BRPI0913538B1

BRPI0913538B1 - material compósito hierárquico, processo de fabricação por vazamento de material compósito hierárquico e ferramenta ou máquina

Info

Publication number: BRPI0913538B1
Application number: BRPI0913538A
Authority: BR
Inventors: Vescera Francesco
Original assignee: Magotteaux Int S A
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2019-12-17
Also published as: ZA201101791B; CL2011000577A1; DK2334836T3; ES2383782T9; EP2334836B1; MX2011003029A; EG26641A; US8999518B2; PL2334836T3; KR20110059720A; CA2735912A1; CA2735912C; JP5484468B2; BRPI0913538A2; CN102187002B; MY156696A; BE1018130A3; AU2009294781A1; CN102187002A; ATE549427T1

Abstract

material compósito hierárquico, processo de fabricação por vazamento de material compósito hierárquico e ferramenta ou máquina a presente invenção tem por objeto um material compósito hierárquico comportando urna liga ferrosa reforçada com carbonetos de titânio, de acordo com urna geometria definida, na qual a referida parte reforçada comporta urna rnacro-rnicroestrutura alternada de zonas rnilirnétricas concentradas de partículas globulares rnicrornétricas de carboneto de titanio separadas por zonas milirnétricas praticamente isentas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio, formando, as referidas zonas concentradas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titanio, uma microestrutura na qual os interstícios micrométricos entre as referidas partículas globulares estão igualmente ocupados pela referida liga ferrosa.

Description

MATERIAL COMPÓSITO HIERÁRQUICO, PROCESSO DE FABRICAÇÃO POR VAZAMENTO DE MATERIAL COMPÓSITO HIERÁRQUICO E FERRAMENTA OU MÁQUINA

Objeto da invenção [001] A presente invenção tem por objeto um material compósito hierárquico com uma resistência melhorada a uma solicitação combinada de desgaste/impacto. O material compósito comporta uma matriz metálica em ferro fundido ou em aço, reforçada por uma estrutura particular de carboneto de titânio.

Descrição [002] Os compósitos hierárquicos são uma família bem conhecida na ciência dos materiais. Para as peças de desgaste de compósitos fabricadas por fundição, os elementos de reforço devem estar presentes com uma espessura suficiente para resistir a solicitações importantes e simultâneas, em termos de desgaste e de impacto.

[003] As peças de desgaste de materiais compósitos, reforçadas por carboneto de titânio, são bem conhecidas dos especialistas na matéria e a sua produção, por diferentes vias, está descrita em «A review on the various synthesis routes of TiC reinforced ferrous based composites» publicada no Journal of Material Science 37 (2002), pp. 3881-3892.

[004] As peças de desgaste de materiais compósitos, reforçadas por carboneto de titânio, criadas in situ, são uma das possibilidades mencionadas naquele artigo, no ponto 2.4. As peças de desgaste, neste caso, são contudo produzidas utilizando exclusivamente pós, no quadro de uma reação de síntese auto-propagada a alta temperatura (SHS), em que o titânio reage, de maneira exotérmica, com o carbono, para

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2/30 formar carboneto de titânio, no seio de uma matriz à base de uma liga ferrosa, igualmente introduzida sob a forma de pó. Este tipo de síntese permite obter carboneto de titânio globular micrométrico disperso de maneira homogênea no seio de uma matriz de uma liga ferrosa (fig. 12A (c)) . O artigo também descreve muito bem a dificuldade de controlar essa reação de síntese.

[005] O	documento EP	1.	450.	973	(Poncin) descreve um
reforço da	peça de desgaste	que	se	faz colocando	o molde
destinado	a receber o	metal	em	fusão, uma	inserção
constituída	por uma mistura	de	pós	que	reagem entre	si graças

ao calor originário do metal aquando do seu vazamento a alta temperatura (> 1400 °C) . A reação entre os pós é iniciada pelo calor do metal em fusão. Os pós da inserção reativa, após a reação do tipo SHS, vão criar uma aglomeração porosa (conglomerado) de partículas duras de cerâmica formadas in situ; este aglomerado poroso, uma vez formado, será imediatamente infiltrado pelo metal em fusão. A reação entre os pós é exotérmica e auto-propaga-se o que permite uma síntese do carboneto no molde a alta temperatura e aumenta consideravelmente a molhabilidade da aglomeração porosa face ao metal de infiltração. Esta tecnologia, se bem que muito mais económica do que a metalurgia de pós, é ainda bastante cara.

[006] O documento WO 02/053316 (Lintunen) divulga, nomeadamente, uma peça de material compósito obtida por reação de SHS entre o titânio e o carbono, na presença de ligantes, o que permite preencher os poros do esqueleto constituído pelo carboneto de titânio. As peças fazem-se a partir de pós que se comprimem no molde. A massa quente

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3/30 obtida após a reação SHS torna-se plástica e é comprimida na sua forma definitiva. O início da reação, contudo, não se dá pelo calor de um qualquer metal em fusão vindo do exterior e, por outro lado, também não há fenômenos de infiltração por um metal em fusão vindo do exterior. O documento EP 0.852.978 A1 e o documento US 5.256.368 divulgam uma técnica análoga ligada à utilização de uma pressão ou de uma reação sob pressão para se obter uma peça reforçada.

[007] O documento GB 2.257.985 (Davies) divulga um processo para a produção de uma liga reforçada, com carboneto de titânio, por meio da metalurgia de pós. Esta apresenta-se sob a forma de partículas microscópicas globulares com uma

dimensão	inferior a	10 pm, dispersas no	seio	da	matriz
metálica	porosa. As	condições	de	reação	escolhem	-se	de
maneira	a propagar uma frente	da	reação	SHS	na	peça	a
produzir	. A reação é	iniciada	por	um queimador	e	não	há

infiltração pelo metal exterior em fusão.

[008] O documento US 6.099.664 (Davies) divulga uma peça de material compósito comportando boreto de titânio e, eventualmente, carboneto de titânio. Aquece-se a mistura de pós, comportando ferrotitânio eutético, por meio de um queimador, de maneira a formar reacções exotérmicas de boro e titânio. Assim, propaga-se uma frente de reação através da peça.

[009] O documento US 6.451.249 B1 divulga uma peça de material compósito reforçado comportando uma estrutura de cerâmica eventualmente com carbonetos que se ligam entre si através de uma matriz metálica, enquanto ligante e que contém uma termite capaz de reagir, de acordo com uma reação SHS para produzir o calor de fusão necessário para a aglomeração

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4/30 dos granulados de cerâmica.

[0010] Os documentos WO 93/03192 e US 4.909.842 divulgam igualmente um processo para a produção de uma liga comportando partículas de carboneto de titânio finamente dispersas no seio de uma matriz metálica. Trata-se igualmente de uma técnica de metalurgia dos pós e não de uma técnica de infiltração por vazamento em fundição.

