METALURGIA DO PÓ - (MP) A metalurgia do pó abrange a produção de metais na forma de pó e a manufatura desses pós em produtos úteis pelo processo conhecido.

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1 METALURGIA DO PÓ - (MP) A metalurgia do pó abrange a produção de metais na forma de pó e a manufatura desses pós em produtos úteis pelo processo conhecido como sinterização. Produtos forjados e novas aplicações originadas de recentes desenvolvimentos ampliaram o potencial industrial desse processo.

2 METALURGIA DO PÓ - (MP) A Metalurgia do pó (MP) vem sendo usada por mais de 60 anos para produzir uma grande gama de componentes estruturais, mancais auto-lubrificantes e ferramentas de corte.

3 METALURGIA DO PÓ - (MP) O PROCESSO
O procedimento básico usado para produzir peças pela Metalurgia do Pó é o seguinte: 1. Mistura do metal em pó com um lubrificante apropriado. 2. Carregar a mistura em uma matriz ou molde e aplicar pressão. Isso forma o que é chamado compactado. 3. O aquecimento do compactado, usualmente em atmosfera protegida, em temperaturas abaixo do ponto de fusão do constituinte principal, causa a soldagem das partículas entre si e confere a adequada resistência mecânica ao objeto. Este processo é chamado sinterização.

4 Mistura O objetivo da mistura é prover uma massa homogênea e incorporar o lubrificante. Os lubrificantes mais comuns são o ácido esteárico, estearina, estearatos metálicos, especialmente estearato de zinco, estando em crescimento outros compostos orgânicos em forma de cera.

5 Mistura A principal função do lubrificante é reduzir o atrito entre a massa de pó e as superfícies da ferramenta. Isso deve garantir uma densidade uniforme do compactado obtido. A redução de atrito também torna mais fácil a ejeção do compactado e diminui a tendência a formação de trincas. Em alguns casos compactados podem ser obtidos sem a admissão de lubrificantes na massa, usando apenas desmoldantes ou aplicando pressão isostática.

6 CICLO DE PRESSÃO Matriz Sapata de alimentação Punção inferior
Punção superior

7 Enchimento da matriz

8 Compressão

9 Ejeção

10 Enchimento da Matriz/Ejeção
Compactado

11 Prensagem A mistura de pós é prensada para obter forma, em uma matriz de aço ou de carboneto, em pressões que variam de 150 a 900 MPa. Nessa etapa, os compactados mantém sua forma graças à soldagem a frio entre os grãos metálicos. Os compactados devem ter resistência suficiente para permitir a ejeção da matriz e o subseqüente manuseio, antes da sinterização.

12 Prensagem A pressão aplicada tem uma larga influência sobre a densidade do compactado. Com pressão igual a zero, a densidade é a do pó solto. A densidade do metal sólido, ferro por exemplo (7,85 g/cm²), não é alcançada, mesmo em altas pressões. Alguma porosidade sempre permanece.

13 Prensagem Compactação do Ferro

14 Prensagem Velocidade de produção
Uma peça simples pode ser produzida em alta velocidade, podendo chegar ao redor de uma peça por segundo, com o uso de prensas mecânicas. Prensas hidráulicas permitem a aplicação de grandes pressões, acima de 5000 t, mas as velocidades delas são mais baixas: 10 peças por minuto pode ser considerada uma velocidade elevada nesse caso.

15 Prensagem Prensa hidráulica

16 Sinterização É quando o compactado adquire a resistência necessária para a aplicação desejada. Em geral, sinterização requer calor. A definição da ISO para o processo é o seguinte: Um tratamento térmico do compactado de pó, a uma temperatura inferior a de fusão do constituinte principal, com o propósito de aumentar a resistência, obtida pela ligação entre as partículas. O tipo de forno mais favorável para o processo é o de aquecimento elétrico por indução, a temperaturas de até 1150° C.

