Processos de Conformação Mecânica

Prévia do material em texto

Processos de Conformação 
Mecânica – Aula 10 
Metalurgia do pó 
Prof. Leandro E. Falqueto 
E-mail: leandro.falqueto@hotmail.com 
9. Compactação 
• O pó é colocado em cavidades da matriz, que são montadas 
em prensas de compressão fabricadas especialmente para a 
metalurgia do pó. Nessas prensas, o pó é comprimido a 
pressões determinadas. 
• Considerando um exemplo simples, as etapas da compactação 
serão: 
– Enchimento da cavidade; 
– Abaixamento do punção superior; 
– Aplicação da pressão pelo punção superior; 
– Subida e retirada do punção superior; 
– Ejeção da peça pelo punção inferior. 
 
Vídeo 
• Os objetivos desta etapa do processo são: 
– Conformar o pó na forma projetada; 
– Conferir dimensões finais, levando em conta as alterações que podem 
ocorrer na sinterização; 
– Conferir densidade verde adequada; 
– Conferir resistência mecânica necessária para posterior manuseio; 
– Proporcionar o necessário contato entre as partículas de pó, para que 
a operação de sinterização seja efetuada de modo mais eficiente. 
 
• As principais formas de compactação são: 
– Compressão em matrizes rígidas; 
– Compressão isostática a frio; 
– Compressão isostática a quente; 
– Extrusão de pós metálicos; 
– Compactação por laminação de pós. 
9.1. Compressão em matriz rígida 
• A figura ao lado 
apresenta a maioria dos 
componentes utilizados 
na compactação. 
• Em resumo, temos: 
– Punção superior; 
– Punção inferior; 
– Macho; 
– Matriz. 
• As prensas utilizadas na compressão em matriz rígida podem 
ser classificadas em: 
– Prensa de ação simples; 
– Prensa de ação dupla; 
– Prensa com sistema de retirada; 
– Prensa de movimento múltiplo; 
– Prensa rotativa. 
 
• Prensa de ação simples 
• Prensa de ação dupla 
– Possibilita obter densidades mais uniformes que o sistema anterior. 
• Prensa de movimento múltiplo 
 
Vídeo 
• Prensa rotativa. 
9.2. Compressão isostática 
• Nesse processo, as pressões são aplicadas simultaneamente 
em todas as direções. 
• Não é um processo contínuo, como no caso anterior, emprega 
pressões elevadas e não permite alta velocidade de produção. 
• Por outro lado, produz compactos de máxima uniformidade 
em relação à estrutura granular e à densidade. 
• Aplica-se em formas simples e complexas que exigem maiores 
resistências mecânicas. 
• Além disso, o processo pode ser aplicado em grande 
dimensões, as quais são limitadas pela câmara de pressão 
isostática. 
 
• O pó é colocado em um receptáculo de material flexível, como 
alguns tipos de elastômeros, que atua como matriz. 
• Depois de submetido à vácuo para remoção do ar retido, ele é 
vedado e mergulhado num banho líquido (água ou óleo) 
situado no vaso de pressão, no qual o fluido pode ser 
submetido a pressões relativamente elevadas, de modo a 
exercer-se pressão isostática sobre o receptáculo e, 
consequentemente, no pó. 
Vídeo 
9.3. Compressão isostática a quente 
• Semelhante ao caso anterior. 
• A diferença é que, nesse processo, a sinterização ocorre junto 
da compactação. 
• As temperaturas aplicadas variam de 480 °C a 2000 °C, 
aproximadamente. 
• Assim como antes, o pó é colocado num recipiente flexível e 
desgaseificado antes de aplicar a pressão. 
• Os recipientes são de material metálico, no caso de peças de 
forma simples, ou de material cerâmico, no caso de peças de 
forma complexas. 
 
Vídeo 
9.4. Extrusão de pós 
• O método mais prático de aplicar o processo de extrusão em 
pós consiste em colocar o pó num recipiente, ou seja, 
“enlatar” o pó. 
9.5. Compactação por laminação de pós 
• O pó é levado a um conjunto de cilindros de laminação que 
produz uma tira ou chapa verde. 
• Posteriormente, o material é sinterizado e laminado 
novamente, produzindo o produto final. 
• As aplicações comerciais incluem tiras e chapas de níquel e de 
cobalto. 
• Outra aplicação é a produção de materiais compósitos ou tipo 
“sanduíche”. 
 
Vídeo 
10. Sinterização 
• Consiste no aquecimento das peças compactadas a 
temperatura específicas, sempre abaixo do ponto de fusão do 
metal base da mistura, e, eventualmente, acima do ponto de 
fusão do metal secundário da mistura. 
• As condições de velocidade de aquecimento, tempo à 
temperatura, velocidade de resfriamento e atmosfera do 
ambiente de aquecimento são controladas. 
• Como resultado, as partículas que constituem o compactado 
ligam-se entre si e o material adquire as características 
desejadas de densidade, dureza e resistência mecânica. 
10.1. Teoria da sinterização 
• A sinterização é, na realidade, um processo típico de difusão 
no estado sólido. 
 
1. Difusão superficial 
2. Evaporação e recondensação 
3. Difusão no volume 
4. Difusão no contorno de grão 
• Pode-se dividir a sinterização em três estágios. 
 
• Estágio inicial 
– Formação de contatos de sinterização. 
– Os contatos entre as partículas formam um “pescoço”, isto é, a 
matérias torna-se contínua na região dos contatos. 
– Nesse estágio não ocorre grande movimentação (variação 
dimensional) de partículas. 
 
