ANÁLISE DAS VARIAÇÕES DE PROPRIEDADES DO AÇO 4340 FABRICADO VIA MPI COM O TEMPO DE SINTERIZAÇÃO

L.H.S. de Almeida (1), P.A.P. Wendhausen (1), W. Ristow Jr (2)

(1)Laboratório de Materiais, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Universitário Trindade, Florianópolis SC, cep 88040-900. (2) Lupatech S/A - Divisão Steelinject, Rua Dalton Lahn dos Reis, 201, Caxias do Sul RS, cep 95112-090.

Palavras-chave:Sinterização, Moldagem de Pós por Injeção, 4340.

Resumo

A moldagem de pós por injeção (MPI) surgiu para suprir certas limitações da metalurgia do pó tradicional, principalmente no que diz respeito a liberdade geométrica dos componentes. Tal processo mescla técnicas do processamento de materiais particulados com a injeção de polímeros. Ou seja, mistura-se ao pó um determinado sistema de ligante (geralmente polimérico) e injeta-se tal material em uma cavidade através de uma injetora similar a utilizada para injeção de polímeros, em seguida remove-se o ligante e sinteriza-se o material.

A utilização de aços denominados de baixa liga ainda é restrita dentro da moldagem de pós por injeção, isso ocorre pela dificuldade em controlar o teor de carbono dentro do processo. A variação de tal elemento pode ser ocasionada por ciclos, fornos e atmosferas inadequados de remoção de ligante e sinterização. Dessa forma, o objetivo do presente trabalho é analisar o comportamento do aço 4340, processado via moldagem de pós por injeção, em três ciclos térmicos distintos de sinterização e caracterizar os componentes sinterizados em termos de microdureza, retração percentual e teor de carbono percentual.

Utilizou-se como matéria prima para o carregamento sólido pó de aço 4365, segundo Kyogoku e Komatsu (1992), que ressaltam a perda de carbono durante o processo MPI. A composição química e a granulometria do pó, segundo dados do fabricante, estão nas Tabelas 1 e 2, respectivamente. O sistema de ligante foi composto por uma resina termoplástica, um plastificante, um surfatante e um anti-oxidante.

Após a homogeneização da mistura pó-ligante, o material foi injetado e submetido à remoção do ligante e pré-sinterização. Em seguida, os componentes foram sinterizados em três ciclos térmicos diferentes mostrados na Tabela 3. Utilizou-se nessa etapa um forno à vácuo ABAR IPSEN com resistências de molibdênio sob fluxo de uma mistura gasosa composta por 90% de Ar e 10% de H2, a pressão de trabalho ficou em torno de 0,35x10-3 torr.

Mediu-se as peças após a injeção (L0) e depois de sinterizadas (Lf) e obteve-se, assim, a porcentagem de retração ((L0-Lf)/L0) para os ciclos A, B e C. Os resultados médios estão na Tabela 4.

As amostras sinterizadas nos ciclos A, B e C foram também submetidas a medições de microdureza Vickers (Hv) com 200gf de carga no núcleo em um microdurômetro SHIMADZU HMV-2000 e quantificação dos teores médios de carbono em um equipamento de análises químicas LECO-WR 112 (C). Tais resultados encontram-se na Tabela 5.

Analisando os resultados, nota-se o aumento da porcentagem de retração com o aumento do tempo de sinterização. Porcentagens de retração maiores indicam uma densificação maior do material, tendo em vista que a sinterização é um transporte de matéria por ativação térmica que busca a eliminação dos poros e a conseqüente densificação da peça. Percebe-se também que o aumento do tempo de sinterização no presente trabalho gerou um aumento nos valores de microdurezas encontrados e uma diminuição na porcentagem média de carbono nos componentes.

Dessa forma, pode-se concluir que a densificação do material, refletida na porcentagem média de retração, foi fator preponderante sobre o teor médio de carbono no aumento da microdureza para os materiais e métodos aqui empregados. Ou seja, as amostras oriundas do ciclo C de sinterização apresentaram valores mais elevados de microdureza apesar de possuirem teor médio inferior de carbono em suas composições químicas finais.

Agradecimentos: Os autores agradecem à empresa Lupatech S/A - Divisão Steelinject pelo suporte financeiro.

Referências Bibliogáfica:

German, R.M., Bose, A., Injection Molding of Metals and Ceramics, MPIF 1997. Kyogoku, H. e Komatsu, S., Effect of Debinding Conditions on Carbon Control of Sintered 4340 Steel Compacts by Injection Molding, School of Engineering, Kink University, Japan, pp.19-55 a 19-61, 1992