BRPI0606966B1 - Método e material para infiltrar uma peça de metal em pó - Google Patents
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Abstract
ligas com base em cobre e seu uso para infiltração de partes de metal de pó. descritas são formas forjadas de ligas (20) de cobre para infiltrar partes (1) de metal de pó, o método para preparar as ligas de cobre e suas formas forjadas, o método para sua infiltração em uma parte de metal de pó, e a parte de metal infiltrado infiltrada com as novas ligas tendo uma distribuição geralmente uniforme por toda parte e exibir resistência à ruptura transversal alta, resistência à tração e resistência ao rendimento. partes de metal infiltradas preparadas infiltrando-se partes de metal de pó com quantidades reduzidas do novo infiltrante tipicamente pesam menos e têm resistências superiores comparadas à partes de metal infiltradas preparadas semelhantemente com métodos padrões e infiltração convencional.
Description
"MÉTODO E MATERIAL PARA INFILTRAR UMA PEÇA DE METAL EM PÓ" REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS O presente pedido reivindica prioridade ao Pedido de Patente Provisório dos Estados Unidos No. Serial 60/652.333 depositado no dia 11 de fevereiro de 2005 que está por este meio incorporado por referência em sua totalidade .
ANTECEDENTE A presente descrição se refere à fabricação e uso de ligas de metal, e em particular, ao uso de ligas de metal para infiltrar peças de metal em pó. Pó de metal pode ser usado para economicamente formar uma variedade de componentes metálicos moldados de complexo ou compactos usando um processo de sinterização e compressão. O uso deste método fornece uma peça de metal em pó em forma de rede próxima, isto é, na forma e tamanho desejados, sem ou mínima usinagem requerida. Porém, as peças de metal em pó resultantes são unidas livremente e exibem resistência à fadiga e impacto relativamente baixa. Estas propriedades podem ser melhoradas infiltrando-se as peças com infiltrantes que são tipicamente pós com base em cobre que podem conter componentes opcionais, por exemplo, lubrificantes e grafita. O pó infiltrante infiltra a estrutura porosa das peças de metal em pó durante o processo de sinterização. Os pós infiltrantes são tipicamente uma mistura de cobre e um ou metais mais adicionais. O processo de infiltração para um infiltrante com base em cobre geralmente começa, colocando-se o infiltrante em pó com base em cobre em contato com a peça de metal em pó sinterizado e/ou comprimido e submetendo-se esta combinação a um processo de aquecimento que funde o pó com base em cobre. Como o pó infiltrante funde-se, o material fundido flui nos poros do compacto. Componentes do infiltrante podem fun-dir-se e difundir-se no compacto em taxas diferentes. Como um resultado, a distribuição de cobre ao longo da peça de metal em pó infiltrado pode variar. Artigos infiltrados tendo uma distribuição desigual de cobre são mais propensos a romper quando submetidos em uma variedade de resistências.
Tipicamente, um fornecedor ou usuário do infiltrante comprimirá o pó infiltrante em uma forma particular, tal como um cilindro oco, briquete ou pelota, para facilitar a manuseio, transporte e/ou armazenamento, e maximizar sua área de superfície que entra em contato com o artigo a ser infiltrado. Nestas várias formas, os compactos infiltrantes comprimidos podem em seguida ser transportados e utilizados em uma variedade de processos de infiltração. Porém, estes compactos infiltrantes comprimidos permanecem frágeis e propensos ao rompimento durante seu embarque e manuseio. Este rompimento aumenta os custos de manuseio e desperdício bem como custos ambientais incorridos para administrar as partículas infiltrantes resultantes ou poeiras que podem ser suspensas no ar e finalmente assentadas sobre as superfícies de trabalho. Os trabalhadores devem ser protegidos da inalação desta poeira, assim sua remoção do lugar de trabalho é necessária. Portanto, levando em conta o anterior, infiltrantes melhorados e métodos para a sua incorporação em peças de metal em pó são necessários. Tais infiltrantes melhorados e métodos para seu uso deveriam evitar uma maioria das desvantagens dos pós infiltrantes descritos acima. Particularmente, tais infiltrantes melhorados não deveriam estar propensos ao rompimento e pulverização, deveriam fundir-se dentro de uma faixa de temperatura geralmente estreita, na infiltração em um compacto de metal em pó, fornecer niveis de cobre geralmente uniformes e conceder resistência ao artigo infiltrado suficiente para seu uso pretendido. A presente descrição volta-se para estas necessidades.
SUMÁRIO
Um aspecto da descrição fornece um método para infiltrar uma peça de metal em pó com uma forma forjada de uma liga de metal. O processo pode incluir selecionar a peça de metal em pó, selecionar a liga de metal que tem uma forma forjada adaptada para contatar uma porção da superfície da peça de metal em pó, contatar a superfície da peça de metal com a liga e aquecer a liga em uma temperatura suficiente para fazer a liga fundir e infiltrar a peça de metal em pó.
