Desenvolvimento de um cerâmico Al2O3/TI(C,N) para uso em maquinação

Abstract

O principal objetivo deste trabalho é preparar um cermeto do tipo Al2O3/Ti(C,N) com propriedades mecânicas adequadas à sua utilização na maquinação de materiais do tipo DIN ISO 513:K01-K10 e ISO H01-H10. De forma a incrementar a sinterabilidade do cermeto investigou-se o efeito da adição de dopantes metálicos, nomeadamente alumínio metálico (Al) e hidreto de titânio (TiH2) e o efeito da substituição da moagem convencional por moagem de alta energia. As variáveis das etapas principais de processamento, i.e., da moagem, prensagem e sinterização, foram selecionadas com trabalho realizado quer na Universidade de Aveiro quer na empresa Palbit. Foram preparadas três composições do cermeto Al2O3/Ti(C,N) com adições de 5%TiH2, 1%Al e 5%TiH21%Al através da moagem de alta energia. Os parâmetros de moagem, i.e. a velocidade de rotação, o rácio bolas/pó e o tempo de moagem foram otimizados para os seguintes valores: 350 rpm, 10:1 e 5 h, respetivamente. A utilização da moagem de alta energia permitiu uma redução do tamanho de partícula dos pós até aproximadamente 100 nm e a obtenção de uma boa uniformidade da distribuição das fases (Al2O3+Ti(C,N)). A etapa de conformação foi efetuada por prensagem uniaxial seguida de prensagem isostática. A avaliação da reatividade dos cermetos através de dilatometria em atmosfera de vácuo revelou que a densificação é maioritariamente realizada em estado sólido. A adição de apenas 1%Al é a menos efetiva para a densificação. Os cermetos foram sinterizados através de sinterização convencional em forno de vazio a 1650ºC e prensagem a quente (1650ºC com uma pressão uniaxial de 25 MPa). Os valores de densificação obtidos, aproximadamente 80% e 100%, respetivamente, indicam que a aplicação de pressão durante a sinterização é efetiva para atingir densificações elevadas nos compactos, compatíveis com as suas aplicações tecnológicas. As propriedades mecânicas de dureza e de tenacidade avaliadas nos três cermetos apresentaram valores aproximados de 1800-1900 HV50 para a dureza e entre 5.4 e 7.7 MPa.m1/2 para a tenacidade à fratura.

The main goal of this work is to prepare a cermet type Al2O3/Ti(C, N) with mechanical properties adequate for use in machining type materials DIN ISO 513: K01-K10 and ISO H01-H10. In order to increase the sinterability of the cermet investigated the effect of addition of metal dopants, including metallic aluminum (Al) and titanium hydride (TiH2) and the effect of substitution of the conventional milling by high energy milling. The variables of the main processing steps, ie, milling, pressing and sintering were selected with work done both at the University of Aveiro either in Palbit company. It was prepared three cermet compositions Al2O3/Ti(C,N) with additions of 5%TiH2, 1%Al and 5%TiH21%Al by high energy milling. The grinding parameters, eg the rotational speed, the ratio balls / powder and the grinding time were optimized for the following values: 350 rpm, 10: 1 and 5 h, respectively. The use of high energy milling of the powders allowed a reduction of particle size to about 100 nm and to obtain a good uniformity of distribution of the phases (Al2O3+Ti (C,N)). The forming step was carried out by uniaxial pressing, followed by isostatic pressing. The evaluation of the reactivity of cermetos by dilatometry in a vacuum atmosphere revealed that the densification is performed mainly in a solid state. The addition of only 1% Al is less effective for densification. The cermets were sintered using conventional sintering in vacuum oven at 1650ºC and hot pressing (1650ºC with a uniaxial pressure of 25 MPa). The densification values, approximately 80% and 100%, respectively, indicate that the application of pressure during sintering is effective to achieve high densification in the compact, consistent with their technological applications. The mechanical properties of hardness and toughness evaluated in the three cermetos showed similar values of 1800-1900 HV50 for the hardness and between 5.4 and 7.7 MPa.m1/2 to the fracture toughness.