UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA CURSO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS
CERMAT – Núcleo de Materiais Cerâmicos
Estagio Curricular V
Período: 18/05/2009 à 11/09/2009
Acadêmico: Filipe Possamai de Souza Matricula: 05137098
Concordo com o conteúdo do relatório:
_________________________________ Dr. -Ing. Marcio Celso Fredel
2
CERMAT - UFSC
Fone: (48) 3721-7702 / Ramal: 21
Campus Universitário - Trindade - CEP 88040 – 900 Florianópolis / Santa Catarina
3 Agradecimentos
Gostaria de agradecer ao Centro de Pesquisa de Materiais Cerâmicos - Cermat, representado pelo Professor Marcio Celso Fredel pela oportunidade concedida à realização deste estágio e aos professores Aloísio Nelmo Klein e Walter Lindolfo Weingaetner pelo auxilio ao longo do desenvolvimento do projeto contido nesse relatório.
Aos professores da Coordenadoria de Estágios na Universidade, Professor Antônio Pedro Novaes de Oliveira, Professor Berend Snoeijer e Professor Germano Riffel pela presteza, incentivo e orientação durante o período de estágio e também à Janaína Batista e Paulo Bodnar, pela colaboração nos períodos de estágio.
Aos meus colegas que auxiliaram e colaboraram durante o projeto: André Cabral, Jeferson Rosário e David Machado.
A toda a minha família por todo apoio concedido durante a minha permanência na cidade de Florianópolis, especialmente ao casal mais lindo e amado, Vergínia Possamai de Souza e Celso Alves de Souza e minha querida irmã Fernanda Possamai de Souza.
Aos meus colegas e grandes amigos de faculdade: Rafael Floriani, Rafael de Souza, Karoline Döge, Fernando de Andrade, Gabriel Nunes, João da Silva, Diego Vieira dos Santos, Karol, Ana Maria e Guilherme Gregório, pelos bons momentos durante esse período.
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO... 5
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 6
2.1 Corte com Fio-Diamantado... 6
2.2 Componentes do Fio... 8 2.3 Materiais... 9 3. DESENVOLVIMENTO... 12 3.1. Introdução... 12 3.2 Desenvolvimento... 13 3.2.1 Mistura... 14 3.2.2 Compactação... 14 3.2.3 Dilatometria... 15 3.2.4 Sinterização... 16 3.2.5 Resultados... 18 3.2.6 DTA Diamante... 20 3.3 Conclusão... 22 4. CONCLUSÃO... 23 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 24
6. ANEXO I – Imagens Microscópio Óptico... 25
5 1. INTRODUÇÃO
O fio de corte diamantado é um dos mais avançados, eficientes e utilizados equipamentos na exploração de pedras comerciais e decorativas. Sendo uma tecnologia bem disseminada nesse ramo industrial e também no ramo de engenharia mecânica e projetos de construção durante mais de vinte anos. Essa tecnologia também é bem disseminada em outros campos, como manutenção de componentes subaquáticos e demolições em geral, como usinas nucleares, por exemplo. O interesse predominante nessa tecnologia é a sua nacionalização e futura instalação desse produto brasileiro no mercado, sendo que grande parte desse produto é de fabricação internacional.
O principal item dessa ferramenta de corte é o seu anel diamantado que apresenta as características responsáveis pelo corte na rocha. O projeto foi baseado na produção desses anéis diamantados com duas matrizes metálicas distintas: a primeira com matriz metálica composta de basicamente de Cobre e a segunda composta de Cobalto e Carbeto de Tungstênio. Esse relatório tem como objetivo demonstrar e descrever os métodos e resultados obtidos, durante o processamento para a produção do anel diamantado com a matriz metálica de Cobalto.
