Morfologia e estrutura dos nódulos de grafite gerados pela dissociação de SiC na sinterização de ligas ferrosas

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014No presente trabalho foram caracterizadas a morfologia e a estrutura dos nódulos de grafite, gerados pela dissociação do precursor carbeto de silício (SiC), durante a sinterização de amostras ferrosas, produzidos por moldagem de pós por injeção a partir de misturas de pós. O carbeto de silício é introduzido no material na forma de partículas na etapa da preparação da massa de injeção. Na fase inicial do trabalho foi estudada a formação dos nódulos de grafite em função da dissociação do SiC em diferentes temperaturas e tempos, utilizando a liga com 3% de SiC adicionados ao pó de ferro. A influência da quantidade de SiC (1%, 3% e 5%) na liga também foi estuda, pois o silício é um elemento que estabiliza a fase a do ferro, diminuindo a solubilidade do carbono na matriz. Também foi realizado o estudo da influência da fase cristalina da matriz promovendo a estabilização da fase Y pela adição de níquel à mistura (0%, 4% e 8%). Devido a menor solubilidade do Si na matriz ferrosa ocasionada pela presença do Ni em solução sólida na temperatura de sinterização, o Si resultante da dissociação do SiC tem sua dissolução e diluição por interdifusão retardada. Isto leva ao enriquecimento da matriz ferrosa com Si ao redor das partículas de SiC em dissociação, formando um anel de fase a devido ao fato de o Si ser um elemento de liga forte estabilizador da fase alfa do ferro. Para caracterizar a morfologia e a estrutura dos nódulos de grafite foram utilizadas técnicas avançadas de microscopia eletrônica de transmissão (MET) e difração de elétrons (DE). Outras técnicas como espectroscopia Raman, Microscopia Eletrônica de Varredura Convencional (MEV) de alta resolução MEV-FEG (FEG) e Espectroscopia por Dispersão em Energia de raios X (EDS), também foram utilizadas no presente trabalho. Os estudos da formação do nódulo de grafite mostraram que a geração dos mesmos ocorre de forma gradativa, passando por vários estágios, tendo diferentes tamanhos e formatos, dependendo do tempo e da temperatura utilizados. Na fase inicial o grafite se apresenta na forma de pequenas lamelas no interior da partícula original de SiC em dissociação. Este formato evolui para nódulos relativamente arredondados à medida que se aumenta a temperatura de sinterização, ou ainda o tempo de sinterização. A composição química da matriz ferrosa interfere na dissociação do SiC na matriz ferrosa. O percentual em massa de SiC adicionado à mistura de pós influência na quantidade e tamanho dos nódulos formados. A presença do elemento de liga Ni, estabilizador da fase Y do ferro, leva a formação de nódulos maiores. A estrutura do grafite formado na dissociação do SiC possui elevado grau de desordem, sendo do tipo grafite turbostrático. Microestrutura do grafite turbostrático consiste em uma grande quantidade de poros e espaços vazios com uma distância interplanar é de = 3,4 nm.