Uma variedade de peças de metal em pó é adequada para infiltração com a nova liga fornecida de seus componentes fundidos em uma temperatura mais alta do que a liga. Além das peças do metal em pó com base em ferro convencionais, peças de metal em pó podem da mesma forma ser baseadas em uma variedade de outros materiais incluindo, mas não limitados a aço imaculado, ligas com base em níquel, ligas com base em cobalto e sistemas que compreendem metais refratá-rios. O termo "peça de metal em pó" está destinado a cobrir amplamente qualquer peça de metal em pó que pode ser infiltrada com uma liga com base em cobre para formar uma peça de metal mais densa.
Em uma modalidade, a liga de metal compreende cobre, ferro, e, opcionalmente, manganês e zinco, com cobre sendo o componente principal. Em uma modalidade preferida, a liga com base em cobre inclui pelo menos cerca de 85 % em peso de cobre, cerca de 0,5 a cerca de 3,5 % em peso de ferro, cerca de 0,5 a cerca de 5,5 % em peso de manganês, e cerca de 0,5 a cerca de 5,5 % em peso de zinco. A liga com base em cobre pode incluir quantidades menores de várias impurezas ou elementos contaminantes sem afetar significativamente os parâmetros de processo e/ou as propriedades do produto infiltrado final. O processo de infiltração de acordo com a descrição presente pode incluir contatar a peça de metal em pó com uma forma forjada de um infiltrante de liga; submeter os componentes combinados a um tratamento de calor, incluindo um processo de uma etapa ou um de dois estágios; e submeter a parte infiltrada quente a um ciclo de arrefescimento para solidificar o infiltrante. Durante o tratamento de calor a liga é aquecida a uma temperatura suficientemente alta para formar uma liga fundida que flui nos poros da peça de metal em pó. Este processo fornece uma peça de metal em pó infiltrada que exibe maior resistência ao uso e resistência aumentada em niveis de infiltração mais baixos comparados às peças infiltradas por outros processos conhecidos e com outros infiltrantes conhecidos. O processo pode ser conduzido em uma variedade de condições atmosféricas tal como, por exemplo, um vácuo ou vácuo parcial, ou uma atmosfera altamente redutora que pode incluir nitrogênio e/ou hidrogênio ou uma atmosfera endotérmica.
Em outro aspecto da descrição, uma peça de metal infiltrada preparada de acordo com o método da descrição exibe uma distribuição geralmente uniforme de cobre por toda parte e propriedades mecânicas melhoradas que incluem, mas não são limitadas a, resistência à ruptura transversal aumentada, resistência à tração aumentada, e resistência ao rendimento aumentada, comparadas a uma peça de metal infiltrada empregando um método de infiltração conhecido. As resistências melhoradas são particularmente notadas em níveis de infiltração mais baixos.
Um outro aspecto desta descrição inclui o método para preparar uma liga de infiltração em uma forma tendo uma forma tridimensional. O método compreende formar uma mistura contendo pelo menos cerca de 85 % em peso de cobre, cerca de 0,5 a cerca de 3,5 % em peso ferro, cerca de 0,5 a cerca de 5,5 % em peso de manganês, e cerca de 0,5 a cerca de 5,5 % em peso de zinco; aquecer a mistura em uma temperatura suficiente para formar uma massa fundida homogênea; transferir a massa fundida em uma forma tridimensional e solidificar a referida massa fundida formada por resfriamento. Outros objetos, modalidades, formas, benefícios, aspectos, características e vantagens da descrição podem ser obtidos a partir da descrição, desenhos, e reivindicações fornecidos abaixo.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é uma visão perspectiva de uma peça de metal em pó exemplar mostrando um infiltrante de liga de acordo com um aspecto da descrição, ilustrativamente mostrado na forma de um arame flexível. A Figure 2 é uma visão perspectiva de uma peça de metal em pó exemplar mostrando um infiltrante de liga de acordo com um aspecto da descrição, ilustrativamente mostrado na forma de um anel ou lavadora. A Figura 3 é uma visão perspectiva de peça de metal em pó exemplar mostrando um infiltrante de liga de acordo com um aspecto da descrição, ilustrativamente mostrado na forma de um disco. A Figura 4 é uma visão perspectiva de peça de metal em pó exemplar mostrando um infiltrante de liga de acordo com um aspecto da descrição, ilustrativamente mostrado na forma de uma pastilha. A Figura 5 mostra a imagem de uma partícula em pó XF-5 em seção transversal e mapas de ponto para Mn, Fe e Zn derivados de uma análise de SEM-EDS. A Figura 6 mostra a imagem da liga de arame em seção transversal e mapas de ponto para Mn, Fe e Zn derivados de uma análise de SEM-EDS. A Figura 7 fornece uma análise elementar de SEM-EDS do pó XF-5. A Figura 8 fornece uma análise elementar SEM-EDS da liga de arame. A Figura 9 fornece uma fotografia de SEM de partículas soltas do pó XF-5 em uma ampliação de 250x com partícula No.'s 1, 2, e 3 designadas para outra análise. A Figura 10 fornece uma análise elementar de SEM-EDS de partícula No. 1 da Figura 9. A Figura 11 fornece uma análise elementar de SEM-EDS de partícula No. 2 da Figura 9. A Figura 12 fornece uma análise elementar de SEM-EDS de partícula No. 3 da Figura 9.
