PT88821B

PT88821B - Processo para a fabricacao de ligas pesadas de tungstenio-niquel-ferro com caracteristicas mecanicas muito elevadas

Info

Publication number: PT88821B
Application number: PT88821A
Authority: PT
Inventors: Guy Nicolas
Original assignee: Cime Bocuze
Priority date: 1987-10-23
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1993-01-29
Also published as: DK587288D0; IN171726B; ATE73174T1; KR890006843A; BR8805467A; KR950008693B1; FR2622209A1; DE3868843D1; EG19412A; SG73092G; AU606759B2; JPH01142048A; FR2622209B1; GR3003967T3; ES2032336T3; CN1033651A; EP0313484B1; DK587288A; AU2408888A; ZA887893B

Description

CIME BOCUZE

PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO BE LIGAS PESABAS BE TUNGSTENIO-NÍQUEL-EERRO COM CARACTERÍSTICAS

MECÂNICAS MUITO ELEVADAS”.

A presente invenção diz respeito a um processo para a fa bricação de ligas pesadas de tungstênio-níquel-ferro com caracte rísticas mecânicas muito elevadas.

O entendido na matéria sabe que os materiais destinados à fabricação de massas de equilibração, painéis de absorção de vibrações e radiações Σ, de projêcteis com uma grande capacidade de perfuração, devem ter uma massa específica relati vamente grande.

E por isso que se recorre para a sua fabricação a ligas denominadas pesadas” que contêm principalmente tungsténio repar tido de maneira homogénea numa matriz metálica formada geralmen te por elementos de ligação tais como níquel e ferro. Estas ligas têm, na maior parte dos casos, um teor de tungsténio em peso compreendido entre 90 e 98 % e uma densidade de 1^,6 a 18. Obtêm -se essencialmente por meio da metalurgia dos pés, ou seja, os seus componentes são utilizados no estado pulverulento, comprimidos para lhes conferir a forma apropriada, calcinados e estabi lizados para lhes dar um comportamento mecânico e eventualmente submetidos a uma operação de curtimento e tratamento térmico pa_ ra adquirirem características mecânicas: resistência, alongamen to e dureza que são convenientes para a utilização a que estão destinados.

A descrição de ligas deste género, encontra-se, por exem pio, na patente de invenção norte-americana 3-979.234, na qual se descreve um processo para a fabricação da liga de W-Ni-Ee de acordo com o qual:

- se prepara uma mistura homogénea de pós que contêm em peso, 83 - 96 % de ¥, sendo o resto níquel e ferro numa proporção ponderai Ni/Ee de 5,5 a 8,2;

- se comprime a. mistura sob:a forma de compactados;

- se calcinam os compactados numa atmosfera redutora a uma temperatura de pelo menos 1200°0 e abaixo da temperatura de aparecimento de uma fase líquida durante um intervalo de tempo suficiente para se obter um produto que tem uma densidade de pe_ lo menos 95 % da densidade teórica;

- se aquece o produto a uma temperatura compreendida en tre 0,1 e 20°C acima da temperatura de aparecimento de uma fase líquida durante o tempo suficiente parã fazer surgir'uma fase líquida mas insuficiente para se obter a deformação do produto;

- se recoze sob vazio o produto, entre 700° e 1420°C durante um tempo suficiente para lhe extrair o gás;- se acaba à máquina com as dimensões desejadas, operação que pode ser precedida por pelo menos, uma passagem de curtimento para aumentar a resistência.

Nestas condições, obtém-se por exemplo, um produto que apresenta, depois de um curtimento que conduz a uma diminuição de superfície de 31 %, Hm®· resistência à fçgptura RM de 1220 MPa, um limite elástico R 0,2 de 1180 MPa, um alongamento A de 7,8 % e uma dureza Rockwell C: HRc de 41.

Estas características são suficientes, para'algumas utili

zações, mas, para aplicações de solicitação maior, são muito cia. ramente insuficientes porque se procuram agora níveis de resistên . cia à ruptura superiores a .1600 MPa e que podem chegar a 2000 MPa.

