apostila - metalurgia

Metalurgia do P

1. Caracterizao 2. Produo de ps metlicos 3. Compactao e sinterizao 4. Tcnicas alternativas de compactao e sinterizao 5. Consideraes de projeto na metalurgia do p

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Metalurgia do PTecnologia de processamento de metais em que as peas so produzidas a partir de ps metlicos. Seqncia de produo de ps metlicos Compactao do p - so compactos compactados no formato desejado para a produo de peas verdes Realizado na prensa usando puno e matriz Sinterizao peas verdes so aquecidas para que haja a ligao das partculas em uma massa rgida Realizada em temperaturas abaixo do ponto de fuso do metal674N - FABRICAO MECNICA

Importncia da Metalurgia do P

Peas podem ser produzidas em massa, na forma final ou prxima, eliminando ou reduzindo a necessidade de usinagem subseqente. O processo deixa pouco resduo de material - ~ 97% a partir de ps so convertidos em produtos. Peas podem ser feitas com um determinado nvel de porosidade, para produzir peas de metal poroso. Exemplos: filtros, rolamentos, e engrenagens


Importncia da Metalurgia do P Alguns metais que so difceis de fabricar com outros mtodos pode ser moldado por metalurgia do p Filamentos de tungstnio para lmpadas incandescentes so feitas por metalurgia do p Combinaes certas ligas e cermicas no podem ser produzidos por outros processos Compara-se favoravelmente maioria processos de fundio em relao ao controle dimensional. Mtodos de produo podem ser automatizadas para a produo econmica674N - FABRICAO MECNICA

Produtos Obtidos Atravs da Metalurgia do P








Limitaes e Desvantagens Custo elevado de ferramental e equipamentos Ps metlicos so caros Problemas metlicos no armazenamento e manuseio de ps

Degradao ao longo do tempo, riscos de incndio com certos metais Limitaes geometria da pea, porque ps metlicos no fluem facilmente na lateral da matriz durante a prensagem Variaes de densidade em toda a parte pode ser um problema, especialmente para geometrias complexas674N - FABRICAO MECNICA

Materiais para Ps Metlicos

Maior quantidade de metais usados so ligas de ferro, ao e alumnio

Outros metais incluem o cobre, nquel e metais refratrios, tais como molibdnio e tungstnio

Carbonetos metlicos, como carboneto de tungstnio so freqentemente includos no mbito da metalurgia do p


Medio do Tamanho das Partculas O mtodo mais comum utiliza telas de diversas medidas de malhas Contagem da malha - refere-se ao nmero de aberturas por polegada linear da tela A contagem de malha de 200 significa que existem 200 aberturas por polegada linear Uma vez que a malha quadrada, a contagem igual em ambos os sentidos, e o nmero total de aberturas por polegada quadrada 2002= 40000 Nmero de malha alto = partculas menores674N - FABRICAO MECNICA

Malha para Medio das Partculas


Formas das Partculas


Atrito Entre as Partculas e Fluxo do P O atrito entre partculas afeta a capacidade de um p de escoar facilmente e ter empacotamento fcil Um teste comum de atrito entre partculas o ngulo de repouso, que o ngulo formado por uma pilha de p quando estes passam por um funil estreito ngulos grandes indicam maior atrito entre as partculas


Observaes Partculas menores geralmente apresentam maior atrito e ngulos de inclinao maiores Formas esfricas tm o menor atrito entre partculas Quanto mais a forma das partculas se desviam do formato esfrico, o atrito tende a aumentar entre elas A maior facilidade de escoamento de partculas est correlacionado com o menor atrito entre partculas Lubrificantes so muitas vezes adicionados aos ps para reduzir a frico entre partculas e facilitar o escoamento durante a prensagem674N - FABRICAO MECNICA

Medidas de Densidade das Partculas Densidade real densidade do volume real do material A densidade do material se o material fosse fundido em uma massa slida Densidade do substrato (Bulk density) densidade dos ps no estado solto aps a sua formao Por causa dos poros entre partculas, a densidade do substrato menor do que a densidade real


