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Manufatura Mecânica Metalurgia do Pó Profa. Tatianny Soares Alves Universidade Federal do Piaui Centro de Tecnologia Curso de Engenharia de Produção * * * Peças obtidas pela Metalurgia do Pó são produzidas a partir da união de partículas sólidas com geometria não definida. Em outra palavras, é o processo de fabricação em que a forma de uma certa peça é dada pela densificação de pós em uma matriz ou molde. Peças obtidas pela Metalurgia do Pó são produzidas a partir da união de partículas sólidas com geometria não definida. CARACTERÍSTICAS * * * IMPORTÂNCIA DO PROCESSO Necessidade tecnológica Muitos materiais só podem ser obtidos através da metalurgia do pó Controle microestrutural A versatilidade na obtenção da microestrutura desejada é maior Processo alternativo mais econômico Produção de grandes séries de peças iguais * * * VANTAGENS Perda mínima de matéria-prima; Controle da composição química; Estreitas tolerâncias dimensionais; Fácil automação; LIMITAÇÕES Alto custo inicial; Tamanho e formato das peças limitados; * * * CARACTERÍSTICA INTRÍNSECA Os materiais obtidos pela metalurgia do pó (MP) possuem POROS como característica intrínseca . Na maioria das situações a porosidade é indesejada ou atua como um “defeito” no material. No entanto, em outras é imprescindível para sua aplicação. * * * POROSIDADE NA METALURGIA DO PÓ Porosidade Superficial Porosidade Interna * * * * * * * Filtros metálicos Peças produzidas pela MP * * * * * * * ETAPAS BÁSICAS DE PRODUÇÃO VIA METALURGIA DO PÓ * * * METALUGIA DO PÓ Etapas básicas - Obtenção e caracterização dos pós Estes podem ser obtidos por moagem mecânica, atomização de metal no estado líquido, processos físico-químicos, etc. Aspectos importantes: características dos pós - Mistura dos pós Pó da matriz + componentes de liga ou partículas de outras fases + lubrificantes e ligantes - Compactação / moldagem Obtenção da geometria e densificação. - Sinterização Tratamento térmico com controle da velocidade de aquecimento e resfriamento, do tempo e da temperatura de tratamento e da atmosfera do forno. - Etapas complementares Calibração, tratamentos térmicos, termoquímicos etc.. * * * OBTENÇÃO DOS PÓS * * * OBTENÇÃO DOS PÓS Tipos Existem vários processos para a obtenção do pó metálico, que podem ser divididos em: Mecânicos; Químicos e termoquímicos; Físicos; * * * OBTENÇÃO DOS PÓS Morfologia * * * OBTENÇÃO DOS PÓS Morfologia * * * METALUGIA DO PÓ Obtenção dos pós – Processos mecânicos 1) Partindo do material no estado sólido (cominuição mecânica): - Quebra martelos, moinho de mandíbulas - Moagem moinho de bolas, moinho vibratório, moinho de rolos, moinho de atrito ou atritor, moinho planetário, outros, moinho de rolos. * * METALUGIA DO PÓ 2) Partindo do material no estado líquido - atomização de metais e ligas metálicas - o líquido é espalhado em gotas que se solidificam na forma de partículas de pó. * Obtenção dos pós – Processos mecânicos - atomização * * * METALUGIA DO PÓ Morfologia do pó atomizado * * * MISTURA DOS PÓS * * * Preparação de misturas - mistura dos componentes que irão fazer parte do material: pó da fase matriz; pó dos elementos de liga; Lubrificantes; Outros... METALUGIA DO PÓ Mistura dos pós * * * Mistura de lubrificantes A adição de lubrificantes é obrigatória; O lubrificante diminui o atrito das partículas de pó entre si e o atrito destas com o ferramental de compactação. Diminuir o desgaste do ferramental de compactação Minimizar carga de extração da peça, evitando a ocorrência de falhas como trincas A adição de lubrificante visa: METALUGIA DO PÓ Mistura dos pós * * * METALUGIA DO PÓ Mistura dos pós Misturador túrbula: movimento múltiplo mistura mais homogênea * * * MOLDAGEM DOS PÓS * * * MOLDAGEM DE PÓS Funções: obtenção da geometria da peça Pode ser feita: com aplicação de carga sem aplicação de carga, a frio (temperatura ambiente) e, a quente (acima da temperatura de recristalização) * * * MOLDAGEM DE PÓS Moldagem com aplicação de pressão Compactação uniaxial em matriz; Laminação de pós; Extrusão de pós; Injeção de pós. * * * MOLDAGEM DE PÓS Preenchimento da matriz Compactação Ejeção Retirada da peça Compactação uniaxial VÍDEO * * * MOLDAGEM DE PÓS Compactação uniaxial Os principais