DESCRIÇÃO DETALHADA A presente descrição se refere a formas forjadas de ligas de metal, um método para preparar as ligas, um método para infiltrar uma peça de metal em pó com a liga de metal, e as peças de metal infiltradas feitas pelo novo processo. As novas ligas de metal são com base em cobre e tipicamente contêm, além de cobre, ferro, zinco, e manganês, com a maioria da liga sendo cobre. Para infiltrar um compacto ou peça de metal em pó, a liga com base em cobre é colocada em contato com a parte e a combinação da parte, e a liga é submetida a um tratamento de calor para induzir a liga a fusão, fazendo substancialmente toda a liga fundida fluir nos poros da parte. No resfriamento, a liga dentro da parte infiltrada solidifica fornecendo uma distribuição geralmente uniforme de cobre por toda peça de metal em pó.
Em uma modalidade particular, a liga com base em cobre tem uma composição nominal de cerca de 0,5% a cerca de 3,5% de ferro, cerca de 0,5% a cerca de 5,5% de manganês, e cerca de 0,5% a cerca de 5,5% de zinco, com o restante (ex- ceto para elementos contaminantes) como cobre. Ligas com base em cobre preferidas tipicamente contem pelo menos 85% de cobre. Ligas adequadas podem tolerar uma variedade de elementos contaminantes incluindo, porém não limitados a, níquel, estanho, silício, fósforo, chumbo, e alumínio, cada elemento contaminantes tipicamente em uma quantidade menor que cerca de 0,01% em peso, sem experimentar efeitos danosos a processo de infiltração ou a parte infiltrada resultante. Variando-se as quantidades relativas dos componentes da liga, a liga pode ser preparada para ter um ponto de fusão adequado para uso em um processo de infiltração, tipicamente entre cerca de 950 a cerca de 1150°C, desse modo tornando-se adequada para uso em uma variedade de processos de infiltração .
Um infiltrante tendo uma forma adequada para uso de acordo com a descrição pode ser preparado por uma variedade de métodos. Em uma modalidade, os componentes da liga são combinados, aquecidos em uma temperatura suficiente para formar uma massa fundida homogênea que em seguida é lançada ou moldada para formar um lingote. Lingotes formados podem ser extrusados ou laminados para fornecer formas forjadas incluindo bastões , tubos, folhas, e similares. Uma liga ex-trusada pode da mesma forma ser dividida em segmentos ou também processada por métodos de desenho padrões para formar arames flexíveis. As formas forjadas da nova liga têm uma composição uniforme e podem ser fornecidas em ou conformadas em uma variedade de formas e/ou formas vantajosas para uso em um processo de infiltração. Em uma modalidade, o infil- trante com base em cobre é fornecido na forma de um arame estirado que pode ser enrolado em bobinas para manuseio eficiente. Segmentos do arame podem ser removidos em uma quantidade apropriada e conformados em uma forma apropriada para uso em um processo de infiltração particular. A Fig. 1 ilustra um segmento de arame 20 adaptado para conformar-se à superfície de peça de metal em pó 1 antes da infiltração. Em um processo de infiltração envolvendo a infiltração de números grandes de peças tendo uma forma e tamanho conhecido, a liga pode ser fornecida em formas que incluem discos, lavadoras, pastilhas, folhas, anéis e outra forma adequada para uma aplicação particular. As Fig.'s 2, 3 e 4 ilustram um anel ou lavadora 21, um disco 22 e uma pastilha 23, adaptada para conformar-se à superfície de peças de metal em pó 2, 3, e 4, respectivamente. Como ilustrado, cada uma destas formas forjadas de uma lavadora ou um disco deveria ser classificada por tamanho para a parte a ser infiltrada quando formada, visto que material de liga em arame ou forma de pastilha pode ser classificada por tamanho e conformada à forma desejada em qualquer tempo antes do processo de infiltração.
Embora peças de metal em pó adequadas para infiltração podem ser preparadas a partir de uma variedade em pós de metal, peças de metal com base em ferro são mais geralmente empregadas. Tais peças de metal em pó, referidas como peças verdes, são tipicamente preparadas por técnicas de moldagem ou prensa e podem ser sinterizadas ou não sinteri-zadas. O infiltrante de liga é em seguida tipicamente colocado em contato com a peça de metal em pó. Os componentes combinados são em seguida submetidos a um tratamento por calor. Embora o contato com a peça de metal em pó seja geralmente com um infiltrante sólido, o contato pode da mesma forma ocorrer com infiltrante fundido. Por exemplo, manten-do-se o infiltrante acima da peça de metal em pó durante o processo de aquecimento, o contato de infiltrante pode ser demorado e limitado ao contato com liga de infiltrante fundida apenas, formada durante o processo de aquecimento. Uma variedade de meios pode ser prevista para manter a liga infiltrante sobre a peça de metal em pó, dependendo da forma e tamanho do infiltrante. O tratamento por calor pode ser um ou mais estágios com um ciclo de resfriamento opcional. Preferivelmente, o processo de calor é terminado em uma atmosfera de redução e/ou sob vácuo parcial.
