METALURGIA DO PÓ. A metalurgia do pó (M/P) é o processo de fabricação de peças metálicas que utiliza pós metálicos e não metálicos como matéria-prima.

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1 METALURGIA DO PÓ

2 A metalurgia do pó (M/P) é o processo de fabricação de peças metálicas que utiliza pós metálicos e não metálicos como matéria-prima. Conceito

3 METALURGIA DO PÓ A M/P teve seu uso consolidado pela produção de componentes com características estruturais e físicas que dificilmente poderiam ser obtidas por qualquer outro processo de fabricação. Buchas autolubrificantes Filamentos de tungstênio Metal duro

4 METALURGIA DO PÓ Operações Complementares Calibragem Cunhagem Usinagem Forjamento Tratamento Térmico Tratamento Superficial Rebarbação Infiltração Jateamento

5 É um processo físico relativamente simples. O metal é fundido e vazado através de um orifício e atingido por um feixe de gás ou líquido, usualmente água. Isto separa o metal fundido em gotas que solidificam rapidamente como partículas de pó. O processo é seguido de recozimento em atmosfera reduzida para decompor superfícies oxidadas. A pureza na maioria dos casos é acima de 99%. Fabricação do Pó Atomização

6 Processos de fabricação de pós metálicos. Fabricação do Pó

7 O tamanho e a forma das partículas, variam em função de vários parâmetros: espessura do filete, pressão da água, ou geometria do conjunto de pulverização.  A forma das partículas depende das características do metal fundido, como tensão superficial, viscosidade e densidade. Maior tensão superficial do líquido mais arredondada a partícula. Fabricação do Pó

8 Atomização a água: - Metais que se fundem abaixo de 1600°C; - Pós irregulares e com alguma oxidação; - Ferro, aço inoxidável, cobalto, ligas de níquel, etc. - Processo geralmente preferido para grandes volumes e baixo custo; - A extração rápida de calor resulta em partículas com formato irregular; - Pós atomizados a água apresentam excelente compressibilidade devido à sua densidade aparenta normalmente ser menor do que dos pós atomizados a gás. Fabricação do Pó

9 Atomização a gás: - Nitrogênio, hélio, argônio; - Pós esféricos; - Al, Cu, Ni, Mg, Co, Fe, etc; Atomização por gás inerte é um processo largamente utilizado para obtenção de pós metálicos de formato esférico, boa escoabilidade, baixo percentual de oxigênio e elevada pureza. Materiais com elevado teor de elementos de liga, como as superligas a base de níquel, são atomizados por gás inerte. Fabricação do Pó

10 Separação do Pó

11 Tipos de Grãos do Pó

12 Ampliação do Grãos

13 Compactação

14 É necessário a adição de lubrificantes orgânicos para a etapa de compactação uniaxial ou biaxial, para proteger o molde contra o desgaste excessivo. Geralmente se utilizam estearatos de zinco ou de alumínio ou até mesmo parafina em pó. Os lubrificantes devem ser eliminados durante o aquecimento na sinterização, antes que se inicie o processo de eliminação de poros. Compactação

15 Simples ação Uniaxial Dupla ação Biaxial Compactação

16 Compactação - Ferramental

17 Simples Ação

18 Sinterização COMPACTAÇÃO É necessário a adição de lubrificantes orgânicos para a etapa de compactação uniaxial ou biaxial, para proteger o molde contra o desgaste excessivo. Geralmente se utilizam estearatos de zinco ou de alumínio ou até mesmo parafina em pó. Os lubrificantes devem ser eliminados durante o aquecimento na sinterização, antes que se inicie o processo de eliminação de poros.

19 Sinterização DEFINIÇÃO A sinterização consiste no aquecimento das peças comprimidas a temperaturas especificas, sempre abaixo do ponto de fusão do metal base da mistura, eventualmente acima do ponto de fusão do metal secundário da mistura, em condições controladas de velocidade de aquecimento, tempo a temperatura, velocidade de resfriamento e atmosfera do ambiente de aquecimento. A sinterização pode ser melhor descrito como a fabricação de produtos sólidos sintéticos usando aquecimento controlado de matérias-primas em pó.