• Estágio intermediário 
– As partículas perdem gradativamente sua identidade. 
– O sinterizado apresenta duas “fases” contínuas: a do material (fases 
sólidas) 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. 
 
• Estágio final 
– Ocorre o isolamento e o arredondamento dos poros (densidade da 
ordem de 90 a 98% da teórica). 
– Se os poros contêm gases não solúveis no metal base, não se 
conseguirá a densificação total. 
– Se os poros são vazios ou contém gases solúveis na matriz, pode haver 
densificação total. 
 
• Deve-se levar em conta, ainda, outras transformações que 
podem ocorrer durante a sinterização: 
– Homogeneização ou formação de liga. 
• Ocorre a difusão de um soluto em um solvente. Ex.: Grafita e ferro. 
– Transformação de fase. 
• Ex.: Durante a fabricação de aços sinterizados há a formação da austenita 
que, no resfriamento, se transforma em novas fases. 
 
• Além disso, existem alguns fatores que podem interferir no 
processo de sinterização: 
– Tamanho da partícula; 
– Forma e topografia da partícula; 
– Estrutura da partícula; 
– Composição da mistura; 
– Densidade verde; 
– Temperatura; 
– Tempo. 
10.2. Prática da sinterização 
• Os equipamentos básicos utilizados na etapa da sinterização 
são: 
– Forno de sinterização; 
– Equipamento de controle de temperatura; 
– Equipamento produtor das atmosferas de proteção ou controladas. 
 
• Forno de sinterização 
– Forno a gás: 
• Temperatura até 1200 °C. 
• Porém, acima de 1080 °C, o calor perdido nas chaminés é muito grande. 
– Forno elétrico: 
• Mais versáteis, são aquecidos pelo uso de resistências. 
– Ligas metálicas níquel-cromo 
– Elementos metálicos refratários (W, Mo) 
– Elementos não metálicos (carboneto de silício ou grafita) 
• Temperaturas máximas da ordem de 2500 °C. 
 
• Dispositivo de controle de temperatura 
– O controle da temperatura é essencial para manter a qualidade e 
obter os melhores resultados. 
• Atmosfera de sinterização 
– As atmosferas empregadas tem diversos objetivos: 
• Impedir a entrada de ar no forno; 
• Facilitar a eliminação de lubrificantes nos compactados; 
• Sinterizar; 
• Reduzir os óxidos superficiais; 
• Controlar o teor de carbono na superfície e no núcleo das peças; 
• Transmitir, de modo uniforme e eficiente, o calor. 
 
11. Operações complementares 
• Em alguns casos pode-se realizar operações complementarespara se obter o produto final. 
• A porosidade típica de muitas peças sinterizadas 
frequentemente impõem restrições em determinadas 
operações secundárias. 
• Na aplicação de revestimentos superficiais, por exemplo, 
pode ocorrer acúmulo de material nos poros e provocar uma 
rápida corrosão. 
11.1. Recompressão ou calibragem 
• Operação realizada em prensas, diferentes daquelas utilizadas 
na compactação. 
• Tem por objetivo eliminar as distorções e empenos verificados 
durante a sinterização, resultando num acerto definitivo da 
forma e dimensões da peça sinterizada. 
• Essa operação é necessária quando as tolerâncias são muito 
estreitas, difíceis de controlar durante a sinterização. 
• As pressões aplicadas são menores que às utilizadas na 
compactação. 
 
11.2. Tratamento térmicos ou termoquímicos 
• Tem por objetivo melhorar as propriedades mecânicas. 
• São exemplos o tratamento de têmpera e revenido, ou a 
carbonitretação. 
• Devido à presença da porosidade, essas operações são 
realizadas na presença de atmosfera gasosa. 
• Outro tratamento possível para peças ferrosas é a oxidação ou 
tratamento a vapor. 
– Ele tem a finalidade de elevar a resistência à corrosão. 
– Esse tratamento consiste em aquecer as peças de ferro até 
temperaturas da ordem de 580 a 600 °C numa câmara, na qual 
penetra uma corrente de vapor de água. Como resultado, as paredes 
de cada poro e a superfície das peças ficam revestidas de uma camada 
fina e aderente de óxido de ferro. 
 
11.3. Tratamentos superficiais 
• Tratamentos de revestimentos superficial de zinco, níquel, 
cromo e fosfatização podem ser aplicados em peças 
sinterizadas de ferro desde que elas sejam suficientemente 
densas, com o objetivo de melhorar a resistência à corrosão. 
11.4. Infiltração metálica 
• Consiste no processo de penetração de uma massa metálica 
líquida no sistema poroso de um compactado. 
 
11.5. Impregnação 
• Processo empregado principalmente em buchas 
autolubrificantes. 
• Ele consiste no preenchimento dos poros da peça com óleo. 
– O óleo permite a lubrificação da superfície da bucha quando o eixo 
que nela trabalha encontra-se em movimento. 
• Quando o eixo para, o óleo retorna para o interior da bucha 
pela ação da capilaridade. 
 
Buchas antes da 
impregnação: 
• 70% de metal 
• 30% de poros 
Impregnação: 
A peça é submetida ao vácuo e à pressão, 
dentro de um recipiente com óleo aquecido. 
Bucha após a impregnação: 
• 70% de metal 
• 20% poros com óleo 
• 10 % de poros vazios 
Vídeo