Aula 10 - Metalurgia do pó

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Metalurgia do pó 
Aula 10 
Prof. Everaldo B. CarvalhoProf. Everaldo B. Carvalho
Processos de Conformação Mecânica
Metalurgia do pó 
Aula 10 
Prof. Everaldo B. CarvalhoProf. Everaldo B. Carvalho
Processos de Conformação Mecânica
Metalurgia do pó
Técnica metalúrgica que consisteTécnica metalúrgica que consiste
metais, ligas metálicas ou
cerâmicos) em peças com boa
do emprego de pressão e calor
A operação de aquecimento,
controladas de temperatura,controladas de temperatura,
sinterização
A característica específica
permanece abaixo da Tf do elemento
consiste em transformar pós deconsiste em transformar pós de
ou não metálicas (principalmente
boa resistência mecânica, através
calor e sem a necessidade de fusão
aquecimento, realizada em condições
temperatura, tempo e atmosfera, é chamadatemperatura, tempo e atmosfera, é chamada
do processo é que a temperatura
elemento constituinte principal
1- Mistura de pós
Principais etapas
1- Mistura de pós
2- Compressão da mistura resultante
matrizes através de operação chamada
3- Sinterização através do
resultante de modo a produzir umaresultante de modo a produzir uma
conferir resistência mecânica ao
Principais etapas
resultante com o emprego de
chamada compactação
aquecimento da compactação
uma ligação entre as partículas euma ligação entre as partículas e
ao material compactado
Histórico
6000 anos a.C: produção de
partir de aglomerados de ferro
Primeiro relato no ano de
platina compacta a partir
(impossibilidade de fundição
de fusão (1.770°C))
Maior desenvolvimento no século
possibilidade de se fabricar
fusão muito elevados como
partir do processo de sinterização
de armas, lanças e ferramentas a
ferro (pesquisas arqueológicas)
de 1829 (Wollaston): produção de
partir de pó esponjoso de platina
fundição em função da alta temperatura
século XIX e XX: Estudos sobre a
peças de materiais com ponto de
como o Mo (2610°C) e W (3410°C) a
sinterização
Ano de 1909 (Coolidge): Uso
emprego em lâmpadas incandescentes,
Após a segunda guerra mundialApós a segunda guerra mundial
função do crescimento da indústria
Atualmente: Usado em diversas
competitiva tanto por razões
econômicas (comparação com
Onde for preciso produzir grandes
formas complexas ou com
fusão, sempre haverá espaço
Uso de fios de tungstênio dúcteis, p/
incandescentes, a partir do pó de W
mundial: Grande desenvolvimento emmundial: Grande desenvolvimento em
indústria automobilística
diversas aplicações pois tornou-se
razões tecnológicas quanto por razões
com a metalurgia convencional)
grandes quantidades de peças, de
com material base de alto ponto de
espaço para a metalurgia do pó
Aplicações (exemplos)
1) Mancais porosos auto lubrificantes
Uma das característicasUma das características
controle da porosidade do
existente no mancal pode
garantir uma lubrificação
mancal
2) Próteses2) Próteses
Implantes cirúrgicos são recobertos com liga porosa (à base 
de Co-Ti), permitindo que o tecido ósseo penetre nos poros e 
assegure uma boa ligação com o implante
Aplicações (exemplos)
lubrificantes de bronze ou ferro
da sinterização é possibilitar oda sinterização é possibilitar o
do produto final. A porosidade
pode ser preenchida com óleo, para
lubrificação permanente entre o eixo e o
Implantes cirúrgicos são recobertos com liga porosa (à base 
Ti), permitindo que o tecido ósseo penetre nos poros e 
assegure uma boa ligação com o implante
3) Contatos elétricos
São produzidos a partir de
puro. Garantem boa condutividade
preservando a resistênciapreservando a resistência
resistência à tendência de
elevada resistência ao desgaste
4) Discos de freio e embreagem
São feitos à base de liga de cobre ou ferroSão feitos à base de liga de cobre ou ferro
se adiciona agente de atrito (SiC, SiO2, Al2O3) e agente 
lubrificante (Pb, C, MoS2)
de ligas Ag-W, Ag-WC, Ag-Ni e W
condutividade elétrica e térmica,
resistência mecânica quando aquecidos,resistência mecânica quando aquecidos,
soldagem quando em serviço e
desgaste
4) Discos de freio e embreagem
São feitos à base de liga de cobre ou ferro-cobre, aos quais São feitos à base de liga de cobre ou ferro-cobre, aos quais 
se adiciona agente de atrito (SiC, SiO2, Al2O3) e agente 
5) Filtros sinterizados de bronze,
São utilizados em várias aplicações
resistência em altas temperaturas
(ex. filtragem de gases, óleos combustíveis
bronze, Ni, Ti e aço inoxidável
aplicações industriais que requerem
temperaturas e resist. mecânica e química
combustíveis e minerais, etc.)