6 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Corte com Fio-Diamantado
Ferramentas segmentadas e diamantadas foram introduzidas no
processamento de pedras naturais, como mármore e granito, aproximadamente 35 anos atrás. Elas, sem dúvida, revolucionaram totalmente o setor de processamento de pedras, por permitir um aumento na taxa de remoção de material comparado com as técnicas convencionais de remoção (Tönshoff, et al., 2002).
O principio por trás do corte com o fio diamantado envolve os atos de tracionar e rotacionar um cabo com pérolas diamantadas impregnadas ao logo desse através da pedra para realizar a ação de corte e extração. Através da ação combinada de rotação e tração constante do fio, uma face é cortada ao longo da pedra. Em uma pedreira de mármore, por exemplo, o passo inicial de um corte vertical é fazer dois buracos, um vertical e outro horizontal, na quais se interceptem em um ângulo de 90º. O fio então é passado por esses buracos e unido após passarem pela roda de propulsão. A roda pode ser configurada com qualquer ângulo requerido pelo corte.
A máquina de corte é montada sobre um trilho temporário, que serve para manter a força trativa durante o corte, sendo posteriormente removida de acordo com a devida necessidade. Água é aplicada constantemente no sentido de movimento do fio de corte com a finalidade de remover as partículas de pedra durante o corte e promover o resfriamento (Özçelik, et al., 2002).
Figura 1 – Layout do sistema de extração de um bloco de pedra utilizando fios diamantados. Adaptado de (Özçelik, et al., 2002).
7 O ponto importante na eficiência do corte do fio diamantado é produzir blocos com o mínimo custo através do ajuste efetivos dos parâmetros de corte. Existem diversos parâmetros que afetam a operação de corte, como mostrado na Tabela 1.
Tabela 1 – Parâmetros que afetam a eficiência do corte por fio diamantado (Özçelik, et al., 2004). Parâmetros não controlados Parâmetros parcialmente controlados
Propriedades da Rocha Propriedade da Máquina de Corte Condições de Operação
Dureza da rocha Potencia da Máquina
Resistência da Rocha Velocidade do Fio Pessoal Técnico Quantidade de Água Estrutura do Anel Diamantado
Descontinuidades Dimensões do Bloco Composição Mineralógica e Textura Geometria do fio ao longo do corte
Vibração da Máquina Grau de Alteração
Consumo de Água
Técnicas Usadas
Nas diferentes áreas de aplicação, o uso e substituição de alguns tipos e ferramentas por ferramentas diamantadas é crescente. As ferramentas diamantadas conhecidas como impregnadas, são produzidas Metalurgia do Pó, umas técnica de processamento que oferece a facilidade da mistura de diferentes pós e, conseqüentemente a possibilidade de criar novos materiais compósitos com propriedades físicas e mecânicas especiais.
Figura 2 – Exemplos de Anéis Diamantados encontrados no mercado.
As ferramentas diamantadas empregadas para o corte de rochas ornamentais são compósitos de partículas de diamante embebidos numa matriz metálica ligante. Esses materiais são normalmente produzidos em grande escala pelas técnicas da
8 Metalurgia do Pó e abrangem uma larga escala de aplicações, como processamento de rochas, engenharia civil, etc. Atualmente, a maioria destas ferramentas é produzida pela tradicional rota de prensagem a quente, mas também algumas destas ferramentas são produzidas por prensagem a frio e sinterização (Filgueira, et al., 2007).
2.2 Componentes do Fio
O fio de corte diamantado possui diferentes componentes que são responsáveis por determinadas ações, conforme a Figura 3. As pérolas do fio diamantado são segmentos anulares de diâmetro de 10 a 12 mm, as quais montadas com espaçamento aproximado de 25 mm sobre um cabo multifilamentar de aço inoxidável AISI 316, também chamado de fio alma (Filgueira, et al., 2007).
Sendo que em alguns fios de corte apresentam molas de compressão entre os espaçamentos das pérolas diamantadas com o objetivo amortecerem choques longitudinais e manter a distancias entre as pérolas diamantadas.
