Cinética de sinterização e desgaste de pastilhas de corte do sistema Si3 N4-CeO2-AlN

Abstract

O estudo e desenvolvimento de pastilhas de corte de Si3N4 englobou as etapas de: i) fabricação por prensagem a quente assistida por dilatometria e caracterização microestrutural; ii) ensaios termomecânicos e tribológicos; iii) caracterização do comportamento em serviço da ferramenta no tomeamento de ligas ferrosas. Amostras do sistema Si3N4-Ce02-AIN foram densificadas por prensagem a quente uniaxial no intervalo de temperaturas 1300°C-1800°C, com 20-30MPa de pressão aplicada. A prensa a quente funcionou como dilatómetro permitindo o estudo da cinética de sinterização. Os resultados das dilatometrias foram condensados, de forma quantitativa, numa única equação de sinterização. A dedução da equação de densificação possibilitou o "design" de ciclos termomecânicos de fabricação do Si3N4• Esta aproximação foi aplicada, a seguir, a resultados de fabricação por sinterização sem pressão aplicada. A sinterização dos pós de Si3N4 é reactiva, com a transformação de fases a/13-Si3N4 acompanhando a densificação. É investigada a correlação da cinética de evolução de fases com a cinética de densificação num espaço comum de representação, sendo possível condensar de um modo coerente a evolução global deste sistema de sinterização reactiva. A caracterização termomecânica guiou a selecção dos materiais a testar nos ensaios finais de corte. A dureza a quente, até 1200°C, revelou-se como o melhor teste laboratorial para a previsão do comportamento em serviço das pastilhas de corte. Os resultados dos testes mecânicos à temperatura ambiente, dureza, tenacidade à fractura por indentação e resistência à flexão em três pontos, foram correlacionados com as características microestruturais das diversas amostras. O comportamento em serviço de pastilhas de corte de diferentes composições foi testado em ensaios de tomeamento de duas ligas ferrosas, aço ferramenta e ferro fundido cinzento. O desgaste dos cerâmicos foi quantificado e identificados os mecanismos determinantes na distinção de comportamentos, relativamente às duas ligas metálicas, e entre sistemas de dopagem do Si3N4 distintos. Desenvolveu-se um modelo quantitativo de desgaste por dissolução do cerâmico no contacto com a apara metálica a alta temperatura, extensível a outros materiais de corte. A resistência ao desgaste dos cerâmicos de Si3N4 no contacto deslizante com as mesmas ligas metálicas, foi correlacionada com resultados de ensaios tribológicos pino-sobre-disco, com controle de carga aplicada, velocidade de deslizamento e atmosfera.