Estudo da sinterabilidade de materiais ferrosos contendo elevados teores de sulfetos como aditivos

Abstract

No presente trabalho estudou-se a sinterização de misturas de pó de ferro com pó de sulfetos como aditivos visando a obtenção de material compósito contendo lubrificante sólido na forma de partículas de segunda fase em seu volume. Foram misturados ao pó de ferro os seguintes sulfetos isoladamente: sulfeto de manganês (MnS) e bissulfeto de molibdênio (MoS2). Estudou-se a influência dos sulfetos, para diversos teores, sobre a evolução microestrutural e a variação dimensional durante a sinterização, bem como, sobre algumas propriedades mecânicas (tensão de escoamento em tração, resistência a tração e módulo de Young) após sinterização. O pó de ferro utilizado foi o Ancorsteel 1000B produzido pela Höganaes. O pó de ferro foi misturado com o sulfeto de manganês ou o sulfeto de molibdênio em frações volumétricas de 3, 6, 9, 12 e 15%, sendo avaliadas as propriedades tecnológicas dessas misturas (escoabilidade, densidade aparente, compressibilidade). Para a análise da sinterização e da evolução microestrutural foram preparados corpos de prova, utilizando as frações intermediárias de cada mistura (Fe + 9%MnS e Fe + 9%MoS2), na forma de cilindros de com 10 mm de diâmetro e aproximadamente 10 mm de altura. Essas amostras foram sinterizadas em dilatômetro possibilitando verificar a variação dimensional ocorrida durante o aquecimento e sinterização isotérmica. Ensaios de termogravimetria (TG) e análise térmica diferencial (DTA) contribuíram na identificação de possíveis reações entre os componentes da mistura durante a fase de aquecimento e sinterização. A evolução microestrutural das amostras foi analisada por microscopia ótica e eletrônica, análise química pontual por raios-x de energia dispersiva (EDX) e difração de raios-x. Como referencial de propriedades e para a análise de resultados utilizou-se sempre as propriedades e o desempenho do ferro puro sinterizado. Os resultados mostraram que sulfeto de manganês não reage com o ferro, mantendo-se na forma de partículas de segunda fase dispersas na matriz. No entanto, ocorre perda parcial de enxofre e uma pequena parcela do sulfeto é convertido em óxido de manganês (MnO). O bissulfeto de molibdênio reage integralmente com a matriz ferro do compósito durante a fase de aquecimento formando sulfeto de ferro (FeS). O Molibdênio, após a perda do enxofre, se dissolve na matriz ferrosa, provocando endurecimento por solução sólida.