Estudos de Paola (1998) mostram que ligas contendo 24%p de alumínio apresentam variação estrutural com a temperatura. A Figura 41 mostra a microestrutura em FEG do alumineto de ferro consolidado pelo processo S-F-HP/A1000°C. Na Figura 39 a) com aumento de 500x verifica-se uma homogeneidade das partículas, com uma mistura de grãos maiores junto aos grãos menores. É possível ver ainda relevos entre as partículas que podem ser arrancamentos de partículas na preparação das amostras ou porosidade.
A Figura 39 b) mostra uma microestrutura que pode ser um eutético, devido à temperaturas variadas durante a etapa de consolidação, onde realizou-se a sinterização a
Oxigênio Aluminio Niquel
S.V/1300°C-Ni3Al 4,97% 15,41% 79,63% FAHP/1100°C-Ni3Al 19,21% 10,30% 70,49% 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00% 70,00% 80,00% 90,00%
Per
centual de
Elem
entos
1250°C, um tratamento térmico a 1000°C e uma conformação a 490°C . Estas variações de temperatura são coerentes com as variações citadas por Paola (1998), e conforme análise semiquantitativa o percentual de alumínio ficou em torno de 12%p a 25%p conferindo com os dados de Paola (1998). No entanto não é possível definir que tipo de eutético se formou, pois foram aplicadas três temperaturas no processo.
Acredita-se que a oxidação, não foi benéfica ao alumineto de ferro após este processo de consolidação, pois ao comparar-se a dureza obtida neste processo, verifica-se que a mesma é mais baixa, em torno de 337 HV0,025 mesmo comparando com processos somente com
sinterização, que ficaram em torno 350 a 420 HV0,025. Na microestrutura c) - BSE existe
grande concentração de aluminetos de ferro e porosidade, mas não foi identificado o Al2O3
conforme encontrado nos outros processos.
Figura 39 - a), b) e c) Micrografias em microscópio eletrônico de varredura do alumineto ferro pelo processo de consolidação S-F- HP/A1000°C.
Fonte: O Autor
O processo de consolidação F-HP/A900°C mostrou uma boa homogeneidade na distribuição das partículas de aluminetos, com relevos aparentes em toda sua matriz, conforme Figura 40 a).
Na Figura 40 b) a partícula com o círculo demonstra a possível formação de eutético, que justifica-se pelas mudanças de temperatura no processo de consolidação, comparando com pesquisas de Paola (1998).
A Figura 40 c) - BSE apresenta os aluminetos de ferro. Verificou-se também o aparecimento do Al2O3, o que justifica a dureza elevada encontrada neste processo. Nesta
mesma microestrutura é possível ver que o material apresenta porosidade.
Figura 40 - a), b) e c) Micrografias em microscópio eletrônico de varredura do alumineto ferro pelo processo de consolidação F-HP/A900°C.
Fonte: O Autor
A Figura 41 a) apresenta a microestrutura do alumineto de ferro pelo processo F- HP/A1100°C, verificou-se uma boa homogeneidade das amostras. Constatou-se menor quantidade de poros e/ou relevos aparentes, demonstrando uma melhor sinterização.
A Figura 41 b) com aumento de 2500x verificou-se a coesão das partículas. Nas partículas de tamanho maior podem ser observadas mudanças de estrutura ou formação de eutético. Ficou evidente o aparecimento de poros após a consolidação e em alguns resultando na falta de coesão das partículas.
Na Figura 41 c) – BSE também como nos outros processos identificou-se o Fe3Al e o
semiquantitativa, que mostra 11% oxigênio e 23% alumínio, embora a estequiometria dos pós elementares fossem de Fe13,6Al, confirmando a oxidação durante o processo de consolidação.
Figura 41- a), b) e c) Micrografias em microscópio eletrônico de varredura do alumineto ferro pelo processo de consolidação F – HP/A1100°C.