[0011] O documento US 2005/045252 divulga um material compósito hierárquico com uma estrutura periódica hierárquica e tridimensional de fases metálicas duras e maleáveis organizadas em bandas.

[0012] Há outras técnicas que são igualmente bem conhecidas dos especialistas na matéria, como por exemplo a junção de partículas duras ao metal líquido, no forno de fusão ou ainda técnicas de recarga ou de reforço por meio de inserções. Todas estas técnicas apresentam contudo diversos inconvenientes, não permitindo produzir um compósito hierárquico reforçado com carboneto de titânio praticamente sem limitação de espessura e exibindo uma boa resistência aos choques e ao aparecimento de fendas, tudo isto de maneira muito económica.

Finalidades da invenção [0013] A presente invenção propõe-se remediar os inconvenientes do estado da técnica e divulga um material compósito hierárquico com uma resistência melhorada ao desgaste, ao mesmo tempo que mantém uma boa resistência aos choques. Esta propriedade obtém-se através de uma estrutura de reforço que toma a forma de uma macro-microestrutura comportando zonas milimétricas discretas concentradas em partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio.

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5/30 [0014] A presente invenção tem igualmente por objeto um material compósito hierárquico que comporta uma estrutura particular de carboneto de titânio obtida por um processo particular.

[0015] A presente invenção também tem por objeto um processo para a obtenção de um material compósito hierárquico comportando uma estrutura particular de carboneto de titânio. Sumário da invenção [0016] A presente invenção tem por objeto um material compósito hierárquico comportando uma liga ferrosa reforçada com carbonetos de titânio, de acordo com uma geometria definida, na qual a referida parte reforçada comporta uma macro-microestrutura alternada de zonas milimétricas concentradas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio separadas por zonas milimétricas, praticamente isentas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio, formando as referidas zonas concentradas em partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio uma microestrutura na qual os interstícios micrométricos entre as referidas partículas globulares são igualmente ocupados pela dita liga ferrosa.

[0017] De acordo com enquadramentos particulares da presente invenção, o material compósito hierárquico comporta pelo menos uma ou uma combinação apropriada das características seguintes:

- as referidas zonas milimétricas concentradas têm uma concentração de carbonetos de titânio superior a 36, 9 % em volume;

- a referida parte reforçada tem um teor global de carboneto de titânio entre 16,6 e 50,5 % em volume;

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6/30

- as partículas micrométricas globulares de carboneto de titânio têm uma dimensão inferior a 50 μm;

- a maior parte partículas micrométricas globulares de carboneto de titânio tem uma dimensão inferior a 20 μm;

- as referidas zonas concentradas de partículas micrométricas globulares de carboneto de titânio comportam 36,9 à 72,2 %, em volume de carboneto de titânio;

- as referidas zonas milimétricas concentradas de carboneto de titânio têm uma dimensão que varia de 1 a 12 mm;

- as referidas zonas milimétricas concentradas de carboneto de titânio têm uma dimensão que varia de 1 a 6 mm;

- as referidas zonas concentradas de carboneto de titânio têm uma dimensão que varia de 1,4 a 4 mm;

- o referido compósito é uma peça de desgaste.

[0018] A presente invenção tem igualmente por objeto um processo de fabricação de material compósito hierárquico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, comportando as etapas seguintes:

- disponibilização de um molde com a cavidade do molde do material compósito hierárquico com uma geometria de reforço pré-definida;

- introdução, na parte da cavidade do molde destinada a formar a parte reforçada, de uma mistura de pós compactados comportando carbono e titânio sob a forma de grânulos milimétricos precursores do carboneto de titânio;

- vazamento, no molde, de uma liga ferrosa, em que o calor do referido material em fusão desencadeia uma reação exotérmica de síntese auto-propagada de carboneto de titânio a alta temperatura (SHS) no seio dos referidos granulados precursores;

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7/30

- formação, no seio da parte reforçada do material compósito hierárquico, de uma macro-microestrutura alternada de zonas milimétricas concentradas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio, no local dos referidos granulados precursores, sendo as referidas zonas separadas entre si por zonas milimétricas praticamente isentas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio, estando igualmente as referidas partículas globulares separadas, no seio das referidas zonas milimétricas concentradas de carboneto de titânio, por interstícios micrométricos;

- infiltração dos interstícios milimétricos e micrométricos pela referida liga ferrosa vazada a alta temperatura, no seguimento da formação de partículas microscópicas globulares de carboneto de titânio.

[0019] De acordo com modos de execução particulares da presente invenção, o processo comporta pelo menos uma ou uma combinação apropriada das características seguintes:

- a mistura de pós compactados de titânio e de carbono comporta um pó de uma liga ferrosa;

- o referido carbono é grafite.

[0020] A presente invenção tem por objeto, igualmente, um material compósito hierárquico obtido de acordo com o processo de qualquer uma das reivindicações 11 a 13.

[0021] Por fim, a presente invenção tem por objeto, igualmente, uma ferramenta ou uma máquina que comporta um material compósito hierárquico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10 ou de acordo com a reivindicação 14.

Breve descrição das figuras

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8/30 [0022] A figura 1 mostra um esquema da macromicroestrutura de reforço, no seio de uma matriz de aço ou de ferro fundido que constitui o compósito. A fase clara representa a matriz metálica e a fase escura representa zonas concentradas de carboneto de titânio globular. A fotografia foi feita com um microscópio óptico, com uma pequena ampliação, sobre uma superfície polida não atacada;

[0023] A figura 2 representa o limite de uma zona concentrada de carboneto de titânio globular face a uma zona praticamente isenta de carboneto de titânio globular, com uma ampliação maior. Nota-se igualmente a continuidade da matriz metálica no conjunto da peça. O espaço entre as partículas micrométricas de carboneto de titânio (interstícios micrométricos ou poros) está igualmente infiltrado pelo metal vazado (aço ou ferro fundido). A fotografia foi feita com um microscópio óptico, com uma pequena ampliação, sobre uma superfície polida não atacada;

[0024] A figura 3a-3h representa o processo de fabricação do compósito hierárquico, de acordo com a presente invenção.

