AULA METALURGIA

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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
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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
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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
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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;
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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.
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POROSIDADE NA METALURGIA DO PÓ
Porosidade Superficial
Porosidade Interna
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Filtros metálicos
Peças produzidas pela MP
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ETAPAS BÁSICAS DE PRODUÇÃO VIA METALURGIA DO PÓ
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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..
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OBTENÇÃO DOS PÓS
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OBTENÇÃO DOS PÓS
Tipos
Existem vários processos para a obtenção do pó metálico, que podem ser divididos em:
Mecânicos;
Químicos e termoquímicos;
Físicos;
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OBTENÇÃO DOS PÓS
Morfologia
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OBTENÇÃO DOS PÓS
Morfologia
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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.
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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.
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Obtenção dos pós – Processos mecânicos - atomização
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METALUGIA DO PÓ
Morfologia do pó atomizado
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MISTURA DOS PÓS
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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
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 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
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METALUGIA DO PÓ
Mistura dos pós
Misturador túrbula:
 movimento múltiplo
 mistura mais homogênea
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MOLDAGEM DOS PÓS
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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)
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MOLDAGEM DE PÓS
Moldagem com aplicação de pressão
Compactação uniaxial em matriz;
Laminação de pós;
Extrusão de pós;
Injeção de pós.
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MOLDAGEM DE PÓS
Preenchimento da matriz
Compactação
Ejeção
Retirada da peça
Compactação uniaxial
VÍDEO
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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
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MOLDAGEM DE PÓS
Laminação de pós
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Pó misturado com ligante
Cilindro de sustentação
Matriz
Produto
Punção
MOLDAGEM DE PÓS
Extrusão de pós
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SINTERIZAÇÃO
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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
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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).
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Estado 1: peça verde
(após compactação)
Estado 2: peça sinterizada (após sinterização)
Processo:
sinterização
SINTERIZAÇÃO
Antes e após a sinterização
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SINTERIZAÇÃO
Mecanismos de Sinterização
Difusão superficial
Evaporação e re-condensação
Difusão no volume
Difusão no contorno de grão
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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. 
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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. 
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SINTERIZAÇÃO
Estágios da Sinterização
3 - ESTÁGIO INTERMEDIÁRIO
 Ocorre o isolamento e o arredondamento dos poros. 
VÍDEO
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SINTERIZAÇÃO
Forno de Sinterização
GRÁFICO DO PROCESSO
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ETAPAS COMPLEMENTARES
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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.
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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.
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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.
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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..
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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.
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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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