BRPI1011790B1

BRPI1011790B1 - Processo para produção de um componente sinterizado e opcionalmente forjado, e componente forjado de pó

Info

Publication number: BRPI1011790B1
Application number: BRPI1011790-3A
Authority: BR
Inventors: Bengtsson Sven
Original assignee: Höganäs Ab Publ
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2018-01-30
Also published as: EP2408943B1; RU2011142321A; TW201037092A; CN102361997B; JP5661096B2; KR101706913B1; PL2408943T3; US20110318214A1; RU2532221C2; BRPI1011790A2; CA2755568A1; CN102361997A; WO2010107372A1; KR20110137807A; TWI467031B; ES2423058T3; JP2012520942A; MX2011009786A; CA2755568C; EP2408943A1

Description

(54) Título: PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UM COMPONENTE SINTERIZADO E OPCIONALMENTE FORJADO, E COMPONENTE FORJADO DE PÓ (51) Int.CI.: C22C 33/02; B22F 9/08; C22C 38/12 (30) Prioridade Unionista: 20/03/2009 SE 09 50180-0, 20/03/2009 US 61/161,838 (73) Titular(es): HÕGANÀS AB (PUBL) (72) Inventor(es): SVEN BENGTSSON

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para

PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UM COMPONENTE SINTERIZADO E OPCIONALMENTE FORJADO, E COMPONENTE FORJADO DE PÓ.

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a pó contendo vanádio à base de ferro, que é essencialmente isento de cromo, molibdênio e níquel, bem como a uma composição de pó contendo o pó e outros aditivos, e um componente forjado de pó produzido da composição de pó. O pó e a composição de pó são elaborados para uma produção viável economicamente de pó sinterizado e, alternativamente, partes forjadas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Nas indústrias, o uso de produtos metálicos fabricados por compactação e sinterização de composições metálicas de pó está ficando cada vez mais disseminado. Vários diferentes produtos de formas e espessuras variáveis estão sendo produzidos, e os requisitos de qualidade estão sendo, continuamente aumentados, ao mesmo tempo em que se deseja reduzir o custo. Como os componentes de formas finais, ou os componentes de formas quase que finais requerendo um mínimo de trabalho à máquina, para atingir uma forma acabada, são obtidos por prensagem e sinterização de composições de pó de ferro, em combinação com um alto grau de utilização de material, essa técnica tem uma grande vantagem em relação às técnicas convencionais para a formação de partes metálicas, tais como moldagem ou trabalho à máquina de aço em barras plantas ou peças forjadas.

Um problema associado com o processo de prensagem e sinterização é, no entanto, que o componente sinterizado contém uma certa proporção de poros, que reduzem a resistência mecânica do componente. Basicamente, há dois modos de superar o efeito negativo nas propriedades mecânicas, provocado pela porosidade do componente. 1) A resistência mecânica do componente sinterizado pode ser aumentada por introdução de elementos de liga, tais como carbono, cobre, níquel, molibdênio etc. 2) A porosidade do com18/09/2017, pág. 4/10

2/15 ponente durante a sinterização. Na prática, uma combinação de reforço mecânico do componente por adição de elementos de liga, e de minimização da porosidade é aplicada.

O cromo serve para reforçar mecanicamente a matriz por endurecimento em solução sólida, aumentar a capacidade de endurecimento, a resistência à oxidação e a resistência à abrasão de um corpo sinterizado. No entanto, os pós de ferro contendo cromo podem ser difíceis de sinterizar, pois requerem frequentemente uma alta temperatura e atmosferas muito bem controladas.

A presente invenção se refere a uma liga excluindo cromo, isto é, não tendo qualquer teor intencional de cromo. Isso resulta em menos requisitos em equipamento de forno de sinterização e no controle da atmosfera, em comparação quando da sinterização de materiais contendo cromo.

A forjadura de pó inclui o adensamento rápido de uma pré-forma sinterizada usando batidas de forjadura. O resultado é uma peça de forma final, ou uma peça de forma quase que final, inteiramente densa adequada para aplicações de alto desempenho. Tipicamente, os artigos forjados de pó têm sido fabricados de pó de ferro misturado com cobre e grafite. Outros tipos de materiais sugeridos incluem pó de ferro pré-ligado com níquel e molibdênio, e pequenas proporções de manganês para melhorar a capacidade de endurecimento do ferro sem o desenvolvimento de óxidos estáveis. Os agentes de otimização de trabalho à máquina, tal como MnS, são também comumente adicionados.

