BR112017014277B1 - Composição de pó à base de ferro, uso de pelo menos um composto de titanato sintético, métodos de preparação de uma composição de pó à base de ferro e de produção de uma peça sinterizada à base de ferro com usinabilidade aprimorada, bem como componente sinterizado feito com a referida composição - Google Patents

Abstract

COMPOSIÇÃO DE METAL EM PÓ PARA USINAGEM FÁCIL. A presente invenção se refere a uma composição de pó à base de ferro compreendendo pelo menos um pó à base de ferro e uma quantidade menor de um aditivo melhorador da usinabilidade, o referido aditivo compreendendo pelo menos um composto de titanato. A invenção se refere ainda ao uso do aditivo melhorador da usinabilidade e um método para produzir um componente sinterizado à base de ferro para usinagem fácil.

Description

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a uma composição de metal em pó para produção de peças de metal em pó contendo um novo agente aprimorador da usinabilidade, assim como um método para produção de peças de metal em pó, com usinabilidade aprimorada.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Uma das principais vantagens da fabricação metalúrgica em pó é que se torna possível, por compactação e sinterização, produzir componentes em forma final ou muito próxima à forma final. No entanto, existem casos em que a usinagem subsequente é necessária. Por exemplo, isso pode ser necessário devido a altas exigências de tolerância ou porque o componente final tem uma forma tal que não pode ser pressionado diretamente, mas requer usinagem após sinteri- zação. Mais especificamente, geometrias como furos transversais à direção de compactação, entalhes e roscas, exigem a usinagem posterior.

[0003] Ao desenvolver continuamente novos aços sinterizados com maior resistência e maior dureza, a usinagem tornou-se um desafio na fabricação metalúrgica em pó de componentes. Muitas vezes, é um fator limitante ao avaliar se a fabricação metalúrgica em pó é o método mais econômico para a fabricação de um componente.

[0004] Hoje, existem várias substâncias conhecidas que são adi cionadasàs misturas de pó à base de ferro para facilitar a usinagem dos componentes após a sinterização. O aditivo em pó mais comum é o MnS (sulfeto de manganês), que é mencionado, por exemplo, no documento EP 0 183 666, descrevendo como a usinabilidade de um aço sinterizado é aprimorada pela mistura desse pó.

[0005] A Patente US n° 4 927 461 descreve a adição de 0,01% e 0,5% em peso de BN hexagonal (nitreto de boro) a misturas de pó à base de ferro para melhorar a usinabilidade após a sinterização.

[0006] A Patente US n° 5 631 431 refere-se a um aditivo para melhorar a usinabilidade das composições de pó à base de ferro. De acordo com esta patente, o aditivo contém partículas de fluoreto de cálcio que estão incluídas em uma quantidade de 0,1% a 0,6% em peso da composição de pó.

[0007] O pedido de patente japonês JP 08-095649 descreve um agente aprimorador da usinabilidade. O agente compreende Al2O3- SiO2-CaO e tem uma estrutura de cristal de anortita ou de gelenita. Anortita é um tectossilicato pertencente ao grupo feldspato, com dureza Mohs de 6 a 6,5 e a gelenita é um sorossilicato com dureza Mohs de 5-6.

[0008] A patente US n° 7.300.490 descreve uma mistura em pó para a produção de peças prensadas e sinterizadas consistindo em uma combinação de pó de sulfeto de manganês (MnS) e pó de fosfato de cálcio ou pó de hidróxi apatita.

[0009] A publicação WO 2005/102567 descreve uma combinação de pós de nitreto de boro hexagonal e de fluoreto de cálcio usados como agente aprimorador da usinagem.

[0010] Os pós contendo boro, tais como óxido de boro, ácido bóri co ou borato de amônio, em combinação com enxofre são descritos no Documento US 5.938.814.

[0011] Outras combinações de pó a serem usadas como aditivos de usinagem são descritas no Documento EP 1985393A1, a combina- ção contendo pelo menos um selecionado a partir de talco e esteatita e um ácido graxo.

[0012] O talco como agente aprimorador da usinagem é mencio nado no Documento JP1-255604.

[0013] O pedido de patente EP1002883 descreve uma mistura de combinação de metal em pó para fazer peças metálicas, especialmen-teinserções de assento de válvula. As combinações descritas contêm 0,5% - 5% de lubrificantes sólidos, a fim de proporcionar baixo desgaste por fricção e deslizamento, bem como avanços na usinabilidade. Em uma das modalidades, a mica é mencionada como um lubrificante sólido. Estes tipos de misturas em pó, utilizados para a produção de componentes resistentes ao desgaste e estáveis a altas temperaturas, contêm sempre grandes quantidades de elementos de liga, tipicamente acima de 10% em peso e fases duras, tipicamente carbonetos.

[0014] O Documento US 4,274,875 ensina um processo para a produção de artigos, semelhante ao descrito no Documento EP1002883, por metalurgia do pó, incluindo a etapa de adicionar mica em pó ao pó de metal antes da compactação e sinterização em quantidades entre 0,5% - 2% em peso. Especificamente, é revelado que qualquer tipo de mica pode ser usado.

[0015] Além disso, o pedido de patente japonês JP10317002 des creve um pó ou um compacto sinterizado com um coeficiente de fricção reduzido. O pó tem uma composição química de 1% - 10% em peso de enxofre, 3% - 25% em peso de molibdênio e o equilíbrio de ferro. Além disso, são adicionados materiais sólidos lubrificantes e de fase dura.

[0016] O Documento WO2010/074627 descreve uma composição de pó à base de ferro compreendendo, além de um pó à base de ferro, uma pequena quantidade de um aditivo aprimorador da usinabilidade, o referido aditivo compreendendo pelo menos um silicato do grupo de filossilicatos. Exemplos específicos do aditivo são muscovita, bentonita e caulinita.

