Metalurgia pó curso (3ª Prova)

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

*
Metalurgia do Pó 
Processos Metalúrgicos de Fabricação
 Josinaldo P. Leite ( DEM ) e Edjânio Barbosa Araújo ( DEM )
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIAIA MECÂNICA
Área de MATERIAIS
 *
*
“A MP é o processo metalúrgico de fabricação de peças metálicas, que se distingue dos processos metalúrgicos convencionais”.
Metalurgia do Pó
Definição:
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
 matérias-primas  pós metálicos e não-metálicos;
 ausência ou presença apenas parcial de fase líquida;
 formas definitivas ou praticamente definitivas;
 tolerâncias muito estreitas;
 geralmente sem necessidade de operações adicionais;
 processar formas complexas e em série
Prof. Rodrigo E. Coelho
Metalurgia do Pó
*
*
Divisão do Processo:
Obtenção  métodos de produção de pós metálicos
Compactação  aplicação de pressão
Sinterização  aquecimento abaixo da T de fusão do material
Prof. Rodrigo E. Coelho
Metalurgia do Pó
*
*
Compactação:
Material adquire certa densidade (densidade a verde)
Sinterização:
Material aumenta densidade, confere resistência mecânica 
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Produzir formas complexas;
Porosidade pode ser controlada;
Obtenção de materiais pela mistura de diferentes tipos de 	materiais;
Ex.: Al (matriz)+carbonetos
Controle mais apurado do produto;
Prof. Rodrigo E. Coelho
Vantagens da Metalurgia do Pó
*
*
Quantidade de peças produzidas  custo do equipamento, matrizes
Dimensões das peças  contornada por compressão a quente, CIP 	ou HIP
Maiores dimensões  maiores pressões, maior custo  processo anti-econômico  dificuldade técnica
Prof. Rodrigo E. Coelho
Limitações da Metalurgia do Pó
*
*
Prof. Rodrigo E. Coelho
Etapas da MP
*
*
Prof. Rodrigo E. Coelho
Produção de Pós Metálicos
Reações químicas
Decomposição
Atomização de metais fundidos
Deposição eletrolítica
Processamento mecânico de materiais sólido
*
*
Prof. Rodrigo E. Coelho
Reações químicas
Método mais comum  é a redução de óxidos
Utiliza-se agente redutor gasoso ou sólido
Metais comumente produzidos por este método:
Fe, Cu, W, Mo
*
*
Prof. Rodrigo E. Coelho
Decomposição
É feito em temperatura elevadas
Os compostos geralmente são gasosos e resulta em partículas muito fina
São denominados de carbonilas
Os principais pós são de Fe e Ni
No Fe aplica-se CO a alta pressão no seu carbonila Fe(CO)5
Pureza acima de 99,5% partículas esféricas e inferior a 10 microns
*
*
Atomização de metais fundidos
 Método mais importante;
 Permite a fabricação de praticamente qualquer metal em pó e liga;
 O processo basicamente consiste em pulverizar o metal líquido em partículas finas, inferior a 150 microns;
 O metal líquido é forçado por um orifício onde é pulverizado por um jato de água, ar ou gás;
 O metal solidifica rapidamente em forma de pó dentro de um recipiente, é recolhido por sucção.
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Processos de atomização de metais
 Atomização em água
 Atomização a gás
 Atomização a vácuo
 Atomização centrífuga
 Atomização por eletrodo rotativo
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Atomização em água
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Atomização a vácuo
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Atomização centrífuga
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Atomização por eletrodo rotativo
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Deposição eletrolítica
Pode-se obter um variedade de pós metálicos  Fe, Cu e metais preciosos
Fe  resulta a formação de um depósito esponjoso pode ser triturado em partículas finas
Cu  ocorre deposição de uma camada densa, pode ser moida
Os pós neste processo são muito puros
O processo tem elevado custo de produção, devido baixo volume de fabricação
Utiliza-se solução aquosa e células eletrolíticas
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Reações químicas
- Outro método é o Pyron, desenvolvido nos EUA;
- A matéria-prima é a casca de óxido, oriunda da laminação de chapas, barras e na produção de fios e tubos;
- O material é submetido a uma limpeza magnética;
- Em seguida ocorre a moagem;
- Operação de redução a cerca de 980°C, de modo a converter os óxidos em Fe2O3;
- Procede-se a redução deste último óxido em atmosfera de hidrogênio a 980°C, resultando num bloco de partículas.
*
*
Processos Mecânicos
Processo de moagem
Aplicada em metais duro e quebradiços, ferro, bismuto, berilo e hidretos metálicos
Mais aplicados como complemento de outros processos
Objetivo do processo:
Reduzir tamanho de partículas de pó;
Modificar forma;
Aglomerar diferentes pós;
Formar ligas;
Modificar propriedades
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Prof. Rodrigo E. Coelho
Tamanho e forma de partículas
*
*
Densidade batida
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Compressibilidade
Expressa a densificação de uma massa de pó pela aplicação de pressão
É a relação entre: “densidade a verde” pela “densidade aparente” do pó
Corresponde a medida de decréscimo de volume na operação de compactação
A compressibilidade é função da pressão de compactação
Aumenta com o aumento da pressão.
