Oțelurile sinterizate reprezint ă categoria cea mai utilizată de materiale sinterizate deoarece au aplicabilitate în toate domeniile. Așa cum se… [624221]

Oțeluri Sinterizate
145 CAPITOLUL IV
OȚELURI SINTERIZATE
IV.1. INTRODUCERE
Oțelurile sinterizate reprezint ă categoria cea mai utilizată de materiale
sinterizate deoarece au aplicabilitate în toate domeniile.
Așa cum se poate observa din fig. IV.1 produsele sinterizate acoper ă un
spectru foarte larg de aplica ții, 70% din produsele sinterizate fiind alocate
segmentului auto. Din acest procent de 70%, piesele pentru transmisie (arbori,
biele, ro ți dințate, lag ăre) ocupă peste 90% . Aceste piese sunt supuse în
funcționare la solicit ări mecanice intense și, din acest motiv materialele din care
sunt fabricate trebuie să răspundă la aceste cerin țe.

Fig. IV.1. Domenii de aplicabilitate a produselor MP [ 138-140]

În t abelul IV.1. sunt prezentate oțeluri sinterizate standardizate
(compozi ție, caracteristici) cu domeniile de aplicabilitate [133, 138].

Oțeluri Sinterizate
146
Tabelul. IV.1.
Materiale utilizate în MP pentru piese sinterizate conform MPIF -ASTM -DIN-SAE [ 133, 138]
Clasa Material Compozi ție
[%] Rezisten ță
la trac țiune
[PSI] Limita de
curgere
[PSI] Alungire
[%] Densitate
[g/cm3] Duritate
aparentă Recomandări Specifica ții
echivalente
I-8 Fe, Cu,
C Fe 88,1
Cu 7,0 -9,0
C 0,6 -0,9
Altele 2,0
max 55 50 <0,5 6-6,4 HRB65 Se utilizează pentru piese
rezistente la uzare și unde
nu se pot aplica tratamente
termice MPIF: FC -0808 -45
ASTM: B783 -93
DIN: SINT -C21
SAE: 864 grade3,
class3
I-10 Cu, o țel Fe 87,2 -90,5
Cu 9,5 -10,5
C 0-0,3
Altele 2,0
max 30 26 <1 6-6,4 HRB15 Materiale pentru rulmen ți
cu rezisten ță și tenacitate
ridicată MPIF: FC -1000 -20
ASTM: B783 -93
SAE: 862
I-15 Fe, Cu,
C Fe 91,1-95,4
Cu 4,0 -6,0
C 0,6 -0,9
Altele 2,0
max 68 60 <0,5 6-6,4 HRB65 Excelent pentru toate
piesele cu sau fără
tratament termic MPIF: FC -0508 -50
ASTM: B783 -93
DIN: SINT -C21
SAE: 864 grade2,
class3
I-31 Fe, Cu,
C Fe 75 -78
Cu 18 -22
C 0,4 -0,6
Altele 2,0
max 40 32 1 6-6,4 HRB40 Pentru rulmen ți și piese
strcutrale. Rezisten ță la
abraziune mare MPIF: FC -2000 -40
DIN: SINT -B20
I-40L Fe, C
Proprietă ți
după
tratament
termic Fe 97,4 -99,7
C 0,3 -0,6
Altele 2,0
max 32
60 23 1
<0,5
6,4-6,8
6,4-6,8
HRB45

HRC20 Pentru piese cu rezisten ță
și duritate moderate care
sunt supuse prelucrării prin
așchiere. Crește rezistența
prin călire și revenire MPIF: F -0005 -20
ASTM: B783 -93
DIN: SINT -C01
SAE: 853, class2

Oțeluri Sinterizate
147
Tab. I V.1. (continuare)
Materiale utilizate în MP pentru piese sinterizate conform MPIF -ASTM -DIN-SAE [ 133, 138 ]
Clasa Material Compozi ție
[%] Rezisten ță
la
tracțiune
[PSI] Limita
de
curgere
[PSI] Alungire
[%] Densitate
[g/cm3] Duritate
aparentă Recomandări Specifica ții
echivalente
I-40H Fe, C
Proprietă ți
după
tratament
termic Fe 97,4 -99,7
C 0,3 -0,6
Altele 2,0
max 38

