PROCESSAMENTO DE MATERIAIS METÁLICOS

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1. O que é a metalurgia do pó?
A Metalurgia do Pó é um processo de fabricação que consiste na produção de peças a
partir de pós metálicos. É um processo que existe a mais de 100 anos, no qual permite obter
geometrias bem complexas e aspectos intricados. Na atualidade, tornou- se um processo
bastante conhecido como uma forma superior de fabricar componentes estruturais
sinterizados de elevada qualidade, permitindo uma alta variedade de aplicações nas mais
diferentes indústrias.
2. Como pode ser obtido o pó para ser utilizado na metalurgia do pó?
Primeiramente, já é importante lembrar que as empresas que produzem pós metálicos
não são as mesmas que fazem as peças por Metalurgia do Pó. Ou seja, os que produzem pó
são os fornecedores, enquanto as empresas que produzem os componentes com pós metálicos
são os clientes.
Na teoria, qualquer metal pode ser fabricado na forma de pó. Os métodos que recebem
destaque, pelos quais os pós metálicos são produzidos são Atomatização, Químico e
Eletrolítico. Cada um deles envolve uma forma diferente de energia utilizada para aumentar a
área superficial do metal. Além destes citados, existem os métodos mecânicos que são usados
de maneira mais eventual para reduzir o tamanho dos pós, sendo mais associados a produção
de pós cerâmicos.
Na Atomatização há a conversão do metal fundido em gotas pulverizadas que se
solidificam em forma de pós. O primeiro método de atomatização a gás, ocorre quando uma
corrente de gás em alta velocidade escoa através de um bico nebulizador, juntamente com
metal fundido que é nebulizado em um tanque. As gotículas solidificam em forma de pó. No
segundo método por atomatização a gás, o metal fundido flui por gravidade por um bocal e é
rapidamente atomizado por jatos de ar. Os pós metálicos resultantes, que tem tendência a ser
esféricos, são guardados numa câmara inferior.
Existe também a atomização em água no qual é a mais comum dos métodos de
atomização, bastante adequado para metais que se fundem a temperaturas abaixo de 1000ºC
(2900°F). O resfriamento ocorre mais rapidamente, e a forma do pó resultante é irregular em
vez de esférica. Estudos recentes prevê o uso de óleo sintético em vez de água para diminuir a
oxidação. Ainda existe vários métodos baseados na atomização por centrifugação. Um deles é
o método por disco rotativo, em que a corrente de metal líquido é lançada sobre um disco de
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alta rotação, que pulveriza o metal em todas as direções para produzir os pós. Hoje em dia, a
atomização é o método mais versátil e comum quando se diz respeito a produção de pós
metálicos, sendo aplicável a quase todos os metais, tanto as ligas metálicas, como os metais
puros.
Já na redução química o que ocorre é uma variedade de reações químicas pelas quais
os compostos metálicos são reduzidos para pós metálicos elementares. A partir de seus
óxidos, com o uso de agentes redutores, seja hidrogênio ou monóxido de carbono, o processo
envolve a liberação dos metais. A substância redutora é utilizada para combinar com o
oxigênio no composto e favorecer a liberação do elemento metálico. Esse processo é usado
para produzir pós de ferro, tungstênio e cobre. Outro processo químico que produz pós de
ferro, é a decomposição do Pentacarbonil de ferro (Fe(CO)5, para produzir partículas
esféricas de elevada pureza. Tendo ainda outro método químico, que é a precipitação dos
elementos metálicos a partir de sais dissolvidos em água. Os pós produzidos por esse
processo podem ser: pós de cobre, níquel e cobalto.
Na eletrólise, uma célula eletrolítica é programada de tal forma que a fonte do metal
desejado seja o anodo. Este anodo é vagarosamente dissolvido sob a aplicação de uma tensão,
transportada por meio do eletrólito e depositada no cátodo. O depósito é retirado, lavado e
secado para obter um pó metálico de pureza muito elevada. Através dessa técnica é possível
produzir pós de berílio, cobre, ferro, prata, tântalo e titânio.
3. Quais as etapas utilizadas no processo de metalurgia do pó? Explique cada uma
delas.
O processo compreende três etapas básicas, sendo elas: obtenção do pó, compactação
do pó e sinterização.
- Obtenção do pó: o processo tem início por meio dos métodos: mecânico, químico,
físico e físico químico. A forma, bem como o tamanho e a distribuição são etapas
importantes para esta obtenção. O método físico faz uso da atomização, onde o metal
fundido é vazado por um orifício, formando um líquido que é repassado por jatos de
ar, gás ou água. Depois, o pó é recolhido, reduzido e peneirado e está pronto para ser
usado. Um método físico químico utilizado, principalmente para a produção de pós de
cobre, é a eletrólise. A eletrólise metal, na forma sólida, é colocada num tanque e
dissolvida numa solução eletrolítica, na qual passa uma corrente elétrica. Podem ser
obtidos também por meio da pirólise. A pirólise, método físico químico que consiste
na decomposição de uma substância por ação do calor.
