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CONEM 2022
XI Congresso Nacional de Engenharia Mecânica - CONEM 2022
Projeto e avaliação preliminar da sinterização de um FGM Al2O3-ZrO2-SiCw+WC-Co
Submission Author:
Luma Gonçalves Fraga , ES
Co-Authors:
Luma Gonçalves Fraga, Lorrayne Cardoso Grillo, Cristiane Tonetto, Izabel Machado, Marcelo Bertolete
Presenter: Luma Gonçalves Fraga
doi://10.26678/ABCM.CONEM2022.CON22-0269
Abstract
Materiais em Gradação Funcional (Functionally Graded Material - FGM) possuem duas ou mais fases em que a fração volumétrica de uma aumenta em relação à outra ao longo do volume em uma ou mais direções, na forma de um gradiente. Desse modo, é possível combinar propriedades distintas e desenvolver um material avançado com variação de microestrutura, composição química e propriedades ao longo do volume. Esses materiais são produzidos, geralmente, pelo processo de metalurgia do pó (Powder Metallurgy - PM), pois permite um maior controle da composição, variação da microestrutura e liberdade de geometria. O objetivo do trabalho é projetar e fabricar um FGM cerâmico reforçado com fibra em gradação com metal duro. Para tanto, far-se-á uso da técnica de sinterização por corrente elétrica pulsada (Pulsed Electric Current Sintering – PECS). Na sequência, a microestrutura do gradiente e a densidade da amostra sinterizada serão avaliadas. Os materiais utilizados foram pós ultrafinos de α-Al2O3, pós nanométricos de 3Y-ZrO2 e fibra de β-SiC (whisker), além de pó fino de WC-Co (metal duro). Para projetar o FGM, utilizou-se um modelo termomecânico unidimensional para estimar a tensão residual. O FGM foi sinterizado por PECS com aplicação de pressão axial de 50 MPa, temperatura de patamar de 1450°C, ciclo de trabalho de 36 minutos e atmosfera em vácuo. A microestrutura foi avaliada por microscopia óptica para evidenciar o gradiente em camadas. A densidade experimental foi caracterizada utilizando o princípio de Arquimedes em uma balança de precisão e a densidade teórica pela regra das misturas inversa. Os resultados de predição de tensão residual mostraram tensão de tração na camada rica em cerâmica, porém abaixo do limite de resistência à ruptura do material. A avaliação por microscopia óptica permitiu identificar a microestrutura na forma de um gradiente em camadas e isenta de trincas, devido ao tratamento térmico. Finalmente, a análise de densidade relativa do FGM indicou 98,61%, o que implica em 1,39% de porosidade. Conclui-se, que o projeto do FGM cerâmico reforçado com SiCw colaborou para a fabricação de amostras isentas de trincas de origem térmica. Da mesma forma, a sinterização por PECS, além de viabilizar a fabricação de amostras em FGM, possibilitou a obtenção de sinterizados próximos da completa densificação em um ciclo de apenas 36 minutos.
Keywords
FGM, Cerâmica Avançada, Metal Duro, Tensão residual, densidade