O carbono no componente acabado vai aumentar as resistências mecânicas e dureza. O cobre funde antes que a temperatura de sinterização seja atingida, aumentando, desse modo, a velocidade de difusão e promovendo a formação de pescoços de sinterização. A adição de cobre vai aperfeiçoar as resistências mecânicas, dureza e capacidade de endurecimento.

As bielas para motores de combustão interna têm sido produzidas com sucesso por meio da técnica de forjadura de pó. Quando da produção de bielas por uso de forjadura de pó, a grande extremidade do componente sinterizado e compactado é usualmente submetida a uma operação de

3/15 rachadura de fraturas. Os furos e roscas para os parafusos de grande extremidade são trabalhados à máquina. Uma propriedade essencial para uma biela, em um motor de combustão interna, é um limite convencional de elasticidade compressiva alta, pois essa biela é submetida a cargas de compressão três vezes mais altas do que as cargas de tensão. Outra propriedade material essencial é uma capacidade de trabalho à máquina adequada, pois furos e roscas têm que ser trabalhados à máquina para conexão das grandes extremidades fraturadas após a montagem. No entanto, a fabricação de bielas é uma aplicação de alto volume e economicamente sensível com requisitos rigorosos de desempenho, projeto e durabilidade. Portanto, os materiais ou processos que proporcionam custos mais baixos são altamente desejáveis.

As patentes U.S. 3.901.661, 4.069.044, 4.266.974, 5.605.559, 6.348.080 e o pedido de patente internacional WO 03/106079 descrevem pós contendo molibdênio. Quando pó pré-ligado com molibdênio é usado para a produção de peças sinterizadas e prensadas, bainita é facilmente formada na peça sinterizada. Em particular, quando do uso de pós tendo baixos teores de molibdênio, a bainita formada é grosseira, prejudicando a capacidade de trabalho à máquina, o que pode ser problemático, em particular, para bielas quando é desejável uma boa capacidade de trabalho à máquina. O molibdênio é também muito oneroso como um elemento de liga.

Na patente U.S. 5.605.559, uma microestrutura de perlita fina foi obtida com um pó ligado com Mo por manutenção de um teor muito baixo de Mn. No entanto, a manutenção de um baixo teor de Mn pode ser onerosa, em particular, quando do uso de sucata de ferro econômica na produção, uma vez que a sucata de ferro contém, frequentemente, teores de Mn iguais ou superiores a 0,1% em peso. Além do mais, o Mo é um elemento de liga oneroso. Desse modo, o pó produzido consequentemente vai ser comparavelmente oneroso, devido ao baixo teor de Mn e ao custo do Mo.

Os pedidos de patentes U.S. 2003/0033904, 2003/0196511 e 2006/086204 descrevem pós úteis para a produção de bielas forjadas de pó. Os pós contêm pós de manganês e enxofre à base de ferro pré-ligados, mis4/15 turados com pó de cobre e grafite. O pedido de patente 2006/086204 descreve uma biela feita de uma mistura de pó de ferro, grafite, sulfeto de manganês e pó de cobre. O valor mais alto de limite convencional de elasticidade compressiva, 775 MPa, foi obtido para um material tendo 3% em peso de Cu e 0,7% em peso de grafite. O valor correspondente para dureza foi 34,7 HRC, que corresponde a cerca de 340 HV1. Uma redução dos teores de cobre e carbono também vai propiciar menores limite convencional de elasticidade compressiva e dureza.

A patente U.S. 5.571.305 descreve um pó tendo excelente capacidade de trabalho à máquina. Enxofre e cromo são usados ativamente como elementos de liga.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

Um objetivo da invenção é proporcionar um pó contendo vanádio à base de ferro, que é essencialmente isento de cromo, molibdênio e níquel, e que é adequado para a produção de componentes em estado sinterizado e opcionalmente forjados de pó, tais como bielas.

Outro objetivo da invenção é proporcionar um pó, que seja capaz de formar componentes forjados de pó tendo um alto limite convencional de elasticidade compressiva, CYS, em combinação com uma dureza Vickers relativamente baixa, proporcionando uma peça em estado sinterizado e, opcionalmente, forjada de pó, para que sejam facilmente trabalhadas à máquina, sendo ainda suficientemente resistentes mecanicamente. Uma razão CYS / Dureza (HV1) acima de 2,25 é desejada, de preferência, acima de 2,30, enquanto tendo um valor CYS de pelo menos 830 MPa e uma dureza HV1 de no máximo 420.

