PT91283B

PT91283B - Processo para a fabricacao de objectos moldados de aco sinterizado e objectos moldados assim obtidos

Info

Publication number: PT91283B
Application number: PT91283A
Authority: PT
Inventors: Hans A Harle; Dieter Pohl
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke Gmbh
Priority date: 1988-07-27
Filing date: 1989-07-26
Publication date: 1995-03-01
Also published as: DE58907598D1; EP0354389A1; PT91283A; ES2054943T3; EP0354389B1; DE3825463A1

Description

SCHWfiSISCHE HUTTENWERKE GmbH

PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE OBJECTOS MOLDADOS

DE AÇO SINTERIZADO E OBJECTOS MOLDADOS ASSIM OBTIDOS

A presente invenção diz respeito a um processo para a fabricação de objectos moldados de aço sinterizado, de acordo com o qual pó de aço sinterizado é comprimido dentro de um moj_ de e sinterizado, depois do que o objecto sinterizado é austenit_i_ zado por aquecimento a uma temperatura superior a 800° e,em segu_i_ da é rapidamente arrefecido. A invenção refere-se igualmente aos objectos moldados obtidos de acordo com o referido processo.

Uma das características essenciais dos objectos moj_ dados de aço sinterizado conhecidas é a exactidão com que podem ser fabricados. Conseguem-se atingir tolerâncias de diâmetro de elevada qualidade. De acordo com o método de trabalho corrente, com prensa de formação e sinterização subsequente, o objecto moldado e sinterizado é calibrado. Por meio do processo de trabalho de calibração, obtém-se uma elevada exactidão. Os objectos moldados que não são posteriormente tratados por calibração ou são suj) metidos a um outro processo de trabalho, não possuem uma tolerân/ ,·»

-2cia assim tão elevada com uma capacidade de repetição suficiente.

Uma outra propriedade característica dos objectos moldados sinterizados é a maior ou menor porosidade da sua micro-estrutura. Estes poros originam entalhes internos e influenciam dessa forma as propriedades do material. Com aços sinterizados , podem atingir-se, na realidade, valores de limites de alongamento e de resistências à tracção consideráveis, mas a sua capacidade de deformação plástica que se mede, por exemplo, pelo alongamento à ruptura e a sua tenacidade que se mede, por exemplo, pelo trabalho de resistência ao choque, são pequenas.

Do mesmo modo, como os poros limitam a resistência, igualmente a resistência limita a exactidão dos objectos moldados sinterizados. Isto faz com que se possa realizar um trabalho poste rior depois da sinterização de maneira económica, por exemplo,por calibração apenas se a resistência mecânica do material não ultra_ pasar 500, no máximo 600 N/mm .

Podem obter-se aços sinterizados com uma resistência mecânica nitidamente mais elevada sem qualquer dificuldade, por exemplo, com até uma resistêcia à tracção igual a cerca de 1200 2

N/mm e, depois, os objectos moldados a partir desses materiais podem ainda também ser prensados e sinterizados,mas não se podem calibrar de maneira económica para aumentar a exactidão.

Uma elevada resistência mecânica nos aços sinteriza_ dos só se pode atingir por uma técnica de adição de elementos de liga ou por tratamento térmico ou, eventualmente, pela combinação

destes dois processos. A técnica baseada na utilização de elementos de liga tem o inconveniente acima mencionado de que com ela realmente se atinge uma elevada resistência à tracção,mas para que se atinja uma exactidão necessária não é possível realizar uma calibração em condições económicas.

Por este motivo, já se investigou a possibilidade de se trabalhar com pó de aço sinterizado, em que, depois da sinterização, se atingiu uma resistência à tracção máxima de cerca 2 de 500 N/mm . Em seguida foi possível calibrar os objectos moldadados preparados desta forma. Para se obter uma maior resistência à tracção, o objecto sinterizado foi em seguida endurecido. Para esse efeito, aqueceu-se a uma temperatura compreendida entre 800 e 940° C, dependendo da composição do aço, para se conseguir a austenitização.

