PT90925B

PT90925B - Processo de obtencao de uma liga com base em ferro para a producao, atraves da metalurgia dos pos, de pecas altamente resistentes a corrosao, altamente resistentes ao desgaste, assim como de alta tenacidade e resistencia a pressao, nomeadamente, para a producao de moldes para materiais sinteticos, pecas de maquinas e ferramentas para a maquinagem sem arranque de aparas

Info

Publication number: PT90925B
Application number: PT90925A
Authority: PT
Inventors: Alfred Kulmburg; Johann Stamberger; Hubert Lenger
Original assignee: Boehler Edelstahl
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1989-06-21
Publication date: 1997-10-31
Also published as: AT393642B; EP0348380B2; JPH0277556A; AU615756B2; ZA894703B; ES2052971T5; ES2052971T3; PT90925A; AU3666289A; ATA159988A; ATE82595T1; JP2583451B2; DE58902742D1; EP0348380A1; EP0348380B1

Description

“PROCESSO DE OBTENÇÃO DE UMA LIGA COM BASE EM FERRO PARA A PRODUÇÃO, ATRAVÉS DA METALURGIA DOS PÓS, DE PEÇAS ALTAMENTE RESISTENTES À CORROSÃO, ALTAMENTE RESISTENTES AO DESGASTE, ASSIM COMO DE ALTA TENACIDADE E RESISTÊNCIA À PRESSÃO, NOMEADAMENTE PARA A PRODUÇÃO DE MOLDES PARA MATERIAIS SINTÉTICOS”

A presente invenção diz respeito ao processo de obtenção de uma liga com base em ferro, de uma composição especial, como matéria prima para o fabrico, através da metalurgia dos pós, de peças altamente resistentes à corrosão, altamente resistentes ao desgaste, assim como de alta tenacidade e resistência à pressão, de preferência para moldes de material sintético, peças de máquinas e ferramentas para a indústria de plásticos.

Principalmente na indústria dos materiais sintéticos, as peças a maquinar sâo submetidas ao mesmo tempo a esforços químicos e abrasivos, e por serem também sujeitas a esforços mecânicos, devem apresentar alta tenacidade, alta resistência a pressão e uma particular homogeneidade de material.

Exigências deste tipo são feitas por exemplo no que respeita a materiais que são utilizados em dispositivos para a prensagem de materiais sintéticos reforçados com fibras ou contendo materiais de enchimento

No que respeita a peças de máquinas, como por exemplo parafusos sem fim, etc., e também a ferramentas de produção e de prensar, que são sujeitas nomeadamente à corrosão, são utilizados aços austeníticos ou aços cromados

BNSDOCID: <PT 9092SB >

.com uma percentagem de crómio de aproximadamente 18 %, por exemplo, ligas segundo DIN N°. de material 1.4528.

Embora estes materiais apresentem uma resistência suficiente à corrosão, o comportamento quanto à resistência ao desgaste é, na maioria das vezes, insatisfatório na prática.

Com o objectivo de melhorar a resistência ao desgaste e de melhorar e aumentar a dureza do aço respectivamente, através de percentagens mais < altas de carbono tentou-se também aumentar a percentagem de carboneto de cálcio da liga.

Estes aços, por exemplo, ligas segundo DIN N°. de material 1.2080 e N°. de material 1.2379, com uma percentagem de carbono de aproximadamente 2 % e uma percentagem de crómio de aproximadamente 12 %, tem uma resistência melhorada no que respeita ao desgaste.

No entanto, são menos apropriados para serem sujeitos a corrosão, por cause de uma estrutura do carboneto de cálcio eventualmente pouco propícia por as peças apresentarem um comportamento anisotrópico.

Estes aços são frágeis ou têm uma tendência acentuada para a fractura.

Além do mais, na maioria das vezes, também não existe uma satisfatória resistência à deformação quando sujeitos a tratamento térmico.

Foi proposta também a utilização de aços que apresentam domínios extremamente vastos no que respeita à sua composição química, nomeadamente, quanto a percentagem de carbono, de crómio e de vanádio.

No entanto, não foram dadas quaisquer indicações sobre a composição de

BNSDOCID: <PT 90925B >

uma liga que apresente uma alta resistência a corrosão e uma alta resistência ao desgaste com propriedades satisfatórias de tenacidade e de alta resistência a pressão.

Também o profissional não podia daí concluir como e através de que seria possível alcançar uma combinação das propriedades exigidas ao material.