Outro objetivo da invenção é proporcionar uma peça sinterizada de pó e, alternativamente, forjada, de preferência, uma biela, tendo as propriedades mencionadas acima.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Pelo menos um desses objetivos é alcançado por:

- um pó de aço ligado de baixo teor atomizado em água, que compreende em % em peso: 0,05 - 0,4 V, 0,09 - 0,3 Mn, menos de 0,1 Cr,

5/15 menos de 0,1 Mo, menos de 0,1 Ni, menos de 0,2 Cu, menos de 0,1 C, menos de 0,25 O, menos de 0,5 de elementos inevitáveis, com o restante sendo ferro;

- uma composição de pó de aço à base de ferro, com base em um pó de aço tendo, em % em peso da composição: 0,35-1 C na forma de grafite, e, opcionalmente, 0,05 - 2 lubrificante e/ou 1,5 - 4 Cu na forma de pó de cobre, e/ou 1 - 4 Ni na forma de pó de níquel; e, opcionalmente, materiais de fase dura e agentes de otimização de trabalho à máquina;

- um processo para a produção de componente sinterizado e, opcionalmente, forjado de pó, compreendendo as etapas de:

a) preparar uma composição de pó de aço à base de ferro da composição apresentada acima;

b) submeter a composição à compactação entre 400 e 2.000 MPa, para produzir um componente verde;

c) sinterizar o componente verde obtido em uma atmosfera redutora, a uma temperatura entre 1.000 - 1.400°C; e

d) forjar opcionalmente o componente aquecido a uma temperatura acima de 500°C, ou submeter o componente sinterizado obtido a tratamento térmico; ou

- um componente produzido da composição.

O pó de aço tem teores baixos e definidos de manganês e vanádio, e sendo essencialmente isento de cromo, molibdênio e níquel, e mostrou ser capaz de proporcionar um componente que tem uma razão de limite convencional de elasticidade compressiva versus dureza acima de 2,25, enquanto tendo um valor CYS de pelo menos 830 MPa e uma dureza HV1 de no máximo 420.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Preparação do pó de aço ligado à base de ferro.

O pó de aço é produzido por atomização em água de um banho líquido de aço contendo proporções definidas de elementos de liga. O pó atomizado é ainda submetido a um processo de recozimento por redução, tal como descrito na patente U.S. 6.027.544, incorporada por referência no pre6/15 sente relatório descritivo. O tamanho de partícula do pó de aço pode ser qualquer, desde que compatível com os processos de prensagem e sinterização ou de forjadura de pó. Os exemplos de tamanho de partícula adequado são o de tamanho de partícula do pó conhecido ABC100.30, disponível da Hõganãs, AB, Suécia, tendo cerca de 10% em peso acima de 150 μηη e cerca de 20% em peso abaixo de 45 μηη.

Teores de pó de aço

O manganês vai, como o cromo, aumentar as resistências mecânicas, dureza e capacidade de endurecimento do pó de aço. Também, se o teor de manganês for muito baixo, não é possível usar sucata reciclada econômica, a menos que um tratamento específico para a redução, durante o transcorrer da fabricação do aço seja conduzido, o que aumenta os custos. Além do mais, o manganês pode reagir com parte do oxigênio presente, reduzindo, desse modo, qualquer formação de óxidos de vanádio. Portanto, o teor de manganês não deve ser inferior a 0,09% em peso, de preferência, não inferior a 0,1% em peso. Um teor de manganês acima de 0,3% em peso pode aumentar a formação de inclusão contendo manganês no pó de aço, e pode ter também um efeito negativo na compressibilidade, devido ao endurecimento por solução sólida e uma maior dureza da ferrita; de preferência, o teor de manganês é, no máximo, 0,20% em peso, particularmente, no máximo, 0,15%.