17 Sinterização Durante a sinterização uma difusão atômica tem lugar e áreas soldadas formadas durante a compactação crescem até tornarem-se uma massa única. A recristalização e o crescimento de grão pode seguir-se, e os poros tendem a se tornar redondos e a porosidade total, como porcentagem em volume, tende a reduzir.

18 Sinterização A operação é conduzida, quase sempre, sob uma atmosfera protetiva, por causa das grandes áreas superficiais envolvidas e das temperaturas entre 60 e 90% do ponto de fusão do metal ou da liga metálica. Para a mistura de pós, entretanto, a temperatura de sinterização pode estar acima da de fusão de algum constituinte secundário na liga.

19 Sinterização Modelo simplificado:
Na operação de prensagem as partículas de pó são juntadas e deformadas nos pontos de contato. 

20 Sinterização Modelo simplificado:
Em temperaturas elevadas (temperatura de sinterização), os átomos podem mover-se mais facilmente e rapidamente migrar ao longo da superfície da partícula (difusão).

21 Sinterização Modelo simplificado:
Os metais são formados por cristais. Nas temperaturas de sinterização novos cristais se formam nos pontos de contato. Dessa forma, as fronteiras originais entre as partículas desaparecem ou tornam-se apenas interseção entre os grãos (recristalização).  

22 Temperaturas de Sinterização (°C)
Ferro/Aço Ligas de alumínio Cobre Latão Bronze Metais duros

23 PROCESSOS ESPECIAIS Em alguns casos a peça sinterizada é objeto de um processo adicional, tal como: pressão adicional, revestimento, etc. Em casos especiais, como a fabricação de elementos de filtros a partir de pó esferoidizado de bronze, não existe a etapa de pressão. O pó é colocado em um molde onde é sinterizado. O processo é conhecido como sinterização sem compactação.

24 Por que fazer peças a partir do pó?
Existe um grande número de razões para fazer componentes de engenharia pela Metalurgia do pó.

25 Por que fazer peças a partir do pó?
Metais Refratários Metais com pontos de fusão extremamente elevados, isto é, os metais refratários, são muito difíceis de serem trabalhados por fusão e fundição e são, freqüentemente, muito frágeis nessas condições.

26 Por que fazer peças a partir do pó?
Materiais Compostos Consistem de dois ou mais metais que são insolúveis, mesmo no estado líquido, ou de misturas de metais com substâncias não metálicas, tais como óxidos e outros materiais refratários. Nessa classe aparecem: Materiais para contatos elétricos, tais como: Cobre/tungstênio, prata/ óxido de cádmio.

27 Por que fazer peças a partir do pó?
Materiais Compostos Metais duros usados para ferramentas de corte, ferramentas de trefilação e matrizes de forjamento. O carboneto de tungstênio misturado com cobalto foi o primeiro dessa classe de material, mas outros carbonetos e nitretos, carbonitretos e boretos vêm sendo usados.

28 Por que fazer peças a partir do pó?
Materiais Compostos Materiais de fricção para pastilhas de freio e faces de embreagens nos quais abrasivos e outros materiais não metálicos são enxertados em uma matriz de cobre ou outro metal. Ferramentas de corte de diamante, especialmente rebolos, nos quais os pequenos diamantes são uniformemente dispersos em uma matriz metálica.

29 Por que fazer peças a partir do pó?
Materiais Porosos Os produtos chefes desse grupo são os filtros e os mancais com retenção de óleo, normalmente chamados de mancais autolubrificados. Esses produtos não podem ser produzidos satisfatoriamente por outros processos.

30 Por que fazer peças a partir do pó?
Peças Estruturais (ou de uso mecânico) A maior parte consiste de peças à base de ferro, mas são usados o cobre, o bronze, o latão, o alumínio e ainda o berilo e o titânio. Elas geralmente levam vantagem sobre os forjados na precisão dimensional, mas a maior justificativa para o uso dessa alternativa é a econômica.