Partindo desta situação tecnológica, a invenção tem como base o objectivo de evitar as desvantagens acima descritas, e de criar, nomeadamente para a indústria transformadora de materiais sintéticos matrizes utilizáveis com vantagem, os quais, através de uma composição especial e na aplicação de determinadas tecnologias, apresentam uma alta resistência a corrosão, uma alta resistência ao desgaste e uma alta resistência a pressão juntamente com boas propriedades de tenacidade.

Este objectivo foi alcançado através da invenção.

O objecto da invenção consiste, por isso, na utilização de uma liga com base em ferro com uma composição de % em peso de

silício	max. 1,0
manganês	max. 1,0
enxofre	max. 0,03
fósforo	max. 0,03
crómio	6,0 -29,0
molibdénio	0,4 - 2,5
volfrâmio	0,3 -2,0
vanádio	3,0 -10,0
titânio	até 5,0
alumínio	até 1,0
níquel	max. 0,8

SNSDOCID: <PT 909258 >

cobalto cobre boro max. 0.8 max. 0,5 até 0,05 azoto nióbio

0,01-0,18 até 5,0 ferro e impurezas originadas pelo fabrico, como resto em que o valor, obtido através de (%Cr -13) + 4,4x (%V - 3) + 2x (%Nb) + 4,2x (%Ti) é maior que 8,8, e a percentagem mínima de carbono da liga corresponde à relação

C_min = 0,3 + [(%Cr -13) x 0,06] + [(2x %Mo + W) x 0,03] + (%V x 0,24) + (%Nb x 0,13) + (%Ti x 0,25) e a percentagem máxima de carbono da liga corresponde à relação

Cm» = 0,7 + [ (%Cr -13) x 0,06] + [(2x %Mo + W) x 0 03] + (%V x 0,24) + (%Nb x 0,13) + (%Ti x 0,25) para a produção através da metalurgia dos pós, de peças altamente resistentes à corrosão, altamente resistentes ao desgaste, assim como de alta tenacidade e altamente resistentes à pressão, nomeadamente para o fabrico de moldes para materiais sintéticos, peças de máquinas e ferramentas para a indústria de plásticos, com a condição de a matriz após o endurecimento e a têmpera apresentar uma percentagem de crómio de pelo menos 13%, e a percentagem de carboneto de cálcio ser no minimo de 25% em volume, e em que o tamanho do grão de carboneto de cálcio e inferior a 14 pm, e no mínimo 5% em volume do carboneto de cálcio ser formado por carboneto de cálcio - MC.

BNSDOCID: <PT 90925B >

As percentagens da liga em peso são, de preferência, as seguintes:

crómio	18,0-25,0
molibdénio	0,6-1,7
volfrâmio	0,5-1,5
azoto	0,03-0,1
vanádio	3,5 - 5,6
nióbio	até 5,0
titânio	até 5,0
boro	até 0,03

e em que nas formas diferentes de execução o material apresenta uma percentagem de nióbío de 0,2 até 3,0 e/ou uma percentagem de titânio de 0,2 até 3,5 e/ou uma percentagem de boro de 0,001 até 0,002.

É particularmente preferível quando o valor, formado por (%Cr -13) + 4,4x (%V - 3) + 2x (%Nb) + 4.2x (Ti) j é no mínimo de 10,0.

As peças fabricadas a partir da liga segundo a invenção ou através de um material segundo a invenção, pela metalurgia dos pós, após o endurecimento e a têmpera devem apresentar uma concentração de crómio em todas as peças da matriz de pelo menos 13 %.

Inesperadamente ficou demonstrado, segundo a invenção, que a liga a partir de um valor mínimo, que considera as concentrações e o respectivo efeito com a influência mútua dos elementos que formam o carboneto de cálcio, crómio, vanádio, nióbio e titânio, e através do qual e determinada nomeadamente a resistência do material ao desgaste, em determinadas percentagens de

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carbono, ajustadas em limites estreitos, e utilizando métodos baseados na metalurgia dos pós, tem como resultado materiais que apresentam ao mesmo tempo uma alta resistência à corrosão, uma alta resistência ao desgaste, uma alta resistência à pressão e uma alta tenacidade, e apresentam vantagens na utilização, principalmente no fabrico de moldes para materiais sintéticos, em que no estado endurecido e temperado a percentagem de crómio em todas as áreas da matriz e a percentagem assim como o tamanho do grão dos carbonetos pode ser ajustado, conforme a invenção.