Fonte: O Autor
A microestrutura apresentada na Figura 42 a) do processo de consolidação S-F- At.N2/1250°C, apresenta partículas bem distintas de alumineto de ferro, com partículas
alongadas e outras arredondadas circundando a partícula alongada. Verificou-se que a coesão não foi efetiva, com relevos mais profundos quando comparados aos outros processos de consolidação. Na Figura 42 b) com aumento de 2500x é possível verificar a falta de coesão das partículas, resultando em arrancamento de partículas ou até mesmo comparando-se ao aspecto de uma fratura.
Verificou-se o aparecimento de trincas que podem ter sido ocasionadas na compactação a frio, e com a sinterização ficaram mais evidentes, visto que após a compactação não percebeu-se nenhuma trinca. Como era previsível houve o aparecimento de porosidade, confirmando os resultados de densidade e dureza, que se mostraram baixos.
Neste processo de consolidação observou-se o aparecimento de óxidos, Figura 42 c) principalmente de ferro e alumínio como o Fe3Al e o Al2O3. Na consolidação realizada
somente por compactação uniaxial e sinterização, a dureza e densidade não obtiveram um ganho expressivo. Para um aumento de dureza, densidade e outras propriedades que estão diretamente relacionadas a ductilidade dos intermetálicos, é necessário otimizar os parâmetros de temperatura, tempo, velocidade e pressão.
Figura 42 - a), b) e c) – BSE Micrografias em microscópio eletrônico de varredura do alumineto ferro pelo processo de consolidação S – F –At. N2/1250°C.
Fonte: O Autor
O processo S.V/1300°C-Fe3Al apresentou em suas microestruturas uma boa
homogeneidade do alumineto de ferro após a consolidação, conforme mostra a Figura 43 a) 500x, b)2500x e c) 500x – BSE. Na Figura 43 a) verificou-se o comportamento equiaxial das partículas e relevos aparentemente baixos demonstrando apenas um arrancamento de partículas. A Figura 43 b) mostra através dos relevos a coesão da sinterização do alumineto de ferro.
Na microscopia foram verificadas algumas trincas, justificando a baixa densidade. Essas trincas demonstram a delaminação que houve após a compactação do alumineto, que
ficaram evidentes somente após a consolidação. O aparecimento das trincas justifica a diferença de densidade que houve da compactação para a consolidação.
Quanto à oxidação que ficou demonstrada na análise semiquantitativa, na Figura 43 c) – BSE foi possível verificar através da diferença de cor a formação doFe3Al mais claro e o
Al2O3 com uma cor mais escura. Demonstrando uma grande formação de alumina e
justificando a oxidação que apareceu na análise semiquantitativa.
Figura 43 - a), b) e c) Micrografias em microscópio eletrônico de varredura do alumineto ferro pelo processo de consolidação S.V/1300°C-Fe3Al.
Fonte: O Autor
A Figura 44 – a) e b) mostram a microestrutura em microscópio eletrônico de varredura do alumineto ferro após consolidação FAHP/1100°C-Fe3Al. A microestrutura em
500x, Figura 44 a) mostra uma consolidação homogênea, com grãos grandes e interligados. Na Figura 44 b) com 2500x é possível observar a porosidade. As soluções sólidas aparentes podem representar o Fe3AlC0,5 após resfriamento do material, já que nos
difratogramas apresentados após a consolidação FAHP/1100°C-Fe3Al apareceu picos de
O processo FAHP/1100°C-Fe3Al mostrou-se um processo de consolidação eficiente,
mesmo com a oxidação. Acredita-se que essa oxidação ajudou a melhorar as propriedades do material, elevando a dureza e densidade.
Figura 44 - a), b) Micrografias em microscópio eletrônico de varredura do alumineto ferro pelo processo de consolidação FAHP/1100°C-Fe3Al.
Fonte: O Autor
A presença de pós aglomerados aumenta a possibilidade de formar porosidade no material durante a consolidação (NAZARIAN – SAMANI, 2010). Esta é uma das justificativas para a porosidade encontrada no processo S.V/1300°C-Ni3Al.