Mediante arrefecimento rápido até à temperatura ambiente e subsequente recozimento (reaquecimento) , de maneira conhe cida, a temperaturas no máximo iguais a cerca de 500° C, atingiu-se a maior resistência à tracção pretendida, que pode ser superior a 2

1000 N/mm . No entanto, um aço sinterizado tratado desta maneira é muito frágil. Isto significa que a sua deformabi 1 idade e tenac_i_ dade descem para níveis muito baixos. Determinaram-se valores de alongamento de apenas 1% a 2%. Além disso, verificaram-se alterações das dimensões em consequência da demora que foram tão grandes que as tolerâncias só poderam ser reproduzidas numa qualidade muito pequena.

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Δ presente invenção tem como objectivo, portanto, proporcionar um processo para a fabricação de objectos sinterizados e os objectos sinterizados assim obtidos de tal forma que se consiga uma boa resistência mecânica .muito embora, simultaneamente, com uma boa ductilidade, em que, sobretudo, se pode atingir uma exactidão muito elevada de forma.

De acordo com a presente invenção, esse objectivo atinge-se depois do tratamento térmico austenítico do objecto sin. terizado arrefecendo a uma temperatura de 280 a 450° C e mantendo nesta gama de temperaturas entre cinco e sessenta minutos, atingindo-se uma microestrutura bainítica no objecto.

Nomeadamente, verificou-se que, por arrefecimento rápido atè à gama de temperaturas mencionada , se obtinham estruturas bainíticas que possuem elevada resistência à tracção com,sj_ multaneamente, bom alongamento e ductilidade. Em comparação com o endurecimento normal ou com afinação normal atingem-se quase os mesmos valores da resistência mecânica em que, no entanto, o alon. gamento e a ductilidade são nitidamente melhores e simultaneamente também se verifica um atraso essencialmente menor das dimensões.

E apenas necessário que o material a ser tratado seja mantido dentro do intervalo de temperaturas mencionado até que toda a estrutura se tenha transforamdo em bainite. A gama de tempe raturas e também o tempo de transformação dependem da composição do aço.

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Na verdade, é já conhecido o método de trabalho de bainitização, mas nos casos dos aços sinterizados o processo não foi ainda empregado até .hoje. Isto baseia-se no facto de, numa transformação simples, devido à porosidade existente no objecto sinterizado se verificaram problemas no subsequente endurecimento e arrefecimento. Para a austenitização, isto é, para o aquecimento do objecto sinterizado, utiliza-se um banho de sais e,em segu_i_ da, para a bainitização isotérmica, um segundo banho de sais. Dado que os aços sinterizados, em geral, são muito porosos e os poros, frequentemente, se podem ligar uns aos outros, existe o perj_ go de, na massa fundida de sais ou na utilização de um outro banho, os produtos químicos utilizados para esse efeito avançarem para o interior dos objectos sinterizados. Desta forma, obtém-se posterj_ ormente o isolamento dos objectos, pelo que o objecto sinterizado pode tornar-se não utilizável.

Numa outra forma de 'rea1ização da presente invenção, prevêem-se duas vias para a solução deste problema.

A primeira possibilidade consiste em se escolher a pressão de deformação do objecto a sinterizar de tal maneira alta que se atinja um volume de poros menor do que 8%. Com uma perce£ tagem de poros desta ordem de grandeza, os poros não têm essencialmente ligação uns com os outros. Isto significa que o sal, de. pois, no tratamento térmico, possa apenas assentar nos poros que são abertos para a superfície da peça sinterizada. Daí, ele pode ser facilmente retirado posteriormente.

(

-6Para a utilização deste processo, é necessário um pó de base comprimível e/ou utilizar pressões de prensagem muito elevadas. Neste caso, de maneira vantajosa, pode utilizar-se um tratamento por fases, com uma sequência de operações: pré-prensa_ gem, pré-sinterização, pré-prensagem, sinterização final e realj_ zar uma bainitlzação subsequente.

