Investigation on the process of production of composites AA6061 + TiCN by powder metallurgy involving liquid phase sintering and characterization of the product

Resumo: Este trabalho estuda o processo de fabricação de compósitos de matriz de alumínio AA6061 reforçado com TiCN por metalurgia do pó, envolvendo as etapas de mistura de pós, compactação uniaxial e sinterização com fase líquida. Para efeitos de comparação foram produzidos e caracterizados compactados da liga AA6061 sem adição de reforços. Foram investigados os parâmetros de processo: teores de reforço (5% e 10% massa), teor de aditivos Pb e Sn (0,1, 0,15, 0,2 e 0,4% massa), pressão de compactação (400, 600 e 800 MPa), tempos (15, 30, 45 e 60 min) e temperatura de sinterização (590, 600, 610 e 620 ºC). Em cada etapa do processo foram caracterizados os produtos (mistura de pós e compactados); o produto final obtido, após sinterização, foi caracterizado com relação à sua microestrutura, propriedades físicas (densificação e variação dimensional) e mecânicas (resistência à flexão e dureza). Os resultados obtidos mostraram uma grande eficiência do processo na obtenção de compósitos; a adição do teor de reforço de 5%TiCN foi eficiente na promoção de rupturas das camadas de óxidos do pó da liga de alumínio compactado à pressão de 400 MPa, auxiliando a sinterização por difusão da fase líquida formada a partir da fusão de Al+Mg2Si, melhorando a densificação e diminuindo a variação dimensional dos produtos sinterizados. Do ponto de vista metalúrgico, os materiais compósitos obtidos apresentaram microestruturas homogêneas, com uma boa distribuição dos reforços na matriz e relativa diminuição de poros. A adição de Pb e Sn promovem maior eficiência de ativação de mecanismos de sinterização; para compactados produzidos à pressão de 800 MPa, a adição de 0,1% desses elementos já apresentou significativa influência na sinterização. Com relação às propriedades mecânicas e físicas observou-se que a adição de TiCN aumentou quase no dobro de seus valores obtidos quando são comparados com a liga AA6061Abstract: This work investigates the process of production of composites of the alloy AA6061 reinforced with TiCN particles, by powder metallurgy involving the steps: conventional mixture of powders, compaction by uniaxial cold pressing and sintering with formation of a liquid phase. For comparative analysis it was also produced sintered AA6061 without addition of reinforcements. The following processing parameters were studied: reinforcing particles content (5 and 10 wt%); content of trace elements Pb and Sn (0.1, 0.15, 0.2 0.4 wt%); compaction pressure (from 400, 600 and 800 MPa); time and temperature of sintering (15, 30, 45, 60 min and 590, 600, 610, 620 oC). In each step products were characterized (powder mixture and green compacts); the final sintered product was characterized related to microstructure, physical (densification and dimensional changes) and mechanical (hardness and bending strength) properties. Obtained results showed high efficiency of the applied process to produce reliable composite products; the addition of 5 wt% TiCN was efficient to promote fracture of the oxide layer in the aluminum particles surface during pressing. At sintering temperatures liquid phase is formed by Al+Mg2Si melting and is distributed among particles through the fractures of the oxide layer, improving the material densification and its mechanical properties. Microstructures obtained showed homogeneous distribution of TiCN and reduced porosity, whereas AA6061 alloy microstructure showed higher porosity. Addition of Pb and Sn promoted higher efficiency of sintering mechanisms in compacts submitted to high pressures, leading to enhanced physical and mechanical properties in those material