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Estudio de la fase líquida formada por nuevas aleaciones diseñadas para sinter-brazing de aceros pulvimetalúrgicos

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2017-09
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2017-09-26
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Actualmente, la pulvimetalurgia desempeña un papel muy importante en la industria de fabricación de componentes metálicos, debido a las características que lo diferencian de otros procesos y a sus diversas aplicaciones. Entre sus ventajas se encuentran el ahorro de materias primas y su flexibilidad para crear piezas complejas. Dentro de las etapas de un proceso pulvimetalúrgico se encuentra la sinterización, que tiene gran repercusión en las propiedades finales de la pieza. Existen varios factores que se pueden controlar durante la sinterización, como son el estado del polvo, la energía de activación, la temperatura, la atmósfera, la presión y el tipo de horno. La interacción de estos factores es importante para entender las propiedades de la pieza final. Sin embargo, existen limitaciones geométricas en las piezas en verde que se obtienen de la etapa de compactación, por lo que es necesario realizar un mecanizado después de la sinterización. Para evitar este paso, existen técnicas de unión mediante la adición de un material de aporte entre piezas durante la etapa de sinterización. La unión y el material de aporte han de cumplir los requisitos mecánicos de la pieza final para que el resultado final sea eficaz. Este tipo de unión mediante soldadura durante la sinterización se conoce como sinter-brazing. Con el uso de este proceso en la fabricación de una pieza, se reduce el número de pasos en la ruta de procesado, obteniendo así un ahorro en costes (tiempo, energía y material). Las aleaciones que se usan en sinter-brazing han de cumplir ciertas características para que se realice una unión óptima. Debe producirse un buen mojado del material de aporte en fase líquida sobre las superficies de los componentes a unir. Además, tiene gran importancia en el proceso la porosidad de los sustratos. El material de aporte podría infiltrarse por el sustrato sin que quede suficiente para realizar la unión si existe un alto grado de porosidad. Asimismo, al formarse una fase líquida durante la sinterización de los sustratos, es necesario controlar las variaciones dimensionales que se producen. En este proyecto se van a realizar dos tipos de ensayos principalmente, uno para estudiar la mojabilidad de la aleación de aporte sobre sustratos base Fe (ensayos de ángulo de contacto), y otro para analizar las variaciones dimensionales que se inducen durante la sinterización en presencia de una fase líquida en aceros (ensayos de dilatometría). Ambos ensayos se han realizado con dos tipos de atmósferas (una inerte y otra reductora). Mediante los resultados obtenidos, se pretende comprender cómo se comporta la aleación formadora de fase líquida y su posible aplicación como aleación de aporte en soldadura de aceros pulvimetalúrgicos de baja aleación y sinterizados en atmósferas comerciales (N2-H2).
Nowadays, powder metallurgy plays a key role in manufacturing industry of metallic components due to the dissimilar characteristics from other processes and its multiple applications. Among its advantages, it can be found raw materials savings and its flexibility to create complex parts. One of the steps of a powder metallurgy process is the sintering step that has a large impact in the final properties of the parts. There are various factors that can be controlled during sintering: state of the powder, activation energy, temperature, atmosphere, pressure and furnace type. The interaction among these factors is important in order to understand the properties of the final product. However, there are some geometrical limitations in green components obtained from the compaction stage. It is necessary to implement a machining process after sintering. To eliminate that step, there are some joining techniques using the addition of a brazing alloy between the parts during sintering. The joint and the brazing alloy need to accomplish the mechanicals requirements of the final parts in order to have an efficient result. This type of weld during sintering is known as “sinter-brazing”. This method reduces in one step de manufacturing route of a certain component, implying a cost saving (time, material and energy). Alloys for sinter-brazing must fulfill some requisites to produce an optimal joint. The brazing alloy needs to have a good wetting behavior over the surfaces of the parts to braze. Besides, the substrates’ porosity has a large impact, because it tends to pull the material out of the joint due to capillarity effect. Therefore, there might not be enough material to produce a proper weld. Moreover, since there is formation a liquid phase during the sintering step of the substrates, dimensional changes must be controlled. This project is going to deal with two types of experiments. The first of them is for studying the wetting capacity of the brazing alloy in iron based substrates (contact angle experiments), and the second one is for analyzing the dimensional variations induced by the liquid phase presence in steels (dilatometry). Both experiments have been performed in two types of atmospheres (inert/ reducing). The obtained results will help to understand the behavior of the brazing alloys and its capacity to become a good candidate for sinter-brazing in low alloy steels sintered in commercial atmospheres (N2-H2).
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Keywords
Pulvimetalurgia, Metalurgia, Sinterización, Tecnología de fabricación, Metales
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