[0017] A usinagem de componentes prensados e sinterizados é muito complexa e é influenciada por parâmetros como o tipo de sistema de liga do componente, a quantidade de elementos de liga, condições de sinterização, como temperatura, atmosfera e taxa de resfriamento, densidade sinterizada do componente, tamanho e forma do componente. Também é óbvio que o tipo de operação de usinagem e a velocidade da usinagem são parâmetros que têm grande importância do resultado da operação de usinagem. A diversidade de agentes aprimoradores da usinagem propostos a serem adicionados a compo-sições metalúrgicas em pó reflete a natureza complexa da tecnologia de usinagem de PM.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0018] A presente invenção descreve um novo aditivo contendo um titanato especificado, para melhorar a usinabilidade dos aços sinte- rizados. Especificamente, o novo aditivo facilita as operações de usi- nagem, como a perfuração de aços sinterizados, em especial a perfuração de componentes sinterizados contendo ferro, cobre e carbono, como as hastes de ligação, as tampas de rolamentos principais e os componentes de temporização da válvula variável (VVT). Outras operações de usinagem, tais como torneamento, moagem, formação de ranhura, escareamento, rosqueamento, etc., também são facilitadas pelo novo agente aprimorador da usinabilidade. Quando o novo aditivo é adicionado em aços pré-ligados, ligados por difusão, endurecidos por sinterização e aços inoxidáveis, pode ser alcançado um excelente desempenho no avanço da usinabilidade. Além disso, o novo aditivo pode ser usado em componentes a serem usinados por vários tipos de materiais de ferramentas, como aço de alta velocidade, carbonetos de tungstênio, cermetos, cerâmicas e nitreto de boro cúbico e a ferramen- ta também pode ser revestida.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0019] Um objetivo da presente invenção é proporcionar um novo aditivo em uma composição de metal em pó para avanço da usinabili- dade.

[0020] Outro objetivo da presente invenção é proporcionar tal adi tivo para ser utilizado em várias operações de usinagem de diferentes tipos de aços sinterizados.

[0021] Outro objetivo da presente invenção é proporcionar uma nova substância aprimoradora da usinabilidade que tenha nenhum ou insignificante impacto sobre as propriedades mecânicas do componente comprimido e sinterizado.

[0022] Outro objetivo da invenção é proporcionar uma composição metalúrgica em pó contendo o novo aditivo aprimorador da usinabili- dade, bem como um método de preparação de uma peça compactada a partir desta composição.

[0023] Outro objetivo da invenção é proporcionar um componente sinterizado com uma usinabilidade aprimorada, em particular um componente sinterizado contendo ferro-cobre-carbono.

[0024] Verificou-se agora que, ao incluir um agente aprimorador da usinabilidade compreendendo um composto de titanato definido em forma de pó à composição de pó à base de ferro, obtém-se um avanço surpreendentemente grande da usinabilidade de componentes sinteri- zados, feitos a partir da composição de pó à base de ferro. Além disso, o efeito positivo sobre a usinabilidade é obtido mesmo em quantidades muito baixas, portanto, o impacto negativo sobre a compressibilidade pela adição de substâncias adicionais será minimizado. Também foi demonstrado que a influência sobre as propriedades mecânicas do titanato adicionado é aceitável.

[0025] De acordo com a presente invenção, pelo menos um dos objetivos acima, bem como outros objetivos evidentes a partir da discussão abaixo, é alcançado pelos diferentes aspectos da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0026] As Figuras 1 e 2 apresentam o desgaste da aba de corte das ferramentas de usinagem antes e depois da usinagem das amostras sinterizadas.

[0027] A Figura 3 mostra amostras sinterizadas submetidas a teste de corrosão.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0028] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é proporcionada uma composição de pó à base de ferro compreendendo pelo menos um pó à base de ferro e uma pequena quantidade de um aditivo aprimorador da usinabilidade em forma de pó, o referido aditivo compreendendo pelo menos um composto titanato sintético em forma de pó, de acordo com a seguinte fórmula; MxO*nTiO2, em que x pode ser 1 ou 2 e n é um número de pelo menos 1 e abaixo de 20, de preferência abaixo de 10. M é um metal alcalino tal como Li, Na, K ou um metal alcalino-terroso tal como Mg, Ca, Ba, ou suas combinações. De acordo com uma modalidade do primeiro aspecto, o titanato contém pelo menos um metal alcalino.

[0029] De acordo com outra modalidade do primeiro aspecto, o composto de titanato pode ser escolhido a partir do grupo do titanato de lítio, titanato de sódio, titanato de potássio, titanato de potássio e lítio, titanato de potássio e magnésio, titanato de bário ou suas misturas. De acordo com outra modalidade do primeiro aspecto, o composto de titanato pode ser escolhido a partir do grupo de titanato de lítio, tita- nato de sódio, titanato de potássio, titanato de potássio e lítio, titanato de potássio e magnésio ou suas misturas, de preferência o composto de titanato é escolhido a partir do grupo de titanato de potássio e tita- nato de potássio e magnésio ou suas misturas.

[0030] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é proporcionado um novo aditivo aprimorador da usinagem, o referido aditivo compreendendo pelo menos um composto de titanato sintético na forma de pó de acordo com a seguinte fórmula; MxO*nTiO2, em que x pode ser 1 ou 2 e n é um número desde pelo menos 1 e abaixo de 20, de preferência abaixo de 10. M é um metal alcalino tal como Li, Na, K ou um metal alcalino-terroso tal como Mg, Ca, Ba, ou suas combinações.

[0031] Em uma modalidade do segundo aspecto, o titanato contém pelo menos um metal alcalino.