- a etapa 3a mostra o dispositivo de mistura dos pós de titânio e de carbono;

- a etapa 3b mostra a compactação dos pós entre dois rolos seguida de trituração e de peneiração com reciclagem das partículas demasiado finas;

- a figura 3c mostra um molde de areia no qual se colocou uma barreira para conter os granulados de pós compactados no sítio do reforço do compósito hierárquico;

- a figura 3d mostra uma ampliação da zona de reforço na qual se encontram os granulados compactados comportando os reagentes precursores de TiC;

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- a etapa 3e mostra o vazamento da liga ferrosa no molde;

- a figura 3f mostra o compósito hierárquico que resulta do vazamento;

- a figura 3g mostra uma ampliação das zonas com forte concentração de partículas micrométricas (glóbulos) de TiC este esquema representa as mesmas zonas que as da figura 4;

- a figura 3h mostra uma ampliação, no seio da mesma zona, com uma forte concentração de esférulas de TiC - as esférulas micrométricas estão rodeadas, individualmente pelo metal que foi vazado;

[0025] A figura 4 representa uma vista binocular de uma superfície polida, não atacada, da macro-microestrutura, de acordo com a presente invenção, com zonas milimétricas (cinzento claro) concentradas de carboneto de titânio globular micrométrico (esférulas de TiC) . As cores estão invertidas: a parte sombreada representa a matriz metálica (aço ou ferro fundido) que preenche ao mesmo tempo o espaço entre estas zonas concentradas de carboneto de titânio globular micrométrico mas também os espaços entre as próprias esférulas (ver fig. 5 & 6);

[0026] As figuras 5 e 6 representam vistas tiradas através do microscópio electrónico SEM, de carbonetos de titânio globulares micrométricos em superfícies polidas e não atacadas, com ampliações diferentes. Vê-se que, neste caso particular, a maior parte das esférulas de titânio têm uma dimensão inferior a 10 pm;

[0027] As figuras 7 e 8 representam vistas de carbonetos de titânio globulares micrométricos, com ampliações diferentes, mas, desta vez, em superfícies de ruptura feitas no microscópio electrónico SEM. Vê-se que as esférulas de

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10/30 carboneto de titânio estão perfeitamente incorporadas na matriz metálica. Isto prova que o metal em fusão infiltra-se (impregna) completamente os poros quando se faz o vazamento

logo que se	inicia	a	reação	química entre	o titânio e	o
carbono;
[0028] As	figuras	9	e 10 são espectros	da	análise do	Ti
assim como	do Fe	numa peça	reforçada,	de	acordo com	a

presente invenção. Trata-se de um «mapeamento» da repartição do Ti e do Fe, por análise EDX, feita num microscópio electrónico, a partir da superfície de ruptura mostrada na figura 7. As manchas claras na figura 9 mostram o Ti e as manchas claras na figura 10 mostram o Fe (portanto os poros cheios com o metal em fusão vazado);

[0029] A figura 11 mostra, com uma grande ampliação, uma superfície de ruptura feita ao microscópio electrónico SEM com um carboneto de titânio angular que se formou por precipitação numa zona praticamente isenta de esférulas de carboneto de titânio;

[0030] A figura 12 mostra, com uma grande ampliação, uma superfície de ruptura, feita no microscópio electrónico SEM, com uma bolha de gás. Tenta-se sempre limitar ao máximo este tipo de defeito;

[0031] A figura 13 mostra um encaixe de bigornas numa trituradora de eixo vertical que foi utilizada para efetuar ensaios comparativos entre as peças de desgaste que comportam zonas reforçadas com inserções volumosas e peças que comportam zonas reforçadas com a macro-microestrutura da presente invenção; e [0032] A figura 14 mostra um esquema de princípio que ilustra a macro-microestrutura de acordo com a presente

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11/30 invenção, já parcialmente ilustrada na figura 3.

Legenda

- zonas milimétricas concentradas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (esférulas)

- interstícios milimétricos cheios com a liga em fusão vazada nas esférulas, praticamente isenta de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio

- interstícios micrométricos entre as esférulas de TiC igualmente infiltrados pela liga em fusão vazada

- carboneto de titânio globular micrométrico nas zonas concentradas de carboneto de titânio

- carboneto de titânio anguloso precipitado nos interstícios, praticamente isentos de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio

- defeitos de gás

- bigorna

- misturadora de pós de Ti e de C

- tremonha

- rolo

- trituradora

- grelha de saída

- peneira

- reciclagem das partículas demasiado finas para a tremonha

- molde de areia

- barreira contendo os granulados compactados da mistura de Ti/C

- panela de vazamento

- compósito hierárquico

Descrição detalhada da invenção [0033] Na ciência dos materiais chama-se reação SHS ou

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12/30 «self-propagating high temperature synthesis» uma reação de síntese a alta temperatura, auto-propagada, em que se atingem temperaturas de reação geralmente superiores a 1500 °C, digase a 2000 °C. Por exemplo, a reação entre o pó de titânio e o pó de carbono, para se obter o carboneto de titânio TiC, é fortemente exotérmica. Há apenas necessidade de um pouco de energia para iniciar localmente a reação. Em seguida, a reação vai propagar-se espontaneamente à totalidade da mistura de reagentes graças às altas temperaturas atingidas. Após o início da reação, há uma frente da reação que se propaga assim espontaneamente (auto-propagada) e que permite a obtenção do carboneto de titânio a partir de titânio e de carbono. Diz-se que o carboneto de titânio assim obtido se «obtém in situ» porque não provem da liga ferrosa vazada.

[0034] As misturas de pós de reagentes comportam pó de carbono e pó de titânio e são comprimidas em placas e em seguida são trituradas para se obter granulados cuja dimensão varia entre 1 e 12 mm, de preferência de 1 a 6 mm e de maneira particularmente preferida entre 1,4 e 4 mm. Estes granulados não se compactam a 100 %. Comprimem-se geralmente entre 55 e 95 % da densidade teórica. Estes granulados são de fácil utilização/manipulação (ver fig. 3a-h).

[0035] Os granulados milimétricos de pós de carbono e de titânio misturados, obtidos de acordo com os esquemas da figura 3a-h, constituem os precursores do carboneto de titânio a criar e permitindo encher facilmente partes de moldes de formas diversas ou irregulares. Estes granulados podem manter-se no molde 15 com a ajuda, por exemplo, de uma barreira 16. A moldagem ou a montagem destes granulados pode fazer-se, igualmente, com a ajuda de uma cola.

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13/30 [0036] O compósito hierárquico, de acordo com a presente invenção e em particular a macro-microestrutura de reforço que também se pode chamar estrutura alternada de zonas concentradas de partículas micrométricas globulares de carboneto de titânio, separadas por zonas que estão praticamente isentas de carboneto, obtém-se por reação, no molde 15, dos granulados comportando uma mistura de pós de carbono e de titânio. Esta reação inicia-se por acção do calor do ferro fundido ou do aço vazados, utilizados para vazar toda a peça e, portanto, a parte não reforçada e a parte reforçada, ao mesmo tempo (ver fig. 3e). O vazamento desencadeia assim uma reação exotérmica de síntese autopropagada a alta temperatura (self-propagating hightemperature synthesis - SHS) da mistura de pós de carbono e de titânio compactada sob a forma de granulados e previamente colocada no molde 15. A reação tem então a particularidade de continuar a propagar-se desde que se desencadeia.

