O chamado método da metalurgia do pó consiste em fazer um pó da matéria-prima da liga a ser produzida e, em seguida, misturar os pós em uma quantidade adequada e pressurizar e solidificar em uma determinada forma. Esses pedaços de pó serão colocados em uma atmosfera redutora (por exemplo, hidrogênio), aquecidos e sinterizados para formar uma liga. Este é um método metalúrgico que é completamente diferente do método de fundição anterior.
A sinterização aqui referida pode ser definida simplesmente como a promoção da aglomeração de grãos de cristais metálicos pela ação de pressurização e aquecimento. Aplicamos uma certa pressão ao pó com a composição da liga para compactá-lo. Em altas temperaturas, os pós em contato íntimo aderem uns aos outros e gradualmente preenchem os vazios para formar uma liga de alta densidade. A temperatura de aquecimento neste momento é a temperatura de fusão do componente de baixo ponto de fusão no componente de liga. Assim, o lingote de liga é sinterizado a uma temperatura abaixo do ponto de fusão de todo o componente em pó. Este método é semelhante ao método de combinação dos dois processos de fundição e fundição, e suas propriedades são próximas às das ligas fundidas. Mas do ponto de vista metalográfico, deve ser um ramo de fundição de ligas.
O carboneto cimentado é fabricado por este método de metalurgia do pó. Geralmente, pós como tungstênio, carbono, cobalto, titânio e cério são usados para mistura em lote e, em seguida, prensados e sinterizados para formar uma liga. Assim, o produto deste processo metalúrgico também é referido como um metal duro sinterizado ou uma liga de metal duro. Nos últimos anos, os métodos de metalurgia do pó se desenvolveram muito rapidamente. Carbonetos cimentados, ligas com óleo, contatos elétricos, discos diamantados com liga de metal e produtos especiais de metal decorativo são todos fabricados por este método de metalurgia do pó.
Por exemplo, o produto semi-acabado prensado de 30 mm de comprimento agora é aquecido a 1000-1400 ° C. A mudança de volume do produto prensado a cerca de 30 ° C por cerca de 5 minutos é mostrada na Figura 2-2. A retração geralmente começa em 1150 ° C. No caso de 6% Co, a retração prossegue com muita regularidade, terminando em aproximadamente 1320 ° C. No caso de 10% Co, em 1180-1200 ° C, a contração é temporariamente interrompida. À medida que a temperatura continua a subir, o encolhimento prossegue rapidamente e, quando a temperatura atinge 1300 ° C, tende a se equilibrar.

O Princípio da Sinterização do Pó na Metalurgia 1

Depois disso, uma vez que o número de pontos de contato das partículas e a área de contato são notavelmente aumentados, cada uma das partículas está em um estado de liberação fácil de excesso de energia (energia livre) mantida por si mesma. Assim, a partir de cerca de 200 ° C, o cobalto começa a se difundir, momento em que começa a primeira etapa da sinterização. Quando a temperatura aumenta novamente, o β-Co é convertido em γ-Co em torno de 490°C. A 600 ° C, o carbono começa a se difundir no cobalto e se torna uma solução de massa. Quanto mais finas as partículas de carboneto de tungstênio, ou quanto melhor o carboneto de tungstênio revestido de cobalto, mais rápido esse fenômeno de difusão ocorrerá. Esta difusão tem o mesmo efeito de aplicar uma forte pressão de compressão ao compacto. No entanto, durante o aumento da temperatura, quase nenhuma fase líquida é observada a esta temperatura.
No entanto, perto desta temperatura, a resistência à flexão é significativamente aumentada. Normalmente, uma liga de dureza de cobalto 6% é sinterizada a uma temperatura de cerca de 1400 ° C. Nessa temperatura, o WC se dissolve gradualmente na fase líquida, e o WC particularmente fino se dissolve rapidamente, e o WC grande tem grande energia de superfície devido à acentuada porção de canto. É redondo depois de dissolvido. Como resultado, a porção da fase líquida se torna cada vez maior e, à medida que a reação progride na direção em que a energia livre diminui, a liga encolhe e os poros diminuem gradualmente. Por outro lado, na porção onde as partículas de carboneto de tungstênio estão em contato umas com as outras, o fenômeno de difusão volumétrica, particularmente difusão superficial, continua a ocorrer. Existe também a possibilidade de que as partículas de carboneto se liguem umas às outras. Além disso, o WC também pode precipitar localmente da fase líquida em uma porção onde o carboneto de tungstênio entra em contato um com o outro. Como resultado, vários motivos levaram ao crescimento de grãos de carboneto de tungstênio, resultando em um alinhamento denso. No entanto, a temperatura é aumentada ainda mais e, quando ultrapassa 1600°C, é gerado gás no interior do produto, causando expansão do arranjo cristalino. Diz-se que o gás é gerado pela presença de impurezas como SiO2. Pelo contrário, se a temperatura for reduzida, as partículas de WC dissolvidas na fase líquida são precipitadas nas partículas de WC com pequena energia superficial. Mesmo depois que a fase líquida desaparece em um estado sólido, o carboneto de tungstênio continua a se separar até restar apenas 1%.

O Princípio da Sinterização do Pó na Metalurgia 2

Durante o processo de sinterização, o carboneto de tungstênio presente na forma de um fundido no cobalto se move uma pequena distância e é ligado ao carboneto de tungstênio não dissolvido, de modo que uma estrutura irregular, como uma liga fundida, não é formada. O aço contendo uma grande quantidade de perlita é envelhecido e endurecido pela precipitação do carbono fundido do ferro alfa. Em contraste, durante o processo de sinterização, as partículas de WC atuam como nucleação efetiva, de modo que não há fenômeno de endurecimento por idade, de modo que a estrutura é uniforme e muito estável, não sensível ao tratamento térmico e a dureza não muda mesmo em níveis relativamente altos. temperaturas. A Figura 2-3 mostra a dureza de alta temperatura do aço ferramenta, aço rápido, liga fundida, liga de stellite (Co-Cr-W) e metal duro WC+Co.

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