Reciclagem de cavacos para a formação de carbonetos de titânio no metal de solda produzido por soldagem GTAW em aço-carbono

Abstract

The titanium element is a noble metal and it owns excellent biomechanical properties and can be accepted by human organism. The enormous necessity for utilization of dental implants fabricated with titanium alloys have caused an increased in generation of scraps or residues (chips) as a result of machining processes applied. Aiming to reduce the environmental impact, alternative solutions for reutilization of these residues have been studied. Titanium carbide (TiC) presents high hardness and potentially can be applied as hardfacing against wear in sugar-cane and mining equipment. In this work, chips of titanium from ASTM F67 (pure Ti) and ASTM F136 (Ti-6Al-4V) have been processed and used as a row material for fabrication of experimental hardfacing consumables. Weld metals were produced in low carbon steel specimens using GTAW processes (Gas Tungsten Arc Welding). The microstructures were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) techniques. The mechanical behavior of the weld metals was analyzed by a dynamic ultra-micro hardness tester. The microstructure of the welding metal was composed of non-prismatic and very hard particles surrounded by softer ferritic matrix. Measures made by electron dispersive spectroscopy (EDS) showed difference of the concentration of titanium trough the particle, where larger contents of titanium were found, and the matrix. The crystallographic analyses performed by XRD reinforced the formation of titanium carbides and ferrite in the welding metal and justifying the viability in using titanium chips as an alternative fabrication of hardfacing

O titânio é um metal nobre e possui excelentes propriedades biomecânicas, podendo assim ser plenamente aceito pelo organismo humano. A grande demanda na utilização de implantes dentários, fabricados a partir de ligas de titânio traz consigo um aumento significativo na geração de resíduos (cavacos), resultantes dos processos de usinagem empregados. Com o objetivo de reduzir os impactos ambientais, soluções alternativas para a reutilização de tais resíduos têm sido estudadas. O carboneto de titânio (TiC) possui elevada dureza, o que potencialmente permitiria a sua utilização como reforço em revestimentos antidesgaste aplicados em equipamentos das indústrias sucroalcooleira e mineradoras. Neste trabalho cavacos de ligas a base de titânio foram processadas e utilizadas como matéria prima para a fabricação de consumíveis experimentais. Revestimentos foram produzidos sobre amostras de aço-carbono por soldagem à arco elétrico com proteção gasosa e eletrodo de tungstênio, GTAW. A caracterização microestrutural do metal de solda foi realizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios-X (DRX). O comportamento mecânico dos revestimentos foi analisado por meio de um ultramicrodurômetro digital. Verificou-se que a microestrutura do metal de solda era composta por partículas não prismáticas de alta dureza distribuídas em uma matriz ferrítica. Análises químicas composicionais feitas por microanálise mostraram diferenças na concentração de titânio entre a matriz e as partículas, onde maiores teores deste elemento foram identificados. A análise cristalográfica confirmou que houve a formação de carbonetos de titânio e ferrita no metal de solda, comprovando a viabilidade no uso de cavacos de titânio para a fabricação de revestimentos duros