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Avaliação estrutural da influência do pó pré-ligado Fe65Nb na produção de matrizes metálicas via metalurgia do Pó.
(2019) Silva, Amanda Cristina Gonçalves; Assis, Paulo Santos; Oliveira, Hellen Cristine Prata de; Assis, Paulo Santos; Lobo, Cândido Jorge de Sousa; Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo; Batista, Adriano Corrêa; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Oliveira, Hellen Cristine Prata de
A metalurgia do pó é o processo de fabricação de peças metálicas com excelente rigor dimensional a partir da sinterização de pós metálicos. A produção das peças consiste basicamente na etapa de compactação, que é a mistura e modelagem dos pós, e sinterização, que é o aquecimento destes sob pressão. Tal técnica é utilizada para a produção de ferramentas diamantadas que são utilizadas no beneficiamento de rochas ornamentais e na construção civil. São exemplos de peças produzidas por essa técnica as ferramentas diamantadas utilizadas no beneficiamento de rochas ornamentais, comumente compostas de ferro, cobre e cobalto. O cobalto é o responsável por agregar boa resistência mecânica e ligar o diamante à matriz metálica, porém tal elemento apresenta elevado valor de mercado, bem como comprovada toxidade, sendo assim, busca-se neste trabalho avaliar a substituição do cobalto, por nióbio, elemento que tem boa afinidade com o Ferro e que possui 98,2 % de suas reservas no Brasil, daí a importância econômica da utilização desse elemento. O objetivo deste trabalho é estudar as matrizes metálicas Fe65Nb-Cu, variando-se o teor do pó pré-ligado Fe65Nb de 10 % a 100%, inovando-se na composição das ligas normalmente utilizadas. Dessa forma, esta pesquisa inédita contribuirá no desenvolvimento tecnológico e inovação para a produção de matrizes metálicas por meio da elaboração de uma nova liga que apresente custo competitivo e propriedades mecânicas que permitam alto desempenho em sua utilização final. Para a sinterização das amostras, foi utilizada a técnica de prensagem a quente, utilizando-se os parâmetros: 850 °C/35 MPa/3 min. Os corpos sinterizados passaram por uma caracterização microestrutural por meio de análises de MEV/EDS, DRX e dureza, e foram realizadas medidas de densidade e porosidade. A partir dos resultados é possível dizer que as composições de (10 % e 30 % de Fe65Nb) apresentaram os melhores resultados. A composição de 30 %Fe65Nb70 %Cu exibiu os melhores valores de dureza e densidade, e as melhores propriedades, sendo esta composição passível de ser utlizada como matriz metálica para produção de ferramentas diamantadas.
Caracterização da matéria-prima com tamanho de partículas nanométricas utilizadas no processamento do compósito WC-10%Co.
(2020) Batista, Adriano Corrêa; Aguiar, Amanda Maia; Oliveira, Hellen Cristine Prata de; Assis, Paulo Santos
O compósito WC-10%Co também conhecido como Metal Duro de Carbeto de Tungstênico (WC) com Cobalto (Co) é um dos materiais mais produzidas pela indústria fabricante de metal duro, entretanto busca-se o melhor entendimento sobre o efeito de parâmetros de processo sobre as suas características estruturais, especialmente no que diz respeito à formação de fases metaestáveis – fases η. Neste trabalho, usamos o método de Rietveld aliado a difração de raios X (DRX), a microscopia eletrônica de varredura (MEV) e o Brunauer – Emmett – Teller (BET) para investigar a estrutura das matérias-primas utilizadas na produção de metal duro. Os tamanhos das partículas assim como as morfologias identificadas para os pós de WC e Co são reflexos do seu processo de fabricação que, introduzem tensões residuais para o pó de WC, a baixa cristalinidade e significante parcela de amorfo para o pó de Co. Estas características foram identificadas com a difração de raios X em comparação com o padrão de difração obtido e os bancos de dados cristalográficos. Após o processo de mistura dos pós foram quantificadas as fases e identificados os efeitos desse processo sobre as células unitárias de cada fase. Este trabalho mostra que a rota de caracterização empregada, com o uso do método de Rietveld, é eficiente para analisar a estrutura desses materiais durante seu processamento. Foi possível observar que o processo de mistura utilizando equipamento de moagem de alta energia promove alteração na densidade das células unitárias do WC “empurrando” átomos de Co para dentro de sua estrutura. Isso pode vir a acelerar o processo de dissolução de grande parte das partículas de WC durante a sinterização, contribuindo para a formação acentuada das fases metaestáveis eta – η, prejudicando o equilíbrio entre as propriedades mecânicas de dureza e tenacidade à fratura tornando a ferramenta ou peça muito dura e pouco tenaz.