Em uma forma, o processo envolve contatar a peça de metal em pó com o infiltrante de liga. As peças combinadas são em seguida submetidas a um tratamento de calor de único estágio que inclui gradualmente aquecer a parte combinada e infiltrante de liga em um forno sob uma atmosfera de redução em uma temperatura dentre cerca de 95°C (1750°F) a cerca de 1150°C (2100°F) até que a liga seja fundida ou liquida. As peças combinadas são submetidas ao tratamento por calor durante um período de tempo suficiente para permitir infiltração da liga fundida nos poros na peça de metal em pó verde. Em certas modalidades, este periodo de tempo pode variar entre cerca de 2 minutos a cerca de 90 minutos. A quantidade de infiltrante, a temperatura e/ou o tempo do processo pode ser ajustado quando desejado para fornecer peças que têm uma faixa de densidades de infiltrante até uma densidade uniforme por toda peça de metal em pó.
Para um tratamento de calor de dois estágios, a peça de metal em pó é tratada primeiro em um processo de sinterização em temperatura alta. O processo em temperatura alta submete a peça de metal em pó em uma faixa de temperatura entre cerca de 950°C (1750°F) a cerca de 1150°C (2100°F) durante um período de tempo que varia entre cerca de 5 minutos a cerca de 40 minutos. Depois disso, a peça de metal em pó e liga infiltrante podem ser recicladas em seguida através do mesmo forno sob de condições diferentes ou enviadas diretamente para um segundo forno. O segundo tratamento de calor pode incluir a sinterização das peças combinadas. Este processo pode ser realizado em uma temperatura entre cerca de 950°C (175°F) a cerca de 1150°C (2100°F) durante um período de tempo entre cerca de 5 minutos e cerca de 90 minutos. Em modalidades particulares, ambos tratamentos de calor de primeiro e segundo estágio são realizados sob uma atmosfera redutora e/ou sob um vácuo parcial. Depois que as peças sofreram este tratamento de infiltração, a peça de metal infiltrada pode em seguida ser permitida arrefescer em um ciclo de arrefescimento.
Os processos infiltrantes e de infiltração de acordo com a presente descrição oferece vantagens particulares. Por exemplo, os infiltrantes em pó com base em cobre compostos de uma mistura de componentes são submetidos à segregação de partícula que pode resultar em diferenças de composição diferencia de amostra para amostra. Adicionalmen- te, os componentes em pó diferentes podem fundir-se e infiltrar-se em taxas e/ou temperaturas diferentes. Ao contrário dos infiltrantes em pó com base em cobre, o infiltrante forjado tem uma composição uniforme que permanece constante de amostra para amostra. Além disso, a liga forjada funde e infiltra uniformemente. Adicionalmente, o processo preferido pode ser realizado sem a necessidade de um lubrificante infiltrante, tal como, por exemplo, estearato metálico ou cera sintética, todavia ainda permite essencialmente a densifica-ção do infiltrante completa da peça de metal em pó, isto é, uma densidade infiltrada que chega a 100% quando desejado. Deveria ser entendido por aqueles versados na técnica que os processos podem ser modificados para fabricar um compacto ou peça de metal em pó infiltrado tendo uma faixa de densidade de infiltrante desejada, tal como por exemplo, uma densidade entre 85% e 99%. Este processo de infiltração pode fornecer artigos infiltrados que mudam muito pouco na forma como um resultado do processo de infiltração, contudo são essencialmente 100% infiltrados, isto é, mais que 98% de densidade infiltrada. Alternativamente, variando-se as condições (por exemplo, as faixas de temperatura, o período de tempo para o tratamento de calor, e/ou a quantidade de cobre no infiltrante) , graus variados de densidade infiltrada podem ser proporcionados à peça de metal em pó. Portanto, sob uma seleção judicíosa de condições de processo e quantidade do infiltrante de liga com base em cobre, uma peça de metal de infiltrado final pode ser fornecida para ter uma densidade infiltrada entre cerca de 85% e cerca de 98% + denso. Depen- dendo da porosidade da peça de metal em pó, o peso do artigo de metal em pó pode ser aumentado por uma quantidade entre cerca de 8 % em peso e 20 % em peso usando uma liga com base em cobre de acordo com a descrição. Porque o componente de zinco da liga é mais volátil que os outros componentes, uma peça de metal em pó infiltrado com uma liga de cobre de acordo com a presente descrição pode, dependendo das condições de infiltração, conter niveis reduzidos de zinco, sem afetar o desempenho da peça de metal. O processo de acordo com a descrição pode fornecer um material infiltrado com produtividade e eficiência de infiltração extremamente alta, eliminando operações secundárias geralmente associadas com processos de infiltração. A eficiência de infiltração alta reduz a quantidade de perda do material infiltrante, reduz os custos do processo, e minimiza custos de limpeza e relações de EPA/OSHA. Além disso, o método do requerente utiliza infiltrantes que não requer nenhuma usinagem de compactação e são fáceis de manusear, produz artigos infiltrados que exibem densidade aumentada, estão geralmente livres de erosão e resíduo do infiltrante, e tipicamente exibem propriedades superiores. Estas propriedades superiores geralmente incluem, por exemplo: 1) distribuição de cobre geralmente uniforme, 2) resistência à ruptura transversal aumentada, 3) resistência à tração aumentada, 4) resistência ao rendimento aumentada, e 5) índices de resistência aumentados.
