Influência de arranjo espacial de lubrificante sólido na capacidade de amortecimento mecânico e resistência de compósitos FE/HBN sinterizados

Abstract

A utilização de materiais metálicos com elevado capacidade de amortecimento mecânico pode ser a única alternativa para redução de vibrações em determinados sistemas mecânicos. Os mecanismos microestruturais de dissipação de energia desta classe de materiais frequentemente estão atrelados com defeitos internos do material. Desta forma, maximizar o amortecimento mecânico invariavelmente resulta em redução de resistência mecânica. Este explora a metalurgia do pó, técnica de manufatura determinante para maximizar tais mecanismos microestruturais de forma racional, a fim de reduzir os impactos negativos na resistência mecânica e obter materiais funcionais com perspectiva para aplicação em sistemas reais de engenharia. Para tanto, diferentes compósitos sinterizados de matriz ferrosa, contendo partículas de nitreto hexagonal de boro (hBN) como segunda fase, foram manufaturados. A concentração volumétrica de hBN e o modo de organização de tal lubrificante sólido na matriz foram as principais variáveis exploradas. O desempenho do material foi avaliado por meio de diferentes critérios de resistência mecânica e capacidade de amortecimento mecânico, relacionados à microestrutura do material, devidamente caracterizada. Importantes lições foram retiradas e servirão para o aprimoramento destes materiais, de outras classes de materiais funcionais e ampliarão o parco conhecimento existente sobre compósitos Fe-hBN. Alguns dos materiais desenvolvidos apresentam propriedades próximas dos materiais de engenharia atualmente utilizados, com possibilidade de melhoria de desempenho e redução de custos, se novas iterações de estudo e desenvolvimento forem realizadas.<br>

Abstract : The use of metallic materials with high damping capacity can be the only alternative for reducing vibrations on specific mechanical systems. The microstructural mechanisms that provide energy dissipation in metals are related to internal material defects. Therefore, improving the damping capacity of this class of materials usually leads to a reduction of its mechanical properties. This study explores powder metallurgy, as a manufacture technic, to enhance the microstructural mechanisms in a rational way, in order to minimize the negative effects on the mechanical strength and obtain functional materials with perspective to be applied on real engineering systems. Thereby, varieties of sintered iron-based composites containing hexagonal boron nitride (hBN) particles as a second phase were manufactured. The final concentration of hBN and the spatial organization of this solid lubricant in the matrix were the principal variables analyzed. The materials performance was evaluated through different criterions of mechanical strength and damping capacity, further correlated with the material microstructure, which was properly characterized. The important knowledge obtained will be useful for upgrading this class of materials, other types of functional materials and will increase the sparse existing knowledge about Fe ? hBN composites. Some of the manufactured materials presents properties equivalents to the engineering materials used nowadays, but with the possibility of increased performance and cost reduction if new iterations of research and development were carried out.