6) Metal duro
O carboneto metálico, também
importância fundamental no campo
peças de desgaste e brocas parapeças de desgaste e brocas para
também chamado de metal duro, tem
campo das ferramentas de corte,
para perfuração de rochaspara perfuração de rochas
7) Ligas magnéticas
É economicamente viável obter
permanentes em Co5Sm (Sm =permanentes em Co5Sm (Sm =
ferrita de bário, peças polares
utilização em motores e autofalantes
8) Baterias 
Utilizam níquel poroso nos acumuladores cádmioUtilizam níquel poroso nos acumuladores cádmio
pilhas
obter pequenos ímãs e ímãs
= samário), ímãs cerâmicos em= samário), ímãs cerâmicos em
polares e núcleos magnéticos de ampla
autofalantes de carros, rádio e tv.
Utilizam níquel poroso nos acumuladores cádmio-níquel e nas Utilizam níquel poroso nos acumuladores cádmio-níquel e nas 
Vantagens
Além da economia de custo
fabricação ainda podem ser
Controle rigoroso da composição
homogeneidade estrutural e das
Redução das impurezas em
convencional
Redução ou eliminação das
sucata
Combinação de substâncias
metálicos
Razoável tolerância dimensional
(necessidade de usinagem posterior
custo e de energia e da rapidez de
ser destacados:
composição do material, resultando em
das propriedades
em relação ao processo metalúrgico
perdas de material ou produção de
substâncias metálicas com materiais não
dimensional e acabamento superficial
posterior irá depender do critério)
Desvantagens e limitações
Prensas de compactação com capacidade limitada, o que torna Prensas de compactação com capacidade limitada, o que torna 
o processo inviável para peças de grandes dimensões
Custo elevado da matriz
investimento seja viável
produção de grande lotes de
Impede processo posterior
comprometimento das propriedades
Desvantagens e limitações
Prensas de compactação com capacidade limitada, o que torna Prensas de compactação com capacidade limitada, o que torna 
o processo inviável para peças de grandes dimensões
de compressão faz com que o
economicamente somente para
peças iguais
posterior de soldagem, devido ao
propriedades físicas e químicas da peça
Matérias-primas
Algumas características dosAlgumas características dos
utilizados devem ser controlados,
comportamento do pó durante
também na qualidade final do
Entre as características podem
1) Tamanho da partícula
Classificação através de peneiramento
grãos mais finos →
grãos maiores → maior resistência
dos pós metálicos e não metálicosdos pós metálicos e não metálicos
controlados, pois podem influenciar no
durante o seu processamento, como
do produto sinterizado
podem ser citadas:
partícula e distribuição de tamanho:
peneiramento
→ maior compressibilidade
resistência a compactação
2) Forma da partícula: Variam
fabricação dos pós
Variam de acordo com o processo de
3) Porosidade da partícula
4) Superfície especifica: Influencia
contato entre as partículas
5) Densidade aparente (g/cm³
compressão o enchimento de
função do volumefunção do volume
Influencia no número de pontos de
g/cm³): Na maioria das matrizes de
de suas cavidades é efetuado em
6) Velocidadede escoamento: 
Capacidade do pó escorrer sobre
da cavidade da matriz, dentro
(pressão atmosférica)(pressão atmosférica)
7) Compressibilidade
Capacidade de um pó ser conformado
um volume pré determinado e
Definido pela relação ente aDefinido pela relação ente a
(chamada densidade verde) e
8) Composição química e pureza
Pureza do pó metálico pode atingir
sobre planos inclinados no interior
dentro de um dado intervalo de tempo
conformado em briquete a partir de
e a uma dada pressão
a densidade aparente do briquetea densidade aparente do briquete
e a densidade aparente do pó)
pureza
atingir valores superiores a 99%
Existem vários processos para
que sua escolha depende do
Processos de produção do pó
que sua escolha depende do
material e das características
da aplicação pretendida. Os principais
1) Processo de eletrólise
Os pós produzidos por esse
pureza, baixa densidade aparente
nitidamente dendrítica. Após
eletrólise, a massa de pó sob
classificada por peneiramento
para obtenção de pó metálico, sendo
do conjunto de propriedades do
Processos de produção do pó
do conjunto de propriedades do
características que se quer para o pó, em função
principais são:
esse processo, apresentam elevada
aparente e tem grãos de estrutura
Após recolhido dos tanques de
sob a forma de uma lama é secada e
peneiramento
2) Métodos mecânicos (quebra e moagem)
Consiste em fragmentar o material
moinhos até um determinado tamanho
materiais frágeis ou fragilizadosmateriais frágeis ou fragilizados
2) Métodos mecânicos (quebra e moagem)
material com o auxílio de martelos ou
tamanho de partícula. Indicado para
anteriormenteanteriormente
3) Cold-Stream
O pó ainda grosseiro é arrastado
pressão, através de um tubo,pressão, através de um tubo,
que é mantida sob vácuo.
