Produção Discos Bronze - Preparação Amostras - Análise Metalográfica

Produção Discos Bronze - Preparação Amostras - Análise Metalográfica

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600 15 Não

Disco todo sinterizado excepto a base de apoio

Tabela 3 - Valores apurados na fase de sinterização.

Após a sinterização verificou-se uma nova queda no valor da massa do compacto, e um ligeiro aumento da altura e do diâmetro do mesmo. As razões estão relacionadas com a exposição a altas temperaturas, com a temperatura o compacto aumenta de volume devido à dilatação térmica das partículas individuais.

2 1 3 Figura 1 - Indicação dos pontos onde foram recolhidas imagens de cada uma das amostras.

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No que respeita à massa a razão estará associada ao próprio manuseamento da peça, como por exemplo, na mudança do forno de pré-sinterização para o forno de sinterização, onde a peça poderá ter sofrido efeitos abrasivos provocados pelas operações de mudança, uma vez que neste estado o compacto ainda está numa fase intermédia em que é preciso todo o cuidado para evitar danos na peça (até porque o bronze é um material de menor dureza).

3.3. Análise metalográfica

O bronze é uma liga metálica que tem como base o elemento cobre e o elemento estanho como principais elementos de liga, seguido de pequenas participações de zinco, alumínio, antimónio, níquel, fósforo, chumbo, dentre outros. O principal elemento de liga, o estanho, proporciona aumento da dureza e da resistência mecânica das ligas de bronze, no entanto, não altera a propriedade de ductilidade. Usualmente a participação do elemento estanho está na proporção de 2 a 1%, que combinados com o cobre, que é a base da liga, formam o bronze. Através da visualização da microestrutura, foram seleccionadas algumas regiões das amostras que melhor revelaram os grãos do material e registaram-se imagens das mesmas. Em cada ponto (figura 1) registámos duas imagens com ampliação de 10 vezes, e ampliação de 50 vezes. Abaixo estão apenas as mais relevantes em termos metalográficos, em anexo (Anexo 2) serão exibidas todas as imagens obtidas. Nestas imagens é possível observar o tamanho do grão de cada material e também distinguir os diversos materiais presentes na liga: as zonas amareladas correspondem ao estanho com o cobre, as zonas mais claras dizem respeito ao estanho, e as zonas castanhas referem-se ao cobre. Há ainda a parafina, nos tons rosa. As imagens mostram também a presença de poros e/ou inclusões, que são os pontos escuros. É importante salientar que o bronze por ser um material de menor dureza (mais dúctil) apresenta maior dificuldade durante a fase de preparação da amostra (lixagem e polimento), e por consequência imagens mais riscadas, como se pode constatar nas micrografias. Algumas imagens aparecem escurecidas (oxidadas) devido ao tempo a que as amostras estiveram sujeitas ao ataque químico.

Figura 2 - Micrografia da base da amostra de bronze (compacto verde) antes de sofrer o ataque químico. Ressaltam à vista os riscos, os pontos mais escuros correspondem aos poros e/ou inclusões. Ponto 1 com ampliação de 10x.

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Figura 3 - Micrografia da base da amostra de bronze (compacto verde) depois de sofrer o ataque químico. Notam-se pontos de tonalidades diferentes: as zonas brancas correspondem ao estanho, e as acastanhadas ao cobre. Os pontos mais escuros correspondem aos poros e/ou inclusões. Ponto 1 com ampliação de 10x.

Figura 4 - Micrografia da base da amostra de bronze (compacto sinterizado) antes do ataque químico. Relativamente ao compacto verde, ressaltam menos riscos. Notam-se os contornos, e alguns pontos mais escuros, que correspondem aos poros e/ou inclusões. Ponto 1 com ampliação de 10x.

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Figura 6 - Micrografia do topo da amostra de bronze (compacto sinterizado) depois do ataque químico. Notam-se as zonas de diferentes tonalidades referidas antes, correspondentes aos vários materiais. Ponto 2 com ampliação de 10x.

Figura 5 - Micrografia da base da amostra de bronze (compacto sinterizado) depois do ataque químico. Os pontos mais escuros correspondem aos poros. Ponto 1 com ampliação de 10x.

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Figura 7 - Micrografia do topo da amostra de bronze (compacto verde) depois do ataque químico. Notam-se diferentes tonalidades correspondentes aos vários materiais. Ponto 3 com ampliação de 50x.