O vanádio aumenta a resistência mecânica por endurecimento por precipitação. O vanádio tem também um efeito de refino de tamanho de grão, e acredita-se que contribui nesse aspecto para a formação de microestrutura perlítica / ferrítica de grãos finos. A teores de vanádio mais altos, o tamanho dos precipitados de carboneto e nitreto de vanádio aumenta, deteriorando, desse modo, as características do pó. Além do mais, um teor de vanádio mais alto facilita a retenção de oxigênio, aumentando, desse modo, o nível de oxigênio em um componente produzido pelo pó. Por essa razão, o vanádio deve ser, no máximo, 0,4% em peso. Um teor abaixo de 0,05% em peso vai ter um efeito insignificante nas propriedades desejadas. Portanto, o teor de vanádio deve ser entre 0,05% e 0,4% em peso, de preferência, entre

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0,1% e 0,35% em peso, particularmente, entre 0,25 e 0,35% em peso.

O teor de oxigênio é, no máximo, 0,25% em peso, um teor muito alto de óxido deteriora a resistência mecânica do componente sinterizado e, opcionalmente, forjado, e deteriora a compressibilidade do pó. Por essas razões, o oxigênio é, de preferência, no máximo, 0,18% em peso.

O níquel deve ser inferior a 0,1% em peso, de preferência, inferior a 0,05% em peso, particularmente, inferior a 0,03% em peso. O cobre deve ser inferior a 0,2% em peso, de preferência, inferior a 0,15% em peso, particularmente, inferior a 0,1% em peso. O cromo deve ser inferior a 0,1% em peso, de preferência, inferior a 0,05% em peso, particularmente, inferior a 0,03% em peso. Para impedir a formação de bainita, bem como manter os custos baixos, uma vez que o molibdênio é um elemento de liga muito oneroso, o molibdênio deve ser inferior a 0,1% em peso, de preferência, inferior a 0,05% em peso, particularmente, inferior a 0,03% em peso. Quaisquer desses elementos (Ni, Cu, Cr, Mo) são necessários, mas eles podem ser tolerados abaixo dos níveis mencionados acima.

O carbono no pó de aço deve ser, no máximo, 0,1 % em peso, de preferência, inferior a 0,05% em peso, particularmente, inferior a 0,02% em peso, especialmente, inferior a 0,01% em peso, e o nitrogênio deve ser, no máximo, 0,1% em peso, de preferência, inferior a 0,05% em peso, particularmente, inferior a 0,02% em peso, especialmente, inferior a 0,01% em peso. Teores mais altos de carbono e nitrogênio vão reduzir inaceitavelmente a compressibilidade do pó.

Além dos elementos acima, a proporção total de impurezas inevitáveis, tais como fósforo, silício, alumínio, enxofre e similares, deve ser inferior a 0,5% em peso, para não deteriorar a compressibilidade do pó de aço, ou agirem como formadores de inclusões nocivas, de preferência, inferior a 0,3% em peso. Entre as impurezas inevitáveis, o enxofre deve ficar abaixo de 0,05% em peso, de preferência, abaixo de 0,03% em peso, e, particularmente, abaixo de 0,02% em peso, uma vez que pode formar FeS, que altera o ponto de fusão do aço e, desse modo, deteriora o processo de forjadura. Além disso, o enxofre é conhecido por estabilizar o grafite livre no aço,

8/15 o que vai influenciar a estrutura ferrítica / perlítica do componente sinterizado. Outras impurezas inevitáveis devem ficar todas abaixo de 0,10% em peso, de preferência, abaixo de 0,05% em peso, e, particularmente, abaixo de 0,03% em peso, para não deteriorar a compressibilidade do pó de aço, ou agirem como formadores de inclusões nocivas.

Composição de pó

Antes da compactação, o pó de aço à base de ferro é misturado com grafite, e, opcionalmente, com pó de cobre, e/ou lubrificantes, e/ou pó de nitrogênio, e, opcionalmente, com materiais de fase dura e agentes de otimização de capacidade de trabalho à máquina.

Para otimizar a resistência mecânica e a dureza do componente sinterizado, carbono é introduzido na matriz. O carbono, C, é adicionado como grafite em uma proporção entre 0,35 - 1,0% em peso da composição, de preferência, 0,5 - 0,8% em peso. Uma proporção inferior a 0,35% em peso C vai resultar em uma resistência mecânica muito baixa, e uma proporção acima de 1,0% em peso C vai resultar em uma formação excessiva de carbonetos, gerando uma dureza muito alta e deteriorando as propriedades de capacidade de trabalho à máquina. Pela mesma razão, a proporção adicionada preferida de grafite é 0,5 - 0,8% em peso. Se, após sinterização ou forjadura, o componente for tratado termicamente, de acordo com um processo de tratamento térmico, incluindo carbonetação; a proporção de grafite adicionado deve ser inferior a 0,35%.

