Fabricação de Aços Rápidos Sinterizados

Figura 3 - Métodos de produção de aços rápidos via M/P [ODÉRIZ, 1998].

Outras vantagens da MP em relação aos processos convencionais incluem uma menor quantidade de resíduos e propriedades mecânicas isotrópicas.

Durante o processo de sinterização os carbonetos de vanádio (MC) e de tungstênio

(M6C) são homogeneamente distribuídos dentro da matriz de aço [VÁREZ, 2001]. A

tecnologia da MP oferece uma microestrutura mais homogênea na produção de HSS com uma distribuição uniforme dos carbonetos primários. Isto promove um aumento da estabilidade dimensional durante o tratamento térmico e melhora as propriedades mecânicas, quando comparadas ao aço rápido convencional.[BERGMAN, 1996].

2.5. Fabricação de Aços Rápidos Sinterizados

Na produção industrial dos aços rápidos sinterizados existem vários processos entre os quais se destacam:

2.5.1. Processo ASP – “Anti-Segregation Process”

Este processo consiste na produção do pó por atomização a gás inerte, com subseqüente vibração, numa cápsula cilíndrica de aço, para que as partículas tenham o mesmo tamanho. O pó é, colocado em um molde e compactado a vácuo, adquirindo forma e resistência para posterior manuseio. Após a compactação, o material pode ser trabalhado em processos de laminação, retificação, entre outros, até atingir as dimensões finais e

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depois ser tratado termicamente [SIEGWARTH, 1981]. A Figura 4 ilustra a comparação

entre o processo convencional e o ASP.

Este processo proporciona a obtenção de um material de granulação fina com distribuição uniforme de carbonetos pequenos. O material é homogêneo, livre de segregações e possui praticamente a mesma estrutura nominal, indiferente do tamanho das barras e do conteúdo da liga. A Figura 5 mostra a comparação da microestrutura do aço convencional (aço forjado) com o aço ASP. A Figura 5(a) mostra a segregação dos carbonetos no aço rápido convencional e a Figura 5(b) mostra a microestrutura do aço ASP com pequenas partículas de carbonetos uniformemente distribuídas [STEVENSON, 1984].

Figura 4 - Comparação entre processo convencional e o ASP[STEVENSON, 1984].

Figura 5 - Comparação da microestrutura entre o aço convencional (a) e o ASP (b) [STEVENSON, 1984].

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Os principais benefícios da técnica ASP – “Processo de Anti-Segregação” são a obtenção de melhor condição de tenacidade e de maior limite de escoamento do material, devido à distribuição uniforme dos carbonetos e a ausência dos defeitos metalúrgicos. Adicionalmente, o teor dos elementos de liga e, subseqüentemente, a resistência ao desgaste pode ser aumentada sem prejudicar a tenacidade e a retificabilidade da ferramenta [STEVENSON, 1984].

Os aços ASP são classificados em três tipos: ASP23, ASP30 e o ASP60. Informações adicionais destes aços são apresentadas na Tabela 3 [STEVENSON, 1984].

Composição Tipo

De liga C Cr Mo W Va Co Aplicação

ASP 23 1,27 4,2 5,0 6,4 3,1 ...

ferramentas de corte onde a dureza não é a principal necessidade e, também, para ferramentas utilizadas em trabalhos a frio.

ASP 30 1,27 4,2 5,0 6,4 3,1 8,5

ferramentas de corte onde a dureza a quente é importante; mais apropriadas para a usinagem de aços inoxidáveis e superligas e para altas velocidades de corte; também, para trabalho a frio, onde a resistência ao desgaste é crítica.

ASP 60 2,30 4,0 7,0 6,5 6,5 10,5

ferramentas de corte onde a dureza a quente e a resistência ao desgaste são críticas; particularmente onde a tenacidade da ferramenta é necessária: usinagem de materiais de titânio de alta dureza e ferros forjados.

Tabela 3 - Tipos de aços ASP, composição química e aplicações [STEVENSON, 1984].