A fixação do componente diamantado sobre o cabo de aço é otimizado com a utilização de um tubo com ranhuras internas que serve de suporte e melhoram a sua estabilidade. Este conjunto compõe o fio diamantado.
9 2.3 Materiais
Cobalto - O cobalto e ligas a base de cobalto tem sido as mais amplamente usadas como material para matriz em ferramentas diamantadas por muito tempo. Diferentemente dos outros materiais, o pó de cobalto:
• É disponível numa variedade de categorias, na quais diferem no tamanho de
partícula e distribuição granulométrica, formato da partícula, pureza, etc.
• Pode ser efetivamente densificada praticamente quase a sua densidade
teórica, por meios de hot pressing, sobre uma condição
temperatura/condições de pressão relativas (Konstanty, 2005).
Carbeto de Tungstênio – O Tungstênio é um dos materiais com a maior intensidade de ligação atômica sendo assim um dos mais rígidos. Apresenta uma forte afinidade de ligação atômica com o carbono do diamante, o que resulta na formação de uma fina camada entre o tungstênio e o diamante. Já o carbeto de tungstênio não se decompõe durante o resfriamento e conseqüentemente não causa nenhum dano ao diamante.
Essas excelentes características podem contribuir para um firme ancoramento dos diamantes na matriz metálica, provido pelo suporte mecânico e ligação química, assim elevando a resistência ao desgaste da matriz.
Em geral o carbeto de tungstênio é comumente usado para elevar a resistência à abrasão da matriz. Existem muitos tipos de carbetos de tungstênio, que diferem em composição química, tamanho de partícula, forma e microestrutura (Konstanty, 2005).
Diamante – O diamante é uma das formas alotrópicas do carbono, sendo o material mais duro conhecido pelo homem. Devido a sua perfeição quando cortado e polido, esse material tem sido avaliado como uma das gemas mais preciosas no mercado de pedras ornamentais. Além de sua raridade e de seus méritos decorativos, existem também muitas outras propriedades que fazem o diamante um material único. Ele possui a mais alta condutividade térmica em temperatura ambiente, o mais elevado módulo elástico e a mais alta tensão crítica de clivagem, baixos coeficientes de atrito e de expansão térmica, e é relativamente inerte ao ataque por ácidos e bases comuns.
10 Poucas dessas propriedades tem sido amplamente exploradas em aplicações industriais avançadas devido ao seu tamanho limitado e alto preço. Os recentes progressos na produção de diamante sintético, entretanto, está começando a remover as barreiras existentes, abrindo nova oportunidades para o diamante como um material avançado de engenharia (Konstanty, 2005).
2.3 Sinterização
Sinterização é um tratamento térmico realizado em um compactado verde ou uma massa de pós visando gerar continuidade de matéria entre as partículas. Neste tratamento controlam-se os seguintes parâmetros:
• Velocidade de aquecimento e resfriamento
• Tempo e temperatura
• Atmosfera do forno
A Sinterização na realidade é uma transformação de estado termodinâmico
(processo do tipo irreversível, espontâneo ou natural, com ∆G < 0) (Klein, 2009).
A densificação durante a sinterização normalmente ocorre perto da temperatura de fusão do material. A ligação entre as partículas aumentam devido ao aumento de átomos individuais que se movem pelo material via estado sólido ou por fase liquida.
Figura 4 – Estágios durante a sinterização. Adaptado de (Klein, 2009).
Acompanhando a união das partículas na sinterização ocorre também um acréscimo na dureza, resistência e outras propriedades importantes no ramo da engenharia, incluindo ductilidade, condutividade, permeabilidade magnética, resistência ao desgaste e a corrosão.
11 Ao nível microscópico, a sinterização ocorre devido ao movimento dos átomos realizam para preencher as vacâncias entre as partículas. Os átomos seguem muitos caminhos para formar as ligações como mostrado na figura. Esses caminhos incluem difusão entre os cristais, através dos contornos de grãos e sobre as superfícies.