Caracterização microestrutural da matéria-prima utilizada no processamento do compósito WC-10%Co com tamanho de partículas nanométricas.
(2018) Aguiar, Amanda Maia; Oliveira, Hellen Cristine Prata de; Batista, Adriano Corrêa; Assis, Paulo Santos; Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo; Murta, Jorge Luiz Brescia
Os cientistas de materiais em todo o mundo vêm trabalhando para buscar materiais com alta dureza e alta tenacidade. O WC-Co de grão ultrafino (carboneto de tungstênio ligado a cobalto) é um dos melhores materiais obtidos até os dias de hoje. Um melhor entendimento dos pós metálicos utilizados na sua fabricação e seus efeitos sobre os parâmetros de processo pode auxiliar na obtenção de produtos finais com melhores propriedades mecânicas. Com isso, neste trabalho as matérias-primas utilizadas na produção de carbonetos cementados a base de WC e Co foram caracterizadas a nível microscópico a fim de se obter informações sobre as microestruturas e estrutura cristalinas. As técnicas utilizadas na caracterização foram a Difração de raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e o Brunauer – Emmett – Teller (BET). A partir dos resultados de DRX foi realizado o refinamento de dados pelo Método de Rietveld quantificando as fases presente nos pós de WC, Co e da mistura WC-10%Co assim como as posições atômicas, densidade e volume de célula unitária. O método BET se mostrou eficiente na obtenção do tamanho médio de partículas dos pós analisados, uma vez que os valores obtidos se aproximam dos valores teóricos. Através do MEV, foram encontradas diferentes morfologias e tamanhos de partículas para os pós de WC e Co, sendo que os pós de WC nanométrico apresentaram partículas menores. A técnica de difração de raios X das fases para as amostras mostrou que as fases identificadas foram cúbicas primitiva e hexagonal primitiva, em meio a fração de amorfo. Já o uso do Método de Rietveld revelou as quantidades das fases cristalinas presentes em cada amostra. O refinamento do pó de Co revelou 75.58% da presença da fase hc e 24.41% da fase cfc. A análise quantitativa de fases para a mistura WC-10%Co revelou 90.50% de presença da fase WC (hp) e 9.49% da fase de Co (hc). Valores próximos da relação teórica de 90% de WC e 10% de Co em peso. Também, foi demonstrado que a moagem de alta energia forçou os átomos de Co a ocuparem os interstícios das células unitárias de hp do pó de WC. Este efeito pode ser observado no valor de densidade de célula unitária do pó WC após moagem com pó de Co.
Efeito de moagem de alta energia e da temperatura de sinterização sobre a formação de fases n (Co6W6C e Co3W3C) em um compósito do tipo WC-10%Co.
(2018) Batista, Adriano Corrêa; Perpétuo, Genivaldo Julio; Pinto, Maria Aparecida; Oliveira, Hellen Cristine Prata de; Perpétuo, Genivaldo Julio; Santos, Luciano Miguel Moreira dos; Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Faria, Geraldo Lúcio de
O Compósito WC-10%Co é uma das composições mais produzidas pela indústria fabricante de metal duro, entretanto sempre se busca o melhor entendimento sobre o efeito de parâmetros de processo sobre as suas características estruturais, especialmente no que diz respeito à formação de fases metaestáveis como as fases n. Neste trabalho, avaliou-se o efeito da moagem de alta energia e da temperatura de sinterização sobre as características microestruturais do compósito. Amostras representativas deste compósito foram fabricadas a verde a partir da mistura de pós de WC e de Co de alta pureza, em um processo de moagem de alta energia. Em seguida, estas amostras foram sinterizadas nas temperaturas de 1350°C, 1400°C e 1450°C. Tanto as amostras produto da moagem, quanto as amostras sinterizadas foram submetidas a análises por difratometria de raios X com refinamento Rietveld para caracterização, em nível atômico, dos efeitos de cada etapa de processamento sobre a estrutura do material. As amostras sinterizadas também foram analisadas ao microscópio eletrônico de varredura e tiveram a porosidade e densidade de Arquimedes medidas. O presente trabalho mostrou que a rota de caracterização empregada, em especial com a aplicação do método de Rietveld, é eficiente para acompanhar a evolução estrutural deste material durante o seu processamento. Foi possível observar que o processo de moagem de alta energia pode ter acelerado o processo de dissolução de grande parte das partículas de WC durante a sinterização, contribuindo para a formação acentuada das fases n. Verificou-se que, no processo de sinterização, houve aumento da dureza e da densidade de Arquimedes com o aumento da temperatura de sinterização, tendo a densidade se aproximado da teórica para a temperatura de 1450°C. A dissolução da fase WC na matriz de Co aliada à deficiência de C, desencadeou a formação das fases n, principalmente para a maior temperatura de sinterização.