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- Compactação do pó: na etapa de compactação do pó, o pó é colocado em uma matriz
que contém os moldes das peças desejadas, na prensa e, em seguida, pelas punções
superior e inferior ao mesmo tempo e em ambiente de temperatura. A compactação
produz um corpo verde, que é uma peça muito frágil que tem a forma final ou
aproximada da peça a ser fabricada, caso não seja manuseada de maneira adequada, a
peça pode quebrar.
- Sinterização: e por último na sinterização, o corpo verde é aquecido a uma alta
temperatura, mas abaixo do ponto de fusão do material de base. A sinterização é
normalmente realizada em um forno contínuo com três zonas de operação, tais como
pré-aquecimento, preservação do calor e resfriamento, onde ocorre a ligação entre as
partículas e a redução ou eliminação da porosidade do compacto verde.
4. O que acontece no processo de compactação?
Nesta etapa, a quantidade de pó pré-determinado é colocada na cavidade de molde
montado na prensa A compressão pode ser mecânica ou hidráulica. A compressão ocorre em
deslocamento simultâneo do soco. As partes superior e inferior estão em temperatura
ambiente.
Nos primeiros movimentos da punção, a compactação só resultará em densificação do
pó, sem deformação de partícula, sem produzir aderências entre eles. Com o aumento sob
pressão que varia de 1,6 a 9,3t/cm², as partículas sofrem deformação plástica, uma espécie de
"soldagem a frio" é formada. A compactação gera uma peça com formato final ou
aproximado à peça a ser fabricada, chamada de compactado verde. A mesma, é muito frágil, e
o manuseio inadequado pode “esfarelar” a peça.
O projeto da peça é muito importante, porque pode acarretar nessa etapa a formação
da zona neutra. Esta zona é uma região em que as partículas sofrem menos forças de
compactação, o que irá gerar uma peça final heterogênea, com zonas de propriedades
distintas. Certos tipos de geometria de peça são inviáveis justamente devido à formação de
zonas neutras.
5. O que acontece com o pó durante a sinterização?
Durante a sinterização, o pó metálico no processo é responsável pelo desenvolvimento
de peças metálicas ferrosas e não ferrosas. Os pós metálicos são fundamentais porque através
dos pós aquecimento sob condições controladas a temperatura abaixo do ponto de fusão
ocorre a ligação metalúrgica entre as partículas. Desse modo, o aquecimento que acontece é
denominado de sinterização que determina ao pó o conjunto de propriedades físicas e
mecânicas apropriadas.
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6. A sinterização pode ser por fase sólida e por fase líquida. Explique a diferença
entre estes dois tipos de sinterização.
A fase sólida ocorre na ausência do líquido e então acontece por diferentes meios de
transporte do material. Dessa forma, durante o processo quando não é atingido a temperatura
necessária para fusão dos elementos e sem a pressão necessária para o sistema acontece a
sinterização em fase sólida.
Portanto, a sinterização por fase liquida irá acontecer quando há a formação de líquido
na estrutura e então esselíquido irá ser ocasionado pela fusão de um dos componentes
envolvidos no sistema ou então pode acontecer de ser o resultado de uma ou pelo menos duas
componentes do sistema.
A diferença entre os dois é que na fase liquida ela pode ser reativa de modo que possa
gerar a sinterização para o estado sólido ou de gerar a fase no sistema, ou seja, a sinterização
por fluxo viscoso em vidros e vidrados.
7. A porosidade das peças produzidas por metalurgia do pó, apresenta porosidade.
Isto é bom ou ruim? Justifique sua resposta.
A porosidade produzida é algo ruim, pois, a mesma impede os tratamentos químicos
que por sua vez ficam impregnados na peça. As fragilidades em peças de processos térmicos
podem trincá-las devido a grande quantidade de porosidade. A lubrificação é um processo de
diminuição dessa porosidade, feito com buchas.
8. Onde se aplica às peças produzidas na metalurgia do pó? Onde podem ser aplicadas?
O setor automotivo é onde se tem a grande quantidade da metalurgia do pó, tem as
peças utilizadas em hobby, indústrias hidráulicas, eletrodomésticos e equipamentos de
escritório. Pode ser aplicada em motores, partes das peças do para-brisa de um carro, freios,
suspensão, componentes de caixa de som, coroas e polias, bielas, mancais, entre outros.
9. É melhor utilizar a metalurgia do pó em que casos? Justifique.
É melhor utilizar em peças na qual tem geometria complexas, peças pequenas, e peças
que tenha um alto volume de produção. Assim como quando se desejar:
● Reduzir ou eliminar a necessidade de subsequentes operações de acabamento nas
peças produzidas.
● Baixíssimo desperdício de material. Podendo ser favoravelmente comparado ao
processo de fundição, em que os canais de vazamento são materiais desperdiçados no
ciclo de produção.
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● Facilidade de produzir peças porosas.
● Peças de certos metais de difícil fabricação por outros métodos podem ser moldadas
por metalurgia do pó.
● Certas combinações de ligas metálicas e cermets podem ser produzidos. Casos que
não podem ser produzidos por outros métodos.
● Alto controle dimensional do produto.
● Para uma produção, os seus métodos de fabricação podem ser automatizados.
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