Sinterização de misturas de pós elementares de uma liga Fe-22,5CR-5,5Ni

Abstract

Usualmente a sinterização de Aços Inoxidáveis Dúplex AID (ligas Fe-Cr-Ni) ocorre a partir de pós pré-ligados de aços inoxidáveis dúplex de alto valor agregado ou pelo complexo balanceamento entre pós de aços inoxidáveis austeníticos misturado com pós de aços inoxidáveis ferríticos para formar uma microestrutura dúplex. O objetivo deste trabalho foi investigar as características microestruturais, mecânicas e de difusão da liga Fe-22,5Cr-5,5Ni desenvolvida pela necessidade de se criar uma rota alternativa de produção que envolve a retirada dos processos de obtenção via pós pré-ligados. Nesse contexto, buscou-se desenvolver essa liga pela misturas de pós elementares de formulação similar ao AID UNS S32205. Os pós foram caracterizados por Difração de Raios X (DRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) para serem empregados como matéria prima na produção de 15 (quinze) misturas unixialmente conformadas em pastilhas de 18,88mm de diâmetro e tratadas termicamente com tempos variando entre 1 (uma) e 6 (seis) horas; isoterma entre 1000ºC e 1200ºC e sob atmosferas controladas de nitrogênio e argônio. Com o uso de Microscopia Óptica (MO), foram selecionadas 6 (seis) misturas sinterizadas para avaliação complementar. Esse estudo englobou a análise de difusão dos elementos Fe, Cr, Ni, Mo e Mn por MEV na forma de Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) e avaliação microestrutural por (MO, MEV, DRX e Microscopia de Força Atômica (MFA) na forma de Microscopia de Força Magnética (MFM). Os resultados obtidos com as análises por micrografia óptica e eletrônica de varredura revelaram que ocorreu baixa difusão do cromo nas partículas de ferro. A difratometria de raios X apresentou a formação de picos de ferrita e em algumas das amostras pequenos picos de austenita, não sendo possível apontar a formação de uma estrutura dúplex. A MFM não apontou as fases com propriedades magnéticas (ferrita) e paramagnéticas (austenita). Por fim, os ensaios de microdureza revelaram uma relação diretamente proporcional ao aumento de isoterma e tempo de sinterização com as microdurezas apresentadas pelas misturas obtidas com pós elementares.

Usually the Sintering of Duplex Stainless Steels SS (Fe-Cr-Ni alloy) from prebounded powders of high aggregated value duplex stainless steels or a complex balancement mixture between austenitic and ferritic powders are used to form a duplex microstructure. The objective of this work was to investigate the microstructural, mechanical and diffusion characteristics of the Fe-22,5Cr-5,5Ni alloy developed by the requirement of creating an alternative production route which removes the need of obtaining pre-bounded powders. In this context, it was pursued the development of an alloy by the mixing of elemental powders with similar formulation to the duplex SS UNS S32205. The powders were characterized by X-ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM) to be used in the production of 15 (fifteen) uniaxial tablet shaped mixtures of 18,88mm of diameter and thermally treated varying times between 1 (one) to 6 (six) hours; isotherms from 1000ºC (1273K/1832ºF) and 1200ºC (1473K/2192ºF) and under nitrogen and argon controlled atmospheres. With the use of Optical Microscopy (OM), it was selected 6 (six) sintered mixtures to further evaluation. This study comprises the diffusion analysis of Fe, Cr, Ni, Mo and Mn elements using MEV by Energy Dispersive Spectrometer (EDS) and microstructural evaluation using (OM, SEM, XRD and Atomic Force Microscope (AFM) by Magnetic Force Microscope (MFM). The results obtained from OM and SEM analysis revealed the low diffusivity of chrome in iron particles. The X-ray Diffraction showed peaks of ferrite formation in some of the samples an in others peaks of austenite, so it was not possible to indicate the formation of a duplex structure. The MFM did not point phases with magnetic properties (ferrite) and paramagnetic (austenite). Finally, the microhardness tests revealed a direct proportion to the increase of isotherms and sintering time with the microhardness submitted by the mixtures obtained with elemental powders.