[0032] De acordo com outra modalidade do segundo aspecto, o composto de titanato pode ser escolhido a partir do grupo de titanato de lítio, titanato de sódio, titanato de potássio, titanato de potássio e lítio, titanato de potássio e magnésio, titanato de bário ou uma mistura destes. De acordo com outra modalidade do segundo aspecto, o composto de titanato pode ser escolhido a partir do grupo de titanato de lítio, titanato de sódio, titanato de potássio, titanato de potássio e lítio, titanato de potássio e magnésio ou suas misturas, de preferência o composto de titanato é escolhido do grupo de titanato de potássio e titanato de potássio e magnésio ou suas misturas.

[0033] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, proporciona-se a utilização de um composto de titanato sob a forma de pó, constituído por um aditivo aprimorador da usinagem em uma composição de pó à base de ferro. O referido titanato sendo pelo menos um composto de titanato sintético na forma de pó de acordo com a seguintefórmula; MxO*nTiO2, em que x pode ser 1 ou 2 e n é um número de pelo menos 1 e abaixo de 20, de preferência abaixo de 10. M é um metal alcalino tal como Li, Na, K ou um metal alcalino-terroso tal como Mg, Ca, Ba, ou suas combinações.

[0034] Em uma modalidade do terceiro aspecto, o titanato contém pelo menos um metal alcalino.

[0035] De acordo com uma modalidade do terceiro aspecto, o composto de titanato pode ser escolhido a partir do grupo de titanato de lítio, titanato de sódio, titanato de potássio, titanato de potássio e lítio, titanato de potássio e magnésio, titanato de bário ou uma mistura destes. Em outra modalidade do terceiro aspecto, o composto de tita- nato pode ser escolhido do grupo de titanato de lítio, titanato de sódio, titanato de potássio, titanato de potássio e lítio, titanato de potássio e magnésio ou uma mistura destes, de preferência o composto de titana- to é escolhido a partir do grupo de titanato de potássio e titanato de potássio e magnésio ou suas misturas.

[0036] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, é proporcionado um método de preparação de uma composição de pó à base de ferro, que compreende: proporcionar um pó à base de ferro; e misturar o pó à base de ferro com um aditivo aprimorador da usinabili- dade e com outros materiais opcionais, em forma de pó de acordo com os aspectos acima.

[0037] De acordo com um quinto aspecto da presente invenção, é proporcionado um método para produzir um componente sinterizado à base de ferro com uma usinabilidade aprimorada, compreendendo: preparar uma composição de pó à base de ferro de acordo com o aspecto acima; compactar a composição de pó à base de ferro a uma pressão de compactação de 400-1200 MPa; sinterizar a parte compactada a uma temperatura de 700-1350 °C; e opcionalmente tratar com calor o componente sinterizado.

[0038] De acordo com um sexto aspecto da presente invenção, é proporcionado um componente sinterizado contendo o novo agente aprimorador da usinabilidade de acordo com o aspecto acima. Em uma modalidade do sexto aspecto, o componente sinterizado contém ferro, cobre e carbono. Em outra modalidade, o componente sinteriza- do é escolhido a partir do grupo de hastes de ligação, tampas de rolamentos principais e componentes de temporização de válvula variável (VVT). De acordo com outra modalidade do sexto aspecto, o componente sinterizado contém um ou mais de outros elementos de liga tais como Ni, Mo, Cr, Si, V, Co, Mn etc.

[0039] O aditivo ou agente aprimorador da usinabilidade com preende um composto de titanato definido na forma de pó. O titanato em forma de pó tem de preferência uma forma que se distingue do ti- tanato fibroso, tendo a mesma composição química, na medida em que uma razão de aspecto média das partículas do composto de tita- nato é de no máximo 5. A razão de aspecto é definida como a razão da grande dimensão para uma das pequenas dimensões, geralmente é definida como uma razão de comprimento médio para diâmetro médio, ou seja, o comprimento médio dividido pelo diâmetro médio. A razão de aspecto pode ser determinada de acordo com uma análise de imagem sob microscópio. O titanato em forma fibrosa, ou seja, a razão de aspecto é superior a 5, pode ser difícil de misturar com outra composição de pó à base de Fe para obter uma mistura homogênea.

[0040] O composto de titanato é um grupo de cerâmica sintética com a fórmula química MxO*nTiO2, em que M = um metal alcalino tal como Li, Na, K ou um metal alcalino-terroso tal como Mg, Ca, Ba ou combinações destes, de modo que x pode ser 1 ou 2 e n é um número de 1 e acima, e abaixo de 20, de preferência abaixo de 10 e não necessariamente precisa ser um número inteiro. Exemplos de compostos de titanato que podem ser incluídos ou constituem o aditivo aprimora- dor da usinabilidade de acordo com a invenção, são titanato de lítio, titanato de sódio, titanato de potássio, titanato de lítio e potássio, tita- nato de potássio e magnésio e titanato de bário ou suas misturas; de preferência, o composto de titanato é escolhido a partir do grupo de titanato de potássio e titanato de potássio e magnésio ou suas misturas.

[0041] O aditivo aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção pode incluir ou ser misturado com outros aditivos aprimora- dores da usinagem conhecidos tais como sulfeto de manganês, nitreto de boro hexagonal, outras substâncias contendo boro, fluoreto de cálcio, mica tal como muscovita, talco, enstatita, bentonita, caulinita etc.