[0037] Esta síntese a alta temperatura (SHS) permite uma infiltração fácil em todos os interstícios milimétricos e micrométricos por parte do ferro fundido ou do aço vazados (fig. 3g & 3h). Ao aumentar a molhabilidade, a infiltração pode fazer-se em qualquer espessura de reforço. Permite criar, com vantagem, após a reação SHS e infiltração por um metal vazado do exterior, zonas com forte concentração de partículas globulares de carboneto de titânio micrométrico (que ainda se poderia designar por agrupamentos de nódulos), zonas essas com uma dimensão da ordem de um milímetro ou de alguns milímetros e que alternam com zonas praticamente isentas de carboneto de titânio globular. As zonas de fraca concentração de carboneto representam, na realidade, espaços

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14/30 ou interstícios milimétricos 2 entre os granulados infiltrados pelo metal do vazamento. Os requerentes designam esta super-estrutura por uma macro-microestrutura de reforço.

[0038] Logo que estes granulados precursores de TiC tenham reagido, de acordo com uma reação SHS, as zonas onde se encontram estes granulados mostra uma dispersão concentrada de partículas globulares micrométricas 4 de TiC (esférulas) cujos interstícios micrométricos 3 também foram infiltrados pelo metal do vazamento, que é aqui ferro fundido ou aço. É importante notar que os interstícios milimétricos e micrométricos são infiltrados pela mesma matriz metálica que a que constitui a parte não reforçada do compósito hierárquico, o que permite uma liberdade total na escolha do metal fundido a vazar. No compósito finalmente obtido, as zonas com forte concentração de carboneto de titânio são compostas por partículas globulares micrométricas de TiC, numa percentagem importante (entre cerca de 35 e 75 % em volume) e liga ferrosa de infiltração.

[0039] Por partículas globulares micrométricas, deve entender-se partículas globalmente esferóides com uma dimensão que vai de um pm a algumas dezenas de pm, no máximo. Também se lhes chama esférulas de TiC. A grande maioria destas partículas, com uma dimensão inferior a 50 pm e mesmo a 20 pm, diga-se 10 pm. Esta forma globular é característica de um processo de obtenção de carboneto de titânio por síntese auto-propagada SHS (ver fig. 6).

[0040] A estrutura reforçada, de acordo com a presente invenção, pode ser caracterizada ao microscópio óptico ou electrónico. Distingue-se aí, visualmente ou com uma pequena ampliação, a macro-microestrutura de reforço. Com uma grande

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15/30 ampliação, distinguem-se zonas com forte concentração de carboneto de titânio, tendo o carboneto de titânio forma globular 4 com uma percentagem em volume, nestas zonas, entre cerca de 35 e cerca de 75 %, consoante o nível de compactação dos granulados com origem nestas zonas (ver quadros). Estes TiC globulares têm uma dimensão micrométrica (ver fig. 6).

[0041] Nos interstícios, entre as zonas com forte concentração de carboneto de titânio, constata-se igualmente, em certos casos uma baixa percentagem de TiC (< 5 % em vol) de forma angulosa 5, formado por precipitação (ver fig. 11). Provêm de uma solução, no metal líquido, de uma pequena parte de carboneto globular, formada na reação SHS. A dimensão deste carboneto anguloso é igualmente mcirométrica. A formação deste carboneto de TiC anguloso não é desejável mas é uma consequência do processo de fabricação.

[0042] Na peça de desgaste, de acordo com a presente invenção, a proporção, em volume, do reforço de TiC depende de três fatores:

- da porosidade micrométrica presente nos granulados da mistura de pós de titânio e de carbono,

- dos interstícios milimétricos presentes entre os granulados de Ti + C,

- da porosidade proveniente da contracção do volume aquando da formação do TiC, a partir de Ti + C.

Mistura para o fabricação dos granulados (versão Ti + C) [0043] O carboneto de titânio será obtido pela reação entre o pó de carbono e o pó de titânio. Misturam-se estes dois pós de maneira homogênea. O carboneto de titânio pode ser obtido misturando de 0,50 a 0,98 mole de carbono com 1 mole de titânio, sendo preferida a composição estequiométrica

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Ti + 0,98 C TiCo,98.

Obtenção dos granulados (versão Ti + C) [0044] O processo de obtenção dos granulados está ilustrado na fig. 3a-3h. Os granulados dos reagentes carbono/titânio obtêm-se por compactação entre os rolos 10 para obter tiras que se trituram em seguida num triturador 11. A mistura dos pós é feita num misturador 8 constituído por uma cuba equipada com pás, para facilitar a homogeneização. A mistura passa em seguida, num aparelho de granulação, por uma tremonha 9. Esta máquina compreende dois rolos 10 através dos quais se faz passar o material. Aplicase uma pressão nos rolos 10, o que permite comprimir o material. Obtém-se, à saída, uma tira de matéria comprimida que é em seguida triturada para se obter os granulados. Estes granulados são em seguida peneirados até à granulometria desejada, num peneira 13. Um parâmetro importante é a pressão aplicada nos rolos; quanto mais elevada for esta pressão, tanto mais comprimida é a tira e portanto os grânulos. Podese assim fazer variar a densidade das tiras e, por consequência dos granulados, entre 55 e 95 % da densidade teórica que é de 3,75 g/cm³ para a mistura estequiométrica de titânio e carbono. A densidade aparente (tendo em conta a porosidade) situa-se então entre 2,06 e 3,56 g/cm³.

[0045] O grau de compactação das tiras depende da pressão aplicada (em Pa) nos rolos (diâmetro de 200 mm, largura de 30 mm). Para um baixo nível de compactação, da ordem de 10^-6 Pa, obtêm-se uma densidade nas tiras da ordem de 55 % da densidade teórica. Após a passagem através dos rolos 10 para comprimir esta matéria, a densidade aparente dos grânulos é de 3,75 x 0,55 ou seja, 2,06 g/cm³.

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17/30 [0046] Para um nível alto de compactação, da ordem de 25x10⁶ Pa, obtêm-se uma densidade nas tiras da ordem de 90 % da densidade teórica ou seja, uma densidade aparente de 3,38 g/cm³. Na prática pode-se ir até 95 % da densidade teórica.

[0047] Em consequência, os granulados obtidos a partir da matéria-prima de Ti + C são porosos. Esta porosidade varia de 5 % para os granulados comprimidos muito fortemente até 45 % para os granulados com uma compressão ligeira.