Effect of high-energy milling and sintering temperature on the structure of a hardmetal.
(2018) Batista, Adriano Corrêa; Oliveira, Hellen Cristine Prata de; Filgueira, Marcello; Pinto, Maria Aparecida; Faria, Geraldo Lúcio de; Perpétuo, Genivaldo Julio
This paper evaluated the effect of high-energy milling and sintering temperature on the structural characteristics of WC- 10%Co. These samples were sintered at temperatures of 1350°C, 1400°C and 1450°C. The cooling rate of 100°C/h was used within the temperature range of 1000°C and 800°C to relieve residual stress from the sintering process. The samples were submitted to X-ray diffraction analysis with Rietveld refinement in order to characterize, at the atomic level, the effects of each processing stage on the material structure. The high-energy milling process may have accelerated the dissolution process of a large part of the WC particles during sintering, contributing to the formation of n phases. The characterization techniques were effective to evaluate the effects of high-energy milling, sintering temperature and residual stress on the structural characteristics of the composites investigated and the formation of amounts above 34% by weight of the Co W C and Co W C phases.
Estudo da relação entre microestruturas e propriedades das matrizes metálicas utilizando o pó pré-ligado Fe65Nb para a produção de compósitos diamantados via metalurgia do pó.
(2020) Leal, Thales Eduardo; Assis, Paulo Santos; Oliveira, Hellen Cristine Prata de; Assis, Paulo Santos; Lobo, Cândido Jorge de Sousa; Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo; Batista, Adriano Corrêa; Murta, Jorge Luiz Brescia; Oliveira, Hellen Cristine Prata de
Compósitos diamantados empregados na indústria de rochas ornamentais e na construção civil frequentemente são constituídos de matrizes metálicas compostas por ligas do sistema Fe-CuCo. O Co, responsável pelo adequado ancoramento do diamante e por incrementar as propriedades mecânicas da ferramenta, é um metal que possui relevante variação em seu valor de mercado, bem como apresenta comprovada toxidade. Diante desses problemas, esta pesquisa visa a aplicação de pó pré-ligado Fe65Nb na constituição de compósitos diamantados, já que o Nb não apresenta toxidade comprovada, tem valor de mercado sem grandes oscilações e possui boa compatibilidade química com o carbono. Estudou-se dez inéditas composições do sistema Fe65Nb-Cu variando-se o teor de Fe65Nb de 10% a 100% com o propósito de se avaliar a influência do pó Fe65Nb na microestrutura e nas propriedades físicas e mecânicas das matrizes metálicas obtidas por prensagem a quente (metalurgia do pó), aplicando pressão de 35MPa com temperatura de 850°C e tempo de 3 minutos. Aspectos estruturais dos pós metálicos e das matrizes metálicas sinterizadas foram estudados a partir de difratometria de raios X. Tanto os pós quanto as amostras sinterizadas foram analisadas ao microscópio eletrônico de varredura. Investigou-se as propriedades físicas (densidade aparente, densidade relativa e porosidade) e propriedades mecânicas (dureza HV5, tensão máxima de ruptura e módulo de elasticidade) das matrizes metálica sinterizadas. Foram identificadas nas matrizes metálicas, majoritariamente, a presença das fases: Cu (cfc), FeNb (W6Fe7) e Fe7Nb6 (W6Fe7). As matrizes metálicas 10%Fe65Nb-90%Cu, 20%Fe65Nb-80%Cu e 30%Fe65Nb-70%Cu apresentaram, no contexto geral, adequadas propriedades físicas e mecânicas o que permite a aplicação em compósitos diamantados.
