Caracterização de um Compósito Metal Duro/aço Rápido para o Desenvolvimento de um FGM
Nome: DANIELLA GUALBERTO CALDEIRA DE PAULA
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 25/02/2022
Orientador:
Nome |
Papel |
|---|---|
| MARCELO BERTOLETE CARNEIRO | Orientador |
Banca:
| Nome |
Papel |
|---|---|
| MARCELLO FILGUEIRA | Examinador Externo |
| MARCELO BERTOLETE CARNEIRO | Orientador |
| MARCELO CAMARGO SEVERO DE MACÊDO | Examinador Interno |
Resumo: Embora o metal duro seja um material de ferramenta de corte amplamente utilizado na usinagem, trincas mecânicas e térmicas podem ocorrer. Uma maneira inovadora para melhorar as propriedades dos materiais é utilizar o conceito de Material em Gradação Funcional (FGM). FGMs são compostos feitos de dois ou mais materiais diferentes adaptados em uma forma de gradiente. O metal duro e o aço rápido são dois grupos importantes e distintos de materiais para ferramentas de corte. O primeiro se caracteriza pela sua elevada dureza, enquanto o segundo pela sua elevada tenacidade. O objetivo do trabalho é avaliar as propriedades físicas e mecânicas de compósitos de metal duro/aço rápido com adições de TiC e compará-los com as de uma ferramenta comercial de metal duro. Posteriormente, apresentar um projeto estrutural de um FGM metal duro/aço rápido, considerando tensão residual. Para isso, pós de metal duro (tamanho de partícula 1,5 μm), aço rápido (50 μm) e TiC (0,8 μm) foram sinterizados variando a fração volumétrica de TiC de 5 a 35% a 1200ºC, sob pressão uniaxial de 20 MPa e 2,2 MPa, utilizando a técnica de sinterização por corrente elétrica pulsada (PECS). A densidade relativa, foi determinada com base no princípio de Arquimedes. As propriedades mecânicas, dureza e tenacidade à fratura foram conduzidas usando um indentador Vickers. Os resultados mostraram uma grande influência da pressão de sinterização na densidade relativa e, consequentemente, nas propriedades mecânicas. Para a amostra de 5%TiC sinterizada a 20 MPa, a densidade relativa foi de 97,8%, próxima à do metal duro comercial, 98,1%. Considerando as propriedades mecânicas, a amostra de 5%TiC obteve o número de dureza Vickers de 1242±62 HV e tenacidade à fratura de 12,5±1,3 MPa.m1/2, enquanto a amostra comercial obteve 1284±176 HV e 13,0±1,3 MPa.m1/2. Para amostras sinterizadas a 2,2 MPa com adição de TiC de 15 a 35%, a perda de densidade relativa e propriedades mecânicas foram observadas conforme a fração de volume de TiC aumentou. Exceto para a amostra de 15%TiC, a tenacidade à fratura foi maior, 13,3±1,0 MPa.m1/2. Neste caso, a porosidade pode ter alterado o modo de fratura. Além disso, a partir da amostra com 25% de TiC, a quantidade de segregação de ferro na microestrutura diminuiu. O projeto estrutural do FGM considerou 5 camadas e mostrou tensões compressivas nas primeiras camadas ricas em metal duro. Os resultados mostraram a importância da aplicação de pressão durante a sinterização para atingir a densidade relativa e as propriedades mecânicas necessárias. Além disso, é desejável controlar o teor de TiC na microestrutura para evitar a segregação do ferro. A estimativa de tensão residual sugere que o FGM é viável, sem risco de trincas.