[0042] A quantidade de aditivo aprimorador da usinabilidade na composição de pó à base de ferro e, portanto, no componente sinteri- zado, pode estar entre 0,05% e 1,0% em peso, de preferência entre 0,05% e 0,5%, de preferência entre 0,05% e 0,4%, de preferência entre 0,05% e 0,3% e mais preferencialmente entre 0,1% e 0,3% em peso. As quantidades adicionadas de titanato ou de aditivo aprimorador da usinabilidade de acordo com a presente invenção na composição de pó à base de ferro de particular interesse estão acima de 0,1% e menos de 0,5% em peso, de preferência acima de 0,12% e até 0,4% em peso, tal como entre 0,15% e 0,4% em peso e mais preferencial-mente acima de 0,12% e até 0,3% em peso, tal como entre 0,15% e 0,3% em peso.

[0043] Menores quantidades podem não dar o efeito pretendido sobre a usinabilidade e quantidades mais elevadas podem ter uma influência negativa sobre as propriedades mecânicas.

[0044] O tamanho de partícula, X95, conforme medido de acordo com SS-ISO 13320-1, do titanato compreendido no aditivo aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção pode estar abaixo de 50 µm, de preferência abaixo de 40 µm, mais preferencialmente abaixo de 30 µm, mais preferencialmente abaixo de 20 µm, tal como abaixo de 15 µm ou abaixo de 10 µm. Alternativamente, ou adicionalmente, o tamanho de partícula médio, X50, pode ser inferior a 25 µm, de preferência abaixo de 20 µm, mais preferencialmente abaixo de 15 µm, mais preferencialmente abaixo de 10 µm, tal como 8 µm ou abaixo de 5 µm. No entanto, o tamanho de partícula é superior a 0,1 µm, de preferência mais de 0,5 µm, ou seja, pelo menos 95% em peso das partículas pode ser superior a 0,5 µm. Se o tamanho de partícula for inferior a 0,5 µm, pode ser difícil misturar o aditivo com outras composições de pó à base de Fe para obter uma mistura em pó homogênea. O tamanho de partícula muito fino também influenciará negativamente as propriedades de sinterização. Um tamanho de partícula acima de 50 µm pode influenciar negativamente a usinabilidade e propriedades mecânicas.

[0045] Assim, exemplos de distribuições de tamanho de partícula preferidas dos titanatos, contidos no agente aprimorador da usinabili- dade de acordo com a presente invenção, são; X95 abaixo de 50 µm, X50 abaixo de 25 µm e pelo menos 95% em peso acima de 0,1 µm, ou,

[0046] X95 abaixo de 30 µm, X50 abaixo de 15 µm e pelo menos 95% em peso acima de 0,1 µm, ou,

[0047] X95 abaixo de 20 µm, X50 abaixo de 10 µm e pelo menos 95% em peso acima de 0,5 µm.

Composição de pó à base de ferro

[0048] O aditivo aprimorador da usinagem de acordo com a inven ção pode ser utilizado em essencialmente quaisquer composições de pó ferroso. Assim, o pó à base de ferro, compreendido na composição de pó à base de ferro, pode ser um pó de ferro puro tal como pó de ferro atomizado, pó de ferro reduzido e semelhantes. Também podem ser utilizados pós pré-ligados, tais como pó de aço de baixa liga e pó de aço inoxidável, incluindo elementos de liga, tais como Ni, Mo, Cr, Si, V, Co, Mn, Cu, bem como pó de aço parcialmente ligado, em que os elementos de liga são difundidos ligados à superfície do pó à base de ferro. A composição de pó à base de ferro também pode conter elementos de liga na forma de pó, ou seja, um pó ou pós contendo elemento(s) de liga estão presentes na composição de pó à base de ferro como partículas discretas.

[0049] O aditivo aprimorador da usinagem está presente na com posição em forma de pó. As partículas em pó de aditivo podem ser misturadas com a composição de pó à base de ferro como partículas em pó livres ou ser ligadas às partículas em pó à base de ferro, por exemplo, por meio de um agente de ligação.

[0050] A composição de pó à base de ferro de acordo com a in venção também pode incluir outros aditivos tais como grafite, aglutinantes e lubrificantes e outros agentes aprimoradores da usinabilidade convencionais. O lubrificante pode ser adicionado a 0,05% - 2% em peso, de preferência 0,1% - 1% em peso. O grafite pode ser adicionado a 0,05% - 2% em peso, de preferência 0,1% - 1% em peso.

Processo

[0051] A fabricação metalúrgica em pó de componentes de acordo com a invenção pode ser realizada de uma maneira convencional, isto é, pelo seguinte processo: pó à base de ferro, por exemplo, o ferro ou o pó de aço, pode ser misturado com quaisquer elementos de liga desejados, tais como níquel, cobre, molibdênio e opcionalmente carbono, bem como o aditivo aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção. Os elementos de liga também podem ser adicionados como pré-ligados ou ligados por difusão ao pó à base de ferro ou como uma combinação entre elementos de liga misturados, pó de liga de difusão ou pó pré-ligado. Esta mistura em pó pode ser misturada com um lubrificante convencional, por exemplo, estearato de zinco ou cera de ami- da, antes da compactação. Partículas mais finas na mistura podem ser ligadas ao pó à base de ferro por meio de uma substância de ligação para minimizar a segregação e melhorar a fluidez da mistura em pó. A mistura em pó pode, depois disso, ser compactada em uma ferramen- ta de prensa, obtendo o que é conhecido como um corpo verde próximo da geometria final. A compactação geralmente ocorre a uma pressão de 400-1200MPa. Após a compactação, o compacto pode ser sin- terizado a uma temperatura de 700-1350 °C e são dadas as suas resistência, dureza, alongamento finais, etc. Opcionalmente, a parte sin- terizada pode ser ainda tratada termicamente para alcançar as micro- estruturas desejadas.