Fator de EmpacotamentoDensidade do substrato dividida pela densidade real Valores tpicos dos ps soltos variam entre 0,5 e 0,7 Se ps de diferentes tamanhos estiverem presentes, ps menores iro preencher espaos entre os maiores, assim ser maior o fator de empacotamento real Empacotamento pode ser aumentado atravs da vibrao dos ps, gerando um empacotamento mais homogneo A presso aplicada durante o empacotamento aumenta fortemente o empacotamento dos ps atravs do rearranjo e deformao das partculas674N - FABRICAO MECNICA

PorosidadeRazo entre o volume dos poros ( espaos vazios) no p em relao ao volume do substrato Em princpio Porosidade + fator de empacotamento = 1.0

O problema complicado quando da existncia de poros fechados em algumas das partculas

Se o volume interno do poro for includo na porosidade acima, a equao ser exata


Qumica e Filmes Superficiais

Ps metlicos so classificados tanto como Elementares - consistindo de um metal puro Pr ligado cada partcula uma liga Filmes superficiais possveis incluem xidos, slica, materiais orgnicos adsorvidos e umidade Como regra geral, estes filmes devem ser removidos antes do processo de conformao


Produo de Ps Metlicos Em geral, os produtores de ps metlicos no so as mesmas empresas que fazem peas Qualquer metal pode ser transformado em p Trs mtodos principais pelo qual ps metlicos so produzidos comercialmente 1. Atomizao 2. Qumico 3. Eletroltico Alm disso, os mtodos mecnicos so ocasionalmente usados para reduzir o tamanho do p674N - FABRICAO MECNICA

AtomizaoO fluxo de gs em alta velocidade flui atravs do bocal de expanso, arrastando atravs de um sifo o metal fundido, a partir de baixo, pulverizando em um recipiente


Prensagem e SinterizaoDepois de ps metlicos serem produzidos, a seqncia convencional composta por: 1. Mistura de ps 2. Compactao - pressionando a forma desejada 3. Sinterizao - aquecimento a temperatura abaixo do ponto de fuso para fazer a ligao de estado slido de partculas e dar resistncia a pea Alm disso, as operaes secundrias so, por vezes realizadas para melhorar a preciso dimensional, aumentar a densidade.674N - FABRICAO MECNICA

Prensagem e Sinterizao


Combinao e Mistura de Ps

Para obter bons resultados na compactao e sinterizao, os ps de partida devem ser homogeneizados Misturando - Ps de mesma composio qumica, mas possivelmente de diferentes tamanhos de partculas so misturados Diferentes tamanhos de partculas so misturados frequentemente para reduzir a porosidade Mesclando - ps de qumicas diferentes podem ser combinados674N - FABRICAO MECNICA

CompactaoAplicao de alta presso ao p metlico para obter a forma desejada O mtodo de compactao convencional a prensagem, em que punes opostos comprimem o p contido em uma matriz O produto aps a prensagem chamado de compactao verde, o que no significa ainda totalmente processado A resistncia da pea verde quando pressionada adequada para a manipulao, mas muito menos do que aps a sinterizao674N - FABRICAO MECNICA

Prensagem Convencional

1. Enchimento 2. Posio inicial do puno 3. Posio final do puno 4. Ejeio


Prensa Hidrulica de 50 t para Compactao Convencional


Sinterizao o tratamento trmico para unir as partculas metlicas, aumentando assim a resistncia e dureza Normalmente realizado em entre 70% e 90% do ponto de fuso do metal (escala absoluta) consenso que a principal fora motriz para a sinterizao a reduo da energia superfcial A retrao da pea ocorre durante a sinterizao devido reduo do tamanho dos poros


Tempo e Temperatura de Sinterizao


Sinterizao em Escala Microscpica

(1) Unio das partculas inicia-se com pontos de contacto (2) Pontos de contacto convertem-se em "pescoos (3) O tamanho dos poros entre as partculas so reduzidos (4) Os contornos dos gros se desenvolvem entre as partculas em lugar das regies de pescoo.674N - FABRICAO MECNICA

Ciclo de Sinterizao e Forno


Problemas Decorrentes da Sinterizao

Vazios

fuso incompleta


Densificao e DimensionamentoOperaes secundrias so realizadas para aumentar a densidade, melhorar a preciso, ou realizar formao adicional da parte sinterizada Reprensagem prensar a pea sinterizada em uma matriz fechada para aumentar a densidade e melhorar suas propriedades Dimensionamento - prensar uma pea sinterizada para melhorar a preciso dimensional Cunhagem prensar uma pea sinterizada para adicionar detalhes em sua superfcie Usinagem criar caractersticas geomtricas que no podem ser obtidas por prensagem, tais como roscas , orifcios laterais e outros detalhes


