Projeto, Fabricação e Caracterização de Al2o3-zro2-sicw em Gradação Funcional Com Wc-co
Nome: LUMA GONÇALVES FRAGA
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 24/04/2023
Orientador:
Nome |
Papel |
|---|---|
| MARCELO BERTOLETE CARNEIRO | Orientador |
Banca:
| Nome |
Papel |
|---|---|
| ELIANA NAVARRO DOS SANTOS MUCCILLO | Examinador Externo |
| MARCELO BERTOLETE CARNEIRO | Orientador |
| MARCOS TADEU DAZEREDO ORLANDO | Examinador Interno |
Resumo: A usinagem é um processo de fabricação que tem como objetivo conferir forma ou acabamento a peças por meio da remoção de material. Para isso, utilizam-se ferramentas de corte, que devem possuir elevada dureza e resistência ao desgaste, inércia química e tenacidade à fratura. Os metais duros (WC-Co) possuem uma boa combinação entre dureza e tenacidade à fratura, no entanto perdem propriedades ao serem aquecidos. As ferramentas cerâmicas a base de alumina (Al2O3) possuem elevada dureza, resistência ao desgaste estabilidade
química, mesmo em elevadas temperaturas, porém apresentam baixa tenacidade à fratura. Devido à dificuldade de agrupar todas as propriedades em um único material de engenharia, surgem os Materiais em Gradação Funcional (FGMs). Estes possuem duas ou mais fases variando uma em relação à outra, criando um gradiente intencional de propriedades ao longo do material. O objetivo deste trabalho é projetar, fabricar e caracterizar um compósito heterogêneo com oito camadas formado por Al2O3-ZrO2-SiCw em gradação com WC-Co e avaliar as suas propriedades em comparação com os compósitos cerâmicos homogêneos (Al2O3-ZrO2-SiCw) e WC-Co. O projeto do FGM foi feito a partir de um modelo de predição da tensão residual térmica. A sinterização ocorreu por corrente elétrica pulsada (PECS) em atmosfera de médio vácuo, com pressão uniaxial de 50 MPa e temperatura de patamar de
1500°C para a Al2O3-ZrO2-SiCw, 1250°C para o WC-Co e 1450°C para o FGM. A fim de caracterizar as propriedades físicas, foram avaliadas a densidade experimental, por meio do princípio de Arquimedes, e a condutividade térmica. Análises por DRX, MEV e EDS foram realizadas para caracterizar os elementos e fases presentes nos pós e nos sinterizados. Foram realizados ensaios de dureza ao risco, dureza Vickers e tenacidade à fratura por indentação
para caracterizar as propriedades mecânicas dos materiais sinterizados. A predição da tensão residual indicou tensão de tração de 508,20 MPa na primeira camada do FGM, composta apenas por Al2O3-ZrO2-SiCw. No entanto, esse valor ficou abaixo do seu limite de ruptura, tal que não foram observadas trincas após a sinterização. De maneira geral, as amostras apresentaram elevada densificação, com destaque para o FGM alcançou densidade relativa
de 98,61%. A condutividade térmica do FGM aumentou 46% em relação ao compósito cerâmico devido ao efeito da adição do metal duro. Observou-se variação da dureza ao risco ao longo do gradiente e aumento de 115% no coeficiente de atrito entre a primeira e a última camada. O número de dureza Vickers na primeira camada foi 1390,55 HV, enquanto na última 1279,73 HV, apresentando uma variação de 8%. Ocorreu um aumento de cerca de 36% na
tenacidade à fratura ao longo do FGM. Os resultados mostraram a variação de propriedade do FGM ao longo das camadas e em relação aos materiais homogêneos. Os resultados indicam também a viabilidade em se fabricar ferramentas de corte em FGM, com a aresta de corte localizada na primeira camada. Entretanto, para validar seu uso são necessários ensaios de
usinagem.
Palavras chave: Material em Gradação Funcional (FGM); Cerâmicas; Tensão Residual; Densidade; Condutividade Térmica; Dureza; Tenacidade à Fratura
