Estudo do processo de produção de pré-formas pelo sistema de consolidação de pós metálicos por constrição radial (CCR)

Abstract

Consolidação por Constrição Radial (CCR) é uma técnica de metalurgia do pó que possibilita a obtenção de peças metálicas near-net-shape, com alta densidade e de formas complexas a custos de produção mais baixos do que as tecnologias convencionais. CCR se assemelha em alguns aspectos ao processo de compactação isostática a quente, sendo que as principais diferenças são que o processo CCR utiliza moldes cerâmicos fabricados a partir do processo de microfusão e usa um meio compressor secundário na forma de pó, ambos confinados em um container. Neste trabalho desenvolveu-se um sistema experimental de CCR visando à produção de pré-formas de ferro de alta densidade. Como meios compressores secundários foram utilizados pó de ferro, pó de alumina calcinada e pó cerâmico (argila calcinada). As pré-formas produzidas foram caracterizadas quanto à densidade, microestrutura e dureza. Dos meios compressores secundários testados, o pó cerâmico (argila calcinada) mostrou-se com maior potencial de utilização. Observou-se que a configuração do container/meio compressor secundário/molde cerâmico influencia substancialmente nas características de densidade e dimensionais das pré-formas. A microestrutura das pré-formas produzidas mostrou que houve uma consolidação satisfatória do pó. Observou-se também uma boa correlação entre dureza e densidade. Os parâmetros de processo que proporcionaram obter os melhores resultados em termos de densidade e características dimensionais foram: pressão de compactação de aproximadamente 400 MPa, temperatura de aquecimento de 1120°C, configuração do container metálico/meio compressor secundário/molde cerâmico de forma a evitar a presença de meio compressor secundário na parte inferior do molde cerâmico e uso de matriz metálica para o confinamento do container a fim de evitar a deformação plástica lateral do mesmo a altas pressões e temperaturas.

Radial Constriction Consolidation (RCC) process can be considered a powder metallurgy technique that allows to fabricate components with complex geometries, near-net-shape and with full density at low production costs when compared to traditional process. In some aspects, the RCC process is similar to hot isostatic pressing process, but it uses a mold confectioned by investment casting and a powder as a secondary pressing media, which are confined in a metallic container. In this work a RCC experimental system was developed aiming to produce iron billets with characteristics of near-net-shape and high density. Iron powder, calcinated alumina powder and red ceramic powder used as a brick in civil construction were used as a secondary pressing media. The obtained billets were characterized in terms of density, microstructure and hardness. The red ceramic exhibited a good potential to be used as a secondary pressing media. It was observed that the configuration of the container/ secondary pressing media/ceramic mold has an important influence on the characteristic of density and near-net-shape of the billets. The billets microstructure showed that the powder consolidation was satisfactory. It was observed also a good correlation between density and hardness of the billets. The process parameters that propitiated the best results in terms of both properties, density and near-net-shape characteristics, were: pressure of 400 MPa, temperature of 1120°C, a configuration of the container/ secondary pressing media/ceramic mold that avoids the presence of secondary pressing media on the bottom of the ceramic mold and the use of a metallic mold to confine the container in order to prevent its plastic deformation at high pressures and temperatures.