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Compressibilidade
Afetada por diversos fatores:
 dureza do metal ou liga
 forma da partícula
 porosidade
 composição granulométrica
 afetada pela presença de lubrificantes sólidos
 a adição de elementos tais como grafita prejudicam a compressibilidade
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Mistura, Homogeneização, Lubrificação
Mistura  pós diferentes são um adicionado ao outro
Homogeneização  operação de misturar os pós
Lubrificação  empregado na operação de compactação
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Mistura e Homogeneização 
Misturador duplo cone
Prof. Rodrigo E. Coelho
Equipamentos utilizados
Misturador em V
*
*
Processo de conformação mecânica 
 deixa o pó na forma desejada
 conferi as dimensões ~finais
 densidade a verde
 resistência necessária p/ manuseio 
 aumenta o contato das partículas de pó
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Conformação
 compactação em matriz rígida
 compactação isostática
 	- a frio (acessório flexível)
 	 - a quente
 compactação por laminação de pós
 extrusão, forjamento, extrusão por explosão, forjamento-sinterização
Prof. Rodrigo E. Coelho
Processos mais importantes
*
*
Princípios da compactação
 eliminação parcial de vazios entre partículas
 deformação plástica das partículas
 fragilização das partículas devido a deformação plástica 
Prof. Rodrigo E. Coelho
Pode ser dividida em três estágios
*
*
Compactação unidirecional
 aplicação de máxima pressão na direção de compactação;
 a prensa deve ter capacidade p/ ejetar o compactado;
 controle de curso e ejeção;
 sincronismo nos movimentos;
 dispositivo de enchimento das matrizes;
 sistema de alimentação do pó e retirada do compactado
Prof. Rodrigo E. Coelho
As prensas utilizadas devem ter os seguintes recursos
*
*
Classificação das prensas de compactação
 ação simples
 ação dupla
 com sistema de retirada
 com movimento múltiplo
 rotativas
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Compactação de ação simples
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
Compactação de ação dupla
*
Compactação de ação dupla c/ matriz flutuante
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Compactação isostática
Prof. Rodrigo E. Coelho
pressões aplicadas simultaneamente em todas as direções;
 processo limitado por não ser contínuo;
 pressões relativamente altas;
 produz compactados de máxima uniformidade e de grandes dimensões;
 alta resistência a verde
*
*
Compactação isostática
Prof. Rodrigo E. Coelho
Representação esquemática do processo
*
*
Compactação isostática a quente
Prof. Rodrigo E. Coelho
As temperaturas variam de 480oC p/ Al a 1700oC p/ W;
As pressões variam de 20 a 300MPa
O meio protetor é o argônio;
O equipamento consiste basicamente de:
Vaso de pressão, forno; sistema de manuseio de gás, sistema elétrico e
sistema auxiliar
*
*
Extrusão a quente
EXTRUSÃO DIRETA
EXTRUSÃO INDIRETA
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Pressão de extrusão em função do deslocamento do pistão
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Processo de Sinterização
É fundamental na MP, constitui na fase final do ciclo de consolidação dos pós metálicos
Descrição:
 aquecimento dos compactados a verde;
 temperatura abaixo do ponto de fusão (2/3 a 3/4);
 condições controladas de tempo e temperatura;
 as partículas ligam-se entre si durante o processo;
 adquirem as características desejadas: densidade, dureza e resistência mecânica
Prof. Rodrigo E. Coelho
*
*
Teoria da Sinterização
Prof. Rodrigo E. Coelho
A sinterização é um processo de difusão no estado sólido.
Fusão de um dos constituintes  presença de fase líquida
Fase líquida favorece a ligação das partículas metálicas
Diminui porosidade do material
Primeira etapa de aquecimento  aumenta contato entre partículas
Ocorre mudanças dimensionais  alterações da geometria interna do compactado
Ocorre contração  aumento de densidade Arredondamento esferoidização da estrutura porosa e mudança na microestrutura
*
*
Teoria da Sinterização
Prof. Rodrigo E. Coelho
Fluxo de difusão  mecanismo mais importante
Influenciado pela existência de defeitos cristalinos
 conforme processo evolui melhora coesão entre partículas
 é evidente que quanto maior a densidade verde mais eficiente essa ligação, devido a maior área de contato
*
*
Teoria da Sinterização
Prof. Rodrigo E. Coelho
Em resumo ocorrem na sinterização as seguintes etapas:
ligação inicial entre partículas e formação de um pescoço
crescimento do pescoço
fechamento dos canais que interligam os poros
 arredondamento dos poros
contração dos poros ou densificação
crescimento eventual dos poros
*