Impregnao e Infiltrao A porosidade uma caracterstica nica e inerente tecnologia da metalurgia do p Ela pode ser aproveitada para criar produtos especiais, preenchendo o espao poroso disponvel com leos, polmeros ou metais Duas categorias: Impregnao Infiltrao674N - FABRICAO MECNICA

Impregnao

o termo usado quando o leo ou outros fluidos so permeados nos poros de uma pea sinterizada Os produtos mais comuns so os rolamentos impregnados de leo, engrenagens e componentes similares As peas so impregnados com resinas de polmeros que escoam para os espaos dos poros na forma lquida e em seguida solidificam para criar uma presso uniforme e coesa na pea674N - FABRICAO MECNICA

Infiltrao Operao em que os poros da peas so preenchidos com metal fundido O ponto de fuso do metal de enchimento deve ser inferior ao da pea Consiste em colocar o metal de enchimento aquecido em contato com o componente sinterizado para o enchimento dos poros da estrutura A estrutura resultante relativamente no porosa e a parte infiltrada tem uma densidade mais uniforme bem como melhor dureza e resistncia674N - FABRICAO MECNICA

Processos de Prensagem e Sinterizao Alternativos Prensagem convencional e sinterizao so os mtodos mais utilizados na tecnologia da metalurgia do p Processos adicionais para processamento de peas so : Prensagem isosttica a frio Prensagem a quente combinam prensagem sinterizao Laminao Extruso674N - FABRICAO MECNICA

e

Processos de Prensagem e Sinterizao Alternativos

Prensagem isosttica a frio674N - FABRICAO MECNICA


Prensagem isosttica a quente674N - FABRICAO MECNICA


Laminao674N - FABRICAO MECNICA


Extruso674N - FABRICAO MECNICA

Classes de Peas em Metalurgia do P

(a) Classe I: simples, pouca espessura, prensagem de uma direo (b) Classe II: simples, mais espessa, prensagem em duas direes (c) Classe III: dois nveis de espessura, prensagem em duas direes (d) Classe IV: Mltiplos nveis de espessura, prensagem em duas direes, com controles separados para cada nvel674N - FABRICAO MECNICA

Orientaes Gerais em Metalurgia do P Em geral requerem grandes quantidades para justificar o custo de equipamentos e ferramentas Quantidade sugeridas mnima de 10.000 unidades so

o nico processo com capacidade de fabricar peas com um nvel de porosidade controlada Porosidades at 50% so possveis Pode ser usado para fazer peas de metais e ligas incomuns - materiais que so difceis ou impossveis produzir por outros meios674N - FABRICAO MECNICA

Orientaes Gerais em Metalurgia do P Geometria da pea deve permitir ejeo da matriz As peas devem ter os lados verticais ou quase verticais, embora degraus sejam permitidos As caractersticas de projeto, como furos e rebaixos nas laterais da pea devem ser evitados Canais e furos verticais so admissveis, porque no interferem na ejeo Furos verticais podem ter formas de seo transversal diferente da circular674N - FABRICAO MECNICA

Orientaes Gerais em Metalurgia do P

Procedimentos a serem evitados uma vez que reduzem a ejeo da pea: (a) orifcios laterais (b) rebaixos674N - FABRICAO MECNICA

Orientaes Gerais em Metalurgia do P Roscas no podem ser fabricados. Devem ser usinadas a parte Chanfros e raios de curva so possveis Problemas podem ocorrer devido a rigidez do puno quando os ngulos so muito agudos A espessura da parede deve ser no mnimo de 1,5 mm (0,060 in) entre furos ou um furo e a parede externa Dimetro mnimo recomendado para furos de 1,5 mm (0,060 in)


Orientaes Gerais em Metalurgia do P

Chanfros e raios de canto so possveis, mas algumas regras devem ser observadas: (a) evitar ngulos agudos (b) Prefervel maiores ngulos para a rigidez do puno (c) raios internos so possveis (d) evitar raio de canto externo porque fragiliza o puno na borda, (e) problema resolvido atravs da combinao de raio e chanfro674N - FABRICAO MECNICA

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