EXEMPLOS

[0052] A presente invenção será ilustrada nos seguintes exemplos não limitativos:

Agentes aprimoradores da usinabilidade

[0053] As substâncias de acordo com a tabela a seguir (tabela 1) foram utilizadas como exemplos dos agentes aprimoradores da usina- bilidade de acordo com a invenção. Tabela 1, composição química de agentes aprimoradores da usi- nabilidade usados 1 Outros óxidos incluem SiO2, Al2O3, ZrO2, Fe2O3 2 * A razão é exibida como o número ‘n’ na fórmula do titanato, MxO*nTiO2

[0054] Tabela 2 mostra a distribuição típica de tamanho de partícu la, conforme medido de acordo com SS-ISO 13320-1, para as substâncias listadas na tabela 1. Tabela 2, distribuição típica do tamanho de partícula das substâncias de acordo com a tabela 1

Exemplo 1

[0055] Cinco composições de pó à base de ferro foram preparadas misturando o pó de ferro atomizado puro ASC100.29 disponível por Hoganas AB, Suécia, 2% em peso de um pó de cobre Cu165 Disponível por ACuPowder, EUA; 0,85% em peso de um pó de grafite Gr1651 disponível por Asbury Graphite, EUA e 0,75% em peso de um lubrificante, Acrawax C disponível por Lonza, EUA. A mistura n° 1 foi utilizada como referência e não continha qualquer substância aprimoradora da usinabilidade, enquanto as misturas nos 2-5 continham 0,15% em peso de um agente aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção.

[0056] As misturas foram compactadas em amostras de Transvers Rapture Strength (TRS) de acordo com SS-ISO 3325 para uma densidade verde de 6,8 g / cm3, seguido de sinterização a 1120 °C em uma atmosfera de 90% de nitrogênio / 10% de hidrogênio por um período de tempo de 30 minutos. Após o resfriamento até a temperatura ambiente, as amostras foram testadas quanto à resistência ao corte transversal de acordo com SS-ISO 3325, dureza (HRB) de acordo com SS- EN ISO 6506. A variação dimensional (DC) entre a matriz de compactação e as amostras sinterizadas também foi medida. Tabela 3, resultados de testes mecânicos

[0057] Como é evidente a partir da tabela 3, a adição dos vários agentes aprimoradores da usinagem de acordo com a invenção, adicionados a um teor de 0,15% em peso, não tem influência significativa sobreas propriedades sinterizadas e mecânicas.

[0058] Além disso, as misturas foram compactadas em amostras verdes em forma de anéis, altura = 20 mm, diâmetro interno = 35 mm, diâmetro externo = 55 mm, pressionando de forma uniaxial a uma densidade verde de 6,9 g / cm3, seguida de sinterização a 1120 °C em uma atmosfera de 90% de nitrogênio / 10% de hidrogênio durante um período de tempo de 30 minutos. Após o arrefecimento até a temperatura ambiente, as amostras foram testadas quanto à usinabilidade.

[0059] Os testes de usinabilidade foram realizados usando brocas de aço de alta velocidade (não revestidas) planas de 1/8 de polegada para perfurar furos cegos com uma profundidade de 18 mm em condições úmidas, ou seja, com refrigerante. Os vários agentes aprimorado- res da usinagem de acordo com a invenção foram avaliados em relação à distância de corte total antes da falha da broca, por exemplo, ferramenta de corte muito gasta ou quebrada. A Tabela 4 mostra os resultados dos testes de usinabilidade. Tabela 4, resultados do teste de usinabilidade

[0060] A Tabela 4 mostra claramente que todos os agentes apri moradores da usinagem testados de acordo com a invenção proporcionam um grande avanço na usinabilidade do material sinterizado em comparação com o material sem o agente aprimorador.

Exemplo 2

[0061] O exemplo a seguir ilustra o impacto do tamanho de partí cula do agente aprimorador da usinabilidade titanato de potássio sobre a usinabilidade. Foram preparadas composições similares de pó à base de ferro como descrito no exemplo 1, com a exceção de que o tita- nato de potássio com várias distribuições de tamanho de partícula foi utilizado. Foram preparadas amostras sinterizadas de acordo com o exemplo 1 e foi realizado um teste de perfuração semelhante ao descrito no exemplo 1. A tabela 5 a seguir mostra os parâmetros e resultados da usinagem. Tabela 5, parâmetros de usinagem e resultados do teste de usi- nabilidade * O teste foi encerrado sem quebra da ferramenta

[0062] Para a mistura nos 7-9, não foi obtida nenhuma falha na fer ramenta de corte mesmo após um corte de 3240 mm, para a mistura n° 10, falha na ferramenta de corte foi obtida após uma distância de corte de 954 mm, que ainda é um grande avanço em comparação com o resultado obtido a partir da mistura n° 6, sem adição de agente apri- morador da usinabilidade. A Figura 1 apresenta o desgaste da ponta de corte da broca antes e depois da usinagem. A figura revela que o agente aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção mitiga o desgaste da ponta de corte em um nível surpreendentemente alto. Apenas um desgaste menor pode ser detectado após uma distância de corte de 3240 mm, em comparação com o desgaste excessivo da ponta de corte que resultou em quebra da ferramenta após apenas uma distância de corte de 54 mm, quando não é utilizado nenhum agente de aprimoramento da usinabilidade.

Exemplo 3

[0063] O exemplo a seguir ilustra o efeito do agente aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção, em comparação com os referidos agentes conhecidos. Nas composições de pó à base de ferro comparativas, utilizaram-se agentes aprimoradores de usinabilidade conhecidos: na mistura n° 12, um pó de fluoreto de cálcio com uma distribuição de tamanho de partícula de X95 = 9 µ m e, na mistura n° 13, um pó de sulfeto de manganês, MnS, com uma distribuição do tamanho de partícula de X95 = 10 µm. As misturas nos 14-16, 16a e 16b continham o agente aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção como descrito no exemplo 2, mistura n° 7. As composições de pó à base de ferro e as amostras de teste foram preparadas de acordo com a descrição no exemplo 1. O teste de usinabilidade foi realizado de acordo com o exemplo 1, com a exceção de que foram usadas brocas de aço de alta velocidade revestidas com TiN, as brocas com um diâmetro de 1/8 de polegada e furos foram perfuradas em seco, ou seja, sem refrigerante, até uma profundidade de 10 mm.

