PT1249510E - Processo de preparação de objectos em aço de ferramentas, pela metalurgia dos pós - Google Patents

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DESCRIÇÃO EPÍGRAFE "PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE OBJECTOS EM AÇO DE FERRAMENTAS, PELA METALURGIA DOS PÓS" O invento refere-se a um processo para o fabrico, pela metalurgia dos pós, de objectos em aço de ferramentas com homogeneidade melhorada, maior pureza e caracteristicas melhoradas.

Os aços de ferramentas com elevadas concentrações de carbono e elevados teores de elementos que formem carboneto são utilizados para peças de corte e componentes com elevada resistência ao desgaste. Uma vez que numa solidificação de ligas deste tipo em moldes de fundição se formam não homogeneidades tais como carbonetos grosseiros, primários e eutécticos, que são responsáveis por problemas de fabrico e más caracteristicas mecânicas das ferramentas ou dos componentes assim fabricados, é vantajoso um fabrico de peças deste género pela metalurgia dos pós.

Um fabrico pela metalurgia dos pós engloba essencialmente uma atomização de uma massa fundida de aço de ferramentas em pó de metal, a introdução, a compactação do pó de metal num recipiente ou numa cápsula, um fechar da cápsula e um aquecimento e compressão isostática, a temperatura elevada do pó na cápsula, obtendo-se um material homogéneo denso.

Numa atomização da massa fundida, que ocorre, de acordo com o nível tecnológico, preferencialmente com nitrogénio, formam-se no fluxo de gás pequenas gotinhas de metal com uma elevada proporção de superfície para volume, o que causa uma grande velocidade de arrefecimento e velocidade de 1 solidificação do metal liquido e consequentemente pequenas partículas de carboneto nos grãos de pó. Tal como foi referido anteriormente, na sequência o pó, na maioria das vezes comprimido na cápsula por batimento, é moldado nesta através de compressão isostática a temperaturas elevadas (HIP), a maior parte das vezes superiores a 1080°C com uma pressão superior a 85 Mpa, obtendo-se um corpo de metal totalmente denso. Este corpo de metal as-HIPed, que pode ainda ser submetido a uma deformação a quente, apresenta, no caso de elevado teor de carboneto, um tamanho vantajosamente pequeno de carboneto de, em média, 1-3 μιη e boas caracterí sticas mecânicas do material em comparação com um fabrico pela metalurgia por fusão.

Objectos de aço de ferramentas fabricados pela metalurgia dos pós possuem, de facto, uma estrutura absolutamente vantajosa com fases de carboneto finamente distribuídas; devido a uma incompleta isotropia do material e a um mau grau de pureza não é, contudo, possível realizar o elevado potencial de qualidade de materiais PM passível de ser atingido. 0 invento pretende aqui remediar este problema e põe-se como objectivo, resolver a falta de qualidade dos objectos em aço de ferramentas PM fabricados de acordo com o nível tecnológico e indicar um processo do tipo inicialmente referido, com o qual seja possível fabricar um corpo de metal comprimido isostaticamente com a máxima isotropia de material e o mínimo teor de inclusões de óxido.

Pelo método, de acordo com a invenção, obtem-se um objecto de aço de ferramentas com características de tratamento e características de utilização melhoradas numa maior vida útil de utilização.

Este objectivo é alcançado através do processo de acordo com a reivindicação 1. 2

As vantagens obtidas com o processo de acordo com o presente invento baseiam-se essencialmente no facto de, de forma sinergética, primeiramente através de trabalho metalúrgico numa massa fundida, introduzida num recipiente metalúrgico, se melhorar essencialmente o respectivo grau de pureza oxidico, e se ajustar a respectiva temperatura de forma homogénea para um valor de sobreaquecimento vantajoso, seguindo-se uma atomização do metal liquido de forma a que o diâmetro médio do grão importe em 50 até 70 μιη. Desta forma consegue-se que, por um lado, o teor de oxigénio no pó seja surpreendentemente baixo e, por outro lado, também que a quota de grão fino seja consideravelmente aumentada com vista à obtenção de uma elevada densidade de batimento e densidade de vibração na cápsula. Se, tal como previsto de acordo com o presente invento, o pó de metal, classificado com a manutenção da atmosfera de nitrogénio, for introduzido em conjunto num recipiente, sendo compactado e fechado neste, não é possível ocorrer qualquer oxidação ou adsorção física de oxiqénio na superfície do grão de pó.