70 28 1,5

<0,5 6,8-7,2

6,8-7,2 HRB55

HRC22 Pentru piese cu rezisten ță
și duritate moderate care
sunt supuse prelucrării prin
așchiere. Crește rezistența
prin călire și revenire MPIF: F -0005 -25
ASTM: B783 -93
DIN: SINT -D01

I-50 Fe/Ni Fe 50
Ni 50 38 12 6,8-7,2 HRB20 -25 Material foarte bun pentru
magne ți moi cu forțe
coercitive foarte scăzute DIN: S FeNi15

I-65 45P Fe 97,8 -99,5
P 0,45
Altele 1,0
max 45 30 7 6,8-7,2 HRB35 Material foarte bun pentru
magne ți moi MPIF: F -0000 -20
modificat
ASTM: B783 -93
DIN: SINT -D35
SAE: 853, class1
I-75 Fe, Ni,
Cu, C Fe 91 -96,41
Ni 1,6 -2
Mo 5 -6
C 0,6 -0,9
Altele 2,0
max 60 60 <1 6,4-6,8 HRC20 -30 Piese sinterizate cu
rezisten ță și duritate mari.
Se utilizează la roți dințate,
pinioane MPIF: FC -0808 -45
ASTM: B783 -93
DIN: SINT -C21
SAE 864grade3,
class3
I-78 Fe, Cu,
C Fe 91,1 –
95,4
Ni 4,0 -6,0 68 60 1 6,4-6,8 HRB70 -80 MPIF: FLC -4608 –
50HT
ASTM: B783 -93
DIN: SINT -D39

Oțeluri Sinterizate
148
În ceea ce prive ște elementele de aliere , acestea influen țează și
proprietă țile oțelurilor sinterizate în mod similar cu oțelurilor conven ționale.
Unele elemente precum Mn și V care se întâlnesc în compoziția oțelurilor
conven ționale, datorit ă afinită ții mari faț ă de oxigen necesită o aten ție sporit ă
deoarece, la elaborarea o țelurilor sinterizate în atmosfere comerciale de
sinterizare acestea tind să oxideze.
Elementele de aliere pentru o țelurile sinterizate trebuie stabilite cu mare
atenție și trebuie ținut cont și de stabil itatea dimensională, nu numai de
proprietă țile pe care acestea trebuie s ă le posede.
În cazul elaborării prin MP a unor o țeluri destinate organelor de mașini
trebuie să se țină cont de anumite condi ții [30]:
 În cazul în care este nevoie de rezisten ță mecan ică ridicată este
necesară introducerea de elemente de aliere în compozi ția amestecului
de pulberi;
 Trebuie să se țină cont de afinitatea unor elemente fa ță de oxigen și, în
acest caz un element foarte utilizat este cuprul;
 Avantajul cuprului constă în f aptul că are temperatura de sinterizare
mai mică fa ță de cea a fierului , astfel că alierea se realizează mai
repede;
 Carbonul este cel mai ieftin element de aliere cu fierul dar utilizarea lui
impune un control riguros al compozi ției și utilizarea unor atmo sfere
speciale de sinterizare, mai ales că acesta reac ționeaz ă cu oxigenul și
hidrogenul . Elementele de aliere precum Ni și Mo introduse în
compozi ția oțelului cresc temperatura de sinterizare și totodat ă cresc și
costurile.

Oțeluri Sinterizate
149
IV.2. ELABORAREA PULBERIL OR DE Fe
Procedeul de elaborare a pulberilor de Fe influen țează caracteristicile
fizico -chimice dar și pe cele tehologice ale oțelurilor sinterizate.
Dintre procedeele de elaborare a pulberilor de Fe se pot aminti:
procedeul electrolitic, prin reducere și prin ato mizare. În tabelul IV.2 se
prezintă caracteristicile pulberilor de Fe ob ținute prin cele 3 procedee.
Tabelul IV.2 .
Caracteristicile pulberilor de Fe [ 10]
Tipul de pulbere Electrolitic Redusă Atomizată
Analiză chimică, [%]
Fier total 99,61 98,80 99,15
Insolubile 0,02 0,10 0,17
Carbon 0,02 0,04 0,015
Hidrogen loss 0,29 0,30 0,16
Mangan 0,002 … 0,20
Sulf 0,01 0,007 0,015
Fosfor 0,002 0,010 0,01
Analize fizice
Densitate aparentă [g/cm3] 2,31 2,40 3,0
Timp de curgere, [s/50 g] 38,2 30,0 24,5
Analiza granulometrică [%]
÷100 0,5 0,1 2,0
100÷150 13,1 7,0 17,0
150÷200 22,6 22,0 28,0
200÷325 29,4 17,0 22,0
÷325 34,4 27,7 22,0
Proprietă ți de presare
Densitate presat [g/cm3] 6,72 6,51 6,72
Rezisten ța [MPa] 19,7 19,0 8,4

