Valorização de resíduos de pó de metal duro

Abstract

Neste trabalho investigou-se a incorporação de resíduos de pó WC-Co, provenientes das peças rejeitadas durante a etapa de prensagem e da maquinação das peças em verde, na produção de pastilhas de corte de metal duro. O pó reciclado foi incorporado numa peça cilíndrica em percentagens variáveis entre 50-70%, constituindo a base de suporte da peça. A outra parte do cilindro, a parte virgem, correspondente à zona de trabalho da peça, é constituída por um pó virgem de composição controlada. Estas peças, com dois tipos de pós, foram apelidadas de bimaterial. Selecionaram-se dois tipos de pós virgem, do mesmo grau mas utilizando num caso a parafina como lubrificante de prensagem e no outro o polietilinoglicol (PEG). Estes pós virgem, assim como o pó resultante da mistura de resíduos, foram inicialmente, analisados, com caracterização sistemática a nível de composição química (fluorescência de raios-X), estrutura cristalina (difracção de raios-X, DRX), morfologia (microscopia electrónica de varrimento, SEM) e distribuição granulométrica (Coulter). Foi ainda avaliado o seu comportamento térmico após compactação por análise dilatométrica e o comportamento magnético (balança magnética e força coerciva). O desenvolvimento dos bimateriais foi feito de acordo com as etapas de processamento disponíveis na empresa Palbit, começando com a preparação das misturas de pós, seguindo-se a moagem, granulação, prensagem e finalizando-se com a remoção do lubrificante de prensagem e sinterização. Na etapa de prensagem recorreu-se a uma prensa uniaxial com sistema CNC, tendo sido colocado o pó reciclado e efectuada uma pré-compactação; seguidamente, introduziu-se o pó virgem e realizou-se a prensagem final. Foram utilizados dois ciclos térmicos no processo de sinterização por SinterHIP. Foram caracterizadas duas amostras de bimaterial, correspondentes a cada um dos pós virgem utilizados (com parafina e com PEG), recorrendo à análise estrutural (DRX), micoestruturais e química (SEM/EDS), magnética (balança magnética e força coerciva) e mecânica (dureza e tenacidade à fratura). As peças de bimaterial produzidas apresentaram uma densificação elevada em toda a peça, sem vestígios de porosidade ou de segundas fases, e não apresentaram empenos significativos. A análise química e microestrutural mostrou existir um gradiente de cobalto nas peças produzidas que se traduz num gradiente de propriedades magnéticas e mecânicas. Este gradiente de Co e de propriedades foi avaliado, tendo em perspectiva a produção de peças com uma zona de trabalho detentora de propriedades mecânicas adequadas à sua função de corte e dentro dos parâmetros de qualidade da empresa.

In this work, the incorporation of WC-Co powder residues from the re-jected parts of the pressing stage and machining of the green parts, dur-ing the production of carbide cutting inserts was investigated. The recy-cled powder was incorporated in a cylindrical part in variable amounts between 50-70%, constituting the support base of the part. The other part of the cylinder, the pristine part, corresponding to the working zone of the part, consists of a pristine powder with controlled composition. These pieces, with two types of powders, were named bimaterials. Two types of pristine powders of the same grade were selected, but us-ing paraffin as a lubricant in one case and polyethylene glycol (PEG) in the other. These pristine powders, as well as the powder resulting from the mixture of residues, were initially analyzed with the systematic char-acterization at the level of chemical composition (X-ray fluorescence), crystal structure /X- ray diffraction, XRD), morphology (scanning elec-tron microscopy, SEM) and particle size distributions (Coulter). It was also evaluated its thermal behavior after compaction by dilatometric analysis and the magnetic behavior (magnetic balance and coercive force). The development of the bimaterials was done according to the pro-cessing steps available at the company Palbit, starting with the prepara-tion of the powder mixtures, followed by milling, granulating, pressing and ending with the lubricant removal and sintering. In the pressing step an uniaxial press with CNC system was used. The recycled powder was placed and a precompaction was carried out; then the pristine powder was introduced and the final pressing realized. Two thermal cycles were used in the SinterHIP sintering process. Two samples of bimaterial, corresponding to each of the pristine pow-ders used (with paraffin and with PEG) were characterized, using struc-tural analysis (XRD), microstructural and chemical analysis (SEM / EDS), magnetic (magnetic balance and coercive force) and mechanical analyses (hardness and fracture toughness). The pieces of bimaterial produced showed a high densification through-out the piece, without trace of porosity or second phases, and did not present significant deformations. The chemical and microstructural analysis showed that there is a cobalt gradient in the parts produced which transposes into a gradient of magnetic and mechanical proper-ties. This gradient of Co and properties was evaluated, taking into ac-count the production of parts with a work zone that possesses mechani-cal properties adequate to its cutting function and within the quality pa-rameters of the company.