04 Processos de Fabricacao Metalurgia do Po

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Processos de FabricaProcessos de Fabricaççãoão
Metalurgia do Pó
Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. EngEng
E-mail: pavanati@ifsc.edu.br
ProProInIn II II –– Mecânica IndustrialMecânica Industrial
Instituto Federal de Santa Catarina
Campus de Florianópolis
Departamento Acadêmico de Metal-Mecânica
Curso Técnico de Mecânica Industrial – ProIn II
ApresentaApresentaçção baseada no curso de Metalurgia do Pão baseada no curso de Metalurgia do Póó do Prof. Alodo Prof. Aloíísio N. Klein, Dr. sio N. Klein, Dr. IngIng -- UFSCUFSC
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
Peças obtidas pela Metalurgia do Pó são produzidas a 
partir da união de partículas sólidas com geometria não 
definida.
CARACTERÍSTICAS
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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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
IMPORTÂNCIA DO PROCESSO
1. Necessidade tecnológica
Muitos materiais só podem ser obtidos através da metalurgia do pó
2. Controle microestrutural
A versatilidade na obtenção da microestrutura desejada é maior
3. Processo alternativo mais econômico
Produção de grandes séries de peças iguais
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
VANTAGENS
1. Perda mínima de matéria-prima;
2. Controle da composição química;
3. Estreitas tolerâncias dimensionais;
4. Fácil automação;
LIMITAÇÕES
1. Alto custo inicial;
2. Tamanho e formato das peças limitados;
3. Heterogeneidade microestrutural de ligas.
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VIABILIDADE
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
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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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
POROSIDADE NA METALURGIA DO PÓ
Porosidade SuperficialPorosidade Superficial
Porosidade InternaPorosidade Interna
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POROSIDADE NA METALURGIA DO PÓ
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
POROSIDADE NA METALURGIA DO PÓ
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
Material do pó Demanda (ton) Demanda relativa (%)
Ferro e aço 350 602 87,8
Aços inoxidáveis 7 