[0048] Para além do nível de compactação, é igualmente possível regular a repartição granulométrica dos grânulos assim como a forma durante a operação de trituração das tiras e da peneiração dos granulados de Ti+C. Recicla-se, à vontade, as fracções granulométricas indesejadas (ver fig. 3b). Os granulados obtidos têm, no geral, uma dimensão entre 1 e 12 mm, de preferência entre 1 e 6 mm e, de maneira particularmente preferida, entre 1,4 e 4 mm.

Criação da zona de reforço no compósito hierárquico de acordo com a presente invenção [0049] Os granulados são preparados tal como exposto aqui antes. Para se obter uma estrutura tridimensional ou uma superestrutura/macro-microestrutura com estes granulados, que justifiquem a designação de compósito hierárquico eles dispõem-se nas zonas do molde em que se deseja reforçar a peça. Isto realiza-se aglomerando os granulados quer por meio de cola, quer confinando-os num recipiente ou por qualquer outro meio (barragem 16).

[0050] A densidade a granel do empilhamento dos granulados de Ti + C mede-se de acordo com a norma ISO 697 e depende do nível de compactação das tiras, da repartição granulométrica dos granulados e do modo de trituração das tiras, que

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18/30 influencia a forma dos granulados.

[0051] A densidade a granel destes granulados de Ti + C é geralmente da ordem de 0,9 g/cm³ a 2,5 g/cm³ em função do nível de compactação destes granulados e da densidade do empilhamento.

[0052] Antes da reação, tem-se assim um empilhamento de granulados porosos compostos por uma mistura de pó de titânio e de pó de carbono.

[0053] Quando se dá a reação de Ti + C TiC produz-se uma contracção volumétrica da ordem de 24 % quando se passa dos reagentes para o produto (contracção resultante da diferença de densidade entre os reagentes e os produtos). Assim, a densidade teórica da mistura de Ti + C é de 3,75 g/cm3 e a densidade teórica do TiC é de 4,93 g/cm3. No produto final, após a reação de obtenção do TiC, o metal em fusão vazado vai infiltrar-se:

- na zona porosa microscópica presente nos espaços com forte concentração de carboneto de titânio, consoante o nível de compactação inicial destes granulados;

- nos espaços milimétricos entre as zonas com forte concentração de carboneto de titânio, consoante o empilhamento inicial dos granulados (densidade a granel);

- na zona de porosidade resultante da contracção volumétrica aquando da reação entre Ti + C para se obter o TiC.

Exemplos [0054] Nos exemplos que se seguem utilizam-se as seguintes matérias-primas:

- titânio, H.C. STARCK, Amperit 155.066, menos de 200 mesh,

- carbono-grafite GK Kropfmuhl, UF4, > 99, .5 %, menos de 15 pm,

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19/30

- Fe, sob a forma de aço HSS M2, menos de 25 pm, proporções :

Ti + C 100 g Ti - 24,5 g C

Ti + C 100 g Ti - 24,5 g C - 35,2 g Fe [0055] Misturou-se 15 min num misturador Lindor, em atmosfera de árgon.

[0056] A granulação foi efetuada com um granulador SahutConreur.

[0057]

Para as misturas de Ti+C+Fe e Ti+C, obteve-se a compactação dos granulados da seguinte forma:

Pressão dos rolos (10⁵Pa)	Compactação média (% da densidade teórica)
10	55
25	68
50	75
100	81
150	85
200	88
250	95

[0058] O reforço foi produzido colocando granulados num recipiente metálico de 100x30x150 mm, que em seguida é colocado no molde no sítio da peça que se pretende reforçar. Em seguida vaza-se o aço ou o ferro fundido neste molde.

Exemplo 1:

[0059] Neste exemplo, pretende-se preparar uma peça cujas zonas reforçadas comportam uma percentagem, em volume global de TiC, de cerca de 42 %. Com esta finalidade, produz-se uma tira por compactação a 85 % da densidade teórica de uma mistura de C e de Ti. Após trituração, os grânulos são peneirados de maneira a obter-se uma dimensão dos grânulos situada entre 1,4 e 4 mm. Obtém-se uma densidade a granel da ordem de 2,1 g/cm³ (35 % de espaço entre os grânulos + 15 % de porosidade nos grânulos).

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20/30 [0060] Dispõe-se os granulados no molde no sítio da parte a reforçar que comporta assim 65 % em volume de granulados porosos. Em seguida vaza-se um aço fundido com crómio (3 % de C, 25 % de Cr) , a cerca de 1500 °C, num molde de areia não aquecido previamente. A reação entre o Ti e o C inicia-se por acção do calor do ferro fundido. Este vazamento faz-se sem atmosfera de protecção. Após a reação, obtém-se, na parte reforçada, 65 % em volume de zonas com uma forte concentração, de cerca de 65 % de carboneto de titânio globular ou seja, 42 % em volume global de TiC na parte reforçada da peça de desgaste.

Exemplo 2:

[0061] Neste exemplo, pretende-se preparar uma peça cujas zonas reforçadas comportam uma percentagem, em volume global de TiC de cerca de 30 %. Com esta finalidade, produz-se uma tira por compactação, a 70 % da densidade teórica, de uma mistura de C e de Ti. Após trituração, os grânulos são peneirados de maneira a obter-se uma dimensão dos grânulos situada entre 1,4 e 4 mm. Obtém-se uma densidade a granel da ordem de 1,4 g/cm³ (45 % de espaço entre os grânulos + 30 % de porosidade nos grânulos). Dispõem-se os granulados na parte a reforçar que comporta assim 55 % em volume de granulados porosos. Após a reação, obtém-se, na parte reforçada, 55 % em volume de zonas com uma forte concentração, de cerca de 53 % de carboneto de titânio globular ou seja, cerca de 30 % em volume global de TiC na parte reforçada da peça de desgaste.

Exemplo 3:

[0062] Neste exemplo, pretende-se preparar uma peça cujas zonas reforçadas comportam uma percentagem, em volume global

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21/30 de TiC, de cerca de 20 %. Com esta finalidade, produz-se uma tira por compactação, a 60 % da densidade teórica, de uma mistura de C e de Ti. Após a trituração, os granulados são peneirados de maneira a obter-se uma dimensão dos granulados situada entre 1 e 6 mm. Obtém-se uma densidade a granel da ordem de 1,0 g/cm³ (55 % de espaço entre os granulados + 40 % de porosidade nos granulados). Dispõe-se o granulado na parte a reforçar que comporta assim 45 % em volume de granulados porosos. Após a reação, obtém-se, na parte reforçada, 45 % em volume de zonas concentradas a cerca de 45 % de carboneto de titânio globular, ou seja, 20 % em volume global de TiC, na parte reforçada da peça de desgaste.