Oțeluri Sinterizate
150
Cea mai mare puritate a pulberilor de Fe s -a obținut pentru cele obținute
prin procedeul electrolitic. Din punctul de vedere al compactibilită ții pulberile
obținute prin electroliz ă respectiv atomizare prezintă cea mai bună
compactibilitate.

IV.3. PULBERILE DE GRAFIT ȘI IMPORTANȚA LOR
Grafitul, ca și surs ă de carbon, este cel mai utilizat element de aliere cu
Fe, acesta oferindu -i aliajului rezisten ță și duritate. Totodat ă, acesta ac ționeaz ă
și ca lubrifiant la operația de formare. Pentru materiale cu destina ții speciale,
grafitul trebuie să prezinte puritate foarte mare. Grafitul poate fi de două tipuri:
grafitul natural și grafitul sintetic.
Există 4 parametri fundamentali care definesc proprietă țile grafitului
[41, 65, 103 ]:
 Structura cristalină ;
 Textura;
 Dimensiunea și forma particulelor;
 Puritatea.
O gamă variată de grafit natural și sintetic poate fi produs ă combinând
acești 4 parametri. Diferența între grafitul natural și cel sintetic o reprezint ă
puritatea, care este influen țată de con ținutu l de carbon, umiditate și compoziția
chimică a cenu șii. Impurit ățile din grafitul natural tind s ă formeze oxizi stabili
care rămân pe suprafa ța particulelor de Fe împiedicând astfel procesul de
difuzie a grafitului natural. Grafitul sintetic, care este pur tinde să se dizolve
rapid în fier, asigurând astfel o duritate ridicată. Există diferen țe în aranjarea
cristalografică între grafitul natural și cel sintetic. Parametrii cristalini Lc și La
utiliza ți pentru a caracteriza propriet ățile grafitului sunt dife riți la grafitul
natural fa ță de cel sintetic. Un volum de grafit cu valori ale lui Lc și La mici are
mai multe limite de fază și defecte asociate.

Oțeluri Sinterizate
151
Aceasta va afecta energia de suprafa ță și alte propriet ăți care afecteaz ă
caracteristicile de difuzie și de solubilitate. Grafitul sintetic are, în general
pentru Lc și La valori mici respectiv planele de baz ă sunt mai dezvoltate
comparativ cu cele ale gra fitului natural. Aceasta conduce la o structură
prismatică pe noduri.
Datorită faptului că reactivitatea grafitului depinde de atomii de carbon
din noduri, grafitul cu cei mai mul ți atomi prismatici tinde s ă reac ționeze foarte
repede în Fe [ 65].
În tabelu l IV.3 sunt prezentate informa ții cu privire la propriet ățile și
aplica țiile grafitului.
Tabelul IV.3.
Proprietă țile și aplicațiile grafitului [ 132]
Tipul
grafitului Cenu șă
[%] Parametri
cristalini Densitatea
Scott Aplica ții
Natural, fin
UF4 0,1-6 – – Creioane mecanice,
lubrefian ți,
metalurgia
pulberilor, plastice
Sintetic, fin
F10 <0,6 >90 0,09 Piese sinterizate
pe bază de Fe,
lagăre
autolubr ifiante
Sintetic,
grosier KS44 <0,06 >100 0,10 Aliaje speciale
(Al, Mg, Ti),
materiale dure
(WC, TiC)
Natural,
grosier
PG44 <4 >200 0,23 Piese dinterizate
pe bază de Fe,
piese de fric țiune
pe bază de Fe