A segunda possibilidade consiste em preencher os po ros da peça sinterizada o menos possível parcialmente com uma ca_r ga que é resistente ao agente e aos produtos químicos utilizados no banho durante o arrefecimento rápido.

Para uma infiltração deste género, são apropriados, por exemplo, materiais metálicos cujo ponto de fusão é superior à temperatura de austenitização, mas inferior à temperatura de sinterização. Isto é o caso, em geral, por exemplo, do cobre e das correspondentes ligas de cobre.

Para o enchimento dos poros podem também utilizar-se no entanto, materiais não metálicos como, por exemplo, materiais cerâmicos. Assim, podem utilizar-se, por exemplo, silicatos ou uma mistura ou uma suspensão fina constituída por talco e slllcato de sódio.

Em geral, realiza-se no entanto o enchimento dos poros com materiais metálicos porque, no caso de tratamento térmico, o arrefecimento das elevadas temperaturas de austenitização a até à temperatura de transformação em bainite se deve realizar muito rapidamente. Isto é garantido pelos metais ou outros materiais com

-7uma elevada condutibilidade térmica na infiltração.

Para tratamentos térmicos a temperaturas intermédias, são apropriados inúmeros pós de aço de sinterização que se podem obter na preparação de objectos moldados pelas técnicas de sinterj_ zação. São possíveis tanto pós com elementos de liga acabados, isto é, obtidos por pulverização, como pós ligados por mistura ou l_i_ gados anteriormente. 0 pó com elemento de liga acabado obtém-se por fusão de ferro com os componentes pretendidos da liga, depois do que a massa fundida é pulverizada com obtenção de pó que, em se guida, é comprimido pela maneira usual. 0 pó com elementos de liga misturados significa que se misturam pós de ferro com pó de elemen_ tos de liga, depois do que a mistura do pó seca é igualmente defor. mada por prensagem.

Uma via intermédia consiste na combinação dos dois processos, na qual se obtém um pó com elementos de liga para a subsequente prensagem de moldação.

Em geral, mistura-se o pó com os elementos de liga preparado com, por exemplo, 1,5 a 2% em peso de Ni, 0,3 a 0,6% de Mo com a correspondente quantidade residual de ferro, a que ainda se pode adicionar 0,3 a 1% em peso de grafite. Eventualmente,pode tolerar-se cobre,no caso geral, como elemento de liga para o preenchimento dos poros.

Em seguida, descrevem-se pormenores da invenção,por exemplo, com referência aos desenhos.

-8Nestes, a Figura 1, representa um corte transversal através de um objecto sinterizado, e a Figura 2 representa a relação entre a resistência à tracção e o alongamento para diferentes sistemas de ligas e de tratamentos térmicos.

A partir de um pó com elementos de liga com a seguin.

te composição:

1 ,8%	em	peso	de	Ni
0,5%	em	peso	de	Mo
1,5%	em	peso	de	Cu
Resto		ferro

ao qual se misturam, como aditivos:

cerca de 0,4% em peso de pó de grafite cerca de 1% de microcera como agente lubrificante, obtem-se, por prensagem, uma peça moldada que possui um peso volú.

mico igual a cerca de 7,1 g/cm . Isto corresponde, por consequência, a um volume de poros igual a cerca de 9,9%.

Em seguida, sinteriza-se a cerca de 1230° C durante quarenta minutos, sob gás de protecção. Durante o processo de sirq terização, coloca-se sobre o objecto moldado a quantidade suficieni ’ L· (

te de chapa de cobre para que o seu peso corresponda ao volume dos poros, o que.no caso presente, é igual a cerca de 10% do peso da peça.

A temperatura de sinterização, o cobre funde e pode infiltrar-se nos poros.