A presente invenção tem como objecto a preparação de li gas pesadas com densidade compreendida entre 15,θ θ 18 que contêm, em peso, entre 80 e 99% de tungsténio, assim como níquel e ferro numa proporção ponderai Ki/Pe maior ou igual a 1,5 e, T eventualmente outros elementos como molibdênio, titânio, alumínio, manganês, cobalto, rênio, que têm características mecânicas mui. to elevadas e em particular uma resistência à ruptura que pode ir até 2000 MPa para um alongamento de, pelo menos 1 %.

De acordo com a invenção, estas ligas pesadas são caraçierizadas pelo facto de terem uma estrutura em que a fase de tungsténio tem a forma de asas de borboleta com células de sepa. ração com dimensões compreendidas entre 0,01 e 1 jum, e a fase do ligante tem um percurso livre médio inferior a 15 jum.

entendicfo. na matéria sabe que as ligas tungstênio-ní quel-ferro têm uma estrutura formada por nódulos de tungsténio puro mãis ou menss esferodizados por calcinação que constituem a fase , nódulos estes que são rodeados por uma fase compos. ta pelos três elementos da liga que desempenha o papel de ligan te entre os referidos nódulos*

A requerente descobriu que para desenvolver característi. cas mecânicas muito elevadas, as ligas de tungsténio deviam ter uma estrutura particular.

Assim, do ponto de vista morfolóigico, se se examinar, nu ma amostra obtida a partir destas ligas, uma superfície transver

sal na direcção de curtimento, verifica-se que:

- a fase <\ já não tem uma forma esferodizada, mas sim a de elipsóides juntos dois a dois na proximidade de uma das extremidades do seu eixo maior, de maneira a formar entre os refe ridos eixos um ângulo agudo, disposição mais correntemente deno4 minada asas de ‘borboleta

- a fase de ligante tem um percurso livre médio que di, minui à medida que a resistência à ruptura, designadamente, aumenta. Assim, abaixo de 15 jtim, atingem-se valores superiores a 1600 MPa.

A expressão percurso livre médio significa, na presente memória descritiva, a média das distâncias que numa direcção da da separa duas zonas sucessivas de fase

Do ponto de vista da microestrutura, verifica-se, quando se retiram lâminas delgadas, que na fase o( existem células de se, paração com dimensões compreendidas entre 0,01 e 1 jim que vão diminuindo à medida que as características mecânicas aumentam. Seguindo este aumento, observa-se tamtoám uma desorientação destas células umas em relação às outras. Pensa—se que são células que conferem a estas ligas a plasticidade necessária para a sua defor mação. Além disso, a abservação numa amostra, da superfície para, leia à direcção do curtimento, faz surgir uma textura fibrosa tan to mais pronunciada quanto mais elevadas forem as características mecânicas. Estas fibras são caracterizadas por uma orientação par, ticular que corresponde, segundo os índices de Miller,. à direc, ção <110> para os polos (íioj na parte central da amostra.

Por outro lado, o aumento das características mecânicas i

para além de 1^00 MPa passa por uma poligonização da fase p{ . Com plementarmente, desenvolve-se uma rede de precipitação da fase no domínio de contiguidade dos nódulos da fase o( ·

A invenção tem também como objecto um processo para a fa bricação de ligas que têm uma estrutura deste tipo e no qual se pode regular à vontade 0 valor das características mecânicas desejadas e designadamente atingir uma resistência à ruptura próxi ma de 2000 MPa.

Para atingir este objectivo, a requerente elaborou um tra tamento das ligas que permite favorecer a deformação plástica da fase sabendo que esta é normalmente frágil, mas tem um limite elástico elevado» l

Este processo compreende as fases já conhecidas é que coh sistem em:

- utilizar pos de cada elemento da liga, tendo cada uma delâs um diâmetro PISHEP compreendido entre 1 e 15.jum

- misturar os referidos pés em proporções correspondentes â composição da liga desejada

- comprimir os referidos pós sob a forma de compactados

- calcinar os compactados entre 1490° e 1650°C durante 2 a 5 horas

- tratar os compactados calcinados sob vazio a uma tempe. ratura compreendida entre 1000° e 13OO°C

- submeter os compactados assim obtidos a pelo menos uma passagem de curtimento.

