Metalurgia do Pó Danilo Pavel José Eduardo Laio Vítor Thiago Albert Wildembergy Lucas

Metalurgia do Pó É a técnica de produção de peças metálicas a partir de metais e suas ligas reduzidos ao estado pulverulento

Obtenção Os pós são misturados, submetidos a compactação em matrizes e os compactados são sinterizados. Em alguns casos é comum a fabricação de peças semi-acabadas que necessitam de usinagem para acabamento.

Compactação

Sinterização

Produtos obtidos também por técnicas metalúrgicas usuais: Peças de ferro e aço sinterizado Peças de metais e ligas não-ferrosas Certos ímãs “alnico” Produtos exclusivos: Metais refratários Ligas pesadas Metal duro Materiais porosos Escova coletora de corrente elétrica Contatos elétricos compostos

Tungstênio (W) Ponto de fusão: 3410°C Minérios: volframita (tungstato de ferro e manganês), xelita (tungstato de cálcio) Os minérios são transformados em WO3 Por redução em hidrogênio, passa a tungstênio puro na forma pulverulenta

Peças em Tungstênio

Dupla sinterização do Tungstênio Pré-sinterização: Em barras Em torno de 1000 e 1100°C Possibilita o manuseio Sinterização: Fornos elétricos especiais Atmosfera protetora de hidrogênio Temperatura de 3000°C

Eventos durante a sinterização Crescimento de grão desde 900 até 2800°C Controla-se o crescimento com pó de tungstênio, óxidos (de alumínio, sílica ou alcalinos) Contração e redução da porosidade

Conformação Filamentos 1º Forjamento rotativo das barras (entre 1300 e 1700°C) Reduz-se a secção a 1mm de diâmetro Densidade atingida: 18g/cm³ 2º Trefilação (entre 400 e 800°C) Reduz-se a secção a 0,3mm de diâmetro

Produto Final Fios de densidade próxima a 19,3g/cm³ Resistência a tração de 400Kgf/mm² Fios para filamento de lâmpada incandescente Tubos eletrônico e eletrodos de raio-x Outras conformações: chapas, eletrodos (de soldagem, velas de ignição)

Eletrodos para soldagem em Tungstênio

Molibdênio (Mo) Procedimentos: Os minerais são transformados em MoO3 e reduzidos a Molibdênio metálico em pó Sinterização em barra (por passagem direta de corrente elétrica) Forjamento rotativo por laminação Trabalhado à frio

Produto Final Densidade de 10 a 10,2g/cm³ Resistência à tração: 240Kgf/mm² (encruado), 120Kgf/mm² (recozido) Aplicações: grelha de tubo eletrônico, eletrodos de raios-x, materiais para contatos elétricos, elementos de aquecimento para forno elétrico etc.

Tântalo (Ta) Metal resistente a ação de ácidos como: HCl, HNO3, água régia, H2SO4, H3PO4. Apresenta brilho metálico, é resiste muito bem à corrosão por ácidos. Bom condutor de calor e eletricidade. Pode ser obtido por fundição.

Obtenção Obtido pela formação de fluoretos duplos de tântalo e nióbio, cuja separação é possível porque o de tântalo é menos solúvel que o de nióbio. Purificação do metal: por eletrólise, tratamento com HF e recozimento à vácuo (até 1600°C). Sinterização em barras sob vácuo (pela passagem de corrente elétrica). Temperatura chega a 2700°C. A densidade fica baixa e, o material, poroso. Forja-se o material e sinteriza-se novamente (a densidade aumenta, elimina a porosidade)

Produto Final Densidade de 16,65g/cm³. Resistência à tração: entre 87 e 120Kgf/mm² (encruado), entre 35 e 62Kgf/mm² (recozido). Ductilidade maior que a do Tungstênio e do Molibdênio Aplicações: capacitores de telefones e pagers, lâmpadas para turbina à vapor, componentes de motores de jatos, peças de mísseis e reatores nucleares, material bio-compatível.

Peças em Tântalo

Nióbio (Nb) Propriedades, processo de fabricação e aplicações semelhantes as do tântalo. Cinza brilhante, adquire coloração azulada em contado com o ar. Densidade de 8,57g/cm³ (metade da do tântalo) O Brasil é dono de 98% das reservas de nióbio do mundo

Ligas Pesadas Ligas baseadas em tungstênio (mínimo de 90%), facilmente sinterizáveis, possuem alta usinabilidade. Densidade de 18,5% Substitui metais de alta densidade como: platina (21,5g/cm³), ouro (19,3g/cm³), tungstênio (19,3g/cm³), urânio (18,7g/cm³), chumbo (11,4g/cm³) Teor de níquel: 1 a 16% Teor de Cobre: 3 a 20%

Aplicações Recipientes de cápsulas para substâncias radioativas Rotores de giroscópios Contrapesos Amortecedores de vibração tensional Embreagens centrífugas

Material Poroso Porosidade proposital e controlada Exemplos clássicos: Filtros metálicos Buchas autolubrificantes

Obtenção A compactação do pó é realizada sem aplicação de pressão ou sob pressão muito baixa A presença de grafita e de uma substância volátil adicionada também forma os poros A sinterização é em torno de 800°C (filtros) ou 1100°C (mancais) A produção de mancais ou buchas autolubrificantes é diferenciada pela impregnação de óleo após a sinterização O volume de poros pode chegar a 30%

Os filtros metálicos são produzidos comumente de bronze ou aço inoxidável É usado comumente em: Indústria química para gases e óleos; Indústria petroquímica

