METALURGIA DO PÓ (SINTERIZAÇÃO)

1. Introdução

Transformação de pó de metais em peças pela aplicação de pressão e calor (sem fusão do metal base).

Etapas do processo:- obtenção dos pós metálicos- mistura de pós (possivelmente de diferentes metais ou materiais)- compressão da mistura em matrizes (chamada compactação)- aquecimento para produzir ligação entre partículas (chamada sinterização)

Possibilidade de obtenção de peças de metais de alta dureza como o tungstênio e combinação de materiais metálicos com não metálicos.

Fabricação de ferramentas de usinagem, mancais porosos auto-lubrificantes, filtros metálicos, disco de fricção (à base de cobre ou ferro misturado com substâncias de alto coeficiente de atrito), escovas de corrente elétrica (motores elétricos).

Limitações:- alto custo das matrizes e prensas, viabilidade técnica e econômica apenas para peças

relativamente pequenas (até 15Kg)- furos laterais, roscas e reentrâncias só podem ser obtidos por usinagem posterior- paredes mínimas de 0,7mm e impossibilidade de variações abruptas de espessura de parede

e cantos vivos- limite máximo entre altura e largura da peça: 3 para 1 (baixas densidades no centro)

2. Matéria-prima

Pós-metálicos e não metálicos.

2.1 Características do pós a serem controladas

Tamanho das partículas- 0,1 a 400 microns- peneiramento para seleção de tamanhos

Formas das partículas: esféricas, gotas, angular, outras.Porosidade da partículaEstrutura da partícula (tamanho de grãos cristalinos, melhor compressibilidade de grãos

finos)Superfície específica: número de pontos de contato entre partículasDensidade aparente: densidade do pó, antes da compactaçãoVelocidade de escoamento: escoamento do pó para interior da matriz (maior velocidade

indica também maior possibilidade de enchimento completo da matriz)Compressibilidade: relação entre densidade de um bloco simplesmente comprimido e

densidade do pó.Composição química e pureza (pode chegar a 99%)

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Perguntas:

1. Quais são as etapas do processo de sinterização

2. Quais são as características e as aplicações de peças sinterizadas?

3. Quais são as limitações do processo de metalurgia do pó (técnicas e econômicas)?

4. Cite ao menos duas características da matéria prima (pós) que devem ser controladas e explique sua relação com as propriedades da peça final

2.2 Métodos para obtenção do pó metálico

Moagem: realizada em moinhos de bola (esferas de metal de alta dureza)

Atomização: pulverização de metal fundido que se solidifica formando o pó

Eletrolítica: precipitação eletrolítica de soluções (bom controle do tamanho de grãos com controle da corrente elétrica, temperatura e concentrações químicas)

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3. Mistura dos pós

Mistura pós de diferentes metais constituintes da peça a ser formada de maneira uniforme. Utilização de moinhos de bola, misturadores de pás e outros.

4. Compactação dos pós

Formação da geometria da peça em matrizes. Resulta no compactado verde.

Pressões de compactação são da ordem de 5 t /cm2

Prensas automáticas possuem capacidade de produção de até 100 peças por minuto.

Matrizes são fabricadas em aço de alto carbono e alto cromo, temperado e revenido e são revestidas com cromo. Alto custo, devem durar pela fabricação de centenas de milhares de peças.

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5. Sinterização

Aquecimento de peças já compactadas a temperaturas abaixo do ponto de fusão do metal base.

Sinterização sólida: nenhum dos metais é fundidoSinterização líquida: metal secundário é fundido no aquecimento

Existe uma sinterização líquida chamada sinterização com infiltração metálica em que o metal líquido é absorvido por capilaridade pelo metal sólido (não há mistura prévia dos pós).

A sinterização é realizada em fornos contínuos com atmosfera protetora composta de hidrogênio ou amônia dissociada (75% hidrogênio, 25% nitrogênio) ou outras.

Na sinterização ocorre recristalização, crescimento de grãos e, principalmente, a união de contornos de grãos de partículas metálicas vizinhas.

6. Dupla compactação

Variedade do procedimento simples de metalurgia do pó em que realiza-se compactação, pré-sinterização, nova compactação (definitiva) e sinterização final.

Obtém-se melhores propriedades mecânicas.

7. Compactação a quente

Outra variedade em que a compactação e a sinterização são realizadas simultaneamente.

Produz-se peças com densidade mais elevada e melhor condutibilidade elétrica

8. Forjamento-sinterização

Produz-se compactado verde com dimensões próximas às dimensões finais, realiza-se a sinterização, comprime-se a peças ainda quente numa matriz e resfria-se a peça em atmosfera protetora (evita oxidação).

Vantagens: alta escala de produção e bom acabamento superficial.

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9. Esquema geral da metalurgia do pó

As etapas básicas da metalurgia do pó podem ser encadeadas e repetidas de diversas maneiras conforme a necessidade de obtenção de melhores propriedades mecânicas, melhores tolerânicas dimensionais, etc. Mas deve-se lembrar que a repetição de etapas aumenta o custo de obtenção da peça.

Na figura a seguir estão esquematizados alguns procedimentos (observação: operações de calibragem nada mais são que recompactações).

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Perguntas:

5. Explique as relações entre os métodos de produção de pós metálicos e as características dos pós obtidos

6. Por que a sinterização deve ser realizada sob atmosfera controlada (inerte)?

7. Quais são as vantangens em se repetir as etapas de compactação e de sinterização em processos de metalurgia do pó?

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

- Chiaverini, V. - Tecnologia Mecânica, Volume II, 2a ed., Makron Books, 1986- Kalpakjian, S., Manufacturing Engineering & Tecnology, 4th ed, Addison Wesley, 2000- Groover, M. P., Fundamentals of Moder Manufacturing, Prentice Hall, 1996

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