[0064] A tabela 6 a seguir mostra o aditivo aprimorador da usinabi- lidade e os resultados dos testes. Tabela 6, parâmetros de usinagem e resultados do teste de usi- nabilidade * Teste foi encerrado sem quebra da ferramenta

[0065] O teste de usinabilidade das amostras feito a partir das mis turas nos 13 e 16, 16a e 16b foi interrompido após a distância de corte de 3600 mm sem falha na ferramenta. Os resultados mostram que quando o agente aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção foi adicionado em uma quantidade inferior a 0,15% em peso, o desempenho no avanço da usinabilidade foi limitado e inconsistente. No entanto, até mesmo quantidades tão baixas quanto 0,05% ainda proporcionam algum avanço em comparação a quando nenhum agente aprimorador da usinabilidade é usado.

[0066] Antes da compactação, Hall Flow de acordo com ISO 4490 2008 foi determinado para as misturas de acordo com a tabela 6a a seguir. As amostras de resistência à ruptura transversal (TRS) de acordo com SS-ISO 3325 foram preparadas do mesmo modo descrito no exemplo 1. A força verde de acordo com ISO 3995-1985 foi determinada quanto a algumas das amostras de TRS verdes não sinteriza- das e as amostras de TRS restantes foram submetidas a um processo de sinterização e, posteriormente, testadas quanto à resistência à transversal como descrito no exemplo 1. Também foram determinadas mudanças dimensionais entre a matriz de compactação e as amostras sinterizadas.

[0067] A Tabela 6a apresenta os resultados do teste de fluxo de Hall, o teste de resistência verde em amostras não sinterizadas, a de-terminação da mudança dimensional entre a matriz e as amostras sin- terizadas e o teste da resistência à ruptura transversal das amostras sinterizadas. Tabela 6a, Fluxo, Força Verde (GS), Mudança Dimensional (DC) e Resistência à ruptura transversal (TRS)

[0068] Como evidente a partir da tabela 6a, as adições do titanato a um teor de 0,5% ou mais, as propriedades do material, tais como fluxo da mistura em pó, resistência verde das amostras compactadas, mudança dimensional e resistência à ruptura transversal, são significativamente afetadas.

Exemplo 4

[0069] O exemplo a seguir ilustra o efeito do agente aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção, em comparação com esses agentes conhecidos ao cortar amostras endurecidas por sinteriza- ção contendo mais de 90% de microestrutura martensítica. As composições de pó à base de ferro foram preparadas misturando um pó de ferro pré-ligado Astaloy MoNi (Fe +1,2% Mo +1,35% Ni +0,4% Mn) disponível por North American Hoganas, EUA, 2% em peso de um pó de cobre Cu165 disponível por ACuPowder; EUA; 0,9% em peso de um pó de grafite Gr1651 disponível por Asbury Graphite; EUA; e 0,6% em peso de um lubrificante, Introlube E disponível por Hoganas AB, Suécia. A mistura n° 17 foi utilizada como referência e não continha nenhum agente aprimorador da usinabilidade, enquanto a mistura n° 18 continha 0,5% em peso de um agente aprimorador da usinabilidade conhecido sulfato de manganês, MnS, descrito no exemplo 3. A mistura n° 19 continha 0,15% em peso do agente aprimorador da usinabili- dade de acordo com a invenção como descrito no exemplo 3.

[0070] As misturas foram compactadas em amostras verdes em forma de anéis de acordo com a descrição no exemplo 1. As amostras verdes foram então sinterizadas de acordo com a descrição no exemplo 1, exceto que foi utilizada uma taxa de arrefecimento de 2 graus Celsius por segundo para arrefecer as amostras à temperatura ambiente. Depois de terem sido temperados a 204 °C durante uma hora no ar, as amostras foram utilizadas para ensaios de usinabilidade.

[0071] O teste de usinabilidade foi realizado em uma operação de rotação. As inserções de nitreto de boro cúbico (cBN) foram utilizadas para cortar as amostras em condições secas, ou seja, sem refrigerante, até que o desgaste excessivo da ferramenta (mais de 200 µm) foi observado. A tabela 7 a seguir mostra os parâmetros de usinagem e os resultados do teste de usinabilidade. Tabela 7, parâmetros de usinagem e resultados do teste de usi-nabilidade * Teste foi encerrado com menor desgaste da ferramenta da cratera

[0072] A Figura 2 apresenta o estado do desgaste da ferramenta após a usinagem das amostras contendo o agente aprimorador da usinabilidade. A tabela e a figura revelam que o agente aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção mitiga o desgaste da ferramenta em um nível surpreendentemente alto. Somente o desgaste menor da cratera pode ser detectado após uma distância de corte de 4898 m, em comparação com a quebra da ferramenta observada após a distância de corte de 754 m, quando nenhum agente aprimorador da usinabilidade foi usado e as ferramentas quebradas observadas após uma distância de corte de 1036 m quando o agente aprimorador da usinabilidade conhecido MnS foi usado. Está, assim, provado que o agente aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção pode proporcionar um grande avanço da usinabilidade para os aços endure-cidos por sinterização.