parâmetros que influenciam a compactabilidade: tamanho e distribuição de tamanho de partícula, formato das partículas, capacidade de deformação plástica e, % de lubrificante adicionado * * * MOLDAGEM DE PÓS Laminação de pós * * * Pó misturado com ligante Cilindro de sustentação Matriz Produto Punção MOLDAGEM DE PÓS Extrusão de pós * * * SINTERIZAÇÃO * * * SINTERIZAÇÃO Exemplo de peças obtidas por compactação uniaxial Sinterização é um tratamento térmico realizado em um compactado verde ou uma massa de pós visando gerar continuidade de matéria entre as partículas. Neste tratamento controla-se os seguintes parâmetros: - Velocidade de aquecimento e resfriamento - Tempo e temperatura de patamar - Atmosfera do forno * * * SINTERIZAÇÃO Conceito físico da sinterização “Sinterização é o transporte de matéria ativado termicamente, em uma massa de pós ou um compactado poroso, resultando na diminuição da superfície específica livre pelo crescimento de contatos entre as partículas, redução do volume dos poros e alteração da geometria dos poros” (Fritz E. Thümmler & Rainer Oberacker). * * * Estado 1: peça verde (após compactação) Estado 2: peça sinterizada (após sinterização) Processo: sinterização SINTERIZAÇÃO Antes e após a sinterização * * * SINTERIZAÇÃO Mecanismos de Sinterização Difusão superficial Evaporação e re-condensação Difusão no volume Difusão no contorno de grão * * * SINTERIZAÇÃO Estágios da Sinterização 1 - ESTÁGIO INICIAL Formação de contatos de sinterização Os contatos entre partículas formam “pontes”, isto é, a matéria torna-se contínua na região dos contatos. Neste estágio não ocorre grande movimentação (nem retração) de partículas. * * * SINTERIZAÇÃO Estágios da Sinterização 2 - ESTÁGIO INTERMEDIÁRIO As partículas perdem gradativamente sua identidade. Neste estágio, o sinterizado apresenta duas “fases” contínuas: a do material (fases sólida) e a “vazia” (rede interligada de poros). O tamanho de grão cresce, resultando em uma nova microestrutura. A maior parte da retração ocorre neste estágio. Crescimento dos "necks" e retração. * * * SINTERIZAÇÃO Estágios da Sinterização 3 - ESTÁGIO INTERMEDIÁRIO Ocorre o isolamento e o arredondamento dos poros. VÍDEO * * * SINTERIZAÇÃO Forno de Sinterização GRÁFICO DO PROCESSO * * * ETAPAS COMPLEMENTARES * * * ETAPAS COMPLEMENTARES Calibração Durante a sinterização as peças podem sofrer alteração dimensional fora do previsto. Para corrigir os defeitos, utiliza-se a calibração. A calibração é uma deformação plástica por aplicação de pressão realizada em moldes específicos a fim de atingir a tolerância dimensional requerida da peça. * * * ETAPAS COMPLEMENTARES Recompressão Uma nova compressão realizada na peça após a sinterização com a finalidade de reduzir a porosidade superficial e/ou aumentar a densidade final do produto resultando na melhoria das propriedades mecânicas da peça. * * * ETAPAS COMPLEMENTARES Tratamentos térmicos e/ou termoquímicos As peças sinterizadas podem receber tratamentos térmicos após a sinterização a fim de alterar suas propriedades mecânicas. Nos tratamentos termoquímicos, a porosidade desempenha um papel importante, pois os poros comunicantes permite a difusão de gases ou líquidos para o seu interior interferindo positivamente ou negativamente no resultado final. * * * ETAPAS COMPLEMENTARES Usinagem Assim como na fundição, muitas peças sinterizadas são submetidas a posterior usinagem para conseguir a configuração projetada que, muitas vezes, não é possível de se obter no processo. p. ex.: furos, roscas, rasgos, etc.. * * * ETAPAS COMPLEMENTARES Infiltração É um processo de fechamento dos poros (total ou parcial) de uma peça sinterizada com baixa ou média densidade (5,6 até 6,8 g/cm³ no caso dos aços) com um metal ou liga de ponto de fusão mais baixo. A infiltração do metal líquido ocorre por efeito de capilaridade, e tem o objetivo de melhorar as propriedades mecânicas, resistência à corrosão e também como pré-tratamento para acabamento superficial. * * * ETAPAS COMPLEMENTARES Impregnação Consiste em impregnar substâncias como óleos, graxas, impermeabilizantes para evitar corrosão ou oxidação. É realizada com banho quente, banho parcial (capilaridade) ou a vácuo. *
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