Influência da adição de óxidos de níquel e ferro na sinterabilidade de ligas ferrosas produzidas via moldagem de pós por injeção

Abstract

A matéria-prima representa um custo significativo na composição do preço das peças produzidas por MPI (Moldagem de Pós por Injeção). Desta monta, para tornar o processo mais atrativo a novos projetos ou para conversão de projetos já existentes, neste estudo é adicionado pós de óxidos com menor custo, mais fácil obtenção e estocagem mais simples comparando-os com os equivalentes metálicos. A MPI é um processo de produção de peças em larga escala; qualquer redução no custo da matéria-prima se traduz num bom resultado na redução de custos ao final de todo processo produtivo. Focando os trabalhos em ligas de ferro carbono com e sem níquel, esse foi o componente escolhido por ser comum para melhorar a resistência mecânica em peças utilizadas como elementos estruturais. Na produção da matéria-prima para injeção (feedstock), foram adicionados Fe2O3 (óxidos de ferro) e NiO (óxido de níquel) ao pó de ferro, obtendo corpos de prova ora com Fe2O3 ora com NiO e também a mistura de ambos. Para se atingir o objetivo final, os referidos óxidos foram reduzidos durante as etapas de processamento convencionais via MPI, em outras palavras: neste trabalho, procurou-se utilizar as etapas de processamento comumente utilizados, seja em parâmetros de processo para extração térmica, seja na sinterização com suas respectivas taxas de aquecimento e patamares isotérmicos. Este modus operandi objetivou a inserção do óxido com o mínimo de adaptações ao processo convencional e a não necessidade de adaptação em um novo processo industrial, para assim obter uma boa aceitação por parte do mercado. Para verificar a viabilidade dos objetivos, foi realizada a caracterização dos pós óxidos utilizados através de análises de tamanho de partícula e composição da matéria-prima, análises dilatométricas e análises termogravimétricas, caracterizações microestruturais via MO (Microscopia Óptica) e MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura), além de análises mecânicas como ensaio de tração, dureza Brinell e microdureza Vickers. Através de todas estas análises foi possível demonstrar que, ao final, obtiveram-se corpos de prova com uma boa sinterização e uma redução dos óxidos, já iniciada na extração térmica dos ligantes.<br>

Abstract : The raw material represents a significant cost in the pieces price produced by PIM (Powder Injection Molding). With that in mind, in order to make the process more feasible to new projects or upgrading existent ones, in this study, it was added less costing oxides powder of easier acquisition and storage comparing with their metal equivalents. The PIM is a large scale piece production process, in which any cost reduction in raw material is understood as a great result in profits at the end of all the production process. Focusing on carbon-iron alloys with and without nickel, this component was chosen once it is a common one in improving the mechanical resistance of the pieces used as structural elements. Therefore, in the production of the feedstock for the injection were added Fe2O3 (hematite) and NiO (Nickel oxide), obtaining specimens with Fe2O3 with NiO and the mixture of both. But in order to reach the final goal, the referred oxides are reduced during the processing steps via PIM, in which, in this study it was sought to modify the least possible in the processing steps commonly used: in the thermal debinding curve or in the curve of sintering along with their respective heating rates and isothermic threshold. This modus operandi aimed to the oxide insertion with the minimal adaptations to the conventional process and refraining the necessity of adaptation in a new industrial process. As a result, it was expected to obtain a good acceptance in the field. In order to verify the objectives, feasibility, histograms and diffractograms were obtained from the raw materials, microstructural characterizations via OM (optical microscopy) and SEM (scanning electron microscopy), besides mechanical analyses such as tensile test, Brinell hardness and Vickers microhardness, among other tests upon the specimens. As a result, with a good sintering and partial reduction of the oxide were obtained. These results could be perceived even in the initial thermal extraction of the binders, fact proved through dilatometric analysis and confirmed by the thermogravimetric analysis.