Os índices de resistência são derivados da relação de uma resistência particular dividida pela densidade do ar- tigo infiltrado. Por exemplo, a fórmula para o indice de resistência à ruptura transversal (TRS) é: O índice de Resistência à tração (TS) e o índice de Resistência ao Rendimento (YS) pode ser calculado a partir desta fórmula substituindo-se a Resistência à Tração e a Resistência ao Rendimento pela Resistência à Ruptura Transversal. Um indice de resistência fornece a informação a cerca do nivel de resistência alcançado com uma massa unitária do metal e é independente de um artigo padrão. A maximização da resistência de um artigo sem aumentar seu peso é um objetivo importante no planejamento do equipamento que é de peso leve e fácil de manusear, como no caso de automóveis eficientes de combustível. Um índice de resistência modificado (SI*) pode adicionalmente refletir tanto a densidade do artigo infiltrado quanto o % de infiltração. O índice de Resistência Modificado pode ser calculado a partir da fórmula: índice de TRS Modificado (SI*) = TRS (psi)_______ (Equação 2) Densidade (g/cm3)x (% de infiltração)4 O índice de Resistência à Tração Modificado (TS SI*) e o índice de Resistência ao Rendimento (YS SI*) podem ser calculados a partir desta fórmula substituindo-se a Resistência à tração e a Resistência ao Rendimento pela Resistência à Ruptura Transversal. Ά presente descrição considera modificações que ocorrería por aqueles versados na técnica. É da mesma forma considerado que etapas individuais nos processos incorpora- dos na presente descrição podem ser alteradas, deletadas, duplicadas, ou adicionadas a outros processos que ocorreríam por aqueles versados na técnica sem afastarem-se do espírito da presente descrição. Além disso, os vários estágios, técnicas, e operações dentro destes processos podem ser alterados visto que ocorreríam por aqueles versados na técnica. Além disso, qualquer teoria de operação, prova, ou descoberta declarada aqui é significada para também realçar o entendimento da presente descrição e não está destinada a tornar o escopo da presente descrição dependente de tal teoria, prova, ou descoberta.
Os exemplos seguintes ilustram algumas dentre as propriedades melhoradas realizadas de acordo com modalidades particulares da descrição.
Exemplo 1 - Preparação de Compactos Brutos para Infiltração Compactos não sinterizados para espécimes de teste foram preparados compactando-se uma mistura em pó em pó de ferro Atomet 28, 0,9 % em peso de grafita e 0,75 % em peso de lubrificante Acrawax C. Pó Atomet está disponibilizado por Quebec Metal Powder Ltd., 1655 Route Marie-Victorin Tracy, Quebec Canada J3R 4R4 e lubrificante Acrawax C está disponibilizado por Lonza Inc. , 3500 Trenton Ave. Williams-port, PA 17701. Acrawax é uma marca registrada de Chas. L. Huisking & Co., Inc., 417 5° Ave. New York, New York. Compactos porosos, 6-1 a 6-5 e 7-1 a 7-5 tendo uma forma retangular, nominalmente 3,17 cm de comprimento, 1,27 cm de comprimento e 0,63 cm de espessura e densidades de cerca de 6,7 e 7,0 g/cm3 foram preparados para infiltração. Como ilustrado na Tabela I, os compactos verdes foram medidos antes da inf11tração.
Tabela I
Compactos Crus - Pó Atomet 28 Exemplo 2 - Infiltração de Compactos Seções individuais de uma liga de arame que contém cerca de 93% de cobre, cerca de 3% de manganês, cerca de 3% de zinco e cerca de 1% de ferro foram selecionadas e relidas para infiltração. Comprimentos da liga de arame que pesa cerca de 2,4 g foram colocados no topo de cada dentre as amostras 6-1 a 6-5 e amostras 7-1 a 7-5 e as amostras sinte-rizadas em cerca de 1125°C durante cerca de 30 minutos sob uma atmosfera de 90/10 de nitrogênio/hidrogênio, em seguida permitidas resfriar em temperatura ambiente. Os compactos infiltrados resultantes foram re-medidos como ilustrado na Tabela II. Resultados similares podem ser obtidos com segmentos de liga de arame que tem tão pouco quanto cerca de 85% de cobre.
Tabela II ___________Dados de Infiltração - A____________________________ Exemplo 3 - Determinação da resistência à ruptura transversal e dureza A resistência à ruptura transversal e dureza (HRB e HRC) de certas dentre as amostras compactas infiltradas foram determinadas pelos métodos seguintes: Método de Teste Padrão MPIF #41 e Método de Teste Padrão MPIF #43. Os resultados obtidos são fornecidos na Tabela III.
