BRPI0718516A2

BRPI0718516A2 - Composição de pós metalúrgicos e método de produção

Info

Publication number: BRPI0718516A2
Application number: BRPI0718516-2A
Authority: BR
Inventors: Ola Bergman; Paul Nurthen
Original assignee: Hoeganaes Ab
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2013-11-19
Also published as: RU2009115192A; EP2064359A1; TW200829705A; EP2064359A4; US20080075968A1; CN101517111A; US7918915B2; KR101498076B1; JP2010504433A; EP2064359B1; WO2008036026A1; KR20090069311A; CN101517111B; JP5363324B2

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COMPOSIÇÃO DE PÓS METALÚRGICOS E MÉTODO DE PRODUÇÃO".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um pó à base de ferro. Especi- almente a invenção refere-se a um pó adequado para a produção de produ- tos resistentes ao desgaste.

Antecedentes da Técnica

Produtos tendo elevada resistência ao desgaste são extensiva- mente usados e há uma necessidade constante de produtos mais econômi- cos tendo o desempenho igual ou melhor do que os produtos existentes.

A fabricação de produtos tendo elevada resistência ao desgaste pode se basear em, por exemplo, pós, tais como pós de ferro ou à base de ferro, incluindo carbono sob a forma de carbonetos.

Geralmente, carbonetos são muito duros e têm pontos de fusão 15 elevados, características as quais proporcionam aos mesmos uma elevada resistência ao desgaste em muitas aplicações. Esta resistência ao desgaste frequentemente torna os carbonetos desejáveis como componentes em a- ços, por exemplo, aços rápidos (HSS), que requerem uma elevada resistên- cia ao desgaste, tais como aços para brocas, tornos mecânicos, sedes de 20 válvulas e semelhantes. O Mo, WeV são fortes elementos formadores de carboneto os que torna estes elementos especialmente interessantes para a produção de produtos resistentes ao desgaste. Cr é outro elemento formador de carboneto.

Um artigo por E. Pagounis et al em Materials Science and Engi- neering A246, 1998, 221-234 descreve a preparação de um material resis- tente ao desgaste preparado a partir de um pó de aço, o quel é misturado a seco com um pó cerâmico de, por exemplo, Cr3C3.

Embora os materiais conhecidos a partir desta publicação te- nham boas properiedades de resistência ao desgaste, existe a necessidade de produtos mais econômicos tendo o mesmo desempenho ou melhor. Exis- te também a necessidade de pós os quais não apresentam os problemas com segregação mencionados na publicação. Portanto seria vantajoso se metais onerosos tais como W, V e Nb pudessem ser dispensados. Também seria benéfico se os materiais pu- dessem ser preparados em um modo simples e de custo eficaz.

Sumário da Invenção 5 Foi agora visto que materiais econômicos diferenciados por uma

boa resistência ao desgaste podem ser obtidos a partir de um pó à base de ferro. Mais especificamente o pó à base de ferro deve incluir 10 a 20% em peso de Cr1 0,5 a 5% em peso de Mo, e 1 a 2% em peso de C, por meio do que o pó à base de ferro é caracterizado em que inclui partículas de pó à 10 base de ferro atomizadas em água pré-ligadas, e partículas de carboneto de cromo ligadas por difusão sobre as referidas partículas de pó pré-ligadas.

Como cromo é um metal formador de carboneto mais econômico e mais prontamente disponível do que outros metais similars usados em pós convencionais e fases duras com elevada resistência ao desgaste, o pó, e 15 portanto o produto compactado, pode ser produzido de modo mais econômi- co quando cromo é usado como o principal metal formador de carboneto. Também foi agora inesperadamente mostrado que pós tendo uma adequada resistência ao desgaste para, por exemplo, aplicações de sedes de válvulas podem ser obtidas com cromo como o principal metal formador de carboneto 20 de acordo com a presente invenção.

Além disso, usando este pó, são evitados problemas com segre- gação os quais frequentemente aparecem ao usar uma composição de pó consistindo em pós de diferentes elementos de ligação, e outros aditivos, tendo diferentes tamanhos de partícula e diferentes densidades. Além disso são reduzidos ou eliminados problemas de polvilhamento.