Lubrificantes são adicionados à composição para facilitar a compactação e a ejeção do componente compactado. A adição de menos de 0,05% em peso da composição de lubrificantes vai ter um efeito insignificante, e a adição de mais de 2% em peso da composição vai resultar em uma densidade muito baixa do corpo compactado. Os lubrificantes podem ser selecionados do grupo de estearatos metálicos, ceras, ácidos graxos e seus derivados, oligômeros, polímeros e outras substâncias orgânicas tendo efeito lubrificante.

O cobre, Cu, é um elemento de liga comumente usado na técnica de metalurgia de pó. O Cu vai melhorar a resistência mecânica e a dure9/15 za por meio de endurecimento em solução sólida. O Cu vai também facilitar a formação de pescoços de sinterização durante a sinterização, pois o cobre funde antes da temperatura de sinterização ser atingida, proporcionando a denominada sinterização em fase líquida, que é mais rápida do que a sinterização no estado sólido. O pó é misturado, de preferência, com Cu, ou ligado por difusão com Cu, de preferência, em uma proporção de 1,5 - 4% em peso Cu, particularmente, a proporção de Cu é 2,5 - 3,5% em peso.

O níquel, Ni, é um elemento de liga comumente usado na técnica de metalurgia de pó. O Ni aumenta a resistência mecânica e a dureza, enquanto proporcionando uma boa ductilidade. Diferentemente daqueles do cobre, os pós de níquel não fundem durante a sinterização. Esse fato torna necessário o uso de partículas mais finas, quando da mistura, uma vez que os pós mais finos permitem uma melhor distribuição por meio de difusão no estado sólido. O pó pode ser misturado opcionalmente com Ni, ou ligado por difusão com Ni, nesses casos, de preferência, em uma proporção de 1 - 4% em peso Ni. No entanto, uma vez que o níquel é um elemento oneroso, especialmente na forma de pó fino, o pó não é misturado com Ni, nem ligado por difusão, nas concretizações preferidas da invenção.

Outras substâncias, tais como materiais de fase dura e agentes de otimização de capacidade de trabalho à máquina, tais como MnS, M0S2, CaF₂, diferentes tipos de minerais etc., podem ser adicionadas.

Sinterização

A composição de pó à base de ferro é transferida para um molde e submetida a uma pressão de compactação de cerca de 400 - 2.000 MPa, a uma densidade verde acima de cerca de 6,75 g/cm³. O componente verde obtido é submetido ainda a sinterização, em uma atmosfera redutora, a uma temperatura de cerca de 1.000 - 1.400°C, de preferência, entre cerca de 1.100- 1.300°C.

Tratamentos pós-sinterização

O componente sinterizado pode ser submetido a uma operação de forjadura, para atingir uma densidade integral. A operação de forjadura pode ser conduzida diretamente após a operação de sinterização, quando a

10/15 temperatura do componente é cerca de 500 - 1.400°C, ou após resfriamento do componente sinterizado, o componente resfriado é depois reaquecido a uma temperatura de cerca de 500 - 1.400°C, antes da operação de forjadura.

O componente sinterizado ou forjado pode ser também submetido a um processo de endurecimento, para obtenção da microestrutura desejada, por tratamento térmico e por velocidade de resfriamento controlada. O processo de endurecimento pode incluir processos conhecidos, tal como o caso de endurecimento, nitretação, endurecimento por indução, e similares. No caso em que o tratamento térmico inclui carbonetação, a proporção de grafite adicionado pode ser inferior a 0,35%.

Outros tipos de tratamentos pós-sinterização podem ser utilizados, tal como laminação superficial ou jato-percussão, que introduz tensões residuais compressivas, que otimizam a vida útil sob fadiga.

Propriedades do componente acabado

Em comparação com a estrutura ferrítica / perlítica obtida quando da sinterização de componentes, com base em sistemas de ferro - cobre - carbono comumente usados em indústria PM, e, especialmente, para forjadura de pó, o pó de aço ligado, de acordo com a presente invenção, é elaborado para obter uma estrutura ferrítica / perlítica mais fina.