Tabela III
Resistência Mecânica - A
Exemplo 4 - Determinação da resistência à tração, resistência ao rendimento e % de alongamento Amostras 6-6 a 6-10 e 7-6 a 7-10 foram preparadas como descrito acima e sinterizadas com 12,1% e 11,4% do in-filtrante de arame, respectivamente. As amostras foram formadas no molde de espécimes de tração planas. A resistência à tração, resistência ao rendimento e % de alongamento de cada amostra foram determinados por Método Padrão MPIF #10. Os resultados para amostras 6-6 a 6-10 e 7-6 a 7-10 são fornecidos na Tabela IV.
Tabela IV
Resistência Mecânica - B
Exemplo 5 - Determinação de energia de impacto Amostras 6-11 a 6-15 e 7-11 a 7-15 foram preparadas como descrito acima e sinterizadas com 13,4% e 12,9% do infiltrante de arame, respectivamente. As amostras foram formadas no molde de espécimes de teste de energia de impacto Izod (isto é, 75 mm no comprimento, 10 mm na largura e espessura). A Energia de Impacto das amostras infiltradas foi determinada pelo Método de Teste Padrão MPIF #40. Os resultados para amostras 6-11 a 6-15, 7-11 a 7-15 são forneci- dos na Tabela V.
Tabela V ___________Dados de Infiltração - B_____________________________ Exemplo 6 - Comparação das Propriedades de Artigos Infiltrados Usando Infiltrantes Diferentes Resumida abaixo na Tabela VI é uma comparação da resistência mecânica de compactos infiltrados com a liga (em forma de arame) da descrição presente e uma liga de cobre em forma em pó. Resumidas nas Tabelas VII e VIII são tabulações que ilustram o % de aumentos na resistência à ruptura transversal, resistência à tração e resistência ao rendimento obtido pelos processos de infiltração melhorados descritos acima.
Tabela VI ___________Resistência Mecânica - Sumário e Comparação_________ * As propriedades para MPIF FX-1008 foram reproduzidas a partir "Materials Standards for P/M Structural Parts", página 23, (2003) publicado por Metal Powder Indus- tries Federation, 105 College Road East, Princeton, New Jer-sey 08540-6692.
** Os únicos valores são valores médios das Tabelas III, IV, e V
Resumidas abaixo na Tabela VII são comparações do % de aumentos na resistência à ruptura transversal, a resistência à tração e a resistência ao rendimento de compactos de metal em pó infiltrados com uma liga da presente descrição (em forma de arame) e o aço infiltrado de metal em pó conhecido MPEF FX-1008 (infiltrante em forma em pó) bem como os vários índices de resistência (S.I.'s) para as amostras.
Tabela VII
Comparações de Resistência Exemplo 7 - A Distribuição de Cobre na Peça de metal Infiltrada Amostras infiltradas designadas 6-4 e 7-4 como descrito no Exemplo 2 acima, foram analisadas quanto ao teor de cobre a uma profundidade de 0,025 de uma polegada das superfícies de topo e base. Os níveis de cobre de topo e base para amostra 6-4 foram 13,2 % em peso e 12,8 % em peso, respectivamente. Os níveis de cobre do topo e base para amostra 7-4 foram 11,0 % em peso e 11,0 % em peso, respectivamente. Desse modo, uma distribuição geralmente uniforme de cobre ao longo da peça de metal em pó infiltrada foi atingida.
Exemplo 8 - Infiltração para Níveis Intermédiarios e Máximos Os procedimentos dos Exemplos 1 a 5 foram repetidos com uma liga de arame que compreende 91,6% de cobre, 1,9% de ferro, 2,6% de manganês e 3,9% de zinco, a não ser que níveis mais altos de infiltrante sejam usados para determinar o nível superior de infiltração possível com a nova liga de arame. A infiltração de 14,1% da liga procedeu normalmente, considerando que infiltração com até 14,3% resultou em alguma quantidade pequena de cobre agrupando-se sobre a superfície de alguns dos espécimes. As propriedades dos compactos infiltrados resultantes que correspondem à designação material MPIF FX-1008 são fornecidas nas Tabelas VIII, IX e X abaixo.
Tabela VIII
Exemplo 9 - Infiltração com um compacto de liga em pó Os procedimentos do Exemplo 8 foram repetidos com uma liga pulverizada XF-5, (disponível de U.S. Bronze, 18649 Brake Shoe Road, Meadville, PA) que compreendeu 94,1% de cobre, 1,7% de ferro, 2,8% de manganês, e 1,4% de zinco para formar compactos infiltrados que correspondem à designação do material MPIF FX-1008. Os resultados obtidos nas Tabelas XII, XIII, e XIV, fornecidas abaixo.
