Escola Superior de Tecnologia e Educação de Rio Claro

Mantida pela Associação das Escolas Reunidas

Sinterização

(Metalurgia do pó)

Processos Produtivos I

Engenharia de Produção 5° Período A Noturno

Jorge Luis de Melo – RA 8500749

Júlio Maria Soares Junior – RA 8500635

Marcos Rogério de Amorim Pereira – RA 8500685

Mateus Rafael da Silva – RA 8500618

Priscila Garcia Toledo – RA 8500601

Rodrigo Stanfoca – RA 8500617

Novembro/2015

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Sumário

1. Introdução a Sinterização.....................................................................3

2. Etapas da Metalurgia do pó..................................................................3

2.1 Obtenção dos pós..........................................................................4

2.2 Compactação.................................................................................6

2.3 Sinterização...................................................................................7

3. Principais aplicações da tecnologia da metalurgia do pó...................10

4. Vantagens e desvantagens.................................................................11

5. Conclusão...........................................................................................12

6. Bibliografia..........................................................................................13

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1. Introdução a Sinterização

A sinterização é muito importante no dia-a-dia da mecânica. Existe um monte

de aplicações industriais para peças feitas através da sinterização, agora, se formos

comparar com a metalurgia convencional, a metalurgia do pó já é bastante

competitiva, por causa de razões técnicas e razões econômicas.

Se for preciso produzir uma grande quantidade de peças de formas complexas,

aí sim vai ter um bom espaço para a metalurgia do pó.

Neste trabalho, vamos apresentar todas as etapas do processo de produção

baseado na metalurgia do pó. Vamos analisar as vantagens e desvantagens dessa

tecnologia e ainda vamos saber quais são suas principais aplicações.

Por que utilizar a metalurgia do pó?

Imaginemos quantas operações teríamos que realizar para fabricarmos peças

complexas pelos processos produtivos tradicionais de usinagem, sem falar o tanto de

cavaco que seria produzido. Será que seria possível produzir 2.000 peças complexas

todos os dias e quantas pessoas e máquinas seriam necessárias para dar conta do

trabalho.

A metalurgia do pó é uma alternativa que torna possível a produção com uma

única prensa e um operador, com o máximo de aproveitamento de matéria-prima. Em

linhas gerais, essa tecnologia se resume na prensagem de pós em moldes metálicos e

consolidação da peça por aquecimento controlado. O resultado é um produto que já

sai do molde com a forma desejada, com um bom acabamento superficial, sem falar

que têm composição química e propriedades mecânicas controladas.

2. Etapas da metalurgia do pó

São três as etapas fundamentais envolvidas na metalurgia do pó:

Obtenção dos pós;

Compactação;

Sinterização

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2.1 Obtenção dos pós

Figura 1 – Exemplos de pós

Existem diversos métodos para se obter o pó. O método escolhido vai definir

algumas características dos grãos do pó, como: tamanho, forma e distribuição,

interferindo na própria produção das peças sinterizadas.

Um dos métodos mais usados é o da atomização. Nele, o metal fundido é

vazado através de um orifício, formando um filete líquido, que é bombardeado por

diversos jatos de ar, gás ou de água. Esses jatos saem de bocais escolhidos de

acordo com o formado de grãos desejados e produzem a pulverização do filete de

metal fundido e o seu imediato resfriamento.

O pó é recolhido, tratado quimicamente e depois de peneirado, ele está pronto

para ser usado.

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Outro processo para a obtenção do pó que é muito usado é a eletrólise. A eletrólise é

usada principalmente para se obter pó de cobre.

Nesse processo, o metal é colocado no estado sólido dentro de um tanque e

dissolvido numa solução eletrolítica, onde passa uma corrente elétrica. Os pós

conseguidos dessa forma, têm um alto grau de pureza.