20 Sinterização A temperatura ideal de sinterização é da ordem de 2/3 a 3/4 da temperatura de fusão da liga considerada. Basicamente a sinterização é um processo de estado sólido ocorrendo ligação química e metalurgia do pó, no sentido de eliminar ou diminuir a porosidade existente no compactado verde; formando um corpo coerente provido das propriedades físicas primárias do sinterizado. TEMPERATURA

21 Sinterização A sinterização é comumente processada em fomos contínuos ou semicontínuos, caracterizado por 3 zonas de operação: FORNOS Pré-aquecimento; Manutenção; Resfriamento.

22 Sinterização Basicamente existem 4 tipos de fornos: Forno de Esteira (até 1150oC); Forno Wakkingbean (até 1300oC); Forno Pussher (até 1300oC); Forno a vácuo (até 1350oC).

23 Sinterização Os fornos de sinterização são a gás ou elétricos, por resistência ou indução (fornos a vácuo geralmente). Os fornos de sinterização trabalham normalmente com atmosfera protetora com objetivo de evitar a oxidação das peças e reduzir os eventuais óxidos contidos nos pós e que poderiam prejudicar o grau de sinterização. Funcionamento dos Fornos.

24 Sinterização

25 Entre 400 e 800 o C o lubrificante orgânico é eliminado através da porosidade interconectada. Sinterização

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28 SINTERIZAÇÃO NO ESTADO SÓLIDO Estágios e Microestrutura: (a) Partículas soltas de pó (a) Partículas soltas de pó (b) Estágio Inicial (b) Estágio Inicial (c) Estágio Intermediário (c) Estágio Intermediário (d) Estágio Final (d) Estágio Final

29 Sinterização Produz peças com excelente acabamento superficial; É adequada a componentes com alto volume de consumo e, portanto, permite um alto índice de automação; Permite a fabricação de peças com formas intrincadas e com tolerâncias dimensionais fechadas; Apresenta consistência de processo, alto Cpk (índice de capabilidade, ou seja, a capacidade de um dado processo fabricar produtos dentro da faixa de especificação), e consequentemente baixo refugo. VANTAGENS

30 Sinterização Permite as mais variadas combinações de elementos químicos; Provê controle da porosidade, adequadas para aplicações como filtros (baixíssima densidade) até componentes com 100% da densidade teórica da liga (Bielas); Habilidade de formar conjuntos utilizando peças sinterizadas com formas e/ou composições diferentes. Fabricação de materiais compósitos. Materiais metálicos reforçados com cerâmicos são exemplos desta classe de materiais. VANTAGENS

31 Sinterização Limita a forma geométrica da peça onde a peça precisa ser extraída de uma matriz; Obriga a execução de grandes volumes de produção, já que o custo do ferramental é elevado; Limita o tamanho da peça, uma vez que as potências requeridas para compactação são proporcionais à área transversal. Peças grandes exigem máquinas de elevada potência para sua compactação. DESVANTAGENS

32 Sinterização Uma das primeiras aplicações práticas da técnica da metalurgia do pó é a fabricação de filtros sinterizados. Esses elementos filtrantes são superposições de monocamadas de partículas esféricas ou arredondadas de pós metálicos. Esta superposição resulta em malhas que se interceptam e constituem os poros. O volume de poros nestes filtros pode representar até 60% do volume total. Aplicações.

33 Sinterização Entre essas aplicações, podem-se citar: filtração de gases a líquidos; filtração de óleos combustíveis e minerais; filtração de água e ar; separação de água de ar comprimido; abafadores de ruído; estrangulamento de líquidos e gases; contra chamas; difusores. Exemplos.

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40 FIM ENCERRAMENTO DA AULA Fonte: Engenharia Industrial Mecânica da Universidade Santa Cecília