Oțeluri Sinterizate
152
IV.4. SISTEMUL F e-C
Aliajele sinterizate Fe -C cu un con ținut pân ă la 2,11 %C (o țelurile)
prezintă aceea și constituenți ca și cele convenționale și anume: ferită, austenită,
perlită și cementit ă secundară. Există totu și mici diferențe ale oțelurilor
sinterizate fa ță de cele conven ționale și anume, atunci când , pentru elaborarea
oțelurilor sinterizate se pornește de la amestecuri de pulbere de Fe și g rafit,
acesta din urmă (grafitul) nu difuzează complet în re țeaua fierului, r ămânând
astfel incluziuni grafitice în masa metalică. A șadar aces t fenomen poate
influen ța negativ propriet ățile mecanice ale oțelurilor sinterizate.
IV.4.1. Procedee de elaborare a oțelurilor sinterizate
În vederea elaborării o țelurilor sinterizate se pot practica 3 procedee și
anume [4, 19, 23, 24, 70 ]:
 prin alierea fierului cu carbonul, acesta din urmă fiind sub formă de
grafit. Acest procedeu are ca și dezavantaj prezența grafitului remanent
în structura o țelului, fapt care influențeaz ă negativ proprietă țile
mecanice;
 prin carburarea unui semifabricat din fier . Carburarea se poate practica
în mediu gazos, lichid sau solid ;
 prin introducerea carbonului sub formă de compuși d e tipul
carburilor, feroaliajelor.
Pentru elaborarea o țelurilor sinterizate la nivel industrial se parcurg
etapele prezentate în fig. IV.2.

Oțeluri Sinterizate
153

Fig. IV.2. Itinerariul tehnologic de elaborare a o țelurilor sinterizate [30]
Procedeul cel mai des utilizat pentru elaborarea o țelurilor sinterizate
constă în elaborarea unui amestec omogen de pulberi de Fe și grafit urmat de
compactizare și sinterizare [30].
Grafitul utilizat la elaborarea o țelurilor are și rol de lubrifiant astfe l încât
se facilitează alunecarea granulelor de pulbere din amestec atât la compactizare
cât și la ejectarea semifabricatului crud din matriț ă [30].
Pentru asigurarea unor proprietă ți mecanice cât mai ridicate, în procesul
de elaborare a o țelurilor sinteri zate este bine să se utilizeze pulberi de grafit cu
puritate cât mai mare și cu granulație cât mai fin ă [30, 66].
Un dezavantaj major al utilizării pulberilor de grafit la elaborarea
oțelurilor sinterizate const ă în faptul că generează structuri neomogene, ceea ce
afectează negativ caracteristicile mecanice ale acestora.

Oțeluri Sinterizate
154
Neomogenitatea structurală se datorează pe de -o parte faptului că
diferen ța dintre densit ățile dintre cele două componente ale amescului fiind
mare ρ Fe=7,86 g/cm3, ρ Gr=2,26 g/cm3, grafitul are tendin ța accentuat ă de
segregare în opera ția de omogenizare, iar pe de alt ă parte ca efect al
segregărilor de grafit la sinterizare nu are loc difuzia integrală a gr afitului în
rețeaua Fe, ceea ce face ca în masa metalic ă de bază a o țelului s ă se regăsească
incluziuni de Gr care reduc substan țial unele propriet ăți mecanice în special
rezisten ța la rupere și la oboseal ă [30].
Pentru a se înlătura aceste deficien țe s-au dezvoltat cercetări în vederea
înlocuirii grafitului la elaborarea o țelurilor sinterizate.
Unele dintre acestea constau în introducerea în amestec cu fierul a
carbonului sub formă de carburi care, în intervalul termic de sinterizare asigură
aportul de car bon prin difuzia acestuia în pulberea de fier. În acest sens s -au
folosit Cr 3C2, Mo 2C și diferite carburi compuse MCM, MVM și altele [ 19]. În
eforturile de cercetare au fost experimentate procedee alternative fa ță de
primele două cum este cazul utilizării hidrocarburii C 7H7 în amestec cu fierul
[30, 82] dar și în acest caz apar dezavantaje prin prisma impurit ăților care
rezultă după sinterizare.
IV.5. O ȚELURI SINTERIZATE ALIATE CU PULBERI DE C u
Așa cum s -a mai prezentat, cuprul reprezintă unul din elementele
utilizate cu precădere la alierea cu Fe. În cazul alierii Fe și Cu au loc procese d e
solubilizare a atomilor de Cu în re țeaua Feγ .
Fenomenele care apar la încălzirea unui amestec de puberi de Fe și Cu de la o
temperatură sub punctul de topire al cuprului până la o temperatură mai mare de
1096 oC pot fi interpretate cu ajutorul diagramei de echilibru Fe -Cu, fig. I V.3.