Uma distribuição, de acordo com o presente invento, do diâmetro do grão com um valor médio na área dos 50 a 70 μιη torna possível a obtenção de uma inesperadamente elevada densidade de pó na cápsula, de forma a que, por um lado, a sua medida de contracção na compressão isostática a temperaturas elevadas seja reduzida e, por outro lado, se verifique uma isotropia consideravelmente completa do denso corpo de metal comprimido. Estas vantagens são também alcançadas no caso de tamanhos de recipientes com um diâmetro ou uma espessura de mais de 300 mm e um comprimento superior a 1000 mm.

Os parâmetros para o ciclo de compressão isostática a temperaturas elevadas englobam um aquecimento do pó no recipiente a um aumento de temperatura e de pressão consideravelmente igual, atingindo-se já nesta fase, tal como 3 se mostrou, um aumento da densidade do material e da homogeneidade. 0 processo de compressão seguinte verifica-se, na área de temperatura de 1100°C até 1180 °C, a uma pressão de 90 Mpa e superior, com uma duração de, no mínimo, três horas, seguido de um arrefecimento lento do corpo de compressão. Temperaturas de compressão inferiores a 1100°C e pressões inferiores a 90 Mpa, bem como tempos de compressão inferiores a três horas podem causar descontinuidades no material. O corpo de compressão apresenta, de acordo com HIPen, uma estrutura do material totalmente densa, podendo, por isso, ser transformada, neste estado ou após uma deformação a quente, numa ferramenta.

Para a elevada qualidade do objecto de aço de ferramentas fabricado pela metalurgia dos pós segundo o processo de acordo com o presente invento, é característico o seu baixo teor de inclusões, bem como o seu reduzido tamanho de inclusão. O elevado grau de pureza oxídico documentado, de acordo com a DIN 50 602 com um valor K0, de essencialmente no máximo 3, não conduz a características mecânicas grandemente melhoradas, especialmente no caso de temperaturas de utilização aumentadas do material em todos os sentidos de sujeição, mas melhora em grande medida também as suas características de utilização, preferencialmente a conservação do corte de ferramentas de corte de precisão. A invenção proporciona a introdução da massa fundida condicionada numa câmara de atomização através de um corpo pulverizador no recipiente metalúrgico com um diâmetro do fluxo de massa fundida de 4,0 até 10,0 mm, sendo admitida nessa câmara de atomização com, no mínimo, três jactos de gás sucessivos de nitrogénio, com um grau de pureza de, no mínimo, 99,999% de nitrogénio, sendo que o último jacto de gás a actuar sobre o fluxo de massa fundida apresenta, pelo menos parcialmente, uma velocidade que é superior à velocidade do som. Uma conservação do diâmetro do fluxo de massa fundida 4 e a elevada energia cinética da admissão de gás do fluxo de metal têm como consequência uma vantajosa distribuição do grão e a fineza pretendida do pó de metal fabricado. 0 condicionamento e o ajuste da temperatura do metal liquido no recipiente metalúrgico, bem como o elevado grau de pureza do gás de atomização, nitrogénio, sao ainda as causas para um surpreendentemente elevado grau de pureza, ou uma pequena quota de oxigénio do pó e, consequentemente, do lingote comprimido isostaticamente a temperaturas elevadas.