Filtros metálicos sinterizados

A fabricação de mancais autolubrificantes é em: Ferro-chumbo-grafita (o mais resistente) Bronze (mais comum) Ferro (mais resistente que o bronze) A adição de cobre, estanho, níquel, ferro ou fósforo aumenta a resistividade mecânica da bucha Nos mancais com suporte de aço também usa-se a metalurgia do pó para revestimento de Cu-Pb

Buchas autolubrificantes

Materiais para contatos elétricos Combinações de materiais metálicos que não se ligam por fusão convencional Tungstênio ou molibdênio com prata ou cobre; Cobre, bronze ou prata com grafita; Prata com carboneto de tungstênio

Em princípio os materiais para contato elétrico são divididos em dois grupos: Metal-grafita Compostos ou pseudoligas

Metal grafita Empregados em escovas coletoras de corrente (transferir corrente elétrica entre partes estacionárias e em movimento de motores, geradores etc)

Escova de grafita com metais de alta condutibilidade térmica: Aplicada em alta voltagem e baixa corrente Escova de grafita com metais de alta condutibilidade térmica: Suporta alta corrente Características lubrificantes

Escovas de grafite

Compostos ou pseudoligas Boa condutibilidade elétrica Pela prata ou cobre Resistência ao calor Tungstênio ou Molibdênio

Tipos e aplicações das pseudoligas Cobre-tungstênio: Interruptores de potencial de alta tenção Maior resistência de contato Prata-tungstênio: Interruptores de potência de baixa tenção Maior resistência a oxidação Preferível em condução de corrente permanente

Obtenção Forjamento ou extrusão Mistura Compactação (melhor densidade, dureza e condutibilidade) Compressão a quente Para ligas com teor de metal refratário próximo de70% infiltração Esqueleto poroso de material refratário será impregnado de metal de alta condutibilidade Mistura Compactação Sinterização Conformação final Recompressão Calibragem Usinágem

A condutibilidade é aumentada se a sinterização é feita acima da temperatura de fusão do metal de alta condutibilidade. É devido a esse processo que é necessária uma operação de conformação final, forjamento, extrusão, compressão a quente ou infiltração.

Materiais de fricção sinterizados Metais como cobre, ferro e zinco misturados com elementos abrasivos formando um sinterizado que,comparado aos materiais não-metálicos, possuem propriedades.

Melhores Resistência ao calor gerado Boa condutibilidade térmica Resistência ao desgaste Suavidade de funcionamento Coeficiente de fricção igual ou ligeiramente menor que o não-ferrosos

Obtenção A compactação não é com o enchimento direto das matrizes com a mistura de pós Os compactados são de pequena espessura e grande área e são relativamente frágeis, devem ser manuseados com cautela O compactado, geralmente em forma de anel, é aplicado em suporte de aço Na sinterização, o compactado se solda ao suporte, ficando assim com a rigidez e resistência desejada

Materiais usados Cobre: Estanho: Chumbo: Zinco e Ferro o básico da liga 60 a 80% Chumbo: As partículas ficam dispersas e atuam como lubrificante se a temperatura passar do seu ponto de fusão Zinco e Ferro Materiais abrasivos: Pode ser sílica, óxido de alumínio, feldspato,carboneto de sílica etc Pós lubrificantes (grafita e sulfeto de molibdênio) Estanho: 2 a 10%

Produto final Materiais para sistema de embreagens e frenagem de equipamentos pesados e de terraplanagem Peças de pequena espessura e área superficial grande

Ferro e aço sinterizado As peças são produzidas de forma definitiva ou com usinagem e acabamento Temperatura de sinterização entre 1100°C e 1300°C Dupla compressão Dupla sinterização Impregnação de cobre ou ligas de cobre para aumentar a densidade

Cementação ou carbonitretação para melhorar a resistência ao desgaste Tratamentos térmicos Cementação ou carbonitretação para melhorar a resistência ao desgaste Tratamentos superficiais para melhorar a resistência a corrosão Oxidação a vapor Fosfatização cromação

Impregnação metálica Esqueleto poroso Infiltração de cobre ou de liga de cobre Material praticamente sem poro

Forjamento sinterizado Peça pré moldada Forjamento em matriz fechada Usinagem em acabamento

Aplicações Ferro sinterizado sem elemento de liga Pequenas embreagens Pequenos componentes mecânicos Ferro carbono, ferro-carbono-cobre, ferro-carbono-níquel (densidade média) Componentes de máquina de datilografia, eletrodomésticos e veículos Aços ao níquel, ferro ou aços sinterizados Componentes de veículos e armas

Metais e Ligas não-ferrosas produzidos por Metalurgia do pó Mais Importantes: Cobre e suas Ligas Alumínio e suas Ligas

Cobre e suas Ligas Alta condutibilidade elétrica Alta densidade Obviamente, só são produzidas por Metalurgia do Pó se for economicamente viável.

Bronze Liga de Cobre e Estanho Alta resistência à corrosão

Latão Liga de Cobre e Níquel Boa resistência à corrosão Boa ductilidade Elevada usinabilidade Alta resistência à corrosão

Alumínio e suas ligas Problema na compactação do pó Adição de lubrificante à base de cera (Impedir a junção do alumínio na matriz) Adição de magnésio (Evitar a oxidação)

Ferritas Materiais cerâmicos à base de óxidos metálicos complexos Condutibilidade elétrica baixa comparada com os metais e ligas Aplicação em condições magnéticas de alta freqüência

Utilizadas em indutores de filtros, transformadores de alta freqüência, núcleos de antenas, indutores variáveis, sintonizadores e seletores, isolantes, circuladores

Tipos Naturais (poucas aplicações) Sintéticos – spinel (obtidos por metalurgia do pó)  Pós metálicos tipo carbonila  Pós de Fe2O3, MnCO3 e ZnO