A Figura 45 apresenta a microestrutura em microscópio eletrônico de varredura do alumineto de níquel pelo processo S.V/1300°C-Ni3Al. Na Figura 45 a) observa-se uma
estrutura com as partículas bem coesas, porém houve o aparecimento de relevos. É possível ver alguma porosidade, que é proveniente da aglomeração do material moído por 20 h. A porosidade ficou mais nítida na Figura 45 c) - BSE, esta porosidade é conseqüência do processo de S.V/1300°C-Ni3Al em que o alumineto de níquel foi somente compactado a frio
e sinterizado.
Para eliminar a porosidade seria necessário a aplicação de pressão durante a sinterização, o que induz a deformação plástica dos pós e, por conseguinte uma interpenetração levando a diminuição da porosidade durante a consolidação. Além disso, a pressão aplicada leva a quebra das camadas de óxido depositadas em cima das partículas, levando a uma ligação mais eficaz (NAZARIAN – SAMANI, 2010).
A Figura 45 b) apresenta a microestrutura com aumento de 2500x, é possível verificar que dentro dos relevos há o aparecimento de trincas, essas trincas são provenientes da compactação a frio que provavelmente obteve delaminação e na sinterização as trincas
abriram-se com a reatividade da temperatura. Na Figura 45 c) – BSE e d) aumento de 4000x foi possível ver com melhor nitidez as trincas.
Estas trincas e a porosidade influenciaram na densidade do material, atingindo apenas 64% da teórica, mas comparando com resultados de outras referências o resultado foi satisfatório, pois Nazarian – Samani (2010) conseguiu densidade de 4,28 a 4,65 g/cm³, e o resultado que se atingiu foi em torno de 4,80 g/cm³.
Na Figura 45 c) – BSE observou-se o alumineto de níquel consolidado conforme a identificação.
Quanto a oxidação verificada através da análise semiquantitativa verificou-se em torno de 5%p de oxigênio e o alumínio obteve um aumento quando comparado com a estequiometria inicial que era de 12%p e ficou com 15%p, indicando a formação de Al2O3.
Figura 45 - a), b) e c) e d) Micrografias em microscópio eletrônico de varredura do alumineto níquel pelo processo de consolidação S.V/1300°C-Ni3Al.
Fonte: O Autor
Com a pressão assistida de sinterização os pós aglomerados tendem a crescer removendo a porosidade e, por conseguinte aumentar a densidade. Nota-se que a aplicação de pressão a temperaturas elevadas leva o material a diminuir a resistência a deformação e com isso diminuir a porosidade (NAZARIAN – SAMANI, 2010).
A Figura 46 a), b) e c) apresenta as micrografias feitas em microscópio eletrônico de varredura do alumineto de níquel pelo processo FAHP/1100°C-Ni3Al. Na Figura 48 a) é
possível verificar que o material teve uma boa consolidação quando comparado com os outros processos. Com base em pesquisas anteriores, onde diz – se que a tensão cisalhante através da pressão aplicada conduz ao rearranjo das partículas e diminui a porosidade (NAZARIAN – SAMANI, 2010). Esta afirmação indica que o processo FAHP/1100°C foi bem eficaz no rearranjo das partículas, pois a porosidade foi baixa, obtendo-se em torno de 95 a 96% da densidade teórica. Além da alta reatividade imposta por este processo que utiliza altas taxas de temperaturas, quando ligado a utilização de pressão, ocorre a remoção de grandes porosidades e previne o crescimento de grão.
Na Figura 46 com aumento 2500x e 2000x BSE identificou-se alguns pontos mais escuros que sugerem a porosidade, mas baseado em pesquisas de Wang et al. (2009) pode ser a volatilização do alumínio, devido a alta temperatura e/ou pressão de vapor do alumínio. A possibilidade de volatilização do alumínio foi sugerida, pois na análise semiquantitativa obteve-se 19%p de oxigênio e o alumínio obteve um decréscimo de 2%p para a estequiometria inicial.
Figura 46 - a), b) e c) Micrografias em microscópio eletrônico de varredura do alumineto níquel pelo processo de consolidação FAHP/1100°C-Ni3Al.