Oțeluri Sinterizate
155
Pe parcursul încălzirii va fi asigurată o viteză suficient de mare în a șa fel
încât să nu se producă interdependen țe de difuzie, pân ă când cuprul este topit.
Etapele sunt următoarele :
 Topirea cuprului (1084 oC);
 Cuprul lichid dizolvă o parte din fier;
 Este posibilă formarea unei faze ε între 1084 oC-1096 oC (solu ție
solidă bazată pe cupru);
 Cuprul începe să difuzeze în fierul solid formându -se astfel solu ția
solidă γ;
 La 1096 oC solu ția solid ă bogată în cupru ε se descompune form ând
lichid bogat în cupru și cupru solid saturat γ;
 Cuprul continuă să difuzeze în γ.
Dacă se continuă men ținerea peste temperatura de 1096 oC solu ția
solidă γ devine saturat ă în Cu. Dacă procentul de Cu este mai mic decât limita
de solubilitate în γ, faza lichid ă va dispărea. Altf el, un echilibru va fi stabilit
între solu ția lichid ă saturată în Fe și soluția solid ă γ saturat ă în Cu [ 14].

Fig. IV .3. Diagrama de echilibru Fe -Cu [1 4]

Oțeluri Sinterizate
156
Deoarece parametrul de structură al fierului γ este afectat de solu ția de
Cu (într -un con ținut mai mic decât limita de solubilitate), extinderea
particulelor de Fe atunci când Cu este dizolvat în ele este aproximativ egală cu
procentul de cupru dizolvat. Dacă o particulă de Fe pur dizolvă 8% masă Cu,
atunci aceasta cre ște cu 8% în volum [30].
În vederea determinării procesel or de dens ificare la sinterizarea cu fază
lichidă , un rol important este cel al interac țiunii dintre lichid și particulele de
pulbere de Fe solide . Cele mai importante interac țiuni sunt acelea care fac
referire la umectarea suprafe țelor solide cu lichid [30, 85].
Caracteristicile de umectare ale unui sistem lichid -solid sunt descrise de 2
parametr ii și anume: unghiul de contact – θ (fig. IV.4) și unghiul diedru – Φ (fig. IV.5).

Fig. IV.4. Unghiul de contact θ determinat de valorile relative ale σ SL, σSV și σLV (σ
tensiunea de suprafa ță= γxsuprafa ța, unde γ este energia de suprafa ță [30, 85]

Fig. IV.5. Unghiul diedru Φ, o func ție a m ărimilor relative γSL și γSS (σSL și σSS)
[30, 85]

Oțeluri Sinterizate
157
Semnifica ția acestor parametrii trebuie înțeleas ă foarte bine iar valoarea
lor trebuie cunoscută înainte de a stabili procesele care au loc la sinterizarea cu
fază lichidă a pieselor pe bază de Fe -Cu [30, 85].
IV.5.1. Pulberile d e Cu
Datorită faptului că reprezintă unul dintre elementele de aliere cel mai
des utilizate, mai ales în cazul o țelurilor, cuprul conduce la creșterea rezistenței
mecanice și a durit ății aliajelor Fe -Cu-C. Concentra ția de cupru folosit ă la
alierea cu Fe și C în vederea elabor ării o țelurilor se situează în limitele (1,5 –
4)%, conducând astfel la atingerea unor valori cuprinse între (140-240) N/mm2
pentru rezisten ța mecanic ă la rupere, respectiv 170 N/mm2 pentru rezisten ța la
compresiune [30, 93];
Așa cum s -a arătat în primul capitol, pe lângă opera țiile specifice
elaborării pieselor prin MP există și operații auxiliare și -n acest sens, în cazul
oțelurilor aliate cu Mn și Cu pot fi necesare anumite operații auxiliare cum ar fi
de exemplu prelucrările mecanice, iar adi ția celor dou ă elem ente de aliere
facilitează prelucrările prin a șchiere, așa cum rezultă din fig. IV.6 [30, 93].

Oțeluri Sinterizate
158

Fig. IV.6. Efectul con ținutului de grafit remanent, cupru și mangan asupra forței
de apăsare la opera ția de burghiere a fierului sinterizat [30, 93 ]
Un dezavantaj major al utilizării cuprului ca element de aliere în aliajele
feroase elaborate prin MP este reprezentat de instabilitatea dimensională a
aliajului întrucât prezen ța cuprului favorizeaz ă fenomenul de umflare
(sweeling) la sinterizare, rezul tând astfel o cre ștere a volumului piesei
sinterizate. Creșterea volumului la sinterizare a aliajelor feroase cu Cu se
datorează faptului că temperatura de sinterizare fiind mai mare fa ță de
temperatura de topire a Cu (1083oC), sinterizarea are loc în prez ența fazei
lichide din Cu.