uma expansão com conseqüente
temperatura. O pó em alta
instalado dentro da câmara,
frágil por causa da baixa temperatura,
menores. O pó que já apresentamenores. O pó que já apresenta
pequeno é separado da fração
reconduzida ao processo
arrastado por um fluxo de gás sob alta
tubo, alcançando uma câmara grande,tubo, alcançando uma câmara grande,
Ao atingir a câmara, o gás sofre
conseqüente diminuição brusca de
velocidade, colide com um alvo
e como encontra-se relativamente
temperatura, partem-se em partículas
apresenta um tamanho suficientementeapresenta um tamanho suficientemente
fração gasosa, a qual é novamente
4) Processo de redução química
Os processos de redução de
agentes redutores gasosos ouagentes redutores gasosos ou
de processos mais significativos
agentes redutores mais utilizados
hidrogênio.
5) Atomização
Neste processo o metal fundidoNeste processo o metal fundido
orifício apropriado a essa operação,
líquido que é atacado por jatos
química
de compostos de metais com
ou sólidos representam o grupoou sólidos representam o grupo
significativos para obtenção de pós. Os
utilizados são o carbono e o
fundido é vazado através de umfundido é vazado através de um
operação, formando um filete
jatos de ar
Compactação
Nesta etapa, uma quantidade
colocada na cavidade de umacolocada na cavidade de uma
prensa de compressão, que
hidráulica. A compactação
simultâneos dos punções
temperatura ambiente
A compactação gera umaA compactação gera uma
aproximado da peça a ser
compactado verde. É muito
inadequado pode “esfarelar”
quantidade predeterminada de pó é
uma matriz montada em umauma matriz montada em uma
que pode ser mecânica ou
compactação ocorre por deslocamentos
punções superior e inferior, à
peça com formato final oupeça com formato final ou
ser fabricada e é chamada de
muito frágil, e o manuseio
“esfarelar” a peça.
Compactação
Ocorre deformação plástica
das partículas, formando uma
espécie de “solda fria”
Sinterização
O compactado verde, dentro
temperaturas altas, mastemperaturas altas, mas
temperatura de fusão do metal
Além da temperatura, são
aquecimento e resfriamento,
atmosfera em contato com
O tempo de aquecimento
do compactado para uma
dentro ou fora da matriz, é aquecido a
mas que permanecem abaixo damas que permanecem abaixo da
metal base
são controlados a velocidade de
resfriamento, o tempo de permanência e a
com a peça
aquecimento melhora o mecanismo de coesão
determinada temperatura
Temperaturas próximas às de
da força coesiva máxima
geralmente segundos
de fusão do metal, geram obtenção
em um curto espaço de tempo,
Sinterização
Funções do controle da atmosfera: 
- Prevenir ou minimizar
compactado verde e os gases
- Evitar oxidação;
- Remover impurezas superficiais
- Fornecer um ou mais elementos- Fornecer um ou mais elementos
com o compactado
Funções do controle da atmosfera: 
minimizar reações químicas entre o
gases da atmosfera;
superficiais e internas existentes;
elementos químicos para se ligaremelementos químicos para se ligarem
A sinterização é feita, normalmente,
caracterizados por três zonas
manutenção da temperatura e resfriamento
normalmente, em fornos contínuos,
de operação: pré-aquecimento,
resfriamento
Durante a sinterização ocorrem
Sinterização
Durante a sinterização ocorrem
entre as partículas, reduzindo
eliminando a porosidade existente
A contração pode chegar
uma redução linear de cerca
ocorrem reações químicas e físicasocorrem reações químicas e físicas
reduzindo e em alguns casos até
existente no compactado verde
chegar a ser de 40% do volume, sendo
cerca de 16%.