Um aumento bastante marcante da qualidade do objecto é atingido no seu fabrico segundo o processo de acordo com o presente invento, se a massa fundida for constituída por uma liga à base de ferro, contendo em % do peso

Carbono (C) 0,52 até 3, 74 Manganês (Mn) até 2,9 Cromo (Cr) até 21,0 Molibdénio (Mo) até 10,0 Níquel (Ni) eventualmente até 1,0 Cobalto (Co) até 20,8 Vanádio (V) até 14, 9 Nióbio (Nb) Tantálio (Ta) individualmente ou no total 2,0 Volfrâmio (W) até 20,0 Enxofre (S) até 0,5 bem como elementos acessórios até a uma concentração total de 4,8 e impurezas e ferro como o restante. A composição química do aço de ferramentas acima representada contém especialmente aços de ferramentas ricos em carboneto com elevada resistência ao desgaste e elevada conservação do corte das ferramentas com ele fabricadas. Uma vez que quotas elevadas de carboneto pioram, em regra, as características mecânicas do material, é 5 especialmente importante a sua melhoria fundamental através do processo de acordo com o presente invento. Mostrou-se que estes elevados valores mecânicos caracteristicos, especialmente aqueles da resistência à flexão por choque do material, estão sinergeticamente fundamentados pelo pequeno diâmetro médio do grão do pó, uma propagação homogénea densa do mesmo na cápsula, e pelo elevado grau de pureza oxidico numa estrutura isotrópica do objecto comprimido isostaticamente a temperaturas elevadas. 0 grau de pureza oxidico do metal liquido pode ser melhorado eficazmente através de um trabalho metalúrgico, se o condicionamento da massa fundida no recipiente metalúrgico, ocorrer numa corrente turbulenta induzida da mesma, e com uma cobertura completa do banho de metal através de escória liquida, a qual é aquecida especialmente através de passagem directa de corrente, durante um tempo de, no minimo, 15 minutos. É aqui impulsionada uma descarga de ligações de oxigénio, ou óxidos, da massa fundida e uma absorção das mesmas na escória quente, aumentando a corrente induzida do banho de metal a eficácia. Per se, é conhecido o alcançar de uma corrente de metal liquido num recipiente metalúrgico através de introdução de gás de circulação argónio através de, no minimo, uma pedra de lavagem colocada no lado do chão e permeável ao gás. É, contudo, importante, a fim de evitar uma reoxidação da massa fundida, que a sua cobertura seja mantida completa através de escória liquida mesmo no caso de movimentos de fusão. Para evitar problemas na aplicação de uma pedra de lavagem, e no sentido da fiabilidade de serviço da criação de uma corrente de metal controlada e eficaz, bem como para evitar dificuldades no transporte de gás de lavagem ou de gás misturador, apresentando pequenas quantidades de gás pouco efeito metalúrgico, elevadas quantidades de gás, contudo, formando partes da superfície da massa fundida isenta de 6 escória e oxidando, bem como podendo misturar partículas de escória no aço, utilizam-se, preferencialmente, meios electromagnéticos, por exemplo agitação electromagnética, para uma indução de uma corrente turbulenta no metal líquido. Altamente vantajoso pode ser aqui também um ajuste e uma distribuição uniforme da temperatura do banho de metal através de uma introdução de energia térmica na escória, através de passagem de corrente eléctrica.

Porque também pequenas quotas de grão grosseiro no pó de metal, especialmente aquando do enchimento da cápsula e da compactação do pó na mesma, podem causar separação da mistura, é vantajoso se o diâmetro dos grãos de pó for, de acordo com a tecnologia da pulverização, ajustado ou classificado para um valor máximo de 500 μιη, por meio de atomização.

Em caso de necessidade pode, de acordo com o invento, prever-se, para garantia de uma propagação homogénea, e para o aumento da qualidade do produto, que o pó junto num espaço de preparação seja fluidificado e misturado através de nitrogénio e, mantendo a atmosfera de nitrogénio, seja introduzido num recipiente ou uma cápsula com um peso total superior a 0,5 t, comprimido através de choques mecânicos e fechado de forma estanque ao gás.