As taxas de crescimento de crescimento de necks, contração e densificação dependem nas taxas acumuladas no transporte por esses diversos caminhos. Adicionalmente, o transporte é acelerado pela formação de fase liquida que possui uma solubilidade mais favorável sobre a fase sólida na temperatura de sinterização.
À medida que as ligações entre as partículas aumentam, elas tendem a formar uma rede de poros conectadas pelos contornos de grão. O contorno de grão possui uma importância muito grande na sinterização, sendo que o transporte de matéria é mais rápido ao longo dessas regiões. Com a redução dos contornos de grão, especialmente os próximos aos poros, decrescem significativamente a sinterização do material.
Deste modo, um aquecimento lento em temperaturas medianas são geralmente mais desejáveis para obter altas densidades do material sinterizado e conseqüentemente propriedades mais elevadas (German, 1997).
12 3. DESENVOLVIMENTO
3.1. Introdução
Para a produção do anel diamantado foi necessário primeiro estabelecer qual matriz metálica seria responsável pela sustentação dos diamantes e seria a mais indicada para a realização de um especifico corte determinada rocha. Assim o foco do projeto foi dividido em três ligas metálicas encontradas do mercado para o fio de corte diamantado: Cu-Zn, Cu-Fe-Co e Co-WC.
Essas amostras apresentam uma seqüência de produção clássica, através de compactação uniaxial da mistura e sinterização em forno com atmosfera controlada. Nesse relatório serão apresentadas as atividades realizadas na obtenção da liga metálica Co-WC, caracterizando as amostras produzidas e identificando as características do material produzido.
13 3.2 Desenvolvimento
Os pós adquiridos para a produção das amostras foram fornecidos pela JB Química e foram analisadas no microscópio eletrônico de varredura para análise do tamanho de partícula e morfologia dos pós. Conforme os dados do fornecedor os valores de granulometria se encontram de acordo com a Tabela 2.
Tabela 2 – Granulometria estipulada dos pós para a produção dos anéis
Material Granulometria (Mesh) Granulometria (µm)
Cobalto < 325 < 44
Carbeto de Tungstênio ~ (4800) ~2
Conforme as amostras analisadas no Microscópio Eletrônico de Varredura podemos visualizar quantidades de material aglomeradas ou com granulometria distintas, chegando a 119 µm no pó de Cobalto e 25 µm no pó de Carbeto de Tungstênio.
Figura 5 – Imagem do pó de Cobalto através do Microscópio Eletrônica de Varredura. Aumento 5000 e 50 vezes.
Figura 6 - Imagem do pó de Carbeto de Tungstênio através do Microscópio Eletrônico de Varredura. Aumento 5000 e 50 vezes.
14 3.2.1 Mistura
Os pós foram preparados e pesados para a produção de duas misturas: a primeira Co10%WC e a segunda Co40%WC, ambas sem diamante, com o objetivo de analisar a matriz metálica do anel diamantado. Com o auxilio de um misturador Y, foi realizada a mistura e a homogeneização dos pós para a compactação durante 40 minutos.
Figura 7 – A esquerda: misturador Y. A direita: Prensa Uniaxial.
Após a mistura foi tentado analisar a escoabilidade da mistura pelo método de Hall, mas não houve escoamento devido ao baixo tamanho de partícula que ocasiona um aumento na superfície de contato entre os pós dificultando o escoamento. Esse efeito de ausência de escoabilidade pode ser intensificado devido a um baixo teor de umidade residual nos pós.
Foi realizada uma tentativa de granulação dos pós com parafina e hexano para melhorar a escoabilidade, mas não houve resultados significativos.
3.2.2 Compactação
Os pós foram compactados para elaboração dos corpos de prova através de compactação uniaxial. As superfícies internas e externas da matriz de compactação foram recobertas com estearato de zinco para redução do atrito e melhor conservação do ferramental e do punção. Os dados obtidos com a compactação estão demonstrados na tabela 3.