O novo pó à base de ferro também é diferenciado por boa com- pressibilidade.

De acordo com a presente invenção este novo pó pode ser obti- do misturando um pó à base de ferro atomizado em água pré-ligado com partículas de carboneto de cromo, e recozendo a mistura por meio do que as partículas de carboneto de cromo são ligadas por difusão sobre as partículas do pó pré-ligado. Além disso, os carbonetos de aços rápidos regulares são geral- mente pequenos, mas de acordo com a presente invenção também foi visto que pode ser obtida resistência ao desgaste igualmente vantajosa com car- bonetos de cromo comparativamente grandes.

De modo ao produto compactado ter propriedades homogêneas

por todo seu volume, é importante que todos os compostos do pó diferentes sejam intimamente misturados. Como elementos de ligação diferentes e ou- tros aditivos frequentemente têm diferentes tamanhos de partícula e diferen- tes densidades, as composições de pós facilmente segregam a menos que 10 sejam tomadas medidas para evitar isto. De acordo com a presente inven- ção, os problemas com segregação têm sido tratados proporcionando um pó à base de ferro pré-ligado e ligando os carbonetos a este pó à base de ferro por ligação por difusão. Portanto, todos os diferentes compostos do pó são fisicamente ligados uns aos outros, pelo que o pó resultante é homogêneo e 15 não corre nenhum risco de segregação independente do manuseio. Esta preparação do pó também evita polvilhamento de pequenas partículas de compostos individuais, tais como grafita, o qual é comum com outras com- posições de pós.

Ligando por difusão os carbonetos sobre a superfície das partí- cuias de pó pré-ligadas, é obtido um pó tendo melhor compressibilidade do que um pó tendo a composição correspondente mas com os carbonetos dentro das partículas de pó pré-ligadas.

A compressibilidade também é aprimorada pelo pó pré-ligado sendo atomizado em água, ao invés de moído ou atomizado em gás, uma vez que isto dá origem a partículas de forma relativamente irregular.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferenciais

O pó à base de ferro atomizado em água pré-ligado pode ser um pó à base de ferro disponível comercialmente ou obtenível de modo diverso, por exemplo, um pó de aço de ferramentas tal como H13 (Powdrex) o qual tem boa resistência ao desgaste por si mesmo.

O pó pré-ligado preferencialmente tem um tamanho de partícula médio na faixa de 40 a 100 pm, preferencialmente de cerca de 80 pm. O pó pré-ligado contém cromo, 2 a 10% em peso, molibdênio, 0,5 a 5% em peso, e carbono, 0,1 a 1% em peso, o restante sendo ferro, outros elementos de ligação opcionais e impurezas inevitáveis. O pó pré- ligado pode incluir opcionalmente outros elementos de ligação, tais como 5 tungstênio, até 3% em peso, vanádio, até 3% em peso, e silício, até 2% em peso. Outros elementos de ligação ou aditivos também podem ser incluídos opcionalmente.

Em uma modalidade preferencial, o pó pré-ligado consiste em 3 a 7% em peso de Cr, 1 a 2% em peso de Mo, 0,2 a 0,5% em peso de C e o restante Fe.

Embora a parte principal dos carbonetos do pó da invenção se- jam os carbonetos de cromo ligados por difusão, alguns carbonetos também podem ser formados por compostos formando carboneto no pó pré-ligado, tais como o cromo, molibdênio, tungstênio e vanádio mencionados acima.

O pó à base de ferro de carbonetos de cromo da invenção pode

ser obtido através de moagem de, por exemplo, Cr3C2 até um tamanho de partícula desejado. Convenientemente as partículas de carboneto são prepa- radas até um tamanho de menos de 45 μιη, e vantajosamente até um tama- nho médio de no mínimo 8 pm, preferencialmente até um tamanho médio na faixa de 10 a 30 pm.

Os carbonetos ligados por difusão vantajosamente compõem 5 a 30% em volume, preferencialmente 5 a 15% em volume, das partículas do pó da invenção.