Deste modo pode garantir-se que, se o pó homogeneizado for introduzido de forma economicamente vantajosa num recipiente ou numa cápsula com um diâmetro ou uma espessura igual ou superior a 400 mm e um comprimento de, no mínimo, 1000 mm, em caso de aplicação dos parâmetros anteriormente referidos para o ciclo de compressão isostática a temperaturas elevadas, o lingote fabricado atinge homogeneidade e total densidade do material.

Se a cápsula cheia de pó for introduzida em estado frio numa instalação HIP e ocorrer um aquecimento seguinte da cápsula de pó sob pressão ambiente de todos os lados, pode, 7 por um lado, reduzir-se o tempo de penetração por aquecimento com base numa condução térmica mais elevada, e a massa de pó ser previamente comprimida com vista a uma total isotropia do lingote.

Tal como se mostrou, em determinados casos pode ser vantajoso para suporte da consolidação, se o pré-aquecimento e/ou o processo de compressão do pó se processar a uma admissão de temperatura constante, eventualmente com alteração uniforme, que se situe num valor médio, e se o processo de compressão ocorrer a uma temperatura de, no mínimo, 1140° C, no máximo, contudo, de 1170°C.

Com base nas características de material melhoradas é possível, e pode ser vantajoso, especialmente para a minimização de custos, se o lingote fabricado pela metalurgia dos pós, de acordo com o presente invento, em estado as-HIPed ou em caso de uma deformação mínima devido a razões económicas, for utilizado como material de partida para ferramentas ou peças para ferramentas. A invenção fornece um objecto de aço de ferramentas com características de tratamento e características de utilização melhoradas, e com uma vida útil de aplicação aumentada. Estas vantagens são alcançadas com um objecto em aço de ferramentas fabricado pela metalurgia dos pós com características do material melhoradas, composto por uma liga à base de ferro contendo, em % do peso

Carbono (C) 0,52 até 3, 74 Manganês (Mn) até 2,9 Cromo (Cr) até 21,0 Molibdénio (Mo) até 10,0 Níquel (Ni) eventualmente até 1,0 Cobalto (Co ) até 20,8 Vanádio (V) até 14, 9 Nióbio (Nb) Tantálio (Ta), individualmente ou no total 8 até 2,0 Volfrâmio (W) até 20,0 Enxofre (S) até 0,5 bem como elementos acessórios até a uma concentração total de 4,8 e impurezas e ferro como o restante, material este apresentado de acordo com a DIN 50 602 um valor K0 de, no máximo, 3.

Os aços de ferramentas têm um largo espectro de concentração dos respectivos elementos da liga, estando estes sempre em acção reciproca e devendo ser observados tendo em vista o teor de carbono. Teores de carbono inferiores a 0,52 % do peso são responsáveis por uma quota baixa de carboneto e/ou por uma dureza reduzida da matriz em estado termicamente melhorado do aço, enquanto que teores mais elevados que 3,74% do peso em carbono, excluem, também num fabrico pela metalurgia dos pós, o material para uma utilização como ferramenta com base no perfil de caracteristicas mecânicas.

De especial significado para uma boa temperabilidade e para as caracteristicas mecânicas e químicas dos objectos a atingir, são os elementos Mn e Cr, sendo os teores acima de 2% do peso em Mn e acima de 21% do peso em Cr responsáveis por uma queda dos valores dos materiais necessários para as ferramentas. A elevada afinidade com o carbono dos elementos Mo, V, Nb/Ta e W provoca, nas respectivas quotas, um desenvolvimento pretendido de carboneto e mistura de carboneto numa matriz ligada. Na sequência dos elementos acima referida não devem, contudo, ser ultrapassados os valores de concentração em % do peso 10,0; 14,9; 2,0; 20,0, na medida em que por isso não poderão alcançar-se, por um lado, um comportamento de melhoramento pretendido e, por outro lado, a capacidade de 9 poder ser fabricado e as características mecânicas dos materiais previstas.

