Materiais com gradiente funcional (MGF), a base de aço inoxidável e cerâmica têm despertado interesse em diversas áreas tecnológicas: estrutural, térmica, elétrica, biomédica e militar, e têm inspirado pesquisadores a combinar propriedades e características que não estão presentes em peças convencionais. Têm sido também considerados como uma alternativa na preparação de partes de motores de alta eficiência, ferramentas de corte e revestimentos estruturais para reatores químicos. A incorporação de metal e cerâmica em uma estrutura graduada permite a integração de muitas propriedades desejáveis que combinam ambas vantagens do metal e a cerâmica. Os componentes cerâmicos são capazes de suportar altas temperaturas e possuem alta resistência à corrosão, enquanto os componentes metálicos apresentam uma alta resistência à tração e alta ductilidade, e portanto são menos susceptíveis a fratura catastrófica. Neste trabalho, compósitos com níveis variáveis de aço inoxidável 316L e zircônia estabilizada com ítria, obtidos pelo processo de moagem de alta energia, foram preparados e caracterizados para determinar o comportamento térmico de cada composição, com o objetivo de planejar a sinterização dos MGFs com gradação de composição química. Difração de raios-x (DRX), análises de dilatometria e calorimetria exploratória diferencial (DSC) foram realizadas para os materiais compósitos com proporções diferentes de aço inoxidável e de zircônia, com o objetivo de analisar a influência da composição, como da taxa de aquecimento no comportamento dos compósitos selecionados durante a sinterização. Além disso, foram construídos por metalurgia do pó e caracterizados três peças de MGF. As peças de MGFs foram caracterizadas no microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura (MEV). Microanálise química foi feito pela técnica de espectroscopia de energia dispersiva (EDS) para o MGF1 e EDS - Line scan analysis das peças MGF2 e MGF3. Finalmente, as fases presentes nas peças foram medidas pela técnica de penetração Vickers. Os resultados dos ensaios dilatométricos para compósitos com teores de zircônia superiores a 50% e com taxas de aquecimento de 5ºC/min e 10ºC/min até 1200ºC, apresentaram uma contração linear maior em torno a 900ºC, e para composições com taxa de aquecimento de 15ºC/min em torno a 1000ºC, indicando que o processo de densificação se inicio a temperaturas inferiores que as outras composições observadas nas curvas dilatométricas para essas mesmas taxas de aquecimento. Os DSC dos compósitos apresentaram uma mudança correspondente à precipitação dos carbetos de cromo próprios do aço inox austenítico. A adição de zircônia ao aço inoxidável inibiu a precipitação dos carbetos, indicado pelo aparecimento de um pico nas amostras composta somente pelo aço inoxidável. / Functionally graded materials (FGM) based on stainless steel and ceramics has aroused interest in many technological areas: structural, thermal, electrical, biomedical and military, and has inspired researchers to combine properties and features which are not present in conventional samples, and is considered to be an alternative in the preparation of high efficient motors parts, cutting tools and structural coatings for chemical reactors. The incorporation of metal and ceramic in a graduated structure allows the integration of many desirable properties that combine advantages of metallic and ceramic materials. Ceramic components are capable of withstanding high temperatures and have high corrosion resistance, while the metallic components provide a higher mechanical resistance, in particular ultimate tensile strength and ductility, and therefore less susceptible to catastrophic fracture. In this work, composites with variable levels of 316L Stainless Steel and Yttria Stabilized Zirconia, obtained by high-energy milling process, were prepared and characterized, in order to determine the thermal behavior of each composition, with the aim of planning the sintering of a FGM with gradation of chemical composition. X-rays diffractometry (XRD), dilatometric analyses and differential scanning calorimetry (DSC) were performed for composites materials with distinct proportions of Stainless Steel and Zirconia, with the objective of analyzing the influence of the composition, as the heating rate the behavior of Stainless Steel/Zirconia layers during sintering. Additionally, were built by powder metallurgy and characterized three samples of FGM. The samples of MGFs were characterized in the optical microscope and scanning electron microscope (SEM). Chemical microanalysis was done by the technique of energy dispersive spectroscopy (EDS) of FGM1 and EDS-Line Scan Analysis of samples and FGM2 and FGM3. Finally, the phases present in the samples were measured by Vickers penetration technique. The results of dilatometric tests for composites with levels higher than zirconia to 50% and heating rates of 5°C/min and 10ºC/min up to 1200°C showed a greater linear shrinkage around 900ºC, and compositions at a heating rate of 15°C/min to about 1000°C, indicating that the densification process is starting at temperatures below that observed in other compositions dilatometric curves for these same heating rates. The DSC of the composites showed a change corresponding to the chrome carbides precipitation own austenitic stainless steel. The zirconia addition to stainless steel inhibited the carbides precipitation, indicated by the appearance of a peak in the samples composed only of stainless steel.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-01122017-103728 |
| Date | 19 March 2014 |
| Creators | Grajales Agudelo, Leonardo |
| Contributors | Arantes, Vera Lúcia |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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