A oxidação no processo FAHP/1100°C-Ni3Al mostrou-se bem presente tanto no
alumineto de ferro quanto no alumineto de níquel, indicando que o processo é bem reativo. Sabe-se que a formação de óxidos pode elevar a dureza do material, porém não é possível afirmar que a dureza de 605 HV0,025 adquirida pelo processo FAHP/1100°C-Ni3Al foi
influenciada pela oxidação, visto que o processo obteve uma densidade de 96% da teórica. A constatação de óxido confirma-se pelo difratograma de raios – X onde apareceram picos de Ni3Al e Al2O3, mas na microestrutura não foi possível verificar ou identificar o Al2O3.
Com o intuito de avaliar melhor a distribuição das partículas, porosidade e através de ataque químico avaliar a existência de fases diversas, utilizou-se a microscopia óptica. A Figura 47 a) apresenta a microestrutura do alumineto de ferro após a consolidação pelo processo S-F-HP/A1000°C.
Figura 47 - a) e b) – com ataque nital 2% Micrografias óptica mostrando a distribuição do alumineto de ferro após consolidação S-F-HP/A1000°C.
Fonte: O Autor
A microestrutura apresenta partículas de Fe3Al , uma morfologia equiaxial, em que o
material após a consolidação apresenta oxidação conforme análises semiquantitativas. Então sugere-se que o material que circunda as partículas claras indica Al2O3, as partes mais escuras
e com certa profundidade acredita-se ser porosidade visto que a densidade apresentada ficou com uma média em torno de 3,88 ± 0,026 g/cm³, 58% da teórica.
Na Figura 47 b) após ataque químico possibilitou revelar os contornos de grão da partícula de Fe3Al conforme identificação.
A Figura 48 a) apresenta a micrografia do alumineto de ferro após consolidação pelo processo F-HP/A900°C.
Figura 48 - a), b) Micrografias óptica mostrando a distribuição do alumineto de ferro após consolidação F- HP/A900°C.
Fonte: O Autor
Na micrografia verificou-se uma distribuição mais homogênea das partículas, quando comparada ao processo S-F-HP/A1000°C citado na Figura 47 a). As partículas mantiveram – se equiaxiais, mas com uma concentração maior de partículas de Fe3Al. Ficou nítido também
que o material está com menos porosidade. Isto se comprova com a densidade média obtida neste processo, que ficou em torno de 3,99 ± 0,029 g/cm³. Conforme o processo S-F- HP/A1000°C, a Figura 48 b) apresenta a micrografia do alumineto de ferro após aplicação de ataque químico com nital 2%, onde o mesmo revelou apenas os contornos de grão da partícula de alumineto.
Confrontando os processos de consolidação anteriores é possível avaliar as diferenças e perceber quais parâmetros estão influenciando nos resultados obtidos. A Figura 49 a) apresenta a micrografia do alumineto de ferro pelo processo F-HP/A1100°C. Verificou-se que as partículas de Fe3Al estão mais homogêneas, e a porosidade reduziu.
A redução de porosidade confirma-se pelo valor médio da densidade que ficou em torno de 4,12 ± 0,12 g/cm³. Um dos parâmetros que pode ter influenciado esta melhora no material, pode ser justificada pelo aumento de temperatura de aquecimento, antes da conformação a quente, que no processo anterior foi de 900°C e neste processo foi 1100°C. A aplicação de pressão a temperaturas elevadas diminui a resistência do material a deformação, diminuindo a porosidade (NAZARIAN – SAMANI, 2010).
Na Figura 49 b) a micrografia do alumineto de ferro com ataque químico verificou-se que as partículas de alumineto de ferro aparentemente estão circundadas por um outro composto, no qual sugere-se o Al2O3. A possibilidade de ser Al2O3 é amparada pelos valores
obtidos na análise semiquantitativa, onde obteve-se 11%p de oxigênio e o alumínio obteve um acréscimo em torno de 9,4%p, quando comparado com estequiometria inicial.
Figura 49 - a), b) Micrografias óptica mostrando a distribuição do alumineto de ferro após consolidação F- HP/A1100°C.