Ni pode estar eventualmente presente sem efeito prejudicial até a um teor de 1,0 % do peso na liga, Co aumenta a dureza em temperaturas elevadas e a conservação do corte das ferramentas, actua, contudo, a partir de um teor de 20,8% do peso, de forma a piorar as caracteristicas. Teores de enxofre até 0,5% do peso melhoram a capacidade de levantamento de aparas do aço de ferramentas, sem, contudo, influenciar prejudicialmente o grau de pureza do mesmo de forma a que os valores mecânicos do material sejam reduzidos. O aço de ferramentas apresenta um valor K0 definido de acordo com a DIN 50 602 de, essencialmente, no máximo 3. Este elevado grau de pureza do material provoca não só uma grande melhoria das caracteristicas mecânicas no estado melhorado, por exemplo uma tenacidade do material consideravelmente aumentada, como também as caracteristicas de utilização, especialmente a conservação do corte de ferramentas de corte de precisão para objectos duros são bruscamente aumentadas. Este aumento da qualidade dos objectos em aço de ferramentas, fabricados pela metalurgia dos pós de acordo com o presente invento baseia-se, tal como se descobriu, especialmente no facto de a reduzida quota minimizar a iniciação de fendas causada em inclusões não metálicas mais pequenas e na ausência de inclusões não metálicas maiores.

Em seguida, o invento é explicado mais pormenorizadamente com base em resultados de investigação:

De aços para trabalhar a frio e aços de corte rápido com teores de carbono C superiores a 2,2% do peso, aproximadamente 12,5% do peso em Cr e mais de 4,0% do peso em V e 1,1 até 1,4% do peso em C, aproximadamente 4,3% do peso em Cr, aproximadamente 5% do peso em Mo, 3 até 5% do peso em V, 5,8 até 6,5% do peso em W, eventualmente até 9% do peso em Co 10 sendo o resto respectivamente ferro e impurezas, foram fundidas para ensaio 50 peças de carga de 8 t, introduzidas num recipiente metalúrgico ligado a uma câmara de atomização, cobertas com escória reactiva e esta aquecida através de eléctrodos numa passagem de corrente directa. Num período de tempo de 15 até 45 minutos ocorreu um condicionamento da massa fundida numa agitação turbulenta indutiva da mesma, estando o nível de massa fundida sempre coberto com escória quente. Em seguida foi libertada uma perfuração num corpo pulverizador do recipiente metalúrgico e admitido um fluxo de massa fundida com um diâmetro de 4,0 até 10,0 mm com entrada na câmara de atomização através de jactos sucessivos de gás de nitrogénio, saindo o último jacto de gás do pulverizador com uma velocidade supersónica, direccionado para o metal líquido, separando-o em gotinhas. Na câmara de atomização ocorreu uma solidificação, das gotinhas em grãos de pó, em nitrogénio com um grau de pureza de 99,999%. A atmosfera de nitrogénio sobre o pó foi também mantida numa classificação e recolha do mesmo, tendo sido respectivamente tiradas amostras do recipiente colector para a classificação das partículas de pó.

Do recipiente colector é feita uma introdução do pó num recipiente ou numa cápsula de aço não ligado, procedendo-se à compactação do enchimento de pó através de uma vibração ou de um batimento do mesmo ou da mesma, procedendo-se em seguida ao fecho da cápsula. A cápsula, cheia de pó de liga denso, com um diâmetro de 42 0 mm e um comprimento de 2000 mm foi introduzida, em estado frio, na instalação HIP, sendo em seguida a pressão e a temperatura aumentadas simultaneamente. Ocorreu uma compressão isostática a temperaturas elevadas a uma temperatura de 1155°C com uma pressão de 105 Mpa num período de tempo de 3,85 horas, arrefecendo o corpo de compressão em seguida lentamente. Depois de uma deformação a 11 quente com 0,2 vezes até 8,1 vezes de grau de deformação foi efectuada uma recolha de amostras das peças de forja.