Exemplo 4:

[0063] Neste exemplo, procurou-se atenuar a intensidade da reação entre o carbono e o titânio juntando-lhes uma liga ferrosa em pó. Como no exemplo 2, pretende-se preparar uma peça de desgaste cujas zonas reforçadas comportam uma percentagem, em volume global de TiC, de cerca de 30 %. Com esta finalidade, produz-se uma tira por compactação, a 85 % da densidade teórica de uma mistura, em peso, de 15 % de C, 63 % de Ti e 22 % de Fe. Após a trituração, os granulados são peneirados de maneira a obter-se uma dimensão dos grânulos situada entre 1,4 e 4 mm. Obtém-se uma densidade a granel da ordem de 2 g/cm3 (45 % de espaço entre os grânulos + 15 % de porosidade nos grânulos). Dispõe-se os granulados na parte a reforçar que comporta assim 55 %, em volume, de granulado poroso. Após a reação, obtém-se, na parte reforçada, 55 % em volume de zonas com uma forte concentração, de cerca de 55 %, de carboneto de titânio globular ou seja, 30 % em volume de carboneto de titânio global na macro-microestrutura reforçada

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22/30 da peça de desgaste.

[0064] Os quadros que se seguem mostram numerosas combinações possíveis.

Quadro 1 (Ti + 0,98 C)

Percentagem global de TiC obtido na macro-microestrutura reforçada após a reação de Ti + 0,98 C na parte reforçada da peça de desgaste

Compactação dos granulados (% da densidade teórica que é de 3,75 g/cm³)	55	60	65	70	75	80	85	90	95
Enchimento da	70	29,	3	31,	9	34,	6	37,	2	39,	9	42,	6	45,	2	47,	9	50,	5
parte reforçada da	65	27,	2	29,	6	32,	1	34,	6	37,	1	39,	5	42,	0	44,	5	4 6,	9
peça (% vol.)	55	23,	0	25,	1	27,	2	29,	3	31,	4	33,	4	35,	5	37,	6	39,	7
	45	18,	8	20,	5	22,	2	23,	9	25,	7	27,	4	29,	1	30,	8	32,	5

[0065] Este quadro mostra que, com um nível de compactação indo de 55 a 95 % para as tiras e portanto para os granulados, podem praticar-se níveis de enchimento dos granulados, na parte reforçada, indo de 45 a 70 % em volume (relação entre o volume total dos granulados e o volume do seu confinamento). Assim, para se obter uma concentração global de TiC, na parte reforçada, de cerca de 29 % em vol. (em letras a negro no quadro), pode-se proceder a diferentes combinações como por exemplo 60 % de compactação e 65 % de enchimento ou 70 % de compactação e 55 % de enchimento ou ainda 85 % de compactação e 45 % de enchimento. Para obter níveis de enchimento dos granulados, na parte reforçada, indo até 70 % em volume, é-se obrigado a aplicar uma vibração para comprimir os granulados. Neste caso, já não é aplicável a norma ISO 697 para a medição da taxa de enchimento e mede-se a quantidade de matéria num dado volume.

Quadro 2

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Relação entre o nível de compactação, a densidade teórica e a percentagem de TiC obtido após a reação no granulado

Compactação dos granulados	55	60	65	70	75	80	85	90	95
Densidade em g/cm³	2,06	2,25	2,44	2, 63	2, 81	3,00	3, 19	3,38	3, 56
TiC obtido após reação (e contracção) em % vol. nos granulados	41, 8	45, 6	49,4	53,2	57,0	60, 8	64,6	68, 4	72,2

[0066] Aqui, os requerentes representaram a densidade dos granulados em função do seu nível de compactação e daí deduziram a percentagem volúmica de TiC obtido após a reação e portanto uma contracção de cerca de 24 % em vol. Os granulados compactados até terem 95 % da sua densidade teórica permitem assim obter, após a reação, uma concentração de 72,2 % em vol. de TiC.

Quadro 3

Densidade a granel do empilhamento dos grânulos

Compactação		55	60	65	70	75	80	85	90	95
Enchimento da parte Reforçada da peça em % em vol	70	1, 4	1, 6	1,7	1, 8	2	2,1	2,2	2, 4	2,5
65	1, 3*	1,5	1, 6	1, 7	1,8	2, 0	2,1	2,2	2,3
55	1, 1	1,2	1,3	1, 4	1,5	1, 7	1,8	1, 9	2,0
45	0, 9	1,0	1,1	1, 2	1,3	1, 4	1,4	1, 5	1, 6

(*) Densidade a granel (1,3) = densidade teórica (3,75 g/cm³)) x 0,65 (enchimento) x 0,55 (compactação) [0067] Na prática, estes quadros servem de ábacos para o utilizador desta tecnologia, em que se fixa a percentagem global de TiC a preparar na parte reforçada da peça e que, em função disso, determina-se o nível de enchimento e de compactação dos granulados que se vai utilizar. Realizaram-se os mesmos quadros para uma mistura de pós de Ti + C + Fe.

Ti + 0,98 C + Fe [0068] Aqui, o requerente visou uma mistura que permita obter 15 % em volume de ferro após a reação. A proporção de

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24/30 mistura que foi utilizada foi de:

100g Ti - 24,5g C - 35,2g Fe

Entende-se por pó de ferro: ferro puro ou liga de ferro.

Densidade teórica da mistura: 4,25 g/cm³

Retracção volumétrica durante a reação: 21 %

Quadro 4

Percentagem global de TiC obtido na macro-microestrutura reforçada após a reação de Ti + 0,98 C + Fe na parte reforçada da peça de desgaste

Compactação dos granulados (% da densidade teórica que é de 4,2 5 g/cm³)	55	60	65	70	75	80	85	90	95
Enchimento da parte reforçada da peça (% vol. )	70	25, 9	28,2	30,6	32, 9	35, 5	37, 6	40,0	42,3	44,7
65	24,0	26,2	28,4	30, 6	32,7	34, 9	37,1	39, 3	41,5
55	20,3	22,2	24,0	25, 9	27,7	29, 5	31,4	33, 2	35,1
45	16,6	18, 1	19, 6	21, 2	22,7	24,2	25,7	27,2	28,7

[0069] De novo, para se obter uma concentração global de TiC, na parte reforçada, de cerca de 26 % em vol (em letras a negro no quadro), pode-se proceder a diferentes combinações como por exemplo 55 % de compactação e 70 % de enchimento ou 60 % de compactação e 65 % de enchimento ou 70 % de compactação e 55 % de enchimento ou ainda 85 % de compactação e 45 % de enchimento.