15 Nessa primeira etapa de compactação foi estipulado o valor de 300 MPa, como encontrado em algumas referências bibliográficas, para as amostras. Esse valor foi tomado como um valor padrão para essa primeira etapa do trabalho.
D1) 10% WC
1 – Escoabilidade (Método Hall) Massa = 50g (Não houve escoamento) 2 – Densidade aparente média
V = 25 cm³ m = 52,5684 g dap = 2,102 g/cm³
D2) 40% WC
1 – Escoabilidade (Método Hall) Massa = 50g (Não houve escoamento) 2 – Densidade aparente média
V = 25 cm³ m = 62,0136 g dap = 2,480 g/cm³
Tabela 3 – Resultados obtidos durante a compactação uniaxial dos pós Amostras Co 10% wt WC
h (mm) d (mm) Peso (g) Densidade a verde (g/cm³)
CP1 7,575 9,578 2,9267 5,362
CP2* 8,045 9,584 3,0285 5,211
CP3 8,073 9,590 3,1269 5,365
Amostras Co 40% wt WC
h (mm) d (mm) Peso (g) Densidade a verde (g/cm³)
CP1* 8,680 9,589 3,8638 6,161
CP2 8,109 9,577 3,6792 6,296
CP3 7,806 9,582 3,4955 6,207
*Amostras para analise dilatométrica
Observações: Diâmetro do pistão: 9,47 mm Área efetiva de compactação: 70,435 mm³ 300 MPa = Carga 2,113 Toneladas Altura de enchimento: 16,07 mm
É possível observar que mesmo apresentando dimensões diferenciadas, as amostras apresentaram uma densidade a verde uniformes, mostrando que a etapa de compactação apresentou bons resultados.
3.2.3 Dilatometria
Com o ensaio dilatométrico é possível analisar uma temperatura otimizada para a sinterização da liga metálica. As amostras com 10 e 40 % de WC foram submetidas ao ensaio dilatométrico, com uma atmosfera redutora de Argônio/Hidrogênio (5%) e uma taxa de 10 ºC/min conforme mostra o Gráfico 1. Analisando a retração durante a sinterização das amostras é perceptível o efeito do acréscimo de Carbeto de Tungstênio na liga. A amostra D1, com 10% WC em peso,
16 apresentou um retração linear de 8% a 1100 ºC enquanto a amostra com 40% WC em peso apresentou 4% na mesma temperatura.
Esse efeito pode ser explicado devido ao efeito que o carbeto exerce durante a sinterização. Um aumento na quantidade de pó de carbeto faz com que a interface cobalto-cobalto seja reduzida, sendo que a fase do cobalto metálico, que sofre a sinterização devido ao seu ponto de fusão (1405 ºC), não apresenta a mesma sinterabilidade.
Era esperado que a liga Co40%pWC não apresentasse uma sinterização efetiva devido ao recobrimento de grande parte das partículas de cobalto pelo carbeto, mas com o auxilio do ensaio dilatométrico foi possível observar que esse efeito não ocorreu e a amostra apresentou uma densificação relativamente favorável.
Gráfico 1 – Curvas dos ensaios dilatométricos realizados nas amostras Co10%pWC e Co40%pWC.
Analisando o ensaio e vendo o ponto critico de sinterização foram pré-estabelecidas três temperaturas para a sinterização das outras amostras preparadas, 1000, 1050 e 1100 ºC.
3.2.4 Sinterização
Após de estipuladas as temperaturas de sinterização efetivas, foram produzidos mais corpos de provas através da prensagem uniaxial para serem levadas ao forno. Os dados respectivos as amostras feitas estão na tabela 4.