Sem que esteja ligado a qualquer teoria específica, acredita-se que essa estrutura ferrítica / perlítica mais fina contribua para um maior limite convencional de elasticidade compressiva, em comparação com os materiais obtidos de um sistema de ferro / cobre / carbono, no mesmo nível de dureza. A demanda para um limite convencional de elasticidade compressiva aperfeiçoado é especialmente pronunciada para bielas, tais como bielas forjadas de pó. Ao mesmo tempo, deve ser possível trabalhar à máquina os materiais de biela de uma maneira econômica, portanto, a dureza do material deve ser relativamente baixa. A presente invenção proporciona um novo material ligado de baixo teor, tendo um alto limite convencional de elasticidade compressiva, em combinação com um baixo valor de dureza, resultando em uma razão CYS / HV1 acima de 2,25, enquanto tendo um valor CYS de pelo menos

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830 MPa e uma dureza HV1 de no máximo 420.

Além do mais, um teor muito alto de oxigênio no componente é indesejável, uma vez que vai ter um impacto negativo nas propriedades mecânicas. Portanto, prefere-se ter um teor de oxigênio abaixo de 0,1% em peso.

EXEMPLOS

Os pós de aço à base de ferro pré-ligados foram produzidos por atomização em água de banhos líquidos de aço. Os pós crus obtidos foram ainda recozidos em uma atmosfera redutora, seguido por um processo de moagem suave, para desintegrar o bolo de pó sinterizado. Os tamanhos de partícula dos pós ficaram abaixo de 150 μηη. A Tabela 1 mostra as composições químicas dos diferentes pós.

Tabela 1

Pó	Mn, % em peso	V, % em peso	C, % em peso	O, % em peso	N, % em peso	S, % em peso
A	0,09	0,14	0,004	0,11	0,006	0,001
B	0,11	0,05	0,003	0,13	0,001	0,003
C	0,13	0,20	0,004	0,18	0,002	0,004
D	0,09	0,46	0,002	0,19	0,002	0,001
F	0,12	0,28	0,005	0,20	0,007	0,003
G	0,17	0,20	0,004	0,17	0,003	0,004
Ref.	<0,01	<0,01	ND	ND	ND	ND

ND - não disponível

A Tabela 1 apresenta a composição química dos pós de aço.

Os pós de aço obtidos A - G foram misturados com grafite UF4, da Kropfmühl, de acordo com as proporções especificadas na Tabela 2, e 0,8% em peso de Amide Wax PM, disponível da Hõganãs, AB, Suécia. Pó de cobre Cu-165 da A Cu Powder, EUA, foi adicionado, de acordo com as proporções especificadas na Tabela 2.

Como referência, uma composição de ferro - cobre - carbono foi preparada, com base no pó de ferro ASC 100.29, disponível da Hõganãs, AB, Suécia, e os mesmos teores de grafite e cobre, de acordo com as proporções especificadas na Tabela 2. Ainda mais, 0,8% em peso de Amide Wax PM, disponível da Hõganãs, AB, Suécia, foi adicionado à Ref. 1, Ref. 2 e

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Ref. 3, respectivamente.

As composições de pó obtidas foram transferidas a uma matriz e compactadas para formar componentes verdes, a uma pressão de compactação de 490 MPa. Os componentes verdes compactados foram colocados em um forno, a uma temperatura de 1.120°C, em uma atmosfera redutora, por aproximadamente 40 minutos. Os componentes aquecidos e sinterizados foram tirados do forno, e, imediatamente depois, forjados em uma cavidade fechada a uma densidade integral. Após o processo de forjadura, os componentes foram resfriados em ar à temperatura ambiente.

Os componentes forjados foram trabalhados à máquina em corpos de prova para limite convencional de elasticidade compressiva, de acordo com a norma ASTM E9-89c, e testados com relação ao limite convencional de elasticidade compressiva, CYS, de acordo com a norma ASTM E989c.

A dureza, HV1, foi testada nos mesmos componentes, de acordo com a norma EN ISO 6507-1, e as análises químicas com relação a cobre, carbono e oxigênio foram conduzidas nos corpos de prova para limite convencional de elasticidade compressiva.

A Tabela 2 apresentada a seguir mostra as proporções adicionadas de grafite à composição, antes da produção das amostras de ensaio. Também mostra as análises químicas para C, Cu e O das amostras de ensaio. A proporção de Cu analisado das amostras de teste corresponde à proporção de pó de Cu misturado na composição. A tabela também mostra os resultados dos ensaios de CYS e de dureza para as amostras.