) Descrição da liga e, respectivamente, do efeito dos elementos dessa liga:

O silício, como agente de desoxidação, influencia a composição dos óxidos, e em concentrações pequenas pode ser vantajoso no que respeita a um bom polimento das peças fabricadas a partir da liga.

Percentagens acima de 1 % em peso têm, no entanto, um efeito prejudicial no que respeita ao comportamento no endurecimento e eventualmente nos processos de deformação durante o tratamento térmico.

Percentagens de manganésio até 1 % em peso são eventualmente importantes quando o teor de enxofre vai até 0,03 % em peso, com o objectivo e ligar o enxofre como sulfureto e de melhorar assim a tenacidade do material.

O fósforo tem o efeito de tornar o material frágil e deve ser mantido no aço o mais baixo possível, abaixo de 0,03 % em peso.

O crómio actua como elemento da liga, que a partir de uma percentagem de aproximadamente 13 % em peso na matriz provoca uma resistência à corrosão do material.

Ao mesmo tempo, o crómio é um gerador de carboneto que com o carbono,

BNSOOCID: <PT 90925B >

considerando determinadas actividades do carbono, e na presença de moiibdénio e vanádio, além de carbonetos M?C₃ também pode formar carbonetos M23C6Assim, é importante que o aço contenha, no mínimo, 16 % em peso de crómio mas, no entanto, uma percentagem máxima de 29 % em peso, porque uma concentração mais elevada do crómio pode conduzir a fragilidade do material.

O moiibdénio em percentagens de 0,4 até 2,5 % em peso e o volfrâmio em percentagens de 0,3 até 2,0% em peso causam, através da formação de carbonetos finos, um endurecimento secundário quando se processa o tratamento térmico, e são importantes para o ajustamento da actividade do carbono da liga.

O vanádio como forte gerador de carboneto e nomeadamente em percentagens acima de 0,7 até 3 % em peso origina a formação de carbonetos MC.

Percentagens mais altas, nomeadamente acima de 10 %, embora conduzam a um melhoramento da resistência ao desgaste, têm como resultado um piorar substancial da tenacidade das peças.

O titânio até 5% em peso melhora a resistência do material ao desgaste, nomeadamente através da formação de carbonetos MC.

Por causa da formação de nitretos, percentagens de azoto a partir de 0,01 % fazem com que os grãos sejam mais finos e evitam um crescimento dos grãos em estado de tosão a temperaturas altas, razão pela qual é evitada uma diminuição da tenacidade da liga.

Além disso, através de concentrações de azoto até 0,18 % pode ser melhorada, nomeadamente, a resistência ao desgaste.

BNSDOCID: <PT Õ0Ô2SB >

O alumínio pode fazer parte da liga como elemento de alta afinidade do oxigénio e do azoto, em concentrações até 1 % em peso, com o objectivo de ajustar percentagens mais baixas de oxigénio no aço e para evitar o crescimento do grão, conseguindo, deste modo, efeitos vantajosos no que respeita ao comportamento de transformação e à tenacidade do material.

A investigação também deu como resultado que para o ajustamento das desejadas propriedades mecânicas da peça é necessário um valor mínimo da liga, constituído por concentrações dos elementos que formam os carbonetos e os nitretos, e que são o crómio, volfrâmio, nióbio, titânio, e de determinados factores de reacção destes elementos, em que um aumento deste valor origina um melhoramento da resistência ao desgaste e da resistência à pressão a uma tenacidade ligeiramente diminuída.

Além disso, é importante que a percentagem de carbono seja ajustada dentro de limites estreitos e em dependência das percentagens e de determinados parâmetros de reacção dos elementos que formam os carbonetos no aço, com o objectivo de conseguir as desejadas propriedades das peças.

Assim, por um lado formam-se, para um endurecimento da matriz e para se conseguir uma alta resistência à pressão, carbonetos M₇ C₃, M» Ce e Me C, e para o ajustamento de uma alta resistência ao desgaste, carbonetos MC.

No entanto, por outro lado, é necessário para a resistência à corrosão, que exista uma percentagem de crómio superior a 13 % em todas as áreas da matriz.

O fabrico das peças através da metalurgia dos pós é essencial, porque assim se melhora substancialmente a isotropia das propriedades do material, e o tamanho do grão das precipitações das fases intermetálicas pode ser mantido reduzido.

BNSDOCID; <PT 90925B >

Os carbonetos com um tamanho de grão acima de 14 pm pioram essencialmente as propriedades mecânicas, nomeadamente a resistência à flexão das peças.