Estudo das propriedades físicas e mecânicas da matriz metálica 25%Fe-50%Cu-25%Nb em função das temperaturas de sinterização por prensagem a quente.
(2018) Reis, Ana Carolina Fernandes; Assis, Paulo Santos; Oliveira, Hellen Cristine Prata de; Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo; Batista, Adriano Corrêa; Oliveira, Hellen Cristine Prata de; Assis, Paulo Santos
A metalurgia do pó é uma técnica de conformação mecânica que apresenta várias vantagens diante da metalurgia convencional. Matrizes metálicas são comumente produzidas por essa rota, visto o bom controle de porosidade e microestrutura que a sinterização dos pós pode proporcionar. Entre os metais utilizados nessa área está o Co. Entretanto pesquisas vêm sendo feitas para que o mesmo seja substituído. O Nb aparece então como alternativa ao Co. Sendo assim, a influência dos parâmetros de sinterização por prensagem a quente sobre as propriedades na liga 25%Fe-50%Cu-25%Nb foi avaliada. A sinterização foi feita por prensagem a quente a 35MPa durante 3min, variando a temperatura em 750, 800, 850, 900 e 950°C. Para a análise morfológica e estrutural foram utilizadas Microscopia Ótica e Microscopia Eletrônica de Varredura/EDS; para avaliação das propriedades mecânicas e físicas foram utilizadas Dureza Vickers e análise da porosidade e densidades aparente, real e relativa. A partir das análises microscópicas foi possível observar a presença de partículas de Fe e Nb embebidas na matriz dúctil de Cu. Também foi observada a presença de poros arredondados e menores à medida que a temperatura de sinterização aumenta, indicando efetividade do processo de sinterização. A temperatura que proporcionou melhor densificação e maior dureza foi 900°C.
Estudo químico e estrutural da matriz metálica 25%Fe-50%Cu-25%NbH sinterizada por prensagem a quente.
(2019) André, Priscila de Souza; Assis, Paulo Santos; Oliveira, Hellen Cristine Prata de; Assis, Paulo Santos; Siqueira, Kisla Prislen Félix; Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo; Batista, Adriano Corrêa; Oliveira, Hellen Cristine Prata de
A Metalurgia do Pó é uma técnica que permite a produção de peças metálicas com propriedades e geometrias diversas. O uso de hidretos na produção de matrizes metálicas através da metalurgia do pó tem se destacado devido às propriedades inerentes ao mesmo. Visando otimizar o uso do nióbio Nb na produção de matriz metálica, essa pesquisa avaliou o hidreto de nióbio (NbH) na produção da matriz metálica 25%Fe-50%Cu-25%NbH obtida por sinterização por prensagem a quente, com a finalidade de verificar o comportamento do hidreto de nióbio e sua alteração em função das temperaturas de sinterização. As matrizes foram sinterizadas por 2 minutos, à pressão de 35MPa e temperaturas de 750°C, 800°C, 850°C, 900°C e 950°C. A caracterização microestrutural foi feita utilizando a MEV/EDS e o DRX foi realizado para identificar as fases formadas. A sinterização ocorreu por fase sólida para o Fe e Nb e fase líquida para o Cu. As temperaturas foram suficientes para provocar a desidrogenação do hidreto e transformar a fase NbH em Nb. O aumento da temperatura de sinterização favoreceu a formação de fases como FeNb, Fe2Nb e Fe7N6.
Evaluation of the influence of pre-alloyed powder FE65NB on the production of metal matrices by powder metallurgy.
(2020) Silva, Amanda Cristina Gonçalves; Oliveira, Hellen Cristine Prata de; Leal, Thales Eduardo; Assis, Paulo Santos
The objective of this paper is to study Fe65Nb-Cu metal matrices, thus varying the content of the pre-alloyed Fe65Nb powder from 10% to 100%. Therefore, powders of Fe65Nb and Cu were used, innovating in the chemical composition of the commonly used matrices. The objective is to evaluate the substitution of Co (toxic element, commonly used) by Nb (98.2% of reserves are Brazilian). For the sintering of the samples it was used hot pressing technique. The parameters were set at: 850°C / 35MPa / 3min. The sintered bodies underwent SEM/EDS analysis and density and porosity measurements were performed. From the results it is possible to say that the compositions of (10% and 30% Fe65Nb) presented the best physical and mechanical properties. The relative density decreases for the compositions with 40%, 50% and 60% Fe65Nb is justified by the presence of fragile particles in metal matrices, since they require more energy in order to efficiently transport matter (diffusion) in a solid state.
