Produção Discos Bronze - Preparação Amostras - Análise Metalográfica

Produção Discos Bronze - Preparação Amostras - Análise Metalográfica

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DEMGi - Tecnologia Mecânica 2009/2010

Trabalho no âmbito da disciplina Tecnologia Mecânica I, sobre da produção de um disco de bronze com o recurso à pulverotecnologia. Posteriormente prepararam-se amostras do material para a respectiva análise metalográfica.

Desenvolvido por: José Santos - n.º 11538 José Fernando – n.º 6257

Pedro Clemêncio – n.º 1676

Viseu, 18 de Novembro de 2009

DEMGi - Tecnologia Mecânica 2009/2010

1. Introdução 1 2. Descrição experimental 1 2.1. Material utilizado 1 2.2. Fase 1 – Compactação / Sinterização 1 2.3. Fase 2 / Fase 3 – Preparação de amostras / Análise metalográfica 2 3. Resultados experimentais e respectiva análise 3 3.1. Fase de compactação 3 3.2. Fase de sinterização 3 3.3. Análise metalográfica 4 4. Conclusões e críticas 9 5. Sugestões com vista à optimização dos resultados em trabalhos futuros 9 6. Bibliografia 10 Anexos 1

Anexo 1 - Especificações técnicas do pó MP02 12 Anexo 2 - Imagens das amostras obtidas por microscopia 14

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1. Introdução

O presente trabalho tem por objectivo o uso do processo tecnológico da pulverotecnologia, aplicado à produção de dois discos de bronze (liga de cobre-estanho, Cu-Sn). Um disco foi sinterizado, e o outro não. Nas fases seguintes preparámos ambos os discos para a respectiva caracterização metalográfica, registámos as imagens obtidas e comparámos os resultados.

2. Descrição experimental 2.1. Material utilizado

A matéria-prima utilizada para a produção dos discos é uma pré-mistura de pós de cobre (Cu), pós estanho (Sn) e lubrificante (numa percentagem inferior a 1). O pó utilizado é do tipo MP02 cujas especificações técnicas estão em anexo (Anexo 1). As ferramentas necessárias à realização deste trabalho compreendem as ferramentas para compactação uniaxial a frio (matriz e punções). A forma da matriz e dos punções de compactação é cilíndrica e as suas dimensões aproximadas são as que constam na tabela 1, abaixo.

Dimensões [m] Punção 1 Punção 2 Matriz

Diâmetro, d 26 26 26 (interior)

Altura, h 40 19 45 Tabela 1 - Dimensões dos punções e da matriz.

A prensa uniaxial hidráulica, de accionamento manual, possui uma capacidade de 30 toneladas e permite apenas o deslocamento do punção superior. A prensa está equipada com um manómetro de duas escalas: uma de força e outra de pressão. A relação entre estas duas escalas é dada pela

Os fornos para a realização da operação de sinterização, atingem uma temperatura máxima de aquecimento de 1000 oC, e os valores variam numa escala de 100 oC. Os fornos não possuem atmosfera controlada. Foram utilizadas placas de grafite (140 x 140 x 18 m) como suporte ao disco durante a sinterização. Terminada esta fase, o passo seguinte foi a preparação de amostras do disco não sinterizado (compactado verde) e do disco sinterizado (compactado sinterizado). Na lixagem utilizámos lixas de carboneto de silício de granulometria cada vez menor, desde 220 até 4000, num equipamento de disco giratório com água corrente. O polimento foi feito com um pano adequado a materiais não ferrosos, e no ataque químico utilizámos uma solução NF1 (25ml de água, 25ml de água oxigenada e 25ml de amoníaco). Por fim utilizámos o microscópio ao qual estava acoplado um monitor e uma câmara que nos permitiu registar as imagens obtidas, as quais foram guardadas no computador disponível numa directoria previamente definida.