Tabela XII A Tabela XV, fornecida abaixo, resume as médias de dados das tabelas III a XIV. Artigos infiltrados com na ordem de 10 - 11% do infiltrado de arame tem resistências à ruptura transversal, resistências à tração e resistências de rendimento substancialmente maior do que artigos infiltrados com até 13,5% de um infiltrante em pó. Mesmo quando as medidas de resistência se fundem na infiltração completa ou quase completa, o infiltrante de arame tipicamente fornece uma medida maior de resistência do que o infiltrante em pó. * Infiltrante em pó foi empregado no lugar do in-filtrante de liga de arame A Tabela XVI, fornecida abaixo resume dados selecionados a partir das tabelas VIII a XIV. Estes dados resumidos ilustram a capacidade de níveis mais baixos do infiltrante de liga de arame para: a) fornecer propriedades mecânicas iguais ou superiores , b) mais eficazmente infiltrar para obter compactos de infitrado de densidade mais alta, e (c) reduzir o custo do compacto infiltrado reduzindo-se a quantidade do infiltrado requerida. A capacidade para obter propriedades mecânicas superiores infiltrando-se um compacto verde de densidade mais alta com uma quantidade menor do infiltrante de liga forjado (24-26% menos) pode fornecer economias de custo significantes. ___________Tabela XVI___________________________________________ ”■ dados para 6, 65 g/cm3 de densidade verde ** dados para 6,75 g/cm3 de densidade verde Exemplo 10 - Preparação de Nova Liga de Infiltração de Cobre Uma mistura contendo 92 peças em peso de cobre, 3 peças em peso de manganês, 3 peças em peso de zinco e 2 peças em peso de ferro foram aquecidas a cerca de 2100°C para formar uma fusão homogênea. A massa fundida foi transferida em um molde, calor foi removido e o lingote formado foi removido do molde. O lingote foi super-aquecido e extrusado para formar bastões tendo um diâmetro de corte transversal de cerca de um quarto de uma polegada. De uma maneira similar, o lingote pode ser extrusado para formar tubos ou rolados para formar folhas. Os bastões formadas foram enroladas em um arame tendo um diâmetro de cerca de 0,23 cm. Similarmente, os bastões formados podem ser roladas para formar folhas da liga. Infiltrantes tendo formas de disco e lavadora podem ser formados a partir de bastões e tubos tendo uma faixa de diâmetros cortando-se os bastões e tubos através de seu eixo longitudinal. Infiltrantes tendo uma forma de pastilha podem ser formados a partir da liga em forma de folha ou cortando-se seções de bastões tendo uma forma quadrada, retangular ou outra de corte transversal. Infiltrantes tendo uma forma de anel ou toro podem ser formados de formas de arame da liga. Formas de arame da liga podem ser enroladas em bobinas e similares para simplificar transporte, armazenamento e manuseio. Porque os arames têm uma densidade geralmente uniforme, o peso de infiltrante pode convenientemente estar relacionado ao comprimento de uma seção de arame ou fita.
Ligas de cobre tendo tão pouco quanto cerca de 85% em peso de cobre, cerca de 0,5 a cerca de 5,5 % em peso de manganês, cerca de 0,5 a cerca de 55 % em peso de zinco e cerca de 0,5 a cerca de 3,5 % em peso de ferro podem ser preparadas de acordo com este método e formadas em várias formas de artigos de infiltrante forjados discutidas acima. Tais artigos são particularmente adequados para fornecer peças de metal em pó infiltradas tendo propriedades físicas superiores.
Exemplo 11 - Análise Química de Infiltrante em pó XF-5 e o Infiltrante de Liga de Arame Amostras do infiltrante em pó XF-5 disponível de U.S. Bronze e o infiltrante de liga de arame (descrito no Exemplo 8) da presente descrição foram submetidas à análise de volume. Elementos de traço e impurezas menores não foram determinadas. Os resultados são fornecidos na Tabela XVII.
Tabela XVII
Análise de volume de Infiltrados de Liga de Arame e Pó Exemplo 12 - Distribuição de Metais em pó XF-5 e Liga de Arame Uma porção do Pó XF-5 foi dispersa em um epóxi e lançada em um molde de amostra para formar uma amostra de composto. O corte transversal do composto foi polido para expor o corte transversal de partículas em pó individuais. A liga de arame foi cortada transversal e montada para examinar sua direção longitudinal (a direção do arame estirado). Cortes transversais do composto em pó e arame foram examinados por análise de SEM-EDS. A Figura 5 mostra o composto de partícula em pó em corte transversal e mapas de ponto dos elementos Mn, Fe, e Zn. O número e distribuição de pontos representam a quantidade de um elemento de metal presente e sua distribuição através da partícula. A Figura 6 mostra o corte transversal da liga de arame e mapas de ponto. Um número maior de pontos presentes representa um conteúdo de metal mais alto e a distribuição plana de pontos representa uma distribuição plana dos elementos de metal ao longo da liga de arame. As Figuras 5 e 6 indicam que o pó contém menos quantidades dos metais uniformemente distribuídas ao longo do pó visto que o arame contém um conteúdo de metal grande uniformemente distribuído ao longo do corte transversal do arame.
Exemplo 13 - Evidência de Fe Não-Ligado no Pó XF-5 Não-homogêneo Um ímã pequeno foi colocado em uma amostra do in-filtrante em pó XF-5. Ao remover o ímã a ponta foi observada para ser revestida com partículas cinzas finas alinhadas com o campo magnético da ponta do imã indicando a presença de partículas de ferro não ligadas no pó XF-5.
