Eventos Anais de eventos
CONEM 2022
XI Congresso Nacional de Engenharia Mecânica - CONEM 2022
Projeto de um FGM cerâmico, fabricação e avaliação
Submission Author:
Davi De Carli , ES
Co-Authors:
Davi De Carli, Izabel Machado, Marcelo Bertolete
Presenter: Marcelo Bertolete
doi://10.26678/ABCM.CONEM2022.CON22-0230
Abstract
Material em Gradação funcional (Functionally Graded Material - FGM) é formado por um gradiente em sua composição de dois ou mais materiais com propriedades distintas, em que a heterogeneidade da microestrutura permite variação de propriedades ao longo do volume. Os FGMs podem ser caracterizados em estruturas contínuas ou em camadas. O processo de fabricação do FGM é uma das áreas de pesquisa mais importantes. Dentre os métodos utilizados, a metalurgia do pó (MP) se destaca, devido a sua ampla variedade de materiais e possibilidade de controle de geometria e microestrutura. Existem várias técnicas que promovem o tratamento térmico de pós compactados, sendo a sinterização por corrente elétrica pulsada (Pulsed Electric Current Sintering - PECS) uma das mais modernas. A desvantagem do FGM na combinação de materiais dissimilares, está nas tensões residuais térmicas decorrentes dos diferentes módulos de elasticidade, coeficiente de expansão térmica e compatibilidade química. O objetivo do trabalho é apresentar o projeto de um FGM cerâmico, fabricado pela MP utilizando a técnica PECS, além de caracterizar a microestrutura com gradiente em camadas e a densidade. Os materiais utilizados na fabricação do FGM foram os pós ultrafinos de α-Al2O3, pós nanométricos de 3Y-ZrO2 e TiC, caracterizando o compósito cerâmico, além de pós finos de WC-Co. Na predição da tensão residual foi utilizado um modelo termo-mecânico unidimensional. Na sinterização por PECS, as amostras foram tratadas a 1425°C, com tempo de patamar de 7 minutos, pressão uniaxial de 50 MPa e atmosfera em vácuo. A microestrutura foi caracterizada por microscopia óptica após preparação metalográfica. A avaliação da densidade experimental foi feita pelo princípio de Arquimedes em um balança semi-analítica e a densidade teórica a partir da regra das misturas inversa. A predição indicou tensão residual trativa nas camadas mais ricas em cerâmica, todavia abaixo do limite de resistência à fratura do material. Não se observou, na análise por microscopia, trincas devido a tensão residual ao longo da microestrutura. As diferentes frações de volume dos constituintes permitiram evidenciar o gradiente em camadas. O valor médio de densidade relativa foi de 98,68%, significando 1,32% de porosidade. Conclui-se que o projeto de tensão residual e a sinterização por PECS permitiram fabricar um FGM isento de trincas e com elevada densidade.
Keywords
material em gradação funcional, PECS, cerâmica, Tensão residual, densidade