17 A sinterização foi realizada em um forno tubular, conforme figura 8, com controle de atmosfera, sendo utilizado Argônio/Hidrogênio 5%, sendo a câmera esvaziada e enchida com o gás 3 vezes antes de cada operação.
O forno apresentou uma taxa de aquecimento de 20 ºC/min até a temperatura de patamar de sinterização. Como não foi necessário o uso de ligantes na etapa de compactação devido a ductilidade do cobalto, não houve necessidade de debiding. O tempo estipulado de permanência do patamar foi de 40 minutos.
Tabela 4 – Resultados das amostras prensadas uniaxialmente para sinterização Amostras Co 10% wt WC
Amostra h (mm) d (mm) Peso (g) Densidade a verde (g/cm³)
SO1 6,740 9,587 2,5763 5,298
SO2 6,879 9,587 2,6594 5,358
SO3 7,047 9,585 2,7010 5,315
Amostras Co 40% wt WC
Amostra h (mm) d (mm) Peso (g) Densidade a verde (g/cm³)
SO1 7,339 9,581 3,3648 6,363
SO2 7,098 9,587 3,2058 6,260
SO3 7,107 9,589 3,2286 6,294
Novamente na etapa de compactação as amostra demonstraram uma densidade a verde uniforme e também um spring back semelhante em ambas as ligas, com valores entre 1,214 a 1,257 %.
Figura 8 – Forno Tubular com controle de atmosfera para sinterização das amostras
Observando as amostras no microscópio óptico é possível observar dois detalhes pertinentes acerca dos materiais utilizados:
18 1. Devido à diferença de granulometria entre os dois pós, é visível na figura 9 que determinadas regiões não apresentaram uma homogeneidade entre ambos os materiais. Devido ao maior tamanho das partículas de cobalto houve apenas a evidencia de carbeto nas regiões periféricas do grão de cobalto.
2. É visível na região interna dos poros a existência de partículas de carbeto, justificando a ausência de densificação nessa região, o que pode ter sido causado por um aglomerado de partículas desse material.
Figura 9 – À esquerda: Imagem obtida no Microscópio Óptico. À direita: Imagem dos pós obtida no Microscópio Eletrônico. Aumento 50 e 500x.
3.2.5 Resultados
As amostras sinterizadas foram então medidas e preparadas
metalograficamente para analise da efetividade da sinterização. A tabela 5 mostra todos os dados referente ao dimensional obtidos nas amostras.
Tabela 5 – Resultados obtidos após as sinterizações das amostras
Amostras Sinterizadas de Co 10% wt WC
Amostra Temperatura (ºC) h (mm) d (mm) Peso (g) Volume (cm³) Densidade Final (g/cm³)
SO1 1000 6,251 8,753 2,5763 0,376 6,853
SO2 1050 6,194 8,52 2,6292 0,353 7,449
SO3 1100 6,191 8,278 2,6681 0,333 8,012
Amostras Sinterizadas de Co 40% wt WC
Amostra Temperatura (ºC) h (mm) d (mm) Peso (g) Volume (cm³) Densidade Final (g/cm³)
SO1 1000 7,094 9,248 3,3368 0,476 7,006
SO2 1050 6,708 9,117 3,1759 0,438 7,256
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Tabela 6 – Características observadas após sinterizações em diferentes temperaturas
Amostras Sinterizadas de Co 10% wt WC
Amostra Temperatura (ºC) Expansão Linear (%) Expansão Volumétrica (%) Densificação (%)
SO1 1000 -7,255 -22,690 29,349
SO2 1050 -9,958 -28,885 39,021
SO3 1100 -12,147 -34,473 50,749
Amostras Sinterizadas de Co 40% wt WC
Amostra Temperatura (ºC) Expansão Linear (%) Expansão Volumétrica (%) Densificação (%)
SO1 1000 -3,338 -9,941 10,114
SO2 1050 -5,495 -14,534 15,914
SO3 1100 -6,205 -17,905 20,585
Representando graficamente os dados fica torna-se mais visível algumas peculiaridades, tais como:
Gráfico 2 – Representação do efeito do Carbeto de Tungstênio nos valores de Densidade Final e de percentual de Densificação em função da temperatura de sinterização nas amostras com 10 e 40%
de WC
Figura 10 – Foto comparando as amostras antes e depois da sinterização. Nota-se a redução do tamanho devido à densificação e a mudança da tonalidade devido à atmosfera redutora do forno.