Exemplo 5

[0073] O exemplo a seguir ilustra o efeito do agente aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção em comparação com esses agentes conhecidos ao cortar amostras de aço inoxidável. As composições de pó à base de ferro foram preparadas misturando um pó de aço inoxidável 304L (Fe +18,5% Cr +11% Ni +0,9% Si) disponível por North American Hoganas, EUA e 1,0% em peso de um lubrifi- cante, Acrawax C disponível por Lonza, EUA. A mistura n° 20 foi utilizada como referência e não continha nenhum agente aprimorador da usinabilidade, enquanto a mistura n° 21 continha 0,5% em peso do agente aprimorador da usinabilidade conhecido, sulfeto de manganês, MnS, descrito no exemplo 3. A mistura n° 22 continha 0,15% em peso do agente aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção, como descrito no exemplo 3.

[0074] As misturas foram compactadas em amostras verdes em forma de anéis de acordo com a descrição no exemplo 1 a uma densidade verde de 6,5 g / cm3, seguido de sinterização a 1315 °C em uma atmosfera de 100% de hidrogênio por um período de tempo de 45 minutos.Após o arrefecimento até a temperatura ambiente, as amostras foram utilizadas para testes de usinabilidade.

[0075] O teste de usinabilidade foi realizado em uma operação de rotação. As inserções de carboneto revestidas de tungstênio foram usadas para cortar as amostras em condições úmidas, isto é, com refrigerante,até que o desgaste excessivo da ferramenta (mais de 200 µm) foi observado. Tabela 8, parâmetros de usinagem e os resultados do teste de usinabilidade

[0076] Para a mistura n° 22, apenas um menor desgaste inicial da ferramenta foi obtido após um corte de 5087 mm, ao passo que, para as misturas n° 20 e 21, o desgaste excessivo da ferramenta foi obtido após o corte da mesma distância. Os resultados mostram que o agen- te aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção facilita a operação de usinagem muito mais do que o agente aprimorador da usinagem conhecido MnS, embora o agente aprimorador da usinabili- dade de acordo com a invenção tenha sido adicionado em uma quantidade menor. Pode também ser notado que, em um teor tão pequeno quanto 0,15%, o agente aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção tem um efeito superior sobre o avanço da usinabilidade dos aços inoxidáveis.

Exemplo 6

[0077] Este exemplo mostra o impacto para o agente aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção sobre a corrosão de amostras sinterizadas. Foram preparadas composições de pó à base de ferro, como descrito no exemplo 1. Uma composição não continha nenhum agente aprimorador da usinabilidade, outra composição continha 0,5% em peso de MnS e uma terceira composição continha 0,15% de titanato de potássio com X95 = 9 µm. As amostras verde e sinterizada na forma de anéis foram preparadas como descrito no exemplo 1. As amostras sinterizadas foram, então, colocadas em uma câmara de umidade a 45 °C e uma umidade relativa de 95%. As amostras foram examinadas visualmente no início do teste, após um dia e após quatro dias.

[0078] A Figura 3 mostra que quase nenhuma corrosão pôde ser detectada após quatro dias para a amostra contendo o novo agente aprimorador da usinabilidade, em contraste com a amostra contendo MnS que apresenta corrosão severa. Quando comparado com as amostras sem qualquer agente aprimorador da usinabilidade, pode até ser concluído que o agente aprimorador da usinabilidade de acordo com a invenção tem algum efeito protetor contra corrosão.

Exemplo 7

[0079] Exemplo 7 ilustra que quando o titanato como agente apri- morador da usinabilidade não contém qualquer metal alcalino, isto é, consiste em um titanato de metal alcalino-terroso, a usinabilidade só é afetada de forma limitada.

[0080] Foram preparadas quatro composições de pó à base de ferro, misturando o pó de ferro atomizado puro ASC100.29 disponível por Hoganas AB, Suécia; 2% em peso de um pó de cobre Cu165 disponível por ACuPowder, EUA; 0,85% em peso de um pó de grafite Gr1651 disponível por Asbury Grafite, EUA e 0,75% em peso de um lubrificante Acrawax C disponível por Lonza, EUA. A mistura n° 23 foi utilizada como referência e não continha qualquer substância aprimo- radora da usinabilidade, enquanto as misturas nos 24-26 continham 0,15% em peso de um agente aprimorador da usinabilidade. O tamanho de partícula da substância PT foi X95 = 9 µm; para a substância BT, o tamanho de partícula foi X95 = 7 um e, para a substância CT, o tamanho de partícula foi X95 = 10um.

[0081] As misturas foram compactadas em amostras verdes em uma forma de anéis, altura = 20mm, diâmetro interno = 35mm, diâmetro externo = 55mm, pressionando de forma uniaxial para uma densidade verde de 6,9 g / cm3 seguida de sinterização a 1120 °C em uma atmosfera de 90% de nitrogênio / 10% de hidrogênio durante um período de tempo de 30 minutos. Após o arrefecimento até a temperatura ambiente, as amostras foram testadas quanto à usinabilidade. Os testes de usinabilidade foram realizados usando brocas de aço de alta velocidade (não revestidas) planas de 1/8 de polegada para perfurar furos cegos com uma profundidade de 18 mm em condições úmidas, ou seja, com refrigerante. Os agentes aprimoradores da usinabilidade foram avaliados em relação à distância de corte total antes da falha da broca, por exemplo, ferramenta de corte muito gasta ou quebrada. A Tabela 9 mostra os resultados dos testes de usinabilidade. Tabela 9, parâmetros de usinagem e resultados do teste de usi- Nabilidade * O teste foi encerrado sem quebra da ferramenta

[0082] A Tabela 9 mostra que foi obtido um avanço limitado para a mistura 26 em comparação com o avanço significativo da usinabilidade observada para a amostra de acordo com a invenção, mistura n° 24. A mistura n° 25 mostra alguns avanços.

