Sinterización de la aleación TZM a partir de polvos obtenidos por molienda reactiva

Abstract

El presente trabajo, tiene como como objetivo la fabricación de compactos de TZM (Mo-0,5Ti-0,08Zr-0,02C) por la vía de la pulvimetalurgia con adición de carbono mediante el líquido de molienda y el posterior estudio de sus propiedades. Se fabricó la aleación a partir de polvos elementales de Mo, Ti y Zr mediante molienda reactiva. Los polvos fueron compactados a una presión de 450 [MPa] y sinterizados bajo atmosfera reductora. Se estudió la densidad final, dureza y microestructura para 9 condiciones diferentes de tiempo (2 4 h) y temperatura de sinterización (1400 2000 ᵒC). Se realizaron gráficas a partir de las mediciones desarrolladas para describir el efecto del tiempo y la temperatura sobre la densidad, y se describió la microestructura junto con la porosidad residual por observación en microscopio óptico. Posteriormente se realizó un tratamiento térmico de recocido, para recocido por un tiempo de 1 h a 4 temperaturas entre 500-1100 °C, con el fin de conocer el efecto de la temperatura sobre las propiedades del material consolidado. La densidad máxima obtenida para el experimento fue de 9593,30 kg/m3 (93,4% de la densidad teórica del material) y una dureza máxima de 251 HV. Ambos valores máximos se obtuvieron para la muestra sinterizada a 1900 °C por 4 h. Los resultados fueron usados para obtener la curva maestra de sinterización de los polvos fabricados, obteniéndose una alta correlación. El aumento de la temperatura de sinterización produce mayor densificación y una densidad final mayor. La temperatura es un parámetro importante en la densidad final, ya que influye en forma exponencial en el coeficiente de autodifusión del molibdeno. A mayor temperatura se observa también un engrosamiento de la microestructura, con mayor crecimiento del tamaño de grano, y los poros se esferoidizan. En el caso de la dureza, la temperatura tiene distinta influencia en los variados mecanismos de endurecimiento: por un lado, disminuye la dureza por aumento del tamaño de grano; por otra parte, el aumento en la temperatura aumenta la solubilidad de los elementos aleantes en la matriz de molibdeno y posteriormente, durante el enfriamiento, la precipitación de carburos. El aumento en el tiempo de sinterización produjo mayor densificación y una densidad final mayor. Aun así, el tiempo resulto ser un parámetro de menor influencia en la densidad final, producto de que la distancia típica de auto difusión del molibdeno depende de la raíz cuadrada del tiempo. También se observa un leve crecimiento de grano asociado al aumento del tiempo, el cual disminuye levemente el endurecimiento por límite de grano. El tratamiento térmico no produjo cambios apreciables en la densidad del material para las temperaturas estudiadas. Para el caso de la dureza sí se observa un decaimiento por sobre los 700 °C, causado por el aumento sostenido del tamaño de grano en función de la temperatura, como también de un probable aumento del tamaño de los carburos y una recuperación del material.