Depois da slnterização, o objecto moldado é calibrado e, em seguida, submetido a um tratamento térmico que consiste em:

1. Aust^n ltização a 870° C durante quinze minutos em banho de sais.

2. Arrefecimento durante dois minutos a 345° C por imersão no correspondente banho de sais aquecido.

3. Manutenção a 320° C durante quarenta e cinco minutos em banho de sais.

4. Arrefecimento qualquer.

Desta maneira, obtém-se um objecto moldado (1) de acordo com a Figura 1, cujos poros (2) estão cheios com cobre.

Os ensaios com provetas para ruptura, no caso do Exemplo anteriormente referido, originam os seguintes valores das propriedades:

/ ί

Condições	R P N/mm^	R m N/mir/	A %
Estado actual da técnica, apenas sin tet izado	420..510	530..680	2,0..3,0
Estado actual da técnica: endurecido e recozido	900..1040	1050..1165	1,6..2,9
Bainitizado (com afinação intermédia)	685..740	780..850	7,5..9,3

Neste Quadro:

Rp = limites de proporcionalidade = resistência à tracção.

A% = alongamento.

Como é claramente visível, em comparação com um objecto sinterizado (1), endurecido e recozido, verifica-se um limite ligeiramente menor da proporcionalidade e de resistência à tra£ ção ,mas a ducti1 idade é varias vezes melhor. Em comparação com objectos moldados apenas sinterizados, a ductilidade é também niti-11-

damente melhor juntamente com a maior proporcionalidade e resistêq cia ã tracção.

Na figura 2, estão representados valores para diferentes espécies de aço para sinterização relativamente à resistência à tracção em relação à uuctilidade.

Neste caso, na zona inferior da resistência à tracção, representam-se vários campos com diferentes composições de elementos de liga conhecidos em que no campo 3 com uma liga de Fe-Cu-Ni-Mo-C se observam os valores máximos de resistência à tracção sobretudo uma ductilidade relativamente pequena. Se se endure cer e recozer o mesmo aço da liga sinterizada, então obtém-se o campo 4. Com uma infiltração de cobre simultânea durante o proces. so de sinterização e tratamento térmico subsequente,como o realizado no caso do tratamento 4, obtém-se o campo 5 com os valores má. ximos da resistência à tracção, em que sobretudo a ductilidade é de novo relativamente pequena. No campo 6, podem ver-se os valores para um objecto sinterizado preparado de acordo com o processo da presente invenção.

Como se reconhece facilmente, a resistência à tracção é nitidamente maior do que a dos aços sinterizados sem aquele tratamento térmico e apenas não essencialmente menor do que num aço ligado endurecido e recozido. Pelo contrário, no entanto, o alongamento percentual é varias vezes melhor.

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X.

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Da comparação entre os campos 4 e 5, conclui-se ime diatamente que, na verdade, por infiltração com cobre, se pode aumentar ainda mais a resistência à tracção, mas o alongamento mantém-se aproximadamente com a mesma ordem de grandeza, se não for ligeiramente menor.

Das medições do diâmetro de partes semelhantes a anel (interior e exterior), que foram obtidas a partir de uma mi_s tura de pós de maneira correspondente ao exemplo de realização acima mencionado e foram bainetizadas como se descreveu, verifica-se que a tolerância antes e depois do tratamento térmico dos objectos sinterizados conhecidos obtidos com índices de qualidade iguais, são as mesmas que foram obtidas por endurecimento e subse quente recozimento, e originaram em peças iguais no resto tratadas por tratamento térmico, uma melhoria nítida de tolerâncias.

Também para os aços porosos se verifica que a diferença de dimensões é nitidamente menor no caso da bainetização de acordo com a presente invenção do que se consegue com o tratamento convencional.

