Aços fabricados pela rota da metalurgia do pó

Posteriormente ao processo de atomização, o pó resultante é coletado e encapsulado em moldes metálicos antes da consolidação pela prensagem isostática a quente (HIP – hot isostatic

prensing). No processo de encapsulamento, o molde deve ser selado para evitar qualquer

contaminação de agentes externos no pó. Alguns fabricantes como a Bohler-Uddeholm, o encapsulamento ocorre imediatamente após a atomização, garantindo que não ocorra nenhum tipo de contaminação. A estabilização do compactado na prensa isostática a quente geralmente é feito a uma pressão de 100 MPa e uma temperatura média de 1150 °C. O tempo de processamento é variável de acordo com o material e do tamanho da cápsula. Após o processamento de HIP, o material é encaminhado para os processos de conformação mecânica, como laminação e forjamento, a fim de se obter lingotes e tarugos (Tornberg; Fölzer, 2002; Asm, 1983).

3.5 Aços fabricados pela rota da metalurgia do pó

A maioria dos aços fabricados pela MP é patenteada de acordo com o processo de fabricação e especificação da composição química de cada fabricante. Mesmo não estando inclusos na classificação AISI, os aços ferramenta fabricados pela rota da MP podem ser classificados de acordo com aplicações semelhantes como: aços ferramenta para trabalho a quente e a frio, aços rápidos, aços para moldes e entre outros citados na tabela 3.

Tabela 3 - Exemplos de aços ferramenta sinterizados

Fabricante ^{Aço (nome} comercial)

Composição química (%peso)

C Si Mn Cr Mo V Uddeholm Vanadis 8 2,30 0,40 0,40 4,80 3,60 8,00 Vanadis 4 1,40 0,40 0,40 4,70 3,50 3,70 Vanadis 6 2,10 1,00 0,40 6,80 1,50 5,40 Vanadis 10 2,90 0,50 0,50 8,00 1,50 9,80 Bohler ^{K390 2,47 0,55 0,40 4,20 3,80 9,00} K497 1,85 0,85 0,50 5,30 1,30 9,00 Crucible ^{CPM 10V 2,45 - - 5,25 1,30 9,75}

Fonte: Uddeholm, bohler-edelstahl, crucible, 2016.

Estes aços contêm altos teores de Carbono e elementos formadores de carbetos. no resfriamento lento do lingote, proveniente do lingotamento estático, permite a formação de

39 estruturas de carbeto eutético grosso, difíceis de serem quebradas durante o trabalho a quente. Talvez sejam necessárias taxas de reduções maiores para desenvolver uma estrutura fina e uniforme de metal duro. Esse crescimento não uniforme dos carbetos pode acarretar problemas como: crescimento não uniforme e excessivo de grãos, resposta não homogênea ao tratamento térmico (dureza) e baixa tenacidade. A possibilidade da MP de superar estes problemas está na capacidade do processo de obter uma distribuição fina e uniforme de carbetos como resultado da rápida solidificação dos pós durante a atomização (Bueno; Schaeffer, 2010). Apresenta-se na figura 4 a comparação de uma microestrutura de um aço ferramenta temperado obtido pelo processo convencional e pela MP. É possível observar que os carbetos na metalurgia convencional são grandes, enquanto na MP, o carbeto é refinado (Mesquita et al., 2005).

Figura 4 - Micrografias do aço ferramenta T15 (estado temperado). a) metalurgia convencional; b) Metalurgia do pó

Fonte: Adaptado de Bueno; Schaeffer, 2010.

3.5.1 Aços Vanadis

O Vanadis^®8 consiste em um aço ferramenta para trabalho a frio, fabricado pela rota da metalurgia do pó, devido à alta concentração de carbono e elementos formadores de carbetos como: vanádio, cromo e molibdênio.