O fabrico dos pós pode efectuar>se através de todos os processos apropriados nomeadamente através do processo de pulverização por gás, em que, eventualmente, é feita uma compactação através de pressão isostática quente e/ou através de moldagem a quente do pó dentro de invólucros apropriados.

A invenção é descrita, a seguir, com base num exemplo com o objectivo de a tornar mais explícita.

A partir de uma massa fundida com as seguintes percentagens em peso de

crómio	20,0
molibdénio	1,0
volfrâmio	0,6
vanádio	4,0
azoto	0,04

e de uma concentração de carbono, com o ajustamento correspondente, de 1,9, assim como de

silício	0,3
manganésio	0,35
fósforo	0,012
enxofre	0,011
alumínio	0,001
níquel	0,2
cobalto	0,1
cobre	0,12

BNSDOCID: <PT 90925S >

Η) ferro e impurezas originadas pelo fabrico, como resto, foi produzido um pó de liga pelo processo de pulverização por gás.

Depois de se ter enchido com pó uma cápsula com um diâmetro de 250 mm e evacuado o ar e fechada com estanquecidade aos gases, foi efectuada uma moldagem a quente a 1110 °C sob aplicação do grau 6 da escala de deformação.

Depois da fundição a 880 até 900 °C e de um arrefecimento lento, foram fabricados a partir da peça bruta moldes para materiais sintéticos.

A dureza do material aqui foi de aproximadamente 280 HB (dureza de Brinell).

O endurecimento das peças foi efectuado, após um aquecimento a uma temperatura de 1140 °C, por têmpera martensita retardada, pelo que em seguida foi atingido um valor de dureza de 61 HRC.

Depois de temperar a uma temperatura de 540 °C, a dureza do material era de 59 HRC.

A resistência média à flexão até à ruptura, em direcção transversal no que respeita à direcção de moldagem, era de 3,5 Kg N/mm2 e estava situada, assim, essencialmente acima daqueles valores, medidos em peças fabricadas pelos métodos convencionais e com dureza comparável.

Para a determinação da resistência à pressão recorreu-se à deformação por pressão com um limite de 0,2 %, em que o valor estava situado em 2015 N/mm².

O ensaio da peça, no que respeita ao comportamento de desgaste, foi feito

BNSDOCID; <PT 90925B >

através de um teste com um disco abrasivo, em que dentro de uma mistura de corindo e água gira um disco de aço, contra o qual é premida a peça de ensaio.

Foram empregues as seguintes condições de desgaste;

Força de pressão da amostra 30 N

Material do disco abrasivo C 15

Dureza do disco abrasivo 126 (HV10)

Largura do disco abrasivo 15 mm

Diâmetro do disco abrasivo 168 mm

Número de rotações do disco abrasivo 50 U/min.

Dimensão da peça de ensaio 20 x 20 x 8

Lodos de AI2O3; (teor em matéria sólida/H₂O) = 1 Dimensão do grão de AI₂O₃ 0,7 pm

No ensaio verificou-se, após um tempo de 100 segundos, um desgaste especifico (em relação ao material altamente resistente ao desgaste, mas menos resistente à corrosão com uma composição de 2,3 % de C, 12,5 % de Cr, 1,1 % de Mo, 4,0 % de V) de 200 %, após 1000 horas de 128% e após ) 10.000 horas de 120%.

O comportamento de corrosão foi determinado num teste com pulverização de sal, em que a superfície corroída após 480 min. apresentou um valor de 50%.

Um outro teste do comportamento de corrosão em Ácido acético de 20 % e durante um tempo de 24 horas obteve como resultado um valor de 6,98 g/m²h.

As análises metalográficas, por microscopia electrónica e por raio X deram como resultado que a percentagem de carboneto era de aproximadamente 39 % em volume, dos quais aproximadamente 10 % em volume estavam j-NSDOCID: <PT 90925B>

presentes como carbonetos MC, em que a dimensão máxima do grão de carboneto era de 10 pm.