20 3.2.6 DTA Diamante
Outro detalhe de extrema importância para a aplicação do anel diamantado é o diamante. Ele está presente durante todo processo de fabricação do anel, desde a prensagem até a sinterização.
O diamante apresenta o efeito de grafitização a temperaturas elevadas esse efeito deprecia as propriedades do material sendo de extrema importância que o carbono mantenha-se na forma estrutural do diamante. Para analisar esse efeito foi realizada uma analise térmica diferencial para observar a ocorrência desse efeito.
Gráfico 3 – Análise Térmica Diferencial das amostras diamantadas
Observando o gráfico 3 não se identifica nenhuma reação específica da grafitização. Com a observação das amostras após os ensaio térmico observou-se uma mudança de cor, (de amarelo para preto) apresentando uma coloração natural da grafite. Uma hipótese é que a reação ocorreu gradualmente no interior do aparelho, sendo que a temperatura paresentou uma taxa lenta, 5 ºC/min, permanecendo muito tempo a temperaturas elevadas, inclusive mais altas que a aplicação durante a sinterização dos pós metálicos.
No processo de grafitização ocorre uma expansão do material devido à mudança da estrutura CFC do carbono (diamante) para a Hexagonal Planar (grafite). Essa expansão pode ocasionar fissuras no cristal de diamante, como foi encontrado numa imagem obtida através do microscópio eletrônico, figura 10.
21
Figura 11 – Imagens obtidas no Microscópio Eletrônico. Amostras do diamante submetidas ao ensaio de Análise Térmica de Diferencial (DTA). Seta indicando fratura devido à mudança de estrutura
(grafitização). Aumento de 50 e 250x.
A prensença dessa fatura demonstra que possivelmente houve uma mudança de estrutura significativa não só na superficie, mas sim no volume das amostras.
22 3.3 Conclusão
O principal foco desse relatório era observar a condição da matriz metálica nessa liga Co-WC para o anel diamante através da rota de processamento de compactação uniaxial.
Com os resultados da sinterização foi possível observar que a sinterização realizada no forno tubular foi satisfatória nos requisitos de sinterabilidade e densificação. Foi visível a influência do acréscimo de carbeto no resultado final após o ciclo térmico (gráfico 2). Para aplicação na rocha, uma liga com uma quantidade superior de carbeto seria mais apropriada, principalmente em rochas de elevada dureza.
A rota de produção por prensagem uniaxial deve ser aprimorada a fim de se conhecer mais sobre as principais variáveis de produção e poder obter futuramente um resultado que possa ser comparado com os principais produtos de mercado.
Observou-se que os pós adquiridos poderiam apresentar características melhores ao projeto, como tamanho de partícula maior, por exemplo, que auxiliaria na escoabilidade, densificação e principalmente a não segregação dos cristais de diamante até a superfície da mistura dos pós, devido não somente a diferença de densidade entre os materiais metálicos e o diamante, mas também pela diferença de
granulometria (2 µm para o carbeto e 300 µm para o diamante). Essa separação dos
materiais foi visível durante a etapa de compactação das amostras no trabalho realizado com as ligas de Cobre.
Houve também a falta de homogeneidade das amostras, que foi visível nas metalografias. Isso também poderia ser corrigido com uma distribuição de tamanho de partícula correto e uma mistura mais efetiva, e para um nível de fabricação a utilização de mechanical alloying para melhorias na sinterabilidade da liga.
