metalurgia do pó

Metalurgia do Pó

Metalurgia do pó O processo de Metalurgia do Pó consiste na obtenção de pó metálico e na sua transformação através de etapas importantes como compactação e tratamento de sinterização em temperaturas abaixo do ponto de fusão do metal base (material base), resultando em produtos de alta precisão e propriedades desejadas.

História

Coluna de 6,5 ton. de pó de ferro

 A técnica de metalurgia do pó vem sendo utilizada pelo homem a milênios, porém sob o ponto de vista industrial a obtenção de peças sinterizadas é recente, se comparada com outros processos metalúrgicos. Os principais avanços ocorreram no início do século XX, com o domínio dos processos de fabricação de pós por redução e eletrólise e a busca de uma técnica que permitisse a fabricação de peças de metais refratários de alto ponto de fusão, como o tungstênio e o molibdênio, até então limitados pelos processos existentes.

Vantagens da metalurgia do pó •Perda mínima de material •Bom acabamento superficial •Peças de formatos pequenos e complexos •Facilita o controle exato da composição química desejada •Elimina ou reduz operações de usinagem •Etc.

Desvantagens: • A forma geométrica da peça é limitada, devendo possibilitar que seja extraída de uma matriz de compactação. •  Nos processos convencionais de compactação e sinterização o tamanho da peça é limitado, uma vez que as potências requeridas para compactação são proporcionais a sua área transversal. Algumas técnicas avançadas da Metalurgia do pó em desenvolvimento já superam esse problema. • O processo produz uma porosidade residual que deve ser eliminada, no caso de aplicações que requerem altas solicitações mecânicas.

Classificação: • os metais refratários ( W, Mo, Ta, Nb ); • os metais duros (tais como carbonatos de W, Ti, Ta, e Nb associados a um metal aglomerante, do grupo do Fe, no caso o Co) são duros a Tamb, mantendo-se duro a alta temperaturas; • materiais porosos para aplicação em filtros, buchas auto lubrificantes para mancais e placas de baterias alcalinas; • materiais de fricção constituídos por um metal base (Cu ou Fe), um ou mais pós abrasivos (Al 2O3 – Oxido de Al; SiC - carboneto de Si; SiO2 - Silica; siliceto de Fe) e um ou mais pós lubrificantes (grafita, Pb e o MoS - sulfeto de Mo); • materiais para contato elétrico do tipo metalgrafita e materiais compostos; • as ligas pesadas ( W-Cu, W-Ni-Cu, W-Ni-Fe );

Características do pó  A massa volumétrica ou densidade aparente de em pó metálico no estado livre é uma característica muito importante no dimensionamento dos parâmetros dos ferramentais de compactação de sinterizados, e é expressa em g/cm 3.Abaixo uma tabela com principais materiais trabalhado com suas respectivas densidades e Tf.

Obtenção do Pó

Obtenção do Pó O tamanho, a forma e a distribuição dos grãos são as características mais importantes na produção de peças sinterizadas e variam conforme o método de obtenção do pó. Os métodos de obtenção de pós podem ser mecânico, químico, físico ou fisicoquímico. Dependendo das características desejadas, mais de um método pode ser empregado sucessivamente. Mecânico: O método mais utilizado é a moagem, que consiste na utilização de um moinho de bola, constituído de um tambor e de bolas resistentes ao desgaste, que se chocam entre si e o material que se deseja macerar;

A

B

A  – Processo

de beneficiamento do minério entre os cilindros para a obtenção de um material reduzido. B  – Processo de

cominuição

• Químico: Esse método faz uso da corrosão, que produz a oxidação do metal pelo ataque de ácidos ou bases, ou da redução de óxidos metálicos pelo emprego de hidrogênio ou monóxido de carbono. •Físico: Um dos métodos físicos mais usados é o da atomização. O metal fundido é vazado por um orifício, formando um filete líquido que é bombardeado por jatos de ar, de gás ou de água:

Compactação do pó

Compactação do pó

Compactação do pó

 A consolidação do pó constitui uma importante etapa na fabricação de produtos na metalurgia do pó, consistindo na transformação de pós em peças resistentes, utilizando pressão e calor. Parte dessa transformação consiste na compactação de uma massa para a produção do compactado verde, que poderá ser submetido ao processo de sinterização para a obtenção de uma estrutura mais coerente.

Na compactação simples, é colocado o material a ser compactado numa matriz, este material será compactado através de um punção (Estágio 1) na qual este aplica uma força sobre o material reduzindo-o a partículas finas de pó (Estágio 2).

Outras técnicas de compactação • Compactação por injeção. • Compactação por deposição (Processo Ospray). • Compactação por explosão. • Compactação por pressão atmosférica. • Processo de compactação rápida onidirecional. • Processo “Stamp”

Processo Ospray

Sinterização

Sinterização  A etapa final do processo de metalurgia do pó é a sinterização. A sinterização consiste em aquecer em temperatura, abaixo da temperatura de fusão do metal ou liga (cerca de 70 a 90% da temperatura de fusão), e atmosfera controlada, o compactado verde (prensado). Além da temperatura e da atmosfera utilizada, o tempo de sinterização também é muito importante. Esse tempo pode variar de minutos a horas.

 A sinterização é comumente processada em fornos contínuos ou semicontínuos caracterizado por três zonas de operação: v

Pré Aquecimento

v

Manutenção

v

Resfriamento

Basicamente existem quatro tipos de fornos: v

Forno de esteira (até 1150°C)

v

Forno Wakkingbean (até 1300°C)

v

Forno Pussher (até 1300°C)

v

Forno a vácuo (até 1300°C)

Forno sinter a vácuo

Produtos sinterizados e suas aplicações

Tratamento Térmicos em peças sinterizadas

Tratamento Térmico em peças sinterizadas  As peças sinterizadas são tratadas para obter aumento da resistência a tração ao desgaste, dureza ou a combinação entre elas. Os tratamentos usuais a que pode ser submetidas às peças sinterizadas incluem a têmpera, a cementação, carbonitretação, nitretação e tratamento a vapor. A seleção do tratamento a ser feito depende basicamente da aplicação e da densidade da peça. (Vide tabela de densidades no slide 6)

Fornos para tratamento térmico dos metais

Usinagem

Usinagem em peças sinterizadas  A usinagem de peças sinterizadas é comum, especialmente quando existirem configurações geométricas impossíveis de serem obtidas diretamente do processo de compactação, como por exemplo, furos transversais, sangrias, roscas e entrâncias transversais internas e externas, etc. São elas • Torneamento • Fresagem • Furação e rosqueamento • Retífica • Rebarbação

Amostragem de peças sinterizadas

Peças anti-vibratórias Componentes  Automotivos

Peças sinterizadas de contra peso

Biografia: • Introdução à Manufatura Mecânica – PMR 2202 - Processos de Fundição e Sinterização (Metalurgia do Pó) Profa. Izabel Machado • Conformação de Materiais - Prof. Raul  Almeida Nunes – DCMM-PUC-Rio • Tese Doutoral em Engenharia Mecânica de Magna Maria Monteiro Schaerer

Imagens: • www.brassinter.com.br  • www.unisanta.com.br 

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