Influence of heat treatments on the microstructural evolution and mechanical properties of self-lubricating sintered steel

Abstract

A pesquisa e desenvolvimento de materiais autolubrificantes estão diretamente associados com o desejo de diminuir o consumo de energia em aplicações onde lubrificantes fluidos são indesejados. Pesquisar e caracterizar as suas propriedades se torna crítico quando as aplicações requerem uma resistência mecânica maior da que os materiais atualmente disponíveis. O escopo do presente trabalho é caracterizar as propriedades mecânicas e o comportamento da microestrutura de aços sinterizados autolubrificantes com adições de SiC o que atua como precursor na formação de nódulos de grafita dentro do material. Este processo foi previamente desenvolvido pelo equipe de pesquisa do LabMat/UFSC.A liga utilizada como matriz foi Fe + 0.45C + 4Ni + 1Mo % em massa com adições de 2 e 3% de SiC. A rota de processamento foi: Moldagem de Pós por Injeção, seguido de remoção química de ligantes e remoção de ligantes e sinterização assistida por plasma (PADS pelas suas siglas em inglês) seguido de martempera a 180 °C, duas condições de revenido (530 e 300 °C) e austempera a 300 °C para gerar 4 condições para cada liga estudada.A temperabilidade e os parâmetros para os tratamentos térmicos foram determinados utilizando dilatometria diferencial e simulações por software. A dureza, as tensões de escoamento e máxima assim como a capacidade de endurecimento por deformação foram estudadas utilizando medições de dureza e ensaios de tensão uniaxial. A microestrutura foi analisada por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva e medições de micro dureza. Os resultados do presente trabalho mostram que a dissolução parcial do Ni na liga matriz afeta a microestrutura e o comportamento ao longo do tratamento térmico junto com o Mo, por outra parte o Si dissolvido na matriz produto da dissociação do SiC afeta notoriamente a morfologia da microestrutura e o comportamento dilatométrico do material sob condições de aquecimento e resfriamento.<br>

Abstract: Self-lubricating materials research and development are directly linked with the pursuing of energy savings in applications were fluid lubricants are undesired. Researching and characterizing its properties becomes critical when the applications require higher mechanical resistance than of the materials currently available. The scope of this work is to characterize the mechanical and microstructural behavior of sintered self-lubricating steels with SiC additions acting as a precursor phase for graphite nodules, this process route was previously developed by the research team of LabMat/UFSC.The alloy used as matrix was Fe + 0.45C + 4Ni + 1Mo wt% with additions of 2 and 3 wt% SiC. The process route was: Metal Injection Molding, then chemical debinding and Plasma Assisted Debinding and Sintering (PADS) followed by 3 different heat treatments: martempering at 180 °C and tempering at 530 °C and 300 °C respectively and austempering at 300 °C to generate 4 different conditions for each studied alloyHardenability and heat treatments parameters were determined using dilatometric tests and software simulations. Hardness, yield and tensile strength and strain hardening behavior were studied using hardness measures and uniaxial mechanical testing. The microstructure was analyzed by optical microscopy, scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and microhardness indentations. The findings of this work shows that partial dissolution of Ni in the matrix affects both microstructure and behavior during heat treatments as well as Mo, on the other hand dissolved Si in the matrix due SiC dissolution notably affects the morphology of the microstructure and the material dilatometric behavior under heating and cooling conditions