Estudo do tamanho de grão em amostras de ferro sinterizadas em descarga elétrica de cátodo oco

Abstract

Resumo: A metalurgia do pó é um processo de fabricação que vem se desenvolvendo de modo crescente, por permitir a produção de peças na geometria e dimensões finais ou quase finais, dentro de tolerâncias bastante apertadas. Uma das etapas do processo de fabricação por metalurgia do pó é a sinterização, que é a etapa que propicia a resistência mecânica e outras propriedades ao material compactado. A sinterização em descargas elétricas dentro do regime anormal é um método de sinterização que apresenta uma série de vantagens dada a versatilidade que pode ser obtida, adequando-se aspectos de projeto com os diversos parâmetros de processo. Tendo em vista a atual importância da metalurgia do pó como um processo de fabricação de produtos acabados, bem como o uso cada vez mais freqüente do plasma para a sinterização de pós metálicos, buscou-se entender melhor o processo de sinterização de pós de ferro em descarga elétrica de cátodo oco. No presente trabalho, deu-se especial enfoque ao estudo do tamanho de grão de amostras de ferro sinterizadas por esse processo, visto que o tamanho de grão do produto acabado influencia diretamente nas propriedades mecânicas do mesmo. Em um primeiro momento, estudou-se a influência dos parâmetros de processo (tempo, temperatura, espaço entre-cátodos e pressão) no tamanho de grão de amostras de ferro sinterizadas em descarga elétrica de cátodo oco. Os resultados de tamanho de grão ASTM e diâmetro de Ferret apresentaram dispersões significativas, permitindo concluir que a variação dos parâmetros estudados não influenciou significativamente no tamanho de grão de amostras de ferro sinterizadas em descarga elétrica de cádodo oco, nas condições analisadas. Em um segundo momento, avaliou-se o tamanho de grão dessas amostras sinterizadas em descarga elétrica de cátodo oco comparativamente com amostras de ferro sinterizadas convencionalmente. Conclui-se que o uso da técnica de descarga elétrica de cátodo oco para a sinterização de ferro puro, nas condições analisadas, apresentou crescimento em excesso de grão, não havendo otimização mesmo com a variação dos parâmetros de processo estudados. Portanto, caso busque-se obter ferro puro com uma microestrutura refinada, a técnica de sinterização utilizada, dentro dos parâmetros estudados, não é recomendada. Entretanto, para fins científicos, a utilização da referida técnica é de grande importância para o entendimento da influência do plasma na sinterização de produtos acabados.

Abstract: The powder metallurgy is a manufacturing process that has been developing increasingly, because it allows the production of parts near net shape within very tight tolerances. One of steps in manufacturing process by powder metallurgy is the sintering, which is the step that provides the mechanical strength and other properties to the material compressed. The sintering process by electrical discharges within the abnormal regime is a sintering method which presents a number of advantages because of the versatility that can be obtained, adjusting aspects of project with different process parameters. Watching the current importance of powder metallurgy as a manufacturing process of finished products, as well the increasingly frequent use of plasma for sintering of metallic powders, it was tried to better understand the sintering process of iron powders by electrical discharge of hollow cathode. In this work, there was a special focus in the study of grain size of samples of iron sintered by this process, once the grain size of finished product affect directly the mechanical properties of itself. Firstly, it was studied the influence of process parameters (time, temperature, space between cathodes and pressure) on the grain size of iron samples sintered by electrical discharge of hollow cathode. Results of ASTM grain size and Ferret diameter presented significant dispersions, allowing to conclude that the variation of studied parameters did not affect significantly the grain size of iron samples sintered by electrical discharge of hollow cathode, in the analyzed conditions. Secondly, it was evaluated the grain size of these samples sintered by electrical discharge of hollow cathode compared against iron samples sintered conventionally. It is possible to conclude that the utilization of electrical discharge of hollow cathode technique for sintering of pure iron, in the analyzed conditions, showed excessive grain growth, with no optimization even with the variation of the process parameters studied. Therefore, if it is desired to obtain pure iron with a refined microstructure, the sintering technique used, within studied parameters, is not recommended. However, for scientific proposes, the use of this technique has great importance for the understanding of the influence of plasma in sintering of finished products.