Publication: Inter-particle connections development during sintering of Cr-Mo-alloyed steel powder in N2/H2 atmosphere
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Publication date
2009
Defense date
2009-02-24
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Abstract
Powder metallurgy is one of the oldest metal processing techniques; it is a manufacturing process that is based on the production of metal, ceramic or composite components from powders. Manufacturing of ferrous powder metallurgy precision parts has increased in the last decades, in particular for automotive applications. The properties of a component manufacture by PM techniques may be tailored or improved by the addition of alloying elements; chromium and molybdenum are widely used in conventional metallurgy as alloying elements, but the tendency of chromium to form stable oxides and the decrease in compressibility it produces, have restricted its use in powder metallurgy. However, low chromium alloyed steels meet all the requirements for most structural components and for the market needs, so research and development of these steels is being carried out nowadays. In this study, specimens of the same composition (pre-alloyed water atomized powder of low Cr-Mo content) were sintered in a 90N2/10H2 atmosphere during 3 minutes and at different temperatures from 700°C to 1120°C. Two additional samples were sintered at 1120°C during 15 and 30 minutes each. Impact test was performed in all the specimens in order to produce fracture surfaces, which were studied using High Resolution Scanning Electron Microscopy (HRSEM) and EDX analysis. Microstructural investigation was carried out as well. The objective of this investigation was to evaluate the effect of the sintering temperature and time on both the inter-particle necks development and the inclusions evolution. It was found that Inter-particle necks development is enhanced with sintering temperature and time and that the reduction of the Fe-oxide layer on the powder particles is a pre-condition for the formation of solid metallic contacts. Furthermore, different failure mechanisms were found with increasing sintering temperature. It was also found that the morphology and size of the inclusions change with increasing sintering temperature and time.---------------------------------------------------------------------------------------------
La pulvimetalurgia es una de las técnicas de procesamiento de materiales metálicos más antiguas: consiste en un proceso de fabricación para la producción de componentes metálicos, cerámicos o de materiales compuestos a partir de polvos. La fabricación de piezas fabricadas a partir de polvos férreos se ha incrementado en las últimas décadas, en especial en la fabricación de elementos para la industria del automóvil. Las propiedades de un componente fabricado por PM pueden ser ajustadas o mejoradas mediante la adición de elementos de aleación: cromo y molibdeno han sido ampliamente utilizados en la metalurgia convencional como aleantes, pero la tendencia del cromo para formar óxidos de cromo muy estables y el decremento en compresibilidad que produce han limitado su uso en pulvimetalurgia. Sin embargo, los aceros aleados con bajo contenido en cromo cumplen todos los requerimientos necesarios para la mayoría de los componentes estructurales y para las necesidades del mercado, por lo que investigación y desarrollo de este tipo de aceros se está desarrollando en estos últimos años. En este estudio, probetas de la misma composición (polvos pre-aleados fabricados mediante atomización en agua con bajo contenido en cromo y molibdeno) fueron sinterizadas en atmósfera de 90N2/10H2 durante tres minutos y a diferentes temperaturas desde 700 hasta 1120ºC. Asimismo, dos probetas adicionales se sinterizaron a 1120ºC durante 15 y 30 minutos respectivamente. Las probetas fueron sometidas a ensayo de fractura para producir superficies de fractura, que fueron estudiadas mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía óptica. El objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto de la temperatura y tiempo de sinterización en la evolución de los cuellos entre partículas y de las inclusiones. Se ha encontrado que el desarrollo de los cuellos entre partículas se ve incrementado con un aumento en la temperatura y el tiempo de sinterización y que la reducción de la capa superficial de óxido de hierro en las partículas es condición necesaria para la formación de contactos sólidos entre partículas. Además, se han encontrado diferentes mecanismos de fallo al aumentar la temperatura de sinterización. También ha podido comprobarse como la morfología y tamaño de las inclusiones cambia al aumentar la temperatura de sinterización y el tiempo, lo que puede suponer el punto de partida para investigaciones futuras.
La pulvimetalurgia es una de las técnicas de procesamiento de materiales metálicos más antiguas: consiste en un proceso de fabricación para la producción de componentes metálicos, cerámicos o de materiales compuestos a partir de polvos. La fabricación de piezas fabricadas a partir de polvos férreos se ha incrementado en las últimas décadas, en especial en la fabricación de elementos para la industria del automóvil. Las propiedades de un componente fabricado por PM pueden ser ajustadas o mejoradas mediante la adición de elementos de aleación: cromo y molibdeno han sido ampliamente utilizados en la metalurgia convencional como aleantes, pero la tendencia del cromo para formar óxidos de cromo muy estables y el decremento en compresibilidad que produce han limitado su uso en pulvimetalurgia. Sin embargo, los aceros aleados con bajo contenido en cromo cumplen todos los requerimientos necesarios para la mayoría de los componentes estructurales y para las necesidades del mercado, por lo que investigación y desarrollo de este tipo de aceros se está desarrollando en estos últimos años. En este estudio, probetas de la misma composición (polvos pre-aleados fabricados mediante atomización en agua con bajo contenido en cromo y molibdeno) fueron sinterizadas en atmósfera de 90N2/10H2 durante tres minutos y a diferentes temperaturas desde 700 hasta 1120ºC. Asimismo, dos probetas adicionales se sinterizaron a 1120ºC durante 15 y 30 minutos respectivamente. Las probetas fueron sometidas a ensayo de fractura para producir superficies de fractura, que fueron estudiadas mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía óptica. El objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto de la temperatura y tiempo de sinterización en la evolución de los cuellos entre partículas y de las inclusiones. Se ha encontrado que el desarrollo de los cuellos entre partículas se ve incrementado con un aumento en la temperatura y el tiempo de sinterización y que la reducción de la capa superficial de óxido de hierro en las partículas es condición necesaria para la formación de contactos sólidos entre partículas. Además, se han encontrado diferentes mecanismos de fallo al aumentar la temperatura de sinterización. También ha podido comprobarse como la morfología y tamaño de las inclusiones cambia al aumentar la temperatura de sinterización y el tiempo, lo que puede suponer el punto de partida para investigaciones futuras.
Description
Keywords
Pulvimetalurgia, Ensayo de materiales, Sinterizado