As 50 amostras de pó recolhidas, mediante utilização do processo de acordo com o presente invento, do recipiente colector foram submetidas a uma análise granulométrica. Os resultados e, com efeito, a respectiva quota média de pó em cada uma das classes de partículas encontram-se reproduzidos na Tabela 1 (Distribuição do grão do pó de metal) em contraposição com 92 resultados com utilização do processo de acordo com o nível tecnológico.

Tabela 1: Distribuição do grão do pó de metal, quota das classes de partículas no pó de metal, tamanho médio das partículas

Classe de partículas mícron Processo de acordo com o invento Quota em % Processo comparativo segundo o nível tecnológico Quota em % 0-45 31,5 12, 7 46-63 20,5 9,0 64-75 8, 7 5,3 76-100 11,0 9,2 101-125 7,6 9,8 126-180 9,5 14, 0 181-250 6,0 13,2 251-355 3, 7 12, 8 355-500 1,5 14, 0 Tamanho médio das 61μιη 141μιη partículas Pós, que tinham sido fabricados por um processo de acordo com o invento, possuíam, até um diâmetro do grão de 63 pm, uma quota na quantidade total de 52%, e uma quota de aproximadamente 72% até a um tamanho do grão até lOOpm. Pós fabricados de acordo com o nível tecnológico, apresentam, por 12 seu lado, para as mesmas classes, quotas de 21,7% 36,2%. Se compararmos o tamanho médio determinado das partículas, este é, no caso do fabrico do pó de acordo com o presente invento, de 61|im, sendo determinado, por seu lado, no caso do fabrico do pó de acordo com o nível tecnológico, um tamanho médio das partículas superior ao dobro do tamanho, de 141μιη.

Na Fig. 1 (processo de fabrico de acordo com o presente invento) e na Fig. 2 (processo de fabrico de acordo com o nível tecnológico) são apresentados pós a granel. Numa propagação deste tipo surgem, tal como mostra a Fig. 2, no pó de comparação (nível tecnológico) áreas de separação da mistura com uma acumulação de grãos de pó grosseiros 1 e fracções finas 2. Em contrapartida, no pó fabricado de acordo com o presente invento existe uma considerável homogeneidade. 0 mesmo é válido para a Fig. 3 (Fabrico de pó de acordo com o presente invento) e Fig. 4 (Pó de comparação) de acordo com o nível tecnológico.

Das 50 peças em bruto com composição química respectivamente diferente, fabricadas segundo o processo de acordo com o presente invento, foram retiradas amostras após uma deformação a quente e estudado o seu grau de pureza ou teor de inclusões não metálicas conforme DIN 50 602 e ASTM E 45/85 Meth.D. Estes resultados foram, por sua vez, comparados com resultados de 92 amostras de materiais da mesma espécie, mas fabricados de acordo com o nível tecnológico, e encontram-se reproduzidos na Tabela 2 (Teor de inclusões de aços de ferramentas PM K0) e Tabela 4 (Teor de inclusões de aços de ferramentas PM conforme valor ASTM). 13

Tabela 2: Teor de inclusões de aços de ferramentas PM KO (DIN 50 602) Aço de ferramentas de Aço de ferramentas de acordo com acordo com o invento o nivel tecnológico KO Quantidade de Quota % Quantidade de Quota % amostras amostras 0 28 56, 0 15 16,3 1 18 36,0 28 30,4 2 3 6,0 19 20, 7 3 1 2,0 12 13,0 4 7 7,6 5 2 2,2 6 3 3,3 7 1 1,1 8 9 10 11 12 1 1,1 13 1 1,1 14 1 1,1 15 1 1,1 16 17 18 1 1,1 19 20 Soma 50 100 92 100

