Propriedades mecânicas do aço inoxidável MIM 316L em comparação com outros processos de conformação

4 de julho de 2023

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O aço inoxidável 316L é uma das ligas mais utilizadas em moldagem por injeção de metal graças à sua excelente resistência à corrosão, soldabilidade e boas propriedades mecânicas. As aplicações típicas consistem em produtos de consumo, como caixas de relógios, peças de armações de óculos, componentes automotivos, eletrônicos, dispositivos odontológicos e médicos. Diz-se que o aço inoxidável MIM 316L contribuiu significativamente para o crescimento da indústria global de MIM, que registrou taxas médias de crescimento anual de cerca de 14% na última década.

No entanto, embora a tecnologia MIM tenha vantagens em termos de alcançar complexidade de forma com desperdício mínimo de material no processamento em comparação com outros processos de moldagem, como usinagem, fundição de precisão e fundição sob pressão, as propriedades mecânicas do aço inoxidável MIM 316L dependem muito da otimização do Processo MIM. Em particular, as propriedades mecânicas do aço inoxidável MIM 316L são altamente dependentes da densidade final e do tamanho do grão alcançado nas peças sinterizadas e quaisquer defeitos que ocorram durante o processo MIM podem ter um efeito prejudicial nas propriedades finais.

Pesquisas na Universidade Nacional de Chungbuk, em Cheongju, e no Departamento de P&D de Processamento de Materiais Industriais do Instituto Coreano de Tecnologia Industrial (KITECH), em Incheon, República da Coreia, foram realizadas para alcançar uma maior compreensão das propriedades mecânicas, incluindo resistência à fadiga. , de aço inoxidável MIM 316L. O objetivo da pesquisa era permitir que os aços inoxidáveis ​​MIM 316L fossem considerados para setores de aplicação que exigem componentes de maior resistência, por exemplo, em máquinas agrícolas. Os resultados desta pesquisa foram publicados em Materials, 7 de março de 2023, Vol 16, 2144, 12 pp, com os autores IS Hwang, TY So, DH Lee e CS Shin.

Os autores afirmaram que quinze barras de teste foram moldadas por injeção a partir de matéria-prima de aço inoxidável 316L com base em pós de grau atomizado com água, com as barras de teste sendo desligadas a 900°C por 1 h em hidrogênio seguida de sinterização a 1320°C por 2 h sob vácuo. As propriedades mecânicas das barras de teste sinterizadas MIM 316L foram então comparadas com peças 316L laminadas a frio e também com algumas peças 316L fabricadas por laminação a quente ou pela PBF-LB Additive Manufacturing. Os autores analisaram a microestrutura dos corpos de prova sinterizados 316L via microscopia eletrônica de varredura (MEV) e o tamanho dos grãos utilizando o método de interceptação e cálculos EBSD. A Figura 1 (a) mostra as amostras 316L feitas pelo processo MIM.

A densidade média obtida na sinterização dos corpos de prova MIM 316L, medida pelo princípio de Arquimedes, foi de 7,56 g/cm3, ou 94,62% ​​da teórica. Os autores sugeriram que a densidade alcançada no processo MIM é grandemente afetada pelas condições da composição do ligante na matéria-prima 316L e pelos processos de desligação e sinterização, e que a menor densidade sinterizada em comparação com o processo de laminação a frio poderia colocar as peças MIM 316L em desvantagem em termos de propriedades mecânicas. A Figura 1 (b) mostra o densímetro eletrônico (md-200s) usado para medir a densidade.

O teste de tração (UTS) das amostras sinterizadas MIM 316L foi realizado para fraturar à velocidade constante de 5 mm/min para três amostras cada. Os testes de fadiga foram realizados na razão de tensão de 0,1 e foram realizados em tensões cíclicas completamente invertidas usando o sistema de teste de fadiga servo-hidráulico mostrado na Figura 1 (c). As tensões máximas dos ensaios de fadiga foram definidas com base no UTS obtido no ensaio de tração. Essas tensões foram fixadas em 80% (432 MPa) e em incrementos de até 55% (297 MPa). O limite de fadiga foi determinado como o valor da tensão aplicada quando o número de ciclos de carregamento ultrapassou 106 neste estudo.

O valor médio de UTS obtido de três das amostras MIM 316L testadas foi de 539 MPa (Fig. 2). Isto é menor do que a resistência à tração das amostras 316L laminadas a frio, que variou de 620 a 795 MPa, e menor também do que a da amostra laminada a quente (580 MPa). Dois mecanismos foram identificados pelos autores como as principais causas da redução das propriedades mecânicas no MIM 316L. A presença de poros nas amostras sinterizadas causada por: (1) redução na área onde a tensão é aplicada e (2) poros poligonais causaram um efeito de entalhe, o que poderia potencialmente levar à falha precoce do material.