Oțeluri Sinterizate
159
Prin topirea cuprului la sinterizarea aliajelor Fe -Cu are loc o cre ștere a
vitezei de difuzie a Cu pe suprafa ța granulelor de pulbere de Fe astfel c ă c.c.a
8,5% Cu va fi dizolvat în re țeaua fierului formând o soluție solid ă de
substitu ție. Întrucât atomii cuprului sunt mai mari decât cei de Fe se produc
distorsiuni în re țeaua cristalin ă a solu ției solide care provoac ă cre șterea
volumică a aliajului în ansamblu [ 43, 44, 81, 86 ];
IV.5.2 . Pulberi prealiate pe bază de cupru
Pulberile prealiate , în MP reprezintă acele pulberi, care au deja din
procedeul de elaborare elemente de aliere. Acestea pot fi ob ținute prin trei
procedee [30, 10, 65]:
 Pulverizarea cu apă a aliajului topit cunoscută sub denumirea de
prealiere. Elementel e de aliere sunt distribuite omogen în particulele
de pulbere. Se poate minimiza problema segregării dar se reduce
compresibilitatea datorită durificării solu ției. Aceste pulberi sunt
produse de Hoganas AB și poart ă numele de pulberi Astaloy [108];
 Alierea mecanică a elementelor de aliere cu pulberile de Fe. Prezintă
avantajul că se poate controla compozi ția și crește compresibilitatea
amestecului de pulberi. Dezavantajul este că elementele tind să
segrege și se realizeaz ă piese cu omogenitate scăzută;
 Al treilea procedeu constă în difuzia particulelor elementelor de
aliere în pulberea de Fe. Elementele de aliere nu difuzează complet,
practic este doar o difuzie par țială astfel încât să nu fie afectată
compresibilitatea și să se reducă problemele de segregar e. Ac est tip
de pulberi este cunoscut sub denumirea de pulberi Distaloy.

Oțeluri Sinterizate
160
Pulberile prealiate din sistemul Fe -Cu sunt ob ținute prin utilizarea
pulberilor de Cu pentru acoperirea prin difuzie a pulberilor de Fe (pulberi
Distaloy ) [122].
Utilizarea acestor tipuri de pulberi, atât prealiate cât și în amestec de
pulberi de Fe și Cu poate aduce atât avantaje cât și dezavantaje.
Principalul dezavantaj îl constituie faptul că pulberile prealiate au o
compresibilitate mai slabă comparativ cu amestecurile d e pulberi de Fe+Cu,
ceea ce afectează negativ densitatea materialului în stare crudă și sinterizat, fig.
IV.7 [30, 75].

Fig. IV.7. Compresibilitatea pulberilor nealiate și prealiate cu Cu [30, 75]

În fig. IV.7 sunt prezentate curbele de compresibilitate pentru 4 tipuri de
aliaje având compozi țiile prezentate în tabelul IV.4.

Oțeluri Sinterizate
161
Tabelul IV.4.
Compozi ția aliajelor [30, 75 ]
Cod Oțelul de
bază Conținut de Cu
(% masic) Grafit
(% masic) Lubrifiant
(% masic)
Std Cu -Mix Ancorsteel
1000B 2% Cu standard 0.8 0.75 EBS –
Premix
Std Cu -Bond Ancorsteel
1000B 2% Cu standard 0.8 0.75 EBS –
ANCORBOND
Fine Cu -Bond Ancorsteel
1000B 2% Cu fin 0.8 0.75 EBS –
ANCORBOND
FD-20Cu -Bond Ancorsteel
1000B 10Fe -20Cu
Distaloy 0.8 0.75 EBS –
ANCORBOND

Se poate observa faptul că, pentru toate cele 4 aliaje densitatea cre ște
odată cu cre șterea presiunii de compactizare. Din punctul de vedere al
compozi ției, densitatea cea mai bun ă a fost ob ținută pentru aliajele Std Cu -Mix
respectiv Std -Cu-Bond, astfel că utilizarea pulberilor prealiate (Distaloy) nu
aduce efecte benefice în ceea ce prive ște densitatea la crud. De asemenea și
utilizarea pulberilor fine de Cu are efecte negative asupra densită ții la crud.
În ceea ce prive ște variația dimensional ă, pulberile prealiate respectiv
cele aliate cu pulberi fine de Cu asigură varia ții dimensionale mai mici dup ă
sinterizare comparativ cu cele standard, a șa cum reiese din fig. IV. 8.