Tabela 2

Comp. do pó	grafite adic.,% em peso	Cu,% em peso	C,% em peso	O,% em peso	CYS, MPa	Dureza, HV1	Razão CYS/HV1
A1	0,6	3,0	0,5	0,02	891	374	2,38
A2	0,7	3,0	0,6	0,02	938	401	2,34
B1	0,6	3,0	0,5	0,05	700	266	2,63
B2	0,7	3,0	0,6	0,05	850	371	2,29
C1	0,6	3,0	0,5	0,03	900	355	2,53
C2	0,7	3,0	0,6	0,03	950	380	2,50

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Comp. do pó	grafite adic.,% em peso	Cu,% em peso	C,% em peso	O,% em peso	CYS, MPa	Dureza, HV1	Razão CYS/HV1
D1	0,6	3,0	0,5	0,14	ND	ND	ND
D2	0,7	3,0	0,6	0,12	ND	ND	ND
F1	0,6	3,0	0,5	0,04	1.030	338	3,04
F2	0,7	3,0	0,6	0,06	1.080	359	3,00
G1	0,6	3,0	0,5	0,07	872	368	2,37
G2	0,7	3,0	0,6	0,08	940	399	2,36
Ref. 1	0,6	2,0	0,5	0,01	627	244	2,57
Ref. 2	0,6	3,0	0,5	0,02	730	290	2,51
Ref. 3	0,7	3,0	0,6	0,01	775	375	2,06

ND - não disponível

A Tabela 2 apresenta a proporção de grafite adicionado, e os teores de C e Cu analisados das amostras produzidas, bem como os resultados dos ensaios CYS e de dureza.

As amostras preparadas de todas as composições A1 a F2, exceto B1 e Ref. 1 - 3, proporcionaram um valor de CYS suficiente, acima de 830 MPa, em combinação com uma razão CYS / HV1 acima de 2,25 e uma dureza HV1 inferior a 420. B1 com 0,6% em peso de grafite adicionado não proporcionou um valor de CYS suficiente. No entanto, quando do aumento da proporção de grafite adicionado a 0,7% em peso, o valor de CYS ficou acima de 830 MPa, enquanto que a razão CYS / HV1 atingiu o alvo mais amplo (2,25), mas ficou abaixo da razão preferida (2,30). Pode-se, portanto, concluir que o limite inferior de teor de vanádio é alguma coisa próxima a 0,05% em peso. Prefere-se, no entanto, ter um teor de vanádio acima de

0,1% em peso.

Para as amostras D1 e D2, a proporção de oxigênio nas amostras acabadas é acima de 0,1% em peso, que é indesejável, uma vez que altos níveis de oxigênio podem deteriorar as propriedades mecânicas. Acredita-se que isso seja provocado pelo teor de vanádio acima de 0,4% em pe20 so, uma vez que o vanádio tem uma alta afinidade por oxigênio. Portanto, os teores de vanádio acima de 0,4% em peso são indesejáveis.

Como pode-se notar nas tabelas, as amostras F1 e F2 apresen14/15 tam resultados muito bons.

As amostras G1 e G2 demonstram que mesmo se um teor de

0,17% em peso de manganês proporcione resultados aceitáveis, é preferível manter o nível abaixo de 0,15% em peso, como nas amostras C1 e C2, para as quais os resultados são melhores.

As amostras preparadas das composições Ref. 1-3 apresentam um limite convencional de elasticidade compressiva muito baixo, a despeito de altos teores relativos de carbono e cobre. Um aumento adicional de carbono e cobre pode propiciar um limite convencional de elasticidade com10 pressiva suficiente, mas a dureza vai ficar muito alta, diminuindo, desse modo, a razão CYS / HV1 ainda mais.

Em um outro exemplo, as composições de pó à base do pó A e do pó de referência, ambos da Tabela 1, foram misturadas com grafite UF4, da Kropfmühl, 0,8% em peso de Amide Wax PM, disponível da Hõganás,

AB, Suécia, e, opcionalmente, pó de cobre Cu-165 da A Cu Powder, EUA, de acordo com as proporções especificadas na Tabela 3. O pó de referência da Tabela 1, sendo o pó de ferro ASC100.29, disponível Hõganãs, AB, Suécia. As composições A3, A4, Ref. 4 e Ref. 5 foram misturadas sem adição de pó de cobre, e as composições A5, A6, Ref. 6 e Ref. 7 foram misturadas com 2% em peso de pó de cobre.