Study of the abrasion resistance of Fe-Cu-Nb and NEXT 100® metallic matrices for the manufacture of diamond tools.
(2018) Oliveira, Hellen Cristine Prata de; Assis, Paulo Santos; Leal, Thales Eduardo; Filgueira, Marcello; Batista, Adriano Corrêa; Perpétuo, Genivaldo Julio; Reis, Ana Carolina Fernandes
The substitution of cobalt, present in the commercial binder metal matrix commonly used by the industry, was analyzed: 25,2%Fe-49,5%Cu-24,1%Co – NEXT 100® by the niobium element of the Fe-Cu-Co system, obtaining 4 metal matrices: 28,34%Fe–56,66%Cu–15%Nb; 25%Fe– 50%Cu–25%Nb; 21,67%Fe–43,33%C–35%Nb; 18,34%Fe–36,66%Cu–45%Nb. This study aims to evaluate the behavior of metal matrices to better choose the type of matrix to be used in the manufacture of diamond tools. The metal powders were blended according to the compositions of each metal matrix and then hot pressed at 800º /35MPa / 3min, thus occurring the sintering. The sintered samples of each metal matrix were conducted to the Abrasion Resistance test in order to verify the wear, for the accumulated times of 2, 6, 12 and 20 minutes. In these metal matrices, density, porosity and Vickers hardness (HV5) tests were performed to better understand the wear suffered by the samples. Thus, the metal matrix 25% Fe-50%Cu-25%Nb presented, in the general context of the properties and from the abrasive point of view, satisfactory results capable of replacing the NEXT 100 matrix.
O uso da metalografia quantitativa para análise das correlações existentes entre as propriedades físicas e mecânicas da matriz metálica 25%Fe-50%Cu-25%NbH obtida por prensagem a quente.
(2020) Martins, Marina Furbino; Assis, Paulo Santos; Oliveira, Hellen Cristine Prata de; Assis, Paulo Santos; Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo; Batista, Adriano Corrêa; Murta, Jorge Luiz Brescia; Oliveira, Hellen Cristine Prata de
Por aliar menor consumo de energia com maior aproveitamento de matéria prima, a metalurgia do pó apresenta grande potencial como processo de fabricação. Para melhor compreensão do comportamento do sinterizado, é fundamental estabelecer correlações entre microestrutura e propriedades. Neste trabalho, avaliou-se a matriz metálica 25%Fe-50%Cu-25%NbH obtida por prensagem a quente sob diferentes temperaturas de sinterização, seguido pela metalografia quantitativa e a busca pelas correlações com suas propriedades físicas e mecânicas. As matrizes foram sinterizadas por 3 min, à pressão de 35 MPa nas temperaturas de 750 °C, 800 °C, 850 °C, 900 °C e 950 °C. As amostras foram submetidas aos ensaios de dureza Vickers e de flexão, à microscopia eletrônica de varredura e à difração de raios X. Foram quantificadas também porosidade, área média de partícula e densidade aparente. A prensagem a quente favoreceu a sinterização por fase sólida para Fe e Nb e por fase líquida para o Cu. Foi possível observar que as propriedades do material estão intimamente relacionadas às temperaturas do processo, suficientes para provocar a desidrogenação do hidreto e proporcionar a formação de novas fases como FeNb, Fe2Nb e Fe7Nb6. O aumento da temperatura de sinterização favoreceu mecanismos de difusão e endurecimento do material, revelando maior dureza (113,32 kgf/mm2 ), módulo de elasticidade (138,12 GPa) e tensão máxima (377,76 MPa) à 950 °C. Para esta temperatura foi identificado a menor área média de partícula de Nb (57,47 µm2 ). Por outro lado, a maior efetividade de sinterização foi observada para as amostras obtidas a 900 °C, quando foram calculados os melhores valores de densidade aparente (7,80 g/cm3 ) e porosidade (0,253%). A diminuição da quantidade de poros na estrutura do material tende a melhorar suas propriedades mecânicas e, por isso, à 900 °C o material apresentou elevados valores de dureza (94,67 kgf/mm2 ), módulo de elasticidade (113,54 GPa) e tensão máxima (364,21 MPa). Para esta temperatura foi identificado a menor área média de partícula de Fe (348,32 µm2 ).