Mas 0 que 0 caracteriza ê o facto de se submeter os com pactados, após tratamento sob vazio, a pelo menos três ciclos — 6 —

de operações que compreendem um curtimento cada um, seguido por um tratamento térmico.

Assim, a invenção consiste numa sucessão de ciclos que são tanto mais numerosos quanto se pretende atingir estruturas correspondentes aos valores mais elevados das características mecânicas.

Assim, três ciclos permitem atingir uma resistência à ruptura compreendida....entre 1400 e 1450 Mia, ao passo que no fim de quatro ciclos se chega à proximidade dos valores de 1850 Mia.

Cada um dastes cilcos, compreende sucessivamente uma fa se de curtimento, efectuado por meio de martelagem, por exemplo, de maneira a dèsenvolver uma certa proporção de redução de super fície de compactado calcinado compreendida entre 10 e 50 %, se4 guida por um tratamento de recozido por passagem num forno, aque eido a uma temperatura inferior a 1500°C soía uma atmosfera iner te durante 4 a 20 horas.

De preferência, nos dois primeiros ciclos, as proporções de curtimento são menores e as temperaturas mais altas do que nos ciclos ulteriores.

JTo quarto ciclo, a proporção de curtimento, conveniente atinge-se em praticamente pelo menos duas passagens sucessivas na martelagem,·por exemplo, antes de' se fazer o tratamento térmico.

A invenção pode ser representada por meio dos desenhos anexos, que representam, para uma liga que contêm em peso 95 % de tungsténio, 5 % de níquel e 2 % de ferro:

- as fig. 1, 2 e 3, as estruturas com uma ampliação de

200 cortes transversais de amostras que tem respectivamente uma resistência à ruptura de 1100, 1540 e 1850 MPa.

- as fig. 4,5 e 6, microestruturas de aspectos de ruptu ra por tracção obtidas a partir das mesmas amostras com amplia®, ções respectivas de 1000-1000-2600.

-^?as fig. 7, 8 e 9, microestruturas obtidas por meio de observação ao microscópio electrónico de lâminas delgadas com am pliações respectivas de 35·ΟΟΟ, 30.000 e 60.000 pondo em evidência o estado específico da fase oç que permite atingir as caracterís, ticas desejadas.

Na fig. 1, observa-se em branco, a estrutura nodular da fase de tungsténio e a fase / de ligante cujo percurso livre médio ê próximo de 20 pm.

Na fig. 2, observa-se a formação de asas de borboleta, enquanto o percurso livre médio diminui para cerca de 10 a 14 Jim. _ ,

Na fig. 3, a tendência observada na fig. 2, acentua-se e o percurso livre médio situa-se no intervalo de 3 a 7 |im.

Na fig. 4, a ruptura da liga ê essencialmente internodu lar e cupular ao nível da fase

Nas fig. 5 e 6 correspondentes a amostras com caracterís. ticas superiores às a fig. 4, observa-se’ que o modo de ruptura global se torna transnodular com raras iniciações de ruptura in ternodulares. Ao nível da microestrutura dá fase ç/ desenvolvem-se estados de subestruturas.

»

Na fig.'7, nota-se uma estrutura de restauração com células rearranjadas com a dimensão de. 0·,·4· a 0,8 jum.

Na fig. 8, observa-se a fase poligonizada, fase necessá ria para a passagem para as características mais elevadas.

Na fig. 95 observa-se uma estrutura típica das caracterís. ticas mais elevadas com desenvolvimento de microcélulas de sepa ração de 0,.05 ^a 0,01 jum.