Figura 6 – Processo de eletrólise

Depois que a massa de pó é retirada do tanque de eletrólise, ela é

neutralizada, secada, reduzida e classificada por peneiramento. Se for necessário

grãos menores ainda, esse processo precisa ser complementado por métodos

mecânicos. E um dos métodos mecânicos mais utilizados é o da moagem. Geralmente

ela é feita em um moinho chamado: Moinho de bolas.

Figura 7 – Moinho de bolas

Ele é um equipamento relativamente simples, formado por um tambor que fica

girando com várias esferas metálicas resistentes ao desgaste no seu interior. Quando

o tambor gira, as esferas batem umas nas outras, despedaçando pouco a pouco o

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material que está dentro do tambor. Outra forma de se obter os pós é através de

métodos químicos e métodos físico-químicos.

2.2 Compactação

A segunda etapa do processo de metalurgia do pó é a Compactação. Nela,

certa quantidade de pó é colocada na cavidade de uma matriz montada em uma

prensa de compressão. A compactação é provocada pela movimentação dos punções

superior e inferior que acontece ao mesmo tempo e a temperatura ambiente.

No começo, só acontece a aproximação do pó, só depois aumentando a

pressão é que os grãos começam a grudar uns nos outros, fazendo uma espécie de

solda fria, até que a densidade do material chegue ao ponto desejado.

Figura 8 – Prensa de compactação Figura 9 – Punções inferior e superior

Figura 10 - Compactação

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A peça que sai da compactação tem a mesma consistência que uma paçoca de

amendoim (compactado verde). Inclusive, para manipular o compactado verde é

preciso segurar bem de leve, senão ela esfarela toda que nem a paçoca. É preciso

também, tomar muito cuidado com a zona neutra, que é a região do pó compactado

que foi menos compactado, ou seja, que sofreu menor pressão.

Foto 11 – Zona neutra

2.3 Sinterização

A etapa final de consolidação da peça é a sinterização propriamente dita.

Nessa etapa, a massa de partícula na forma de compactado verde ou dentro dos

moldes é aquecida, mas sem chegar ao ponto de fusão do metal base, que é o metal

principal do processo, que é aquele que determina as características básicas do

produto final.

Normalmente, a sinterização é feita em fornos contínuos, em três zonas de

operação: pré-aquecimento, manutenção da temperatura e resfriamento. É nessa

etapa que acontece a ligação química e metalúrgica das partículas do pó, o que reduz

ou até mesmo acaba com a porosidade que existe no compactado verde. O material

após esta etapa vira um corpo coerente, com as propriedades típicas dos produtos

sinterizados.

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Foto 12 – Fornos contínuos Foto 13 – Pré-aquecimento

Foto 14 – Manutenção da temperatura Foto 15 - Resfriamento

Na Sinterização geralmente acontece uma deformação do compactado. Se

medirmos o compactado antes e depois da sinterização, percebemos que acontece

uma contração, que pode chegar a uma redução de até 40 por cento do seu volume

inicial ou a uma redução linear de mais ou menos 16 por cento. Depois que acaba, a

peça pode ser usada diretamente ou passar por operações complementares que

fazem alguns pequenos ajustes como a recompactação.

A recompactação é importante, por exemplo, para garantir tolerâncias

apertadas ou rugosidade prevista. Ela deve ser feita quando há deformação da peça

durante a sinterização ultrapassar os limites estabelecidos. A exceção fica com as

pastilhas de metal duro. Se houver deformação, elas devem ser lapidadas ou

retificadas, pois elas quebrariam se fosse recompactadas.

As peças sinterizadas também podem ser trabalhadas termicamente do mesmo

jeito que as peças metálicas convencionais.

Nos tratamentos térmicos que apenas dão dureza na camada superficial da

peça como a cementação e a nitretação, a densidade é um fator importante na difusão

dos gases através dos seus poros, o que pode causar o endurecimento total da peça.

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A usinagem de uma peça só pode ser feita, quando for impossível conseguir a

configuração geométrica ideal da peça diretamente nas matrizes e machos de

compactação, esse é o caso dos furos transversais, sangrias e roscas.