2.5.2. Processo CPM – “Crucible Metallurgy Process”

Outro processo por metalurgia do pó utilizado na fabricação de ferramenta de aços rápidos é o CPM, processável diretamente no cadinho. A Figura 6 mostra o esquema deste processo. O material, de composição química desejada, é fundido e vazado em uma câmara atomizadora onde um gás de alta pressão espalha as gotículas esféricas, as quais são resfriadas rapidamente até a temperatura ambiente. O pó é removido da câmara, secado e peneirado para obter quantidade suficiente para o preenchimento do molde, o qual pode ser em forma de cilindro ou paralelepípedo. Subseqüentemente, os pós são aquecidos a uma temperatura especifica e compactados isostaticamente a quente para uma completa densificação do produto [DAX, 1980].

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23 Figura 6 - Esquema do processo CPM[STEVENSON, 1984].

O processo CPM foi desenvolvido para minimizar as segregações que ocorrem nas ferramentas de aços de altas ligas, as quais são difíceis de serem produzidas a partir do processo convencional, um exemplo é a liga T15.

A liga T15 apresenta vantagens quando produzida pelo processo de metalurgia do pó e, além disso, possui uma dureza a quente superior quando comparada às demais liga da classe padrão AISI (American Iron and Steel Institute) dos materiais para ferramentas de aço rápido.

A maioria dos carbonetos dos aços rápido obtidas por este processo são menores,

aproximadamente 3 µm, considerando que pelo processo convencional têm um tamanho

médio de 6 µm. A microestrutura do processo convencional é comparada com o processo

CPM na Figura 7 [STEVENSON, 1984].

Figura 7 - Comparação da microestrutura do aço convencional T15 (a) e do CPM T15 (b)

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24 2.5.3. Processo FULDENS

Este processo difere dos processos anteriores, pois o pó é atomizado a água e compactado mecanicamente ou por pressão isostatica a frio e sinterizado a vácuo para densidade completa. Este processo permite a obtenção de tolerâncias estreitas, e formas complexas, obtidas repetidamente com propriedades mecânicas e desempenho característico igual ou superior aquelas peças equivalentes fabricadas por usinagem, com considerável economia de material [STEVENSON, 1984].

Os pós normalmente atomizados em água, em ambos os métodos, são especialmente preparados conforme a composição e distribuição do tamanho e formato da partícula. Em seguida o pó é recozido e depois prensado por prensagem mecânica convencional ou por prensagem isostática a frio. Por fim o compactado é sinterizado em um forno a vácuo de onde sai com densidade total, como mostra o esquema da Figura 8.

Figura 8 - Esquema do processo Fuldens [STEVENSON, 1984].

2.5.4. Moldagem de Pós Metálicos Por Injeção

A moldagem de pós metálicos por injeção (“Powder Injection Molde”, PIM), conforme mostrado na Figura 9, é uma tecnologia recentemente utilizada em várias aplicações, e que forneceu junto da diversidade da MP convencional uma liberdade

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geométrica dos projetos associada com a moldagem termoplástica por injeção [VÁREZ, 2001].

PIM é um processo da MP correntemente utilizado para a produção de materiais de alta performance. Esta técnica basicamente combina as vantagens da moldagem termoplástica por injeção com a versatilidade da MP convencional com o objetivo de produzir peças altamente complexas de tamanhos pequenos com uma elevada taxa de produção [LEVENFELD, 2001].

Figura 9 - Diagrama esquemático das etapas do processo de moldagem de pós metálicos por injeção utilizando uma injetora de alta pressão [SCHAEFFER, 1999].

2.5.5. Compactação Uniaxial a Frio

A compactação uniaxial a frio com posterior sinterização dos compactados, é outro método industrial para a produção de HSS via MP extensamente usado na consolidação dos pós. Neste caso, pós mais baratos atomizados em água são usados. Estes pós atomizados em água têm partículas com formas irregulares e são particularmente apropriados para a compactação uniaxial a frio.

A compactação uniaxial a frio possibilita a fabricação de peças de formas com altas taxas de produção utilizando-se prensas mecânicas ou hidráulicas. A sinterização das peças obtidas na compactação dos pós (peças a verde) é realizada sob vácuo ou em atmosfera protetora/redutora (N2+H2).

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