Fonte: O Autor
Os processos de consolidação utilizando pressão e temperaturas atribuem propriedades mecânicas mais efetivas quando comparadas a processos de consolidação utilizando somente sinterização. A Figura 50 a) apresenta a micrografia do alumineto de ferro pelo processo S.At.N2/1250°C. Na micrografia verificou-se a presença das partículas de Fe3Al, mas a
concentração de porosidade maior, isto demonstra que para uma boa consolidação não é suficiente somente utilizar altas temperaturas.
Figura 50 - a) e b) Micrografias óptica mostrando a distribuição do alumineto de ferro após consolidação S.At.N2/1250°C.
A Figura 50 b) apresenta a micrografia da partícula de alumineto de ferro após consolidação, com ataque químico. Revelou os contornos de grão, e a microestrutura ficou muito parecida com uma cementita proeutetóide com colônias de perlita.
A Figura 51 a) apresenta o alumineto de ferro consolidado pelo processo S.V/1300°C. Corroborando com processo S.At.N2/1250°C, verificou-se que a distribuição das partículas foi
mais homogênea, mas a micrografia também apresentou porosidade.
Os resultados obtidos neste processo foram mais efetivos, mas vale salientar que neste processo a pré forma foi compactada com 600 MPa, a sinterização foi em uma temperatura maior e atmosfera de proteção foi o vácuo. Verificou-se que a disposição das partículas ficou diferente, quando comparadas com o processo S.At.N2/1250°C, a densidade também se
mostrou superior, apresentando em torno 4,03 ± 0, 060 g/cm³ enquanto no processo S.N2/1250°C obteve-se 3,41± 0, 074 g/cm³, mostrando que a consolidação foi mais eficiente.
Na Figura 51 b) a micrografia foi avaliada após ataque químico, onde revelou-se também os contornos de grão e algumas agulhas tipo martensita.
Figura 51 - a) e b) Micrografias óptica mostrando a distribuição do alumineto de ferro após consolidação S.V/1300°C-Fe3Al.
Fonte: O Autor
A microestrutura no processo FAHP/1100°C-Fe3Al mostrou-se muito diferente dos
outros processos, evidenciando uma boa consolidação com uma boa coesão das partículas. A Figura 52 a) apresenta a disposição do alumineto de ferro após a consolidação. Ficou nítida a eficiência do processo mesmo com o aparecimento de pequenos poros e algumas oxidações.
Sabe-se ainda que a oxidação que ficou evidente em todos os processos pode ter ajudado a aumentar a dureza dos intermetálicos.
Na Figura 52 b) com ataque químico, verificou-se que as partículas de alumineto de ferro obtiveram uma disposição muito parecida com ramos uns interligados aos outros. As partes mais escuras são mais evidentes, devido ao forte ataque químico para revelar as partículas.
Figura 52 - a) e b) Micrografias óptica mostrando a distribuição do alumineto de ferro após consolidação FAHP/1100°C-Fe3Al.
Fonte: O Autor
Os intermetálicos a base de níquel-alumínio estão sendo muito estudado em várias aplicações e com técnicas e processos diferentes. Existem trabalhos utilizando o Ni3Al como
revestimentos em substratos de aços convencionais e até mesmo em aços com ligas especiais, que não possuem resistência a oxidação a temperaturas elevadas. A Figura 53 a), b), c) e d) apresenta a micrografia do alumineto e níquel pelo processo S.V/1300°C-Ni3Al e a Figura 53
e) e f) apresentam as micrografias do alumineto de níquel pelo processo FAHP/1100°C- Ni3Al.
Com a utilização de temperatura de 1300°C houve um crescimento das partículas e uma ligação entre elas, porém não totalmente efetiva. Mas o resultado médio da densidade que ficou em torno de 4,8 ± 0, 063 foi bom quando comparado com outros estudos. Contudo verificou-se que neste processo as pré formas compactadas sofreram uma delaminação que só ficou aparente após a consolidação. Esta delaminação tem influência direta na densidade, pois
apresenta vazios após a consolidação. Estes vazios fazem com que a microestrutura apresente uma distribuição de partículas diferente conforme demonstra a Figura 53 c) e d).