Numa avaliação do teor de inclusões no material conforme DIN 50 602, processo KO, foram determinados em aços de ferramentas de acordo com o invento valores caracteristicos totais até, no máximo, 3 com uma quota, neste valor, de 2%. 14

Por seu lado, os aços de ferramentas fabricados de acordo com o nível tecnológico, apresentaram, tal como pode ver-se na Tabela 2, um teor consideravelmente mais alto de inclusões não metálicas com diâmetro comparativamente grande. Uma representação gráfica dos resultados desta avaliação é feita na Fig. 5, sendo inscritos na abcissa os valores característicos totais e na ordenada a sua quota em %. Assim, a curva A mostra o material de acordo com o presente invento, e a curva B um aço fabricado de acordo com o nível tecnológico.

Uma outra análise do teor de inclusões não metálicas em aços de ferramentas fabricados pela metalurgia dos pós foi efectuada de acordo com ASTM E 45/85 Meth. D.

Tal como se depreende da Tabela 3, foi determinado em 50 amostras de material fabricado de acordo com o presente invento (curva A) numa quantidade de amostras de 3 e uma quota de 6,0% um valor máximo ASTM de 1,5. Com um valor ASTM de 0,5 a quota situava-se nos 68%. O material de comparação, fabricado de acordo com o nível tecnológico, apresentou um teor mais elevado e inclusões mais grossas (curva B) , o que é também representado graficamente na Fig. 6, voltando a estar inscrito na abcissa o valor ASTM e na ordenada a quota percentual. 15

Tabela 3: Teor de inclusão de aços de ferramentas PM (ASTM E 45/85 Meth. D) Aço de ferramentas de acordo com o invento Aço de ferramentas de acordo com o nível tecnológico Valores Quantidade Quota % Quantidade Quota % ASTM de de amostras amostras O ΟΊ 34 68,0 24 26,1 1,0 13 26,0 35 38,0 1,5 3 6,0 22 23,9 2,0 6 6,5 2,5 4 4, 4 3,0 1 1, 1 Soma 50 100 92 100 Aços de ferramentas do tipo designado podem, tal como surpreendentemente se descobriu através do que foi determinado, de acordo com o presente invento, ser ligados com enxofre até um teor de 0,5 % do peso, sem que o teor de inclusões não metálicas se ajuste um valor DIN-KO superior a 3 .

Lisboa, 19 de Janeiro de 2015 16

Claims (8)