Claims (14)

1. Composição de pó à base de ferro, caracterizada pelo fato de que compreende uma quantidade pequena de um aditivo aprimo- rador de usinabilidade, sendo que o referido aditivo compreende pelo menos um composto de titanato sintético na forma de pó, sendo que o composto de titanato é de acordo com a seguinte fórmula: MxO*nTiO2, em que x pode ser 1 ou 2 e n é um número de pelo menos 1 e abaixo de 20, de preferência abaixo de 10; M é um metal alcalino tal como Li, Na, K ou um metal alcalino-terroso tal como Mg, Ca, Ba, ou suas combinações, em que o teor do aditivo aprimorador de usinabilidade está entre 0,1 e 0,3% em peso; em que o tamanho de partícula do composto de titanato expresso como X95 é inferior a 20 µm, tal como abaixo de 15 µm ou abaixo de 10 µm.

2. Composição de pó à base de ferro de acordo com a rei-vindicação 1, caracterizada pelo fato de que o composto de titanato sintético contém pelo menos um metal alcalino.

3. Composição de pó à base de ferro de acordo com a rei-vindicação 1, caracterizada pelo fato de que o composto de titanato sintético é escolhido a partir do grupo de titanato de lítio, titanato de sódio, titanato de potássio, titanato de potássio e lítio, titanato de potássio e magnésio, titanato de bário ou suas misturas.

4. Composição de pó à base de ferro de acordo com a rei-vindicação 1, caracterizada pelo fato de que o composto de titanato sintético é escolhido a partir do grupo do titanato de lítio, titanato de sódio, titanato de potássio, titanato de potássio e lítio, titanato de potássio e magnésio ou suas misturas.

5. Composição de pó à base de ferro de acordo com a rei-vindicação 2, caracterizada pelo fato de que o composto de titanato sintético é escolhido a partir do grupo do titanato de potássio e titanato de potássio e magnésio ou suas misturas.

6. Composição de pó à base de ferro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a razão de aspecto das partículas de composto de titanato é no máximo de 5.

7. Composição de pó à base de ferro de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o teor do composto de titanato é superior a 0,1% e inferior a 0,5% em peso, de preferência acima de 0,12 e até 0,4% em peso e, mais preferencialmente, acima de 0,12% e até 0,3% em peso.

8. Uso de pelo menos um composto de titanato sintético compreendido em um aditivo aprimorador da usinabilidade, caracterizado pelo fato de ser em uma composição de pó à base de ferro, sendo que pelo menos um composto de titanato sintético está sob a forma de pó e o composto de titanato é de acordo com a seguinte fórmula: MxO*nTiO2, em que x pode ser 1 ou 2 e n é um número de pelo menos 1 e abaixo de 20, de preferência abaixo de 10; M é um metal alcalino tal como Li, Na, K ou um metal alcalino-terroso tal como Mg, Ca, Ba, ou suas combinações, em que o teor do aditivo aprimorador de usina- bilidade está entre 0,1 e 0,3% em peso; em que o tamanho de partícula do composto de titanato expresso como X95 é inferior a 20 µm, tal como abaixo de 15 µm ou abaixo de 10 µm.

9. Método de preparação de uma composição de pó à base de ferro, caracterizado pelo fato de que compreende: - fornecer um pó à base de ferro; e - misturar o pó à base de ferro com um aditivo aprimorador da usinabilidade e outros materiais em pó opcionais, o aditivo aprimo- rador da usinabilidade compreendendo pelo menos um composto de titanato, em que pelo menos um composto de titanato sintético está em forma de pó e o composto titanato sendo de acordo com a seguin- te fórmula: MxO*nTiO2, em que x pode ser 1 ou 2 e n é um número de pelo menos 1 e abaixo de 20, de preferência abaixo de 10; M é um metal alcalino tal como Li, Na, K ou um metal alcalino-terroso tal como Mg, Ca, Ba, ou suas combinações, e em que o teor do aditivo aprimorador de usinabilidade está entre 0,1 e 0,3% em peso; em que o tamanho de partícula do composto de titanato expresso como X95 é inferior a 20 µm, tal como abaixo de 15 µm ou abaixo de 10 µm.

10. Método para produção de uma peça sinterizada à base de ferro com uma usinabilidade aprimorada, caracterizado pelo fato de que compreende: - preparar uma composição de pó à base de ferro conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 7; - compactar a composição de pó à base de ferro a uma pressão de compactação de 400-1200 MPa; - sinterizar a peça compactada a uma temperatura de 7001350 °C; e - opcionalmente, tratar com calor a peça sinterizada.

11. Componente sinterizado, caracterizado pelo fato de que é produzido a partir de uma composição de pó à base de ferro contendo um agente aprimorador da usinabilidade, sendo que o referido agente aprimorador da usinabilidade contém pelo menos um composto de titanato sintético, em que pelo menos um composto de titanato sintético está sob a forma de pó e o composto de titanato é de acordo com a seguinte fórmula: MxO*nTiO2, em que x pode ser 1 ou 2 e n é um número de 1 e acima, e em que o teor do aditivo aprimorador de usinabilidade está entre 0,1 e 0,3% em peso; em que o tamanho de partícula do composto de titanato expresso como X95 é inferior a 20 µm, tal como abaixo de 15 µm ou abaixo de 10 µm.

12. Componente sinterizado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido composto de titanato é escolhido a partir do grupo de titanato de lítio, titanato de sódio, titanato de potássio, titanato de potássio e lítio, titanato de potássio e magnésio, titanato de bário ou suas misturas.

13. Componente sinterizado de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 12, caracterizado pelo fato de que o componente sinterizado contém ainda ferro, cobre e carbono.

14. Componente sinterizado de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que o referido componente sinterizado é escolhido a partir do grupo de hastes de ligação, tampas de rolamentos principais e componentes de temporizaçãode válvula variável (VVT).