Figura 53 - a), b), c), d), e) e f) Micrografias óptica mostrando a distribuição do alumineto de níquel após consolidação S.V/1300°C-Ni3Al e FAHP/1100°C-Ni3Al.
Fonte: O Autor
O processo FAHP/1100°C-Ni3Al mostrou-se muito eficiente na consolidação do
alumineto de níquel, comparando com os resultados encontrados no processo S.V/1300°C- Ni3Al. A Figura 53 e) e f) apresentam a distribuição das partículas do alumineto após a
consolidação. Nitidamente o material obteve uma boa densidade, com pouca porosidade. Mas a pequena quantidade de porosidade observada pode ser agregada com outro fator, que é a
volatilização do alumínio, pois pelas análises semiquantitativas o alumínio obteve um decréscimo 1,7%p de alumínio, sugerindo que com a alta temperatura e taxa de aquecimento elevado o alumínio volatilizou.
4.2.5 Difração de Raio – X
A Figura 54 apresenta o difratograma de raios – X do alumineto de ferro após o processo de consolidação por FAHP/1100°C-Fe3Al, no difratograma identificou-se os picos
de Fe3Al e possivelmente picos de Fe3AlC0,5. O aparecimento desse composto contendo
carbono se justifica pelo uso de matriz de grafite. Trabalhos recentes encontraram picos de Fe3AlC0,5, porém a causa do aparecimento desses precipitados justificou-se pela adição de
metanol como agente controlador de processo durante a MA (WANG et al., 2009). Em suas pesquisas Jia; He; Meng; Guo, (2007) atribuiu a formação do carboneto ao molde de carbono, devido o carbono difundir- se as amostras a temperaturas elevadas.
Figura 54 - Difratograma de raios – X do alumineto de ferro após a consolidação FAHP/1100°C-Fe3Al.
Fonte: O Autor
A Figura 55 apresenta o difratograma de raios – X do alumineto de níquel após o processo de consolidação FAHP/1100°C-Ni3Al. Os picos de γ‟ (Ni3Al) e picos de óxido de
alumina (Al2O3). Temperaturas e taxas de aquecimentos elevados em tempos longos levam a
formação de óxidos, o que justifica o aparecimento do óxido de alumínio.
A resistência a oxidação não depende apenas da composição, mas também da microestrutura, principalmente a granulometria. Caminhos rápidos de difusão, como as fronteiras de grão ajudam também na oxidação seletiva do Al, formando o Al2O3 (CAO,
2007).
A formação de óxido quando de forma intencional e controlada beneficia as propriedades mecânicas, como é caso da dureza, que com o óxido aumenta.
Figura 55 - Difratograma de raios – X do alumineto de níquel após a consolidação FAHP/1100°C-Ni3Al.
5 CONCLUSÕES
Com base nos resultados obtidos pode-se concluir que:
A moagem de alta energia por 20 h mostrou-se eficiente, pois obteve-se os intermetálicos Fe3Al e Ni3Al;
As combinações de temperaturas elevadas, agregadas a pressão, são muito mais eficientes na densificação dos aluminetos de ferro e níquel resultando em uma densificação de até 95% da teórica;
Os pós tratados a 1000°C/ 2 h, resultaram na reordenação dos intermetálicos e favoreceram a etapa de compactação.
O processo de consolidação FAHP/1100°C mostrou-se eficaz para o alumineto de ferro e níquel, obtendo altas densidades, chegando a valores de 92% e 95% da teórica respectivamente;
A oxidação presente em todos os processos resultou na formação de Al2O3
favorecendo a melhora das propriedades.
Todos os processos resultaram em um aumento de dureza média quando comparada a outras pesquisas, entretanto os processos FAHP/1100°C, HP/900°C e HP/1100°C obtiveram as maiores durezas, com valores em torno de 758 HV0,025, 667 HV0,025, e
654 HV0,025 respectivamente para o alumineto de ferro, e também pelo processo
FAHP/1100°C 605HV0,025 para o alumineto de níquel;
Através das análises de difração de raios – X, após a consolidação FAHP/1100°C, observou-se dois compostos além do Fe3Al, um foi o Al2O3 e a outra foi o Fe3AlC0,5.