Este aço oferece uma excelente resistência mecânica e ao desgaste abrasivo e adesivo, garantindo uma vida útil prolongada, alta resistência à compressão, boa ductilidade e dureza elevada para fabricação de materiais com alto desempenho. Uma característica importante é a ótima combinação entre resistência ao desgaste e tenacidade, pois estas propriedades

40 geralmente são relacionadas de maneiras opostas, alta resistência ao desgaste com baixa tenacidade e vice-versa (Yan et al., 2008).

Durante o processo de fabricação, o Vanadis^®8 apresenta características importantes, são semelhantes ao aço ferramenta AISI D2, como usinabilidade, estabilidade dimensional durante o tratamento térmico e superficial. Essas características são fundamentais para fabricação de componentes de operações de corte e cisalhamento de blankings, moldes, forjas a frio, matrizes para compactação de pós, facas para slliters, extrusoras, entre outras diversas aplicações (Uddeholm, 2016).

Os principais mecanismos de endurecimento primários são por solução sólida e por precipitação dos carbetos de vanádio e cromo (Chang et. al., 2017). O aço Vanadis^®8 na condição como temperado e revenido, apresenta uma microestrutura (figura 5), composta por uma matriz de martensita revenida e com distribuição homogênea de carbetos finos do tipo MC (Tobola et al., 2017)e sua massa específica é de 7,46 g/cm³, dureza de 62 HRC, que corresponde aproximadamente 746 HV e módulo de elasticidade de 230000 N/mm² (Uddeholm, 2016).

Figura 5 - Micrografia do aço Vanadis^®8 após tratamento térmico (têmpera seguida de triplo revenido). Imagem obtida do MEV. Matriz composta de (Fe-α) com carbetos do tipo MC

distribuídos na matriz

Fonte: Adaptado de Tobola et al., (2017).

Como o aço Vanadis^®8 foi um dos últimos a ser desenvolvido pela Uddeholm, existem poucos estudos associados ao tratamento térmico e formação de um compósito metálico com adição de carbetos. No entanto, para os aços desenvolvidos anteriormente, Vanadis 4, 6 e 10, existe uma quantidade significativa de estudos relacionados a esse tema (Yan et al., 2008;

41 Sobotová et al., 2015; Chang et al., 2017; Huang et al., 2018) como reforço de matriz metálica com o objetivo de otimizar as propriedades mecânicas.

Os compósitos de matriz metálica têm sido estudados e aplicados em indústrias de infraestrutura e tecnologia aeroespacial. Estudos revelam que os carbetos do tipo MC (TaC, VC, NbC e TiC) e de outros tipos de carbetos como Cr7C3 e Mo2C, adicionados em uma matriz ferrosa, têm a capacidade de melhorar eficientemente as propriedades mecânicas do aço (Wang et. al., 2010).

A distribuição e o tamanho dos carbetos eutéticos têm papel fundamental nas propriedades mecânicas e na vida útil da ferramenta. Os carbetos do tipo MC, durante o tratamento térmico permanecem estáveis e não se dissolvem na matriz austenítica, isso faz com que se tornem fortes inibidores do crescimento de grãos austeníticos, portanto, influenciam beneficamente na resistência ao desgaste (Sobotova et al., 2013).

Segundo a Uddeholm, 2016, o aço Vanadis^®8 estabelece um novo padrão de aços fabricados pelo processo de metalurgia do pó, pois a partir dos avanços tecnológicos, torna-se superior em relação às propriedades mecânicas comparado às demais dessa classe.

Devido à elevada resistência ao desgaste e ao lascamento associado com as propriedades relativas à usinagem, este aço tem um aumento da vida útil de aplicação e, consequentemente, os gastos relativos por peça produzida são reduzidos.

Na figura 6, apresenta uma comparação do somatório das propriedades mecânicas como resistência ao desgaste abrasivo e adesivo, ductilidade, dureza e resistência a rachaduras entre aços pertencentes a família Vanadis (fabricados pelo processo da MP), com um aço referência D2, fabricado pelo método convencional, todos aplicados para trabalho a frio.

Figura 6 - Comparação entre as propriedades mecânicas dos aços da família Vanadis e AISI D2

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