Cercetări privind Înlocuirea unor Elemente de Aliere Scumpe Neecologice

1.1. Consideraţii privind alegerea Cr şi Mn ca potenţiale înlocuitoare a Ni şi Cu

Selectarea Cr şi Mn dintre elementele de aliere curent utilizate în oţelurile clasice de construcţie, ca potenţiale înlocuitoare ale Ni şi Cu în oţelurile sinterizate, a plecat de la premisa că ele sunt considerate ca ecologice şi au un cost mai redus, îndeosebi în raport cu cel al Ni (cca. 1/3). De asemenea, de la faptul că exercită un notabil efect de îmbunătăţire a proprietăţilor mecanice prin alierea feritei şi formarea, în prezenţa unei proporţii adecvate de carbon, chiar la răcirea obişnuită în aer, a unor microstructuri perlitice sau perlito-sorbitice fine care asigură o înaltă rezistenţă şi tenacitate oţelurilor. Ele determină, de asemenea, creşterea notabilă a călibilităţii, dintre elementele de aliere a oţelurilor, Mn având cel mai puternic efect în acest sens iar Cr situându-se pe locul trei.

Adaosul suplimentar a unor mici proporţii de Mo îmbunătăţeşte şi mai mult călibilitatea în cazul oţelurilor cu Cr şi respectiv înlătură pericolul de supraîncălzire în cazul celor cu Mn.

Sub aspectul proprietăţilor realizabile, au existat, deci, toate premisele ca cele două elemente să înlocuiască cu succes nichelul şi cuprul în producţia de piese sinterizate de rezistenţă. Unele rezultate publicate recent pe plan mondial atestă aceasta.

Utilizarea Cr şi Mn ca elemente de aliere în oţelurile sinterizate întâmpină însă dificultăţi determinate de efectul lor de diminuare a compresibilităţii pulberii – cu implicaţii atât asupra proprietăţilor realizabile cât şi asupra durabilităţii matriţelor de compactizare, precum şi de afinitatea ridicată faţă de oxigen a ambelor elemente, mult mai ridicată decât a elementelor a căror înlocuire este vizată. În plus, deşi temperatura de fierbere a Mn este foarte ridicată (2060 0C), după unii cercetători el prezintă un pronunţat efect de sublimare încă de la 700 0C, îndeosebi în atmosfera care conţine oxigen. Având o foarte ridicată afinitate faţă de acesta, se oxidează uşor formând MnO2, care sublimă la 800 K [1]. Aceasta poate duce la importante pierderi de Mn şi, implicit, la dificultăţi privind controlul conţinutului său, microstructurii şi proprietăţilor realizabile. În fine, înlocuirea Cu poate duce la impedimente datorită faptului că utilizarea sa în oţelurile sinterizate are şi rolul de creare a unei faze lichide, activatoare a sinterizării.

Elucidarea aspectelor complexe pe care le implică surmontarea impedimentelor prezentate constituie obiectul a numeroase cercetări pe plan mondial. Acestea vor fi trecute succint în revistă în cele ce urmează.

1.2. Stadiul actual al cercetărilor pe plan mondial privind înlocuirea Ni şi Cu

ca principale elemente de aliere în oţelurile de rezistenţă sinterizate

Înlocuirea Ni şi Cu, conţinut în proporţii de până la 4,00 %, respectiv 2,00 %, în oţelurile sinterizate, a fost iniţiată spre sfârşitul deceniului trecut, după stabilirea efectului cancerigen al Ni, respectiv creşterea importanţei reciclării materialelor - dificilă în cazul oţelurilor conţinând Cu. A fost reluată ideea alierii cu Mn, iniţiindu-se, totodată, extinderea utilizării Cr şi la oţelurile de rezistenţă, nu doar în cele inoxidabile.

Tabelul 1.1. Principalele sortimente de pulberi conţinând Cr / Mn elaborate pe plan mondial.

Tip pulbere

Compania producătoare Elemente de aliere, oxigen, [%]

Cr Mn Mo Ni Cu C O2

Astaloy CrM Höganäs, Suedia [2] 3,00 - 0,50 - - < 0,01 < 0,25

Astaloy CrL North American Höganäs [2] 1,50 - 0,20 - - < 0,01 0,15

4100 Kobe Steel Ltd., Japonia [3] 0,90 ÷ 1,20 0,50 ÷ 0,80 0,15 ÷0,3 - - 0,20 < 0,20

KIP 30CRV* Kawasaki Ltd., Japonia [4] 3,00 - 0,30 - -

Astaloy B North American Höganäs [2] - 0,30 0,60 0,45 - < 0,01 < 0,13

Ancorsteel

737 SH Hoeganaes, SUA[5] (Ductil, Buzau**) - 0,42 1,25 1,40 - < 0,01 0,15

Atomet 4701 QMP Canada [6] 0,45 0,45 1,00 0,90 - 0,01 0,15

* Conţine şi 0,3% Vanadiu; ** Sub egida companiei Hoeganaes, SUA, actionar majoritar.

Pentru materializarea acestor idei, companiile producătoare de pulberi feroase au lansat pe piaţă, chiar înainte de o testare edificativă, câteva sortimente de pulberi aliate cu crom şi/sau mangan, unele şi cu alte elemente. În Tabelul 1.1 sunt prezentate compoziţiile celor mai importante dintre acestea. După cum se observă, Cu a fost complet eliminat în timp ce Ni se mai păstrează, însă în proporţie mult redusă. Toate aceste sortimente sunt pulberi aliate – obţinute prin pulverizare din fază lichidă, în scopul reducerii pericolului de oxidare, la sinterizare, a Cr şi Mn, cunoscut fiind că dizolvate într-un element cu afinitate mai redusă faţă de oxigen, de exemplu Fe, şi activitatea lor faţă de oxigen este diminuată.