Effect of process parameters on the metallurgical properties of Cr-based PM steels

Nowadays economical constrains, as well as the need to reach better mechanical properties maintaining low weighs, push towards new ways to manufacture steels. Sintered ones could be an answer to those needs; that’s why the knowledge and the optimization of the process parameters can be crucial to obtain high performance materials. In this work Astaloys CrA and CrM have been investigated, with addition of Carbon (0.6% - 0.5% respectively) and Copper (2%). Green densities attained values of 6.6 and 6.9 g/cm3 while the sintering temperatures considered were 1160°C and 1240°C. Slow and fast cooling rates have been studied as well. Characteristics of Astaloy CrM with additions of PASC60. Uniaxial tensile test, density evaluations according to ISO 2738, image analysis and hardness test have been carried out to characterize the materials. Estimation of the UTS and of material sensitivity to the presence of pores and type of microstructure has been done through regression methodology and new formulas. Results show that Copper addition maintains almost the same density than the green one, grants bigger pores with worse shape and is helpful in reaching higher UTS. Sintering temperature and cooling rates had small influence on density and pores roundness. Sintering temperature of 1160°C, considering each material and density, brought to almost the same UTS at different cooling rates, while 1240°C differentiated them. Rupture elongations obtained for all variables investigated were often lower than the 1%; Young’s modulus has been investigated as well.

Al giorno d’oggi i vincoli economici, assieme alla necessità di ottenere proprietà meccaniche più elevate riducendo i pesi, spingono verso nuove metodologie di produzione degli acciai. Gli acciai sinterizzati potrebbero essere una risposta a queste esigenze; è per questa ragione che la conoscenza e l’ottimizzazione dei parametri di processo è di fondamentale importanza per ottenere materiali dalle elevate performance. In questo lavoro di tesi sono state studiate le polveri Astaloy CrA e CrM, con l’aggiunta di Carbonio (0.6% - 0.5% rispettivamente) e di Rame (2%). Le densità al verde si attestavano su valori di 6.6 e 6.9 g/cm3, mentre le temperature di sinterizzazione considerate erano di 1160°C e 1240°C. Sono state studiate inoltre diverse velocità di raffreddamento. È stata inoltre eseguita un’analisi delle caratteristiche della Astaloy CrM con aggiunta di PASC60. Al fine di caratterizzare i materiali, sono stati eseguiti una serie di test: quello di trazione uniassiale, la valutazione di densità secondo la norma 2738, l’analisi dell’immagine e test di durezza. Attraverso il metodo della regressione e l’utilizzo di formule di nuova concezione si è effettuata una stima del carico a rottura e della sensitività alla presenza di pori ed alla tipologia di microstruttura. I risultati mostrano che l’aggiunta di Rame garantisce densità del sinterizzato vicine a quelle del verde, così come dimensioni dei pori maggiori ed una forma più irregolare degli stessi; è utile inoltre al raggiungimento di carichi a rottura maggiori. Densità e rotondità dei pori sono state influenzate solo marginalmente dalle temperature di sinterizzazione e dai diversi raffreddamenti. La temperatura di 1160°C, considerando stessi materiali e densità, ha portato all’ottenimento di carichi a rottura pressoché identici al variare delle velocità di raffreddamento, mentre con quella di 1240°C si sono ottenuti valori diversi. Considerando le varie combinazioni di variabili, si sono osservati allungamenti a rottura spesso inferiori allo 1%; si è proceduto pure allo studio dei moduli di Young.