Quanto ao diamante analisado no DTA, ainda deve ser realizado outros testes para analisar o seu comportamento em outras condições como pressão, temperatura e interferência da matriz metálica de tal modo que o diamante não apresente a sua grafitização ao longo do processo.
23 4. CONCLUSÃO
O trabalho realizado nessa parte inicial do projeto agregou muitos conhecimentos, principalmente na área de sinterização de ligas metálicas e de fios de corte. Em um contexto geral do trabalho essa foi uma fase inicial sendo que algumas atividades ainda serão realizadas em prol do desenvolvimento total do anel diamantado. Abaixo estão mais algumas atividades que serão e/ou poderão ser feitas dentro do projeto de desenvolvimento.
• Utilização do diamante ao longo do processo de fabricação da liga Co-WC.
• Utilização e analise microestrutural da interface do diamante revestido
(spputering) e matriz metálica para o corte.
• Produção de amostras para sinterização em diferentes pressões para analise
de sua influência.
• Realização de ensaio de resistência do anel acabado (flexão, compressão
diametral).
• Realização de ensaio de resistência ao desgaste, reproduzindo no ensaio a
severidade que as amostras encontrarão durante uma aplicação real.
• Planejamento e desenvolvimento de novas rotas para a produção do anel.
O trabalho ainda terá muitas vertentes para estudos e trabalhos, sendo que como primeiro passo já foi dado ao desenvolvimento desta tecnologia.
24 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Konstanty, Janusz. 2005. Powder Metallurgy Diamonds Tools. Krakow : Elsevier,
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Metais - ABM, 1990. p. 619.
Tönshoff, H. K. e Hilmann-Apmann, H. 2002. Diamond tools for wire sawing metal
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6. ANEXO I – Imagens Microscópio Óptico
Amostras 1000ºC – Esquerda 10%WC - Direita 40%WC. Aumento 200x.
Amostras 1050ºC – Esquerda 10%WC - Direita 40%WC. Aumento 200x.
26 7. ANEXO II - Histórico do Cermat
O núcleo de pesquisa em materiais cerâmicos (CERMAT) da UFSC surgiu quando, a partir de 1991, iniciou-se, no âmbito da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, um programa de formação de recursos humanos, mestres e doutores, na área de cerâmica, voltado à pesquisa científica e tecnológica.
Com a criação em 1995 do Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais (PGMAT), baseado numa filosofia interdisciplinar, houve uma ampliação do leque de conhecimento e atuação em cerâmica, pelo envolvimento de professores e pesquisadores de outras áreas de Engenharia (Química e Civil), da Química e da Física.
As atividades práticas de pesquisa em cerâmica foram concentradas basicamente no Laboratório de Materiais (LABMAT), situado no Departamento de Engenharia Mecânica (EMC).
Em 1993 foi implantado, junto ao LABMAT, o Laboratório de Produtos Cerâmicos Acabados (LPCA). O LPCA foi criado com a missão de viabilizar um sistema de certificação de qualidade de produtos cerâmicos, iniciada em março de 1994, a nível nacional, com o Programa de Certificação de Qualidade de Produtos, sob coordenação do Centro Cerâmico do Brasil (CCB), o qual fornece o Certificado de Qualidade ISO 13006.
A partir de 2004, com a ampliação do foco de atuação do núcleo de pesquisa em materiais cerâmicos para aplicações em tecnologias de ponta, bem como, no início de 2005, com a mudança de estratégia, em relação ao desenvolvimento de atividades de pesquisa, priorizando o desenvolvimento de projetos de pesquisa na UFSC, foram geradas novas necessidades de infra-estrutura e pessoal.
Nos últimos dois anos, o núcleo apresentou um crescimento significativo, através da aprovação de projetos cooperativos, vinculados aos fundos setoriais da FINEP, projetos de pesquisa e desenvolvimento CNPq e projetos de cooperação internacional Capes.