2.2. Fase 1 - Compactação / Sinterização

Esta fase compreendeu as seguintes etapas: a. Determinação da massa de pós a compactar, com base no conhecimento e enchimento da altura de enchimento da matriz e da densidade dos pós; b. Medição da massa de pós e enchimento da matriz;

DEMGi - Tecnologia Mecânica 2009/2010 c. Compactação dos pós e extracção do compacto verde, sob as condições definidas pelo docente (pressão de compactação de 150 kgcm-2); d. Repetição do procedimento anterior com vista à obtenção de um segundo compacto verde; e. Medição de massa e de dimensões dos compactos verdes; f. Determinação da densidade dos compactos verdes, da pressão de compressão e da razão de compressão; g. Pré-sinterização de um dos compactos verdes sob condições definidas pelo docente (temperatura de 600 oC durante 15 minutos). Os fornos foram ligados 4 horas antes de forma a obter-se a s temperaturas desejadas no momento; h. Sinterização sob condições definidas pelo docente (810oC durante 15 minutos); i. Análise qualitativa, medição de massa e de dimensões do disco sinterizado; j. Determinação da densidade aparente do disco sinterizado.

Os resultados obtidos estão dispostos nas tabelas 2 e 3.

2.3. Fase 2 / Fase 3 - Preparação de amostras / Análise metalográfica

Nesta fase iniciámos com disco não sinterizado, primeiro preparámos a base e depois o topo. Os mesmos procedimentos foram repetidos com o disco sinterizado. As várias etapas da preparação das amostras podem ser resumidas da seguinte forma:

a. Lixagem

A lixagem visa remover irregularidades da superfície, de modo a obter-se uma superfície plana à escala a que se procederá a observação. O processo foi feito recorrendo a várias lixas de granulometria diferente, cada vez menor. Usaram-se lixas de carboneto de silício de 220 a 4000 num disco que gira a uma velocidade controlada e com água corrente. O desbaste foi feito segundo uma direcção perpendicular à lixa anterior até que as marcas resultantes da operação anterior tivessem desaparecido. Toda a operação foi feita sob água abundante, para evitar o aquecimento da amostra e remover as partículas entretanto arrancadas à amostra e à lixa. Entre cada mudança de lixa a amostra foi lavada para eliminar quaisquer grãos abrasivos da lixa anterior. b. Polimento (efectuámos o polimento apenas ao disco sinterizado)

Antes de realizar esta operação as amostras foram lavadas e secas. O polimento foi feito por contacto da superfície a polir com o disco coberto por um pano de polimento adequado a materiais não ferrosos. Terminada a operação a amostra foi lavada com um algodão embebido em álcool, passada por água corrente e completamente seca. Após o polimento verificou-se o estado da superfície da amostra, em especial a existência de riscos. c. Ataque químico

O ataque químico visa melhorar o contraste da superfície, de modo a ser possível visualizar os detalhes da estrutura, em especial os contornos dos grãos.

de H2O2 e 25 ml de NH3

A superfície a observar foi mergulhada numa solução composta por 25 ml de H2O, 25 ml

Antes de submeter a amostra ao ataque químico, visualizámo-la no microscópio a fim de comparar o aspecto da superfície antes e depois do ataque. Recolhemos as imagens microscópicas da superfície em ambas as situações, de cada disco de bronze em três pontos distintos, como mostra o esquema da figura 2, abaixo.

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3. Resultados experimentais e respectiva análise

3.1. Fase de compactação

Pó Solto Compactos Verdes dmatri z [m henchiment o [m] ρ [gcm m6 teóric a [g]

F [ton

Id. Disc pc4 [MPa

RC 5

Tabela 2 - Valores apurados das várias grandezas em estudo nesta fase.

1 Medição da massa com recurso a uma balança com precisão até à centésima de grama 2 Leitura no manómetro da prensa 3 Medição com recurso a um paquímetro

4 Pressão de Compressão, Pc = F/A [Nm-2] = [Pa]

5 Razão de Compressão, RC = henchimento inicial/henchimento final 6 Massa teórica, M = ρV, sendo ρ a densidade e V o volume

As diferenças de valores (pouco significativas) nas massas dos compactos verdes, devem-se em nosso entender, principalmente ao facto dos punções não se encontrarem polidos nos topos, ou seja, na superfície de contacto entre os punções e os pós, porventura alguns deles ficaram “agarrados” aos punções no momento da compactação. Mesmo o próprio manuseamento das peças pode ter contribuído para tal. A diferença no valor da massa reflecte-se obviamente também no cálculo teórico das densidades de cada compacto.

3.2. Fase de sinterização

Pré-Sinterização Sinterização Compacto Sinterizado

TPré-Sint. [ºC] t Pré-

Sint. [min]

Atmosfera Présinterização

TSint. [ºC] t Sint. [min]

Atmosfera Sinterização m [g] h [m] d [m]

Análise Qualitativa

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