Foto 16 – Furos transversais

Foto 17 – Sangria

Foto 18 – Rosca

Finalmente, quando as peças estão prontas, tendo ou não passado por essas

operações complementares, elas já estão liberadas para cumprirem o seu papel

dentro das principais aplicações.

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3. Principais aplicações da tecnologia da metalurgia do pó

Filtros sinterizados – Estes filtros são feitos através de várias camadas de

partículas arredondadas ou esféricas de pós-metálicos de vários tamanhos de grãos.

Os filtros sinterizados, são muito utilizados nas atividades industriais que se dão em

altas temperaturas e exigem uma elevada resistência mecânica e química.

São aplicados na filtragem de gases líquidos, óleos combustíveis e minerais e

também são usados como abafadores de ruídos e válvula corta chamas.

Foto 19 – Filtros sinterizados Foto 20 – Filtragem de gases

Foto 21 – Abafadores de ruído Foto 22 – Válvula corta chama

O produto mais conhecido na metalurgia do pó é o metal duro. Ele é

fundamental para uso nas ferramentas de corte, nas peças de desgaste e nas brocas

que são utilizadas para furar rochas. Nessa ferramentas, o metal duro é adaptado nas

partes cortantes sob a forma de pastilha.

Essas pastilhas são quase tão duras quanto o diamante e aguentam

temperaturas de até 1000 °C sem sofrer perda de corte.

Foto 23 – Pastilhas

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Uma das principais características da sinterização é poder controlar a

porosidade do produto final. Isso é muito importante na fabricação de mancais auto

lubrificantes. A porosidade que existe no mancal, pode ser completada com óleo

garantindo uma lubrificação permanente entre o eixo e o mancal.

4. Vantagens e Desvantagens

A sinterização é o processo que oferece a maior economia de material, com

mínimas perdas de matéria-prima.

Algumas ligas podem ser conseguidas através da metalurgia do pó, de um

modo mais barato do que se fossem produzidas pela metalurgia convencional. E a

possibilidade de unir peças simples a partes sinterizadas, também ajuda a baratear os

custos e o que é melhor, sem comprometer a qualidade do produto final.

Além dessas vantagens econômicas, o controle exato da composição química

desejada para o produto final, a redução ou até eliminação das operações de

usinagem, o bom acabamento superficial, a pureza dos produtos obtidos e a facilidade

de automação do processo produtivo, são alguns dos motivos que tornaram a

metalurgia do pó, uma fonte produtora de peças para praticamente todos os setores

da indústria, como a automobilística, o de informática, o aeroespacial, o de material

eletroeletrônico, o de equipamentos e implementos agrícolas, o têxtil e vários outros.

Mas apesar de tantas vantagens e tamanha aplicação, algumas limitações que

ainda não foram resolvidas, fazem com que a metalurgia do pó não sirva para certas

situações. Sabemos que as peças tem que ser retiradas de uma matriz. Isso dificulta a

fabricação de algumas peças como por exemplo com rasgo transversal, que só pode

ser conseguido por uma usinagem posterior.

Outra desvantagem do processo é o alto custo de produção do ferramental. É

por isso que só vale a pena se a produção for muito grande. Além disso, o peso e o

tamanho da peça podem ser grandes limitadores. Se a peça tiver até 15 Kg, tudo bem,

mas se for maior, é difícil encontrar máquina com potência de compactação suficiente.

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5. Conclusão

A sinterização é um processo onde a economia de material é levado ao

extremo: não há geração de cavacos (os quais numa usinagem convencional podem

representar até 50% do peso original da peça bruta).

Conclui-se que é de extrema importância o incentivo e o investimento na

Metalurgia do pó, uma vez que é comprovada sua eficácia tanto no tocante das

propriedades de seus produtos resultantes, quanto no fator econômico.

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5. Bibliografia

FERRAREZI, Dino. Fundamentos da usinagem dos metais, Edgar Blucher,

1995.

METALURGIA DO PÓ, disponível em:

https://www.youtube.com/watch?v=T1K_KJICf2w