A invenção pode ser descrita por meio do exemplo de apli cação seguinte:

Misturaram-se pós elementares com diâmetro FISHER com preendido entre'1,4 e 10 jjxa. de maneira a obter-se um produto que tem a composição de peso seguinte: W 93%, Ni 5%, Fe 2%.

Após compressão isostãtica sob uma pressão de 230 MPa, os compactados com c diâmetro de 90 mm e com o comprimento de 500 mm foram calcinados num forno de passagem a uma temperatura de 1490°C durante 5 horas,e , em seguida, mantidos sob vazio par ciai durante 25 horas num forno aquecido a uma temperatura compre, endida entre 900 e 1300°0.

Os produtos assim obtidos foram então tratados de acordo com a invenção.

As condições particulares em que se efectuaram os ciclos,

V assim como as características mecânicas Rm (resistência à ruptu-ra), RO,2 (resistência com 0,2 % de alongamento), A (alongamento) HV30 (dureza Vickers) e HRc (dureza Rockwell) obtida nos diversos ciclos de tratamento estão reunidas no quadro què se segue:

-9-1

DE ciclo	Proporção de curtimento %	Tratam térmic Temp. em °C	ento 0 Duração em horas	Hm em MHa	Hp0,2 MHa	k°/o	Dureza HV50	Dureza HEc
1	10 - 20			1050	1010	8	400	3°
	700/ /1200	4-8	1100	• 1050.	8	420	38
2	10 - 15			1330	1510	5	470	45
	500/ /1100	4-8	1150	1000	20	380	38
3	20 - 50			1400	1320	' 9	470	40
	500/ /1000	4-8	1450	1400	8	500	44
4	40 - 60 30 - 50			1820 1840	1800 1850	5 4	530 540	48 49
	500/ /9,00	6-20	1850	1810	5	530	48

Observa-se portanto, que a resistência à ruptura aumenta muito quando se aumenta o número de ciclos e qúe o alongamento se mantêm suficiente para permitir a transformação da liga.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Erocesso para a fabricação de ligas pesadas com ca racterísticas mecânicas muito elevadas, com densidade compreendi, da entre 15,6 θ 18, que contêm entre 80 e 99 % em peso de tungs

V tênio sob a forma de nódulos que constituem a fase assim como níquel e ferro numa proporção ponderai Ni/Ee maior ou igual a 2 que desempenham o papel de ligante e constituem ha fase e eventualmente elementos como molibdênio, titânio, alumínio, manganês, cobalto e rênio, tendo a fase o( de tungsténio a forma dê“ asas de borboleta com células de separação com dimensões compreendidas entre 0,01 e 1jum e a fase tf de ligante um percurso livre médio menor do que 15 pm, de acordo com o qual:

- se utilizam pés de cada elemento com um diâmetro EISHER compreendido entre 1 e 15 }im;

sé misturam os referidos pés em proporções correspondentes â composição da liga desejada;·

- se comprimem os referidos pés sob a forma de compac.

tados;

- se calcinam os compactados a uma temperatura compreen dida entre 1490° e 1650°C durante 2 a 5 horas;

- se tratam os compactados calcinados sob vazio a uma temperatura compreendida entre 1000°e 1300°C;

- se submetem os calcinados a pelo menos uma passagem de curtimento,, caracterizado pelo facto de se submeterem os compactados, após tratamento sob vazio, a pelo menos três ciclos de operações que compreendem um curtimento, cada um seguido por um tratamento térmico.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterí. zado pelo facto de nos dois primeiros ciclos, as proporções de curtimento serem menores e as temperaturas de tratamento térmico serem mais altas do que nos ciclos ulteriores.

5. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracteri zado pelo facto de no quarto ciclo, o curtimento ser feito em pelo menos duas passagens.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri zado pelo facto de a fase ter uma textura fibrosa com a diree ção <110>.
5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri. zado pelo facto de para resistências â ruptura maiores do que 1500 MPa, a faseo( ser poligonizada.
6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri. zado pelo facto de a fase formar uma rede de precipitação no domínio de contiguidade dos nódulos da faseo/·