Em uma modalidade preferencial, o pó ligado por difusão da in- venção consiste em 10 a 15 % em peso de Cr, 1 a 1,5 % em peso de Mo,

0,5 a 1,5 % em peso de V, 0,5 a 1,5 % em peso de Si, 1 a 2 % em peso de C e o restante Fe.

O pó ligado por difusão da invenção pode ser misturado com outros componentes em pó, tais como outros pós à base de ferro, grafita, lubrificantes evaporativos, lubrificantes sólidos, agentes de reforço da usina- bilidade e etc, antes de compactação e sinterização para produzir um produ- to com elevada resistência ao desgaste. Pode-se, por exemplo, misturar o pó da invenção com pó de ferro puro e pó de grafita, ou com um pó de aço inoxidável. Um lubrificante, tal como uma cera, estearato, sabão de metal ou similars, o qual facilita a compactação e em seguida evapora durante sinteri- zação, pode ser adicionado, bem como um lubrificante sólido, tal como MnS, 5 CaF2, M0S2, 0 qual reduz fricção durante uso do produto sinterizado e o qual também pode reforçar a usinabilidade do mesmo. Além disso podem ser a- dicionados outros agentes de reforço da usinabilidade, bem como outros aditivos convencionais do campo metalúrgico de pós.

Exemplo 1

Um aço de ferramentas atomizado em água disponível comerci-

almente, H13 (5% de Cr, 1,5% de Mo, 1% de V, 1% de Si e 0,35% de C) da Powdrex, foi misturado com pó de carboneto moído (Cr3C2, <45 pm). A mis- tura foi em seguida recozida a vácuo a 1000SC por 2 dias, deste modo ligan- do por difusão as partículas de carboneto às partículas de H13pré-ligadas. O

pó ligado por difusão resultante consistiu em 13 % em peso de Cr, 1,35 % em peso de Mo, 0,9% em peso de V, 0,9 % em peso de Si, 1,7 % em peso de C e o restante Fe.

Claims

1.Pó à base de ferro compreendendo: 10 a 20% em peso de Cr; .0,5 a 5% em peso de Mo; e 1a 2% em peso de C; caracterizado pelo fato de que o pó inclui partículas de pó à base de ferro atomizadas em água pré-ligadas e partículas de carboneto de cromo ligadas por difusão sobre as referidas partículas de pó pré-ligadas.

2. Pó à base de ferro de acordo com a reivindicação 1, em que as partículas de carboneto de cromo têm um tamanho médio na faixa de 8 a 45 pm.

3. Pó à base de ferro de acordo com a reivindicação 1, em que as partículas de carboneto de cromo têm um tamanho médio na faixa de 10 a 30 pm.

4. Pó à base de ferro de acordo com qualquer uma das reivindi- cações 1 a 3, o pó referido incluindo 5 a 30% em volume de carboneto de cromo.

5. Pó à base de ferro de acordo com qualquer uma das reivindi- cações 1 a 4, consistindo em 10 a 15 % em peso de Cr, 1 a 1,5 % em peso de Mo, 0,5 a 1,5 % em peso de V, 0,5 a 1,5 % em peso de Si, 1 a 2 % em peso de C e o restante Fe.

6. Método para produzir um pó à base de ferro compreendendo: misturar partículas de um pó à base de ferro atomizado em água pré-ligado com partículas de carboneto de cromo; e recozer a mistura, por meio do que as partículas de carboneto de cromo são ligadas por difusão sobre as partículas do pó pré-ligado.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, em que as partícu- las de carboneto de cromo têm um tamanho médio na faixa de 8 a 45 pm.

8. Método de acordo com a reivindicação 6, em que as partícu- Ias de carboneto de cromo têm um tamanho médio na faixa de 10 a 30 pm.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, em que o pó pré-ligado compreende 2 a 10% em peso de Cr1 0,5 a 5% em peso de Mo e 0,1 a 1% em peso de C.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8,em que o pó pré-ligado consiste em 3 a 7% em peso de Cr1 1 a 2% em peso de Mo, 0,2 a 0,5% em peso de C e o restante Fe.