Tabela 3

Composição do pó	grafite adicionado, % em peso	Cu adicionado, % em peso	UTS, MPa	YS, MPa
A3	0,5		415	324
A4	0,8		514	396
A5	0,5	2,0	558	462
A6	0,8	2,0	660	559
Ref. 4	0,5		340	215
Ref. 5	0,8		425	270
Ref. 6	0,5	2,0	494	375
Ref. 7	0,8	2,0	570	470

As composições de pó obtidas foram transferidas para uma matriz e compactadas para formar componentes verdes, a uma pressão de compactação de 600 MPa. Os componentes verdes compactados foram co15/15 locados em um forno, a uma temperatura de 1.120°C, em uma atmosfera redutora, por aproximadamente 30 minutos.

Os corpos de prova foram preparados de acordo com a norma SS-EN ISO 2740, que foram ensaiados de acordo com a norma SS-EN

1002-1, para o limite de resistência à tração (UTS) e limite convencional de elasticidade (YS).

Quando da comparação dos resultados para Ref. 4 e Ref. 6, pode-se notar que o YS é 160 MPa maior do que para a Ref. 6, em comparação com a Ref. 4, que corresponde a 80 MPa por % de cobre adicionado. Se for comparar A3 e Ref. 4, pode-se notar que o YS é 109 MPa maior para A3, em comparação com a Ref. 4, que corresponde a 80 MPa por 0,1% em peso de vanádio adicionado. Esse forte efeito da adição de V é inesperado. Além do mais, também se mantém verdadeiro para as misturas de pós com maior teor de carbono (A4 / Ref. 5), e para as misturas com ambos o cobre e o carbono (A5 / Ref. 6 e A6 / Ref. 7).

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para produção de um componente sinterizado e opcionalmente forjado, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

5 a) preparar uma composição de pó de aço à base de ferro da composição de pó à base de ferro compreendendo um pó de aço à base de ferro pré-ligado atomizado em água que consiste em % em peso: 0,05 - 0,4 V, 0,09 - 0,3 Mn, menos de 0,1 Cr, menos de 0,1 Mo, menos de 0,1 Ni, menos de 0,2 Cu, menos de 0,1 C, menos de 0,25 O, menos de 0,5 de elemen10 tos inevitáveis, com o restante sendo ferro; misturado com 0,35 a 1% em peso da composição de grafite, e, opcionalmente, 0,05 a 2% em peso da composição de lubrificantes, e/ou cobre em uma proporção de 1,5 a 4% em peso, e/ou níquel em uma proporção de 1 a 4%, e, opcionalmente, materiais de fase dura e agentes de otimização de capacidade de trabalho à máquina;

15 b) submeter a composição a compactação entre 400 e 2.000

MPa;

c) sinterizar o componente verde obtido em uma atmosfera redutora, a uma temperatura entre 1.000 - 1.400°C; e

d) forjar opcionalmente o componente aquecido a uma tempera20 tura acima de 500°C, ou submeter o componente sinte rizado obtido a tratamentos térmicos de endurecimento, tais como nitretação, endurecimento por indução e cementação.
2. Componente forjado de pó, caracterizado pelo fato de ser produzido da composição de pó à base de ferro compreendendo um pó de

25 aço à base de ferro pré-ligado atomizado em água que consiste em % em peso: 0,05 - 0,4 V, 0,09 - 0,3 Mn, menos de 0,1 Cr, menos de 0,1 Mo, menos de 0,1 Ni, menos de 0,2 Cu, menos de 0,1 C, menos de 0,25 O, menos de 0,5 de elementos inevitáveis, com o restante sendo ferro; misturado com 0,35 a 1% em peso da composição de grafite, e, opcionalmente, 0,05 a 2%

30 em peso da composição de lubrificantes, e/ou cobre em uma proporção de 1,5 a 4% em peso, e/ou níquel em uma proporção de 1 a 4%, e, opcionalmente, materiais de fase dura e agentes de otimização de capacidade de

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2/2 trabalho à máquina, o referido componente tendo uma microestrutura perlítica / ferrítica.
3. Componente de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o componente é uma biela.
4. Componente forjado de pó de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o componente tem um limite convencional de elasticidade compressiva (CYS) de pelo menos 830 MPa, e uma razão entre o limite convencional de elasticidade compressiva (CYS) e dureza Vickers (HV1) de pelo menos 2,25, o limite convencional de elasticidade compressiva em MPa, quando do cálculo da razão.

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