Figura 8 - Diagrama de equilíbrio da liga de bronze (Cu-Sn)

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O principal elemento de liga, o estanho, proporciona aumento da dureza e da resistência mecânica das ligas de bronze, no entanto, não altera a propriedade de ductilidade. Usualmente a participação do elemento estanho está na proporção de 2 a 1%, que combinados com o cobre, que é a base da liga, formam o bronze. Os dois elementos têm os seguintes pontos de fusão: Cu, 1083ºC e Sn, 232ºC. No entanto, ligados tem um ponto de fusão na ordem dos 850oC-1050oC. Relativamente à densidade dos elementos, a do Cu é 8.94 Kg/dm3, e a do Sn - 7.30 Kg/dm3. Quando ligados, a densidade é aproximadamente 7.60 Kg/dm3. Durante o pré-sinterização o disco foi submetido a uma temperatura de 600ºC (durante 15 minutos), com esta temperatura pretendeu-se queimar o lubrificante e fazer um primeiro aquecimento. Posteriormente fizemos a sinterização a 810ºC durante 15 minutos e obtiveram-se as seguintes fases em equilíbrio, como indica a tabela 4, abaixo.

Temperatura ,[ºC] Fase Composição química, [%]

Cu Sn 189 Transformação Alotrópica 39.70 60,30

Cu3Sn 61.63 38.37 676 Ponto congruente 38.37 61.63

Tabela 4 - Fases de equilíbrio da liga de bronze até aos 800oC.

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4. Conclusões e críticas

É importante realçar que o bronze por ter menor dureza (mais dúctil) apresenta maior dificuldade durante o tempo da lixagem e do polimento e por consequência superfícies mais riscadas, como se pode verificar nas imagens registadas. Após a compactação verificou-se diferentes níveis de altura na direcção da compactação (em especial na superfície em contacto com o punção inferior), ou seja, a densidade não era uniforme. Isto teve implicações na preparação das amostras, tornando o processo bastante moroso e pouco satisfatório. Esta diferença na densidade deve-se ao facto de apenas o punção superior ser móvel, e também ao facto de os punções não serem polidos nos topos em contacto com os pós. As amostras apresentaram-se com pouca qualidade, com grande parte da superfície danificada e muita porosidade e/ou inclusões. Isto permite-nos também concluir que o que o grau de pureza dos pós utilizados talvez não fosse o exigido para um processo destes (visto que o produto final não tinha boa qualidade). A diferença na medição das massas de ambos os compactos também estará em parte relacionada com isso, e principalmente devido ao facto de os punções não serem polidos nos topos, ou seja, quando se inicia a prensagem é muito provável que alguns pós fiquem “colados” à superfície dos punções. Por isso, a nossa sugestão seria a melhoria nos punções, como se descreve a seguir.

5. Sugestões com vista à optimização dos resultados em trabalhos futuros

No seguimento do que atrás foi dito, a modificação nos punções contribuiria para que a prensagem fosse mais homogénea, e isso iria eliminar parte dos problemas (defeitos) que encontrámos após a compactação, e que se reflectiu no resto do trabalho. Com a utilização de dois punções móveis a compactação seria mais homogénea, e resultava numa maior uniformidade da densidade do compacto. Em alternativa, o punção superior poderia ter um formato em cogumelo para fazer a prensagem na parte superior e na parte inferior (Figura 8) com a mesma qualidade. A fase de sinterização deveria sofrer as seguintes alterações:

a. Os tempos de pré-sinterização e de sinterização deviam ser mais dilatados, de modo a favorecer todo o processo, desde a completa difusão entre as partículas, à eliminação do lubrificante; b. O processo deveria ser feito sob atmosfera protectora. O facto de não haver atmosfera protectora, também influenciou na qualidade final dos resultados obtidos. A atmosfera seleccionada deve realizar diversas funções, como por exemplo, remover das superfícies os elementos estranhos (poeiras, gorduras, etc), conduzir ou remover o calor de modo eficiente e uniforme, reduzir os óxidos superficiais das partículas, proteger os componentes metálicos do seu contacto com o ar, para evitar oxidações superficiais, etc

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6. Bibliografia

FERREIRA, José M.G. Carvalho., “Tecnologia da Pulverometalurgia”, Fundação Calouste Gulbenkian, págs.344, 2002.

Figura 8 – Matriz de prensagem e respectivos punções.

DEMGi - Tecnologia Mecânica 2009/2010 ANEXOS

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Especificações técnicas do pó MP02. ANEXO 1

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Imagens das amostras obtidas por microscopia. ANEXO 2

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Compacto verde - base Sem ataque químico

Ponto 1, 10x Ponto2, 10x Ponto 3, 10x

Ponto 1, 50x Ponto 2, 50x Ponto 3, 50x Com ataque químico

Ponto 1, 10x Ponto2, 10x Ponto 3, 10x

Ponto 1, 50x Ponto 2, 50x Ponto 3, 50x

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Compacto verde - topo (junto ao punção) Sem ataque químico

Ponto 1, 10x Ponto2, 10x Ponto 3, 10x

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