Exemplo 14-0 Espectro de Análise Elementar do Pó XF-5 e a Liga de Arame O espectro de análise elementar de uma amostra do pó XF-5 em volume foi medido e os resultados fornecidos na Figura 7 . A presença de quantidades de traço de alumínio e titânio foi notada. Como esperado, o cobre é mostrado para ser o componente principal. Entretanto, os níveis de ferro parecem ser ligeiramente mais altos do que os níveis de manganês, que é incompatível com a análise de volume fornecida no Exemplo 11. Embora inconsistente com a análise de volume, o resultado é consistente com o infiltrante em pó sendo uma mistura de partículas em pó individuais que podem segregar e, dependendo da amostra e distribuição de partícula, demonstram composição variável de amostra para amostra. O espectro de análise elementar da liga de arame foi similarmente medido e os resultados fornecidos na Figura 8. O pico não marcado grande à esquerda da Figura 8 é ouro, que foi revestido por excitação na amostra de liga de arame para assegurar condutividade adequada. Como o pó, picos de cobre são os maiores, cobre constituindo mais do que 90% da liga. Ao contrário do pó, o pico de manganês é mais alto do que o pico de ferro, consistente com a análise de volume. A análise elementar da liga de arame é consistente com a liga de arame que tem uma composição geralmente uniforme.
Exemplo 15 - Análise Elementar de Partículas em pó XF-5 Individuais Figura 9 mostra uma distribuição das partículas em pó XF-5 em 250x de ampliação. Partículas individualmente selecionadas designadas pelos numerais 1, 2 e 3 são notadas. Os espectros elementares individuais para partículas 1, 2, e 3 foram medidos e sâo fornecidos nas Figuras 10, 11, e 12, respectivamente. Como está evidente a partir da Figura 10, a partícula 1 é uma partícula substancialmente pura de manganês . Os picos de cobre pequenos são leituras antecedentes das partículas de cobre próximas maiores. Como pode ser notado a partir da Figura 11, partícula 2 parece ser uma partícula de metal que tem um teor de zinco de aproximadamente 10% e quantidades menores de impurezas de ferro e titânio. O espectro da partícula 3, mostrado na Figura 12 indica que a partícula 3 é uma partícula quase pura de cobre. Baseado no estudo magnético (Exemplo 13), a análise elementar (Exemplo 14) e a análise de partículas XF-5 individuais (este Exemplo) , o pó XF-5 é uma mistura não homogênea de cobre, uma liga de metal de cobre/zinco, ferro, e manganês. Ao contrário, todas as evidências espectrais fornecidas indicam que a liga de arame é uma liga substancialmente homogênea que compreende cobre, ferro, zinco e manganês.
Enquanto a descrição foi ilustrada e descrita em detalhes nos exemplos e descrição anteriores, os mesmos devem ser considerados ilustrativos e não restritivos no caráter, é entendido que apenas as modalidades preferidas foram mostradas e descritas e que todas as mudanças e modificações que inclui-se no espirito da descrição são desejadas ser protegias.
Claims (17)
1. Método para infiltrar uma peça de metal em pó (1.2.3.4) , CARACTERIZADO pelo fato de compreender a) selecionar a peça de metal em pó (1,2,3,4), b) selecionar a liga de metal que tem uma forma forjada adaptada para contatar uma superfície da peça de metal (1,2,3,4), onde a liga compreende: (i) pelo menos 85 % em peso de cobre, ii) de 0,5 a 3,5 % em peso de ferro, iii) de 0,5 a 5,5 % em peso de manganês, e iv) de 0,5 a 5,5 % em peso de zinco; c) contatar a liga com uma superfície da peça de metal em pó (1,2,3,4)/ e d) aquecer a liga e a peça de metal em pó (1.2.3.4) em uma temperatura suficiente para fazer a liga fundir e infiltrar a peça de metal em pó (1,2,3,4).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a liga contém pelo menos 90% em peso de cobre.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a peça de metal em pó (1.2.3.4) é uma peça de metal em pó com base em ferro.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a peça de metal em pó (1.2.3.4) é uma peça de metal sinterizada.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície da peça de metal em pó (1,2,3,4) é uma superfície superior.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a temperatura é pelo menos 800 °C.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a forma forjada é um segmento de arame.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a forma forjada é uma pastilha (23) .
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a forma forjada é um disco (22) .
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a forma forjada é uma lavadora (21) .
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o aquecimento é administrado a menos que a pressão atmosférica.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o aquecimento é conduzido dentro uma atmosfera altamente redutora.
13. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o segmento de arame (20) tem geralmente um molde em forma de toro.
14. Material para infiltrar uma peça de metal em pó (1,2,3,4) compreendendo uma liga de cobre que tem uma forma forjada homogênea que pode ser adaptada para conformar-se à superfície de uma peça de metal em pó (1,2,3,4), CARACTERIZADO pelo fato de que a liga contém: a) pelo menos 85 % em peso de cobre, b) de 0,5 a 3,5 % em peso de ferro, c) de 0,5 a 5,5 % em peso de manganês, e d) de 0,5 a 5,5 % em peso de zinco.
15. Material, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a liga de cobre contém pelo menos 90 % de cobre.
16. Material, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a forma forjada é selecionada a partir do grupo que consiste em um disco (22) , um anel, uma folha, uma pastilha (23), um segmento de arame (20) e uma lavadora (21).
17. Material, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a forma é um segmento de arame (20) .
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