Características e comportamento de combinações metal duro-ferro fundido para aplicações de desgaste

Abstract

O presente estágio foi realizado na empresa Duritcast tendo como principal objetivo caracterizar um novo material compósito com vista ao prolongamento do tempo de vida útil de componentes sujeitos a desgaste. O desgaste nestes produtos está associado ao contacto dinâmico intermitente por abrasão ou erosão, resultando na deterioração da superfície dos materiais. De modo a contornar e solucionar este entrave, foi desenvolvido um método de reforço da superfície: vazamento do ferro fundido nodular sobre partículas de sucata de metal duro colocadas a priori nas moldações de areia furânica. As peças de material compósito foram caracterizadas de modo a compreender e fundamentar a influência da microestrutura nas propriedades mecânicas e de resistência ao desgaste. Para esta investigação foram realizadas as seguintes técnicas de caracterização: microscopia ótica e eletrónica de varrimento com análise química (SEM-EDS), microdureza Vickers, ensaio de flexão, avaliação do desgaste erosivo por impacto de partículas duras, observação da topografia superficial por perfilometria ótica 3D. As combinações mais vantajosas matriz/reforço para a otimização da resistência ao desgaste revelaram-se as seguintes: i) tamanho das partículas de sucata inferior a 4 mm, proporcionam uma boa ligação entre os dois materiais; ii) utilização de partículas sinterizadas com geometria regular e faces planas em vez de partículas de sucata irregulares; iii) as matrizes martensíticas são vantajosas perante as matrizes perlíticas, quanto à matriz de ferro fundido nodular, dada a elevada dureza e resistência ao desgaste; iv) temperaturas de vazamento superiores proporcionam melhor ligação das partículas de reforço de metal duro à matriz de ferro fundido nodular, acentuando o fenómeno de interdifusão entre os dois materiais

The present internship was carried out at the company Duritcast with the main objective of characterizing a new composite material aiming the prolongation of the useful lifetime of components subjected to wear. Wear on these products is associated with intermittent dynamic contact due to abrasion or erosion, resulting in material surface deterioration. In order to overcome this obstacle, a method of surface reinforcement was developed: cast iron nodular casting on hard metal scrap particles a priori placed in the furan resin sand moldings. The composite material was characterized in order to understand the influence of the microstructure on the mechanical properties and resistance to wear. For this investigation, the following characterization techniques were performed: optical and scanning electron microscopy (SEM-EDS), Vickers microhardness, flexural test, erosive wear evaluation, surface topography observation by 3D optical profilometry. The most advantageous matrix/reinforcement combinations for the optimization of wear resistance were the following: i) scrap particle size less than 4 mm, provide a good bond between the two materials; ii) use of sintered particles with regular geometry and flat faces instead of irregular scrap particles; iii) the martensitic matrices are advantageous to the perlite matrices, as regards the nodular cast iron matrix, given the high hardness and wear resistance; iv) higher casting temperatures provide better bonding of the hard metal reinforcement particles to the nodular cast iron matrix, accentuating the phenomenon of interdiffusion between the two materials