Oțeluri Sinterizate
162

Fig. IV.8. Varia ția dimensional ă a probelor în stare sinterizată [ 75]
Comparativ cu utilizarea amestecurilor de pulberi de Fe și Cu, în care
cuprul are tendin ța de segregare la elaborarea aliajelor Fe -Cu-C, avantajul
utilizării pulberilor prealiate este acela al asigurării unei bune omog enită ți
compozi ționale [75].
IV.5.3. Importan ța carbonului în aliajele Fe -Cu-C
Prezen ța carbonului în compoziția aliajelor Fe-Cu-C se justifică prin două
motive : prin difuzia în re țeaua fierului se asigur ă formarea constituen ților
specifici o țelurilor respectiv în ceea ce privește cuprul, odat ă cu cre șterea
conținutului de carbon sub form ă de grafit se reduce fenomeul de cre ștere în
volum la sinterizare, a șa cum se observă și din fig. IV. 9 [6, 75 ].

Oțeluri Sinterizate
163

Fig. IV.9. Efectul con ținutului de grafit asupra variației dimensionale în sistemul
Fe-Cu-C [6, 75 ]
Carbonul introdus sub formă de grafit în amestecul de pulberi de Fe și Cu
interac ționeaz ă la sinterizare cu cele două pulberi elementale reducând difuzia
Cu. Acest lucru se datorează faptului că, odată cu cre șterea cantit ății de grafit
cresc unghiurile de umectare și unghiul diedru între cuprul lichid și granulele de
pulbere de Fe, fig. IV.10. În fig. IV.11 se prezintă dilatarea unui o țel cu 10%Cu
[30, 75].

Oțeluri Sinterizate
164

Fig. IV.10. Unghiul diedru al unui sistem solid -lichid [30, 75]

Fig. IV.11. Dilatarea o țelului format din amestec Fe -10%Cu în func ție de
conținutul de C [30, 75]

Oțeluri Sinterizate
165
Din fig. IV. 11 se constată că, urmare a cre șterii conținutului în C cu efecte
privind cre șterea unghiurilor de umectare și a unghiului diedru , lichid ul nu mai
curge de -a lungul suprafe țelor granulelor de pulberi și în limitele dintre acestea
și, în consecinț ă, se reduce și cantitatea de Cu lichid pe suprafețele acestora,
reducându -se astfel con ținutul de Cu care difuzeaz ă în granule.
Procesul poate fi de finit mai bine prin analiza dilatometrică a
semifabricatului crud încălzit până la temperatura de feritizare, fig. IV.12 [30,
65].

Fig. IV.12. Curba dilatometrică pentru FC0208, F10 11 [30, 65]
În fig. IV.12 se prezintă curba dilatometrică și graficul dintre
modificările dimensionale (dl/Lo) func ție de temperatur ă (oC). Linia verde
reprezintă curba de încălzire ( viteza 10 oC/min) iar linia albastră reprezintă
curba de răcire (viteza de răcire 5 oC/min) [30, 65]. Modificările dimensionale
variază liniar până la temperatura de 730 oC, aceste modificări fiind corelate cu
dilatarea feritei.