1. REIVINDICAÇÕES 1- Processo para o fabrico, pela metalurgia dos pós, de objectos densos, moldados ou não moldados em aço de ferramentas de elevada pureza com um valor KO de acordo com DIN 50 602 de, essencialmente no máximo 3, sendo uma massa fundida introduzida num recipiente metalúrgico e condicionada neste, sendo assim melhorado o grau de pureza oxídica da mesma e a temperatura ajustada para um valor acima da temperatura à qual os depósitos primários se formam na liga, a seguir ao que, a uma temperatura mantida essencialmente constante, com esta massa fundida é fabricado, numa câmara de atomização, por atomização através de, no mínimo, três jactos de gás consecutivos com nitrogénio com um grau de pureza de 99,999% N, um pó com um diâmetro médio do grão de 50 até 70 μιη, sendo a massa fundida condicionada introduzida numa câmara de atomização através de um corpo pulverizador no recipiente metalúrgico com um diâmetro do fluxo de massa fundida de 4,0 até 10,0 mm e sendo admitida nessa câmara de atomização com no mínimo três jactos de gás sucessivos de nitrogénio, sendo que o último jacto de gás a actuar sobre o fluxo de massa fundida apresenta, pelo menos parcialmente, uma velocidade que é superior à velocidade do som e sendo o referido pó desintegrado no fluxo de nitrogénio e, sendo mantida a atmosfera de nitrogénio, recolhido o pó com um diâmetro máximo do grão de 500 μιη, misturado, introduzido num recipiente com um diâmetro ou uma espessura superior a 300 mm e um comprimento superior a 1000 mm, compactado neste através de choques mecânicos e o recipiente fechado de forma estanque ao gás, a seguir ao que o recipiente ou a cápsula cheios de pó é introduzido em estado frio na instalação HIP e os parâmetros para o dito recipiente ou para a dita cápsula ajustados, num ciclo de compressão isostática a temperaturas elevadas, de tal 1 forma que a temperatura e a pressão são aumentadas no processo de aquecimento, actuando no corpo de pó do recipiente ou da cápsula uma pressão, de todos os lados, de, no mínimo, 1 até 40 Mpa, ocorrendo em seguida um processo isostático de compressão a uma temperatura de, no mínimo, 1100°C, no máximo, contudo, 1180°C, a uma pressão isostática de, no mínimo, 90 Mpa durante um período de tempo de, no mínimo, três horas e, em seguida, o corpo de compressão HIP arrefecido e sendo, em seguida, este corpo de compressão eventualmente deformado a quente.
2. 2- Processo, de acordo com a reivindicação n° .1, caracterizado por a massa fundida ser constituída por uma liga à base de ferro, contendo em % do peso: Carbono (C) CM LO O até 3, 74 Manganês (Mn) até 2,9 Cromo (Cr) até 21,0 Molibdénio (Mo) até 10, 0 Níquel (Ni) eventualmente até 1,0 Cobalto (Co) até 20, 8 Vanádio (V) até 14, 9 Nióbio (Nb) / Tantálio (Ta) individualmente ou até 2,0 Volfrâmio (W) até 20 ,0 Enxofre (S) até 0, 5 bem como elementos acessórios até a uma concentração total de 4,8 e impurezas e ferro como o restante.
3. 3- Processo, de acordo com a reivindicação N°1 ou N°.2, caracterizado por ocorrer um condicionamento da massa fundida no recipiente metalúrgico com um fluxo turbulento induzido da mesma, preferencialmente através de meios electromagnéticos, e com o banho de metal totalmente coberto pela escória líquida, a qual é aquecida especialmente através de passagem de 2 corrente directa, durante um período de, no mínimo, 15 minutos.
4. 4- Processo, de acordo com uma das reivindicações N°.l até N°.3, caracterizado por o diâmetro dos grãos de pó ser ajustado ou classificado para um valor máximo de 500 μιη, por meio de atomização.
5. 5- Processo, de acordo com uma das reivindicações N°.l até N° .4, caracterizado por o pó junto num espaço de abastecimento ser fluidificado e misturado através de nitrogénio e, mantendo a atmosfera de nitrogénio, ser introduzido num recipiente ou numa cápsula com um peso total superior a 0,5 t, comprimido através de choques mecânicos e fechado de forma estanque ao gás.
6. 6- Processo, de acordo com uma das reivindicações N°.l até N°.5, caracterizado por o pó ser introduzido num recipiente ou numa cápsula com um diâmetro ou uma espessura igual ou superior a 400 mm e um comprimento de, no mínimo, 1500 mm.
7. 7- Processo, de acordo com uma das reivindicações N° .1 até N°.6, caracterizado por o aquecimento e/ou processo de compressão do pó se processar com a admissão de temperatura constante, eventualmente alterando-se regularmente, oscilando em torno de um valor médio, e o processo de compressão ocorrer a uma temperatura de, no mínimo, 1140°C, no máximo, contudo, de 1170 °C.
8. 8- Processo, de acordo com uma das reivindicações N°.l até N°.7, caracterizado por o lingote fabricado pela metalurgia dos pós em estado as-HIPed ou, por razões económicas, com deformação mínima, ser empregue como material de partida para ferramentas ou peças de ferramentas. 3 Lisboa, 19 de Janeiro de 2015 4