Quadro 5

Relação entre o nível de compactação, a densidade teórica e a percentagem de TiC obtido após a reação no granulado, tendo em conta a presença de ferro

Compactação dos granulados	55	60	65	70	75	80	85	90	95
Densidade em g/cm³	2,34	2, 55	2,76	2,98	3, 19	3,40	3, 61	3,83	4, 04
TiC obtido após reação (e contracção) em % vol. nos granulados	36, 9	40,3	43, 6	47, 0	50,4	53, 7	57,1	60, 4	63,8

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Quadro 6

Densidade a granel do empilhamento dos grânulos (Ti + C + Fe)

Compactação	55	60	65	70	75	80	85	90	95
Enchimento da parte reforçada da peça em % em vol	70	1, 6	1, 8	1, 9	2,1	2,2	2, 4	2,5	2,7	2, 8
65	1,5*	1, 7	1,8	1, 9	2, 1	2,2	2,3	2,5	2, 6
55	1,3	1, 4	1,5	1, 6	1, 8	1, 9	2,0	2,1	2,2
45	1, 1	1, 1	1,2	1,3	1, 4	1, 5	1, 6	1,7	1, 8

(*) Densidade a granel (1,5) = densidade teórica (4,25 g/cm³)) x 0,65 (enchimento) x 0,55 (compactação)

Teste comparativo com a EP 1450973 [0070] Realizaram-se ensaios comparativos entre peças de desgaste comportando zonas reforçadas com inserções bastante volumosas (150x100x30 mm) e peças comportando zonas reforçadas com a macro-microestrutura da presente invenção. A máquina de moagem em que se realizaram estes ensaios está representada na fig. 13. Nesta máquina, o requerente dispôs, alternadamente, uma talhadeira comportando uma inserção de acordo com o estado da técnica rodeada por todos os lados por uma talhadeira não reforçada e uma talhadeira com uma zona reforçada por uma macro-microestrutura, de acordo com a presente invenção, ela também enquadrada por duas talhadeiras de referência não reforçadas.

[0071] Definiu-se um índice de desempenho em relação a uma talhadeira não reforçada e em relação a um dado tipo de rocha. Mesmo se a extrapolação para outros tipos de rocha nem sempre é fácil, os requerentes tentaram, contudo uma abordagem quantitativa quanto ao desgaste observado.

Índice de desempenho (ID)

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	Inserção de 150x100x30 mm (estado da técnica)	Zona reforçada de 150x100x30 mm (de acordo com a invenção)
Ti+C (1100g)	Ti+C+Fe (1.240g)	Granulados* Ti + C	Granulados* Ti+C+Fe(900g)
630g	765g	810g
Compactação	65 %	70 %	80%	85%	85%
ID Ensaio 1	2, 1				2,5
ID Ensaio 2	2, 2	2,2	2,3	2, 4	2, 4	2,3
ID Ensaio 3	2, 4		2, 4		2,7
ID Ensaio 4	2, 1		2, 1		2, 4
ID Ensaio 5	2, 4			2, 4

Dimensão dos granulados 1,4 e 4 mm [0072] O índice de desempenho é a razão entre o desgaste das talhadeiras de referência não reforçadas em relação ao desgaste da talhadeira reforçada. Um índice de 2 significa então que a peça reforçada desgasta-se duas vezes menos

depressa	do que as peças	de referência. Mede-se	o desgaste	na
parte su	jeita a esforço	(mm	desgastados),	no	sítio onde	se
encontra	o reforço.
[0073]	Os comportamentos	da inserção,	de	acordo com	o
estado	da técnica,	são	semelhantes	aos	da macro-

microestrutura da presente invenção, salvo no que respeita à taxa de compactação de 85 % dos granulados que mostra um comportamento ligeiramente superior. Contudo, se se compararem as quantidades de material utilizadas para equipar a zona de reforço, constata-se que com 765 g de pó de Ti + C, obtém-se o mesmo desempenho que com 1100 g de pó de Ti + C sob a forma de inserção. Considerando que esta mistura custava cerca de 75 euro/kg, em 2008, pode-se avaliar a vantagem oferecida pela presente invenção.

[0074] Globalmente, ganha-se, conforme os casos, entre 20 e 40 % em massa de reforço em relação a uma inserção do tipo

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27/30 das descritas na EP 1450973.

[0075] Assim, se se considerar uma relação de 4 entre a densidade da liga ferrosa (± 7,6) e a densidade a granel do reforço (± 1,9), o aumento de 5 % em massa do reforço corresponde a um reforço na peça final de 20 % em volume. Assim, dispõe-se uma quantidade muito pequena de material de reforço, de uma maneira muito eficaz.

Vantagens [0076] A presente invenção apresenta, em geral, as vantagens que se seguem, em relação ao estado da técnica:

- utilização de menos material para um mesmo nível de reforço;

- melhor resistência ao choque;

- resistência ao desgaste equivalente, diga-se melhor;

- mais flexibilidade nos parâmetros de execução (mais flexibilidade para as aplicações);

- menos defeitos de fabricação, em particular

- menos defeitos provocados pelo gás,

- menos susceptibilidade para rachar durante o fabricação,

- melhor manutenção do reforço na peça, traduzindo-se por uma menor percentagem de refugo;

- infiltração fácil do reforço, por causa da reação ser exotérmica, o que permite:

- realizar um reforço com uma espessura importante,

- colocar o reforço na superfície,

- reforçar paredes finas;

- reforço localizado, limitado aos locais desejados;

- superfície sã do carboneto formado, o que leva a uma boa ligação com o metal vazado;

- não aplicação de pressão aquando do vazamento;

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- sem atmosfera de protecção particular;

- sem pós-tratamento de compactação.

Melhor resistência aos choques;

[0077] No processo de acordo com a presente invenção, os granulados milimétricos porosos são ligados por engaste à liga metálica de infiltração. Estes granulados milimétricos são eles próprios compostos por partículas microscópicas, com tendência globular, de TiC, igualmente ligados por engaste à liga metálica de infiltração. Este sistema permite obter uma peça de material compósito com uma macroestrutura no seio da qual há uma microestrutura idêntica a uma escala cerca de mil vezes mais pequena.

[0078] O fato de este material comportar pequenas partículas globulares de carboneto de titânio, duras e finamente dispersas numa matriz metálica que as envolve, permite evitar a formação e a propagação de fissuras (ver fig. 4 e fig. 6) . Tem-se assim um duplo sistema dissipador das fissuras.

[0079] As fissuras têm geralmente origem nos sítios mais frágeis que são, no caso, a partícula de TiC ou a interface entre esta partícula e a liga metálica de infiltração. Se uma fissura tem origem na interface ou na partícula micrométrica de TiC, a propagação desta fissura é em seguida travada pela liga de infiltração que rodeia a partícula. A tenacidade da liga de infiltração é superior à da partícula cerâmica de TiC. A fissura precisa de mais energia para passar de uma partícula para a outra para ultrapassar os espaços micrométricos que existem entre as partículas.