Os fenômenos que ocorrem
seguintes:
Sinterização
seguintes:
- ligação inicial entre partículas; 
- crescimento da ligação; 
- fechamento dos canais que interligam os poros; 
- arredondamento dos poros; - arredondamento dos poros; 
- densificação ou contração dos poros;
- crescimento eventual dos poros
ocorrem na sinterização são os
ligação inicial entre partículas; 
crescimento da ligação; 
fechamento dos canais que interligam os poros; 
arredondamento dos poros; arredondamento dos poros; 
densificação ou contração dos poros;
crescimento eventual dos poros
Sinterização
Operações complementares
Nem sempre a produção
termina na operação de sinterizaçãotermina na operação de sinterização
Operações complementares
com os seguintes objetivos
maior precisão dimensional
dureza e resistência mecânica
Operações complementares
de peças por metalurgia do pó
sinterização.sinterização.
complementares são freqüentemente aplicadas
objetivos: conferir melhor acabamento;
dimensional às peças; melhor densidade,
mecânica
Operações complementares
Calibragem: 
Durante a sinterização, as
não esperadas nas dimensões
os defeitos se utiliza a calibragem,
plástica por aplicação de pressão
O resultado é melhor precisão
Operações complementares
as peças podem sofrer mudanças
dimensões e até empenar. Para corrigir
calibragem, que é uma deformação
pressão em moldes específicos
precisão dimensional
Recompressão: 
Operações complementares
Uma nova compressão
densidade e melhora as propriedades
Os esforços envolvidos são
e só podem ser aplicadose só podem ser aplicados
exemplo, pastilhas de
ferramentas de usinagem,
Caso existam deformações,
retificadas
Operações complementares
após a sinterização aumenta a
propriedades mecânicas do material
são bem maiores que na calibragem
aplicados para certos tipos de material. Poraplicados para certos tipos de material. Por
metal duro, utilizados como
usinagem, não podem ser recomprimidas.
deformações, devem ser lapidadas ou
Tratamentos térmicos: 
Operações complementares
As peças sinterizadas podem
térmicos convencionais
mecânicas.
Em tratamentos superficiaisEm tratamentos superficiais
densidade é fator importante,
através de seusporos (quanto
porosidade).
Operações complementares
podem ser submetidas a tratamentos
para melhoria das propriedades
superficiais (cementação e nitretação) asuperficiais (cementação e nitretação) a
importante, devido a difusão dos gases
(quanto maior a densidade menor é a
Usinagem: 
Assim como na fundição, muitas
posterior usinagem para conseguirposterior usinagem para conseguir
que não é possível ser feita, como
Impregnação: 
Consiste em impregnar substânciasConsiste em impregnar substâncias
impermeabilizantes para evitar
com banho quente, banho parcial
muitas peças sinterizadas sofrem
conseguir a configuração projetada econseguir a configuração projetada e
como furos, sangrias, roscas, etc.
substâncias como óleos, graxas,substâncias como óleos, graxas,
evitar corrosão / oxidação. É feita
parcial (por capilaridade) ou a vácuo
Infiltração: 
É um processo de fechamento
uma peça sinterizada com baixauma peça sinterizada com baixa
6,8 g/cm³) com um metal
baixo
A infiltração do metal
capilaridade (atração molecular),
as propriedades mecânicas,as propriedades mecânicas,
como pré-tratamento para
cromação, niquelação e galvanização
fechamento dos poros (total ou parcial) de
baixa ou média densidade (5,6 atébaixa ou média densidade (5,6 até
ou liga de ponto de fusão mais
líquido ocorre por efeito de
molecular), e tem o objetivo de melhorar
resistência à corrosão, e tambémresistência à corrosão, e também
para acabamento superficial, como
galvanização
Esquema da metalurgia do póEsquema da metalurgia do pó
Bibliografia
Chiaverini, V. TecnologiaChiaverini, V. Tecnologia
Fabricação e Tratamento
PADOVEZI, D. F.; NEVES,
LEONARDI. W. M. Metalurgia
Universidade Mackenzie,
Tecnologia Mecânica Vol. II, Processos deTecnologia Mecânica Vol. II, Processos de
Tratamento
NEVES, D. C.; GOMES, G. L.;
Metalurgia do Pó. São Paulo:
Mackenzie, 2003.