Claims

1° - Processo de obtenção de uma liga com base em ferro para a produção, através da metalurgia dos pés, de peças, altamente resistentes à corrosão, altamente resistentes ao desgaste, assim como de alta tenacidade e resistência à pressão, nomeadamente, para a produção de moldes para materiais sintéticos, caracterizado por a liga apresentar uma composição de % em peso de

Silício máx. 1,0 Manganésio máx. 1,0 Enxofre máx. 0,03 Fósforo máx. 0,03 Crómio 16,0 - 29,0 Molibdénio 0,4-2,5 Volfrâmio 0,3 - 2,0 Vanádio 3,0 - 10,0 Titânio até 5,0 Alumínio até 1,0 Níquel máx. 0,8 Cobalto máx. 0,8 Cobre máx. 0,5 Boro até 0,05 Azoto 0,01-0,18 Nióbio até 5,0

e como resto o ferro e as impurezas causadas pelo fabrico em que o valor obtido

BNSDOCID: <PT 8O92SS >

~z>

(%Cr -13) + 4,4 x (%V -3) + 2x (%Nb) + 4,2 x (%Ti) é maior do que 8,8 e a percentagem mínima de carbono da liga corresponde à relação

Cm,n = 0,3 + [(%Cr - 13) x 0,06] + [(2 x %Mb + W) x 0,03 ] + (%Y x 0,24) + (%Nb x 0,13) + (%Ti x 0.25)

0 e a percentagem máxima de carbono da liga corresponde à relação

Cm» = 0,7 + [(%Cr -13) x 0,06] + [(2 x %Mo + W) x 0,03] + (%XY x 0,24) + (%Nb x 0,13) ♦ (%Ti x 0,25) e por a matriz após o endurecimento e a têmpera apresentar uma percentagem de crómio de, no mínimo, 13 % e uma percentagem de carboneto de cálcio de, no mínimo, 25 % em volume, sendo o tamanho do grão do carboneto de cálcio menor do que 14 pm e pelo menos 5 % em volume do carboneto de cálcio se apresentar em MC (macro - cristais).

O

2°.- Processo de obtenção de uma liga com base em ferro para a produção, através da metalurgia dos pós, de peças, altamente resistentes à corrosão, altamente resistentes ao desgaste, assim como de alta tenacidade e resistência à pressão, nomeadamente, para a produção de moldes para materiais sintéticos, de harmonia com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o valor obtido (% Cr -13) + 4,4 x (% V - 3) + 2 x (% Nb) + 4.2 x (% Ti) ser maior que 10,0.

BNSDOCID: <PT 90925B >

3°.- Processo de obtenção de uma liga com base em ferro para a produção, através da metalurgia dos pós, de peças, altamente resistentes à corrosão, altamente resistentes ao desgaste, assim como de alta tenacidade e resistência à pressão, nomeadamente, para a produção de moldes para materiais sintéticos, de harmonia com as reivindicações 1 a 3, caracterizado por a percentagem de nióbio em % em peso ser de 0,2 até 3,0.

4°.- Processo de obtenção de uma liga com base em ferro para a produção, através da metalurgia dos pós, de peças, altamente resistentes à corrosão, altamente resistentes ao desgaste, assim como de alta tenacidade e resistência à pressão, nomeadamente, para a produção de moldes para materiais sintéticos, de harmonia com as reivindicações 1 a 4, caracterizado por a percentagem de titânio ser de 0.2 a 3.5.

5°.- Processo de obtenção de uma liga com base em ferro para a produção, através da metalurgia dos pós, de peças, altamente resistentes à corrosão, aftamente resistentes ao desgaste, assim como de alta tenacidade e resistência à pressão, nomeadamente, para a produção de moldes para materiais sintéticos, de harmonia com as reivindicações 1 a 5, caracterizado por a percentagem de boro ser de 0,001 até 0,002.

6°.- Processo de obtenção de uma liga com base em ferro para a produção, através da metalurgia dos pós, de peças, altamente resistentes à corrosão, altamente resistentes ao desgaste, assim como de alta tenacidade e resistência à pressão, nomeadamente, para a produção de moldes para materiais sintéticos, de harmonia com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a percentagem de crómio na matriz ser de pelo

3NSDOCID: <PT 909258 >

menos 13 % e a percentagem de carboneto de cálcio de pelo menos 25 %, sendo o tamanho do grão do carboneto de cálcio inferior a 14 pme apresentando-se, no mínimo, 5 % em MC (macro - cristais).

7°.- Processo de obtenção de uma liga com base em ferro para a produção, através da metalurgia dos pós, de peças, altamente resistentes à corrosão, altamente resistentes ao desgaste, assim como de alta tenacidade e resistência à pressão, nomeadamente, para a produção de moldes para materiais sintéticos, de harmonia com as reivindicações 1 a 7, caracterizado por a percentagem de carbono em % em peso ser no mínimo 1,8 e no máximo 6,2.