[0080] Uma outra razão para explicar a melhor resistência aos choques é uma capacidade mais racional do carboneto de

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29/30 titânio para realizar um reforço adequado.

Resistência ao desgaste (comportamento em serviço) [0081] É importante sublinhar que esta melhor resistência aos choques não se faz em detrimento da resistência ao desgaste. Nesta técnica, as partículas duras estão particularmente bem integradas na liga metálica de infiltração. Nas aplicações submetidas a choques violentos, é pouco provável um fenômeno de esfarelamento da parte reforçada.

Flexibilidade máxima para os parâmetros de execução [0082] Para além do nível de compactação dos granulados, pode-se fazer variar dois parâmetros que são a fracção granulométrica e a forma dos grânulos e portanto a sua densidade a granel. Em contrapartida, numa técnica de reforço por inserção apenas se pode fazer variar o seu nível de compactação numa gama limitada. Ao nível da forma que se deseja dar ao reforço, tenho em conta o desenho da peça e o sítio que se quer reforçar, a utilização de granulados permite ainda mais possibilidades e maior adaptação.

Vantagens ao nível do fabricação [0083] A utilização como reforço de um empilhamento de granulados porosos apresenta algumas vantagens ao nível do fabricação:

- menos libertação de gás,

- menos susceptibilidade para se rachar,

- melhor localização do reforço na peça.

[0084] A reação entre Ti e C é fortemente exotérmica. O aumento da temperatura provoca uma libertação de gás dos reagentes, quer dizer, das matérias voláteis contidas nos reagentes (H2O no carbono, H2, N2 no titânio). Quanto mais

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30/30 elevada for a temperatura de reação, maior será a libertação de gás. A técnica utilizando granulados permite limitar a temperatura, limitar o volume de gás e permite uma saída mais fácil do gás e assim limita os defeitos provocados pelo gás (ver fig. 12 com a bolha de gás indesejável).

Susceptibilidade baixa à formação de rachas aquando do fabricação da peça de desgaste de acordo com a presente invenção [0085] O coeficiente de dilatação do reforço de TiC é mais baixo do que o da matriz de liga ferrosa (coeficiente de dilatação de TiC: 7,5 10-6/K e da liga ferrosa: cerca de 12,0 10^-6/K). Esta diferença entre os coeficientes de dilatação tem por consequência gerar tensões no material durante a fase de solidificação e também durante o tratamento térmico. Se estas tensões forem demasiado importantes, podem aparecer rachas na peça o que leva à sua refutação. Na presente invenção, utiliza-se uma proporção baixa de reforço de TiC (menos de 50 % em volume), o que implica menos tensões na peça. Além disso, a presença de uma matriz mais dúctil entre as partículas globulares micrométricas de TiC, em zonas alternadas de fraca ou forte concentração permite assumir eventuais tensões locais.

Excelente manutenção do reforço na peça.

[0086] Na presente invenção, a fronteira entre a parte reforçada e a parte não reforçada do material compósito hierárquico não é abrupta dado que há uma continuidade da matriz metálica entre a parte reforçada e a parte não reforçada, o que permite protegê-la contra o arranque completo do reforço.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Material compósito hierárquico, caracterizado pelo fato de compreender uma liga ferrosa reforçada com carbonetos de titânio, de acordo com uma geometria definida na qual a referida parte reforçada comporta uma macro-microestrutura alternada de zonas milimétricas (1) concentradas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4) envolta por zonas milimétricas (2) praticamente isentas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4), formando as referidas zonas concentradas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4) uma microestrutura na qual os interstícios micrométricos (3) , entre as referidas de partículas globulares (4), são igualmente ocupadas pela referida liga ferrosa, sendo que as referidas zonas milimétricas concentradas de carboneto de titânio (1) têm uma dimensão variando de 1 a 12 mm.

2/3 parte das partículas micrométricas globulares de carboneto de titânio (4) terem uma dimensão inferior a 20 μm.

6. Material compósito, de acordo com uma qualquer das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de as referidas zonas concentradas de partículas globulares de carboneto de titânio (1) comportarem 36,9 a 72,2 % em volume de carboneto de titânio.

7. Material compósito, de acordo com uma qualquer das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de as referidas zonas milimétricas concentradas de carboneto de titânio (1) terem uma dimensão variando de 1 a 6 mm. 8. Material compósito, de acordo com uma qualquer das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de as referidas zonas concentradas de carboneto de titânio (1) terem uma dimensão variando de 1,4 a 4 mm. 9. Material compósito, de acordo com uma qualquer das

reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de o referido compósito ser uma peça de desgaste.

10. Processo de fabricação por vazamento de material compósito hierárquico, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de compreender as etapas seguintes:

disponibilização de um molde comportando a cavidade do molde para o material compósito hierárquico com uma geometria de reforço pré-definida;

introdução, na parte da cavidade do molde destinada a formar a parte reforçada, de uma mistura de pós compactados comportando carbono e titânio sob a forma de grânulos milimétricos precursores do carboneto de titânio; vazamento, no molde, de uma liga ferrosa, em que o calor do

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2. Material compósito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as referidas zonas milimétricas concentradas terem uma concentração de carbonetos de titânio (4) superior a 36,9 % em volume.

3. Material compósito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a parte reforçada ter um teor global de carboneto de titânio entre 16,6 e 50,5 % em volume.

4. Material compósito, de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de as partículas micrométricas globulares de carboneto de titânio (4) terem uma dimensão inferior a 50 pm.

5. Material compósito, de acordo com uma qualquer das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de a maior

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3/3 referido material em fusão desencadeia uma reação exotérmica de síntese auto-propagada (SHS) de carboneto de titânio a alta temperatura no seio dos referidos granulados precursores;

formação, no seio da parte reforçada do material compósito hierárquico, de uma macro-microestrutura alternada de zonas milimétricas concentradas (1) de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4) no local dos referidos granulados precursores, sendo as referidas zonas separadas entre si por zonas milimétricas (2) praticamente isentas de partículas globulares micrométricas de carboneto de titânio (4), estando igualmente as referidas partículas globulares (4) separadas, no seio das referidas zonas milimétricas concentradas (1) de carboneto de titânio, por interstícios micrométricos (3);

infiltração dos interstícios milimétricos (2) e micrométricos (3) pela referida liga ferrosa vazada a alta temperatura, no seguimento da formação de partículas microscópicas globulares

de carboneto de titânio (4) 11. Processo de fabricação, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a mistura de pós compactadas de titânio e de carbono comportar um pó de uma liga ferrosa. 12. Processo de fabricação, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o referido carbono ser grafite.

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