos, 1 % em peso, caracterizado por o carbono da base de ferro ser adicionado em uma parcela de, no máximo, 10 % em peso e, pelo menos, uma parte do carbono presente na forma particulada não ligada na matriz ser depositada durante ou após a sinterização, e onde a matriz possui uma estrutura composta por perlita e ferrita onde também bainita pode estar presente, o componente (2 3) após a sinterização e antes de um processamento mecânico opcional pode ser brevemente submetido a um tratamento térmico, para que o componente (2, 3) não seja completamente aquecido à temperatura, de modo que a proporção de perlita na matriz aumente a direção da superfície deslizante.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a sinterização e / ou o resfriamento do componente (2, 3) após a sinterização é realizada em uma atmosfera contendo carbono.

15. Método, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o fato de que o componente (2, 3) é resfriado após sinterização a uma taxa de resfriamento de, no máximo, 15 K / s.

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o fato de que uma densidade de prensagem de 6,4 g / cm3 - 6,6 g / cm3 pode ser obtida comprimindo-se o pó.

17. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, caracterizado por a sinterização ser realizada a uma temperatura de sinterização que se encontra na faixa entre a linha de equilíbrio entre gama e gama + fusão do

Petição 870180134880, de 26/09/2018, pág. 11/12

5/5 diagrama de carbono do ferro e um máximo de 20%, acima da referida temperatura de equilíbrio, que corresponde à referida quantidade de carbono.