Oțeluri Sinterizate
166
Între 730 -860 oC se observă o scădere dimensională datorită
transformărilor de fază ale fierului și anume din ferit ă cu r ețea cubic ă cu volum
centrat în austenită cu re țea cubic ă, cu fe țe centrate. Între 920 și 1000 oC se
observă o cre ștere mai mare, care se datoreaz ă difuziei carbonului, iar apoi
varia ția este liniar ă până la temperatura de 1080 oC. Între 1080 și 1120 oC se
observă modificări dimensionale semnificative datorită difuziei cuprului lichid
care produce dilatări în structura materialului. La temperatura de 1120 oC proba
a fost men ținută timp de 30 de minute și apoi r ăcită. În timpul răcirii
modificările dimension ale variază aproape liniar până la temperatura de 720 oC,
când are loc transformarea austenitei în ferită și se precipit ă carburi de Fe
rezultând astfel o cre ștere a dimensiunii probei, iar apoi, pân ă la temperatura
camerei varia ția dimensional ă este linia ră [30, 65].
La nivel industrial, pentru fabricarea pieselor din o țeluri sinterizate,
grafitul se utilizează ca și surs ă de carbon. Fiind un element important în cazul
acestor aliaje, acesta trebuie să îndeplinească anum ite proprietă ți dintre care se
pot aminti: puritate, compactibilitate, capacitate de lubrifiere respectiv o bună
difuzibilitate și reactivitate cu Fe [ 16, 18].
IV.5.4. Importan ța lubrifi anților în elaborarea aliajelor din sistemul
Fe-Cu-C
Așa cum s -a arătat în primul capitol pe lângă pulberile elementale, în
MP se utilizează și lubrifianți.
O mul țime de lubrifianți con țin aglomerări de particule chiar în stadiul
livrării generâ nd astfel aglomerări ale pulberii în timpul opera ției de
omogenizare care produc defecte în piesele sinterizate [ 109].
Factorii de care depinde calitatea unui bubrifiant sunt:
 lipsa de aglomerări în compozi ție;
 să nu forme ze aglomerări la opera ția de omogenizare/AM/MM etc;

Oțeluri Sinterizate
167
 să confer e amestecului o curgere bună;
 să reduc ă forțele d e ejec ție dup ă compactizare ;
 timpul de omog enizare;
 temperatura de deliere;
 prețul etc.
Mecanismul de func ționare a lubrifiantului este simplu și anume, atunci
când se compactizează un amestec de pulberi care con ține lubrifiant, forța de
apăsare duce la o cre ștere a presiunii exercitat ă asupra lubrifiantului. Această
presiune reduce vâscozita tea lubrifiantului astfel încât acesta poate curge printre
particule. Fiecare particulă de lubrefiant poate parcurge o distan ță limitată, de
aceea este foarte important ca amestecul format din pulberi și lubrifiant s ă fie
bine omogenizat astfel încăt lubri fiantul să poată umecta toate particulele de
pulbere. După ce a acoperit particulele de pulbere, lubrifiantul atinge pere ții
matri ței și astfel reduce frecarea dintre particulele de pulbere și pereții matriței.
Adăugarea lianților și lubrifianților la pulberile metalice se face sub
formă de [109]:
 pulbere, prin amestecarea uscată cu pulber ile metalic e;
 lichid, prin amestecare cu pulberile metalice la temperatura camerei
sau la temperaturi înalte;
 soluții în apă sau solvenți organici, prin amestecarea cu pulber ile
metalic e, urmată de evaporarea solventului.
Efecte secundare ale utilizării lubrifian ților [109]:
 carbonul rezidual afectează proprietățile fizice, mecanice și chimice
ale pieselor sinterizate;
 oxizii influențează proprietăți tehnologice precum: prelucrabilitatea,
constanta dimensională, etc. ale pieselor sinterizate;
 în timpul eliminării lubrifianților în zona de răcire a cuptorului de
sinterizare se formează reziduuri solide sau lichide.

Oțeluri Sinterizate
168
În cazul amestecurilor de pulberi elementale cum este și cazul Fe -Cu-Gr
pulberile pot segrega după omogenizare datorită densită ților diferite a
materialelor componente și datorit ă morfologiei diferite a pulberilor [ 29, 30].
În cazul sistemului Fe -Cu-C s-au întrepri ns cercetări privind acoperirea
pulberilor cu 0,8% liant prin procedeul numit STARMIX [ 30, 109].
Pentru acest studiu s-au folosit patru amestecuri de pulberi împăr țire în
două categorii, amestecuri din pulberi STARMIX 1 (amestec de pulberi de
FeASC100.24+2 %Cu+0,8%C -1651) și STARMIX 2(ASC100.29+2%Cu (D.A
Cu)+0,8%C -1651) respectiv acelea și amestecuri dar realizate prin tehnologie
clasică notate PREMIX 1 și PREMIX 2.
În fig. IV.13 sunt prezentate comparativ valorile energiilor necesare
ejecției comprimatului d upă presare .

Fig. IV.13. Energia de ejec ție [30, 109]
Se poate observa că energia de ejec ție crește odat ă cu cre șterea densit ății
la crud iar amestecurile STARMIX prezintă valori mai mici ale energiei de
ejecție comparativ cu cele PREMIX.