Claims

1. - Processo para a fabricação de um objecto moldado de aço sinterizado, em que pó de aço sinterizado é prensado em molde e sinterizado, depois do que se austeniza a peça sinterizada mediante aquecimento a temperaturas superiores a 800 graus Celsius e em seguida se arrefece rapidamente, caracterizado pelo facto de, depois do tratamento térmico de austenitização, se arrefecer a peça sinterizada a uma temperatura compreendida entre 280 e 450 graus Celsius e se manter neste intervalo de temperatura durante 5 a 60 minutos, de maneira a obter-se uma microstrutura bainítica da estrutura.

2. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o arrefecimento se fazer até um intervalo de temperatura de 320 até 360 graus Celsius.

3.3.-14Ζ

Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de se manter a peça sinterizada entre 20 e 40 minutos no intervalo de temperatura.

4. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo facto de o tratamento térmico de austenitização se realizar a 800 até 900 graus Celsius com uma duração de 10 a 60 minutos.

5. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de o tratamento térmico se realizar durante 15 a

20 minutos.

6. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo facto de a prensagem do molde da peça sinterizada se realizar a uma pressão de tal modo alta que se atinge um volume de poros menor do que 8 por cento.

7. - Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto de a peça a sinterizar ser pré-prensada, em seguida ser pré-sinterizada, depois ser de novo prensada e sinterizada até ficar pronta.

8. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo facto de os poros da peça a sinte-15- rizar serem cheios pelo menos parcialmente com uma carga que é resistente aos agentes e produtos químicos utilizados num banho de arrefecimento rápido.

9.- Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto de, como carga, se utilizar um material metálico cujo ponto de fusão é superior ã temperatura de austenitização muito embora seja inferior ã temperatura de sinterização.

10. - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo facto de, como carga, se utilizar cobre ou uma liga de cobre.

11. - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto de, como carga, se utilizar um material cerâmico .

12. - Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo facto de, como carga, se utilizar um silicato.

13. - Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo facto de, como carga, se utilizar uma mistura de talco e de silicato de sódio.

14.- Processo de acordo com uma qualquer das reivindica-16ções 1 a 13, caracterizado pelo facto de, como material de sinterização, se utilizar além de ferro e como põ de elementos de liga

1,5 a 2 % em peso de Ni e 0,3 a 0,6 % em peso de Mo, em que se misturam 0,3 a 1,0 % em peso de grafite.

15. - Peça moldada de aço sinterizado, caracterizada pelo facto de a sua microstrutura consistir em bainite.

16. - Peça moldada de aço sinterizado de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo facto de a sua massa volúmica ser pelo menos igual a 7,3 g/cm3.

17. - Peça moldada de aço sinterizado de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo facto de a sua massa volumica estar compreendida entre 6,8 g/cm3 e 7,4 g/cm3 e o seu espaço dos poros ser preenchido por um metal não ferroso.

18. - Peça moldada de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo facto de o seu espaço dos poros ser preenchido com cobre ou com uma liga de cobre cujo ponto de fusão está compreendido entre 920 e 1230 graus Celsius.

19.- Peça moldada de aço sinterizado de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo facto de a sua massa volumica estar compreendida entre 6,8 g/cm3 e 7,4 g/cm3 e o seu volume de poros estar preenchido pelo menos parcialmente com um material não metálico.

20.- Peça moldada de acordo com a reivindicação‘19, caracterizada pelo facto de os seus volumes dos poros serem preenchidos pelo menos parcialmente com um material cerâmico.

21.- Peça moldada de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelo facto de os seus volumes dos poros serem preenchidos pelo menos parcialmente com um silicato.

22. - Peça moldada de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelo facto de os seus volumes dos poros serem preenchidos pelo menos parcialmente com uma mistura de talco e silicato de sódio.

23. - Peça moldada de aço sinterizado de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo facto de, como material de sinterização, se empregar juntamente com ferro pó de elementos de liga com 1,5 a 2 % em peso de Ni e 0,3 a 0,6 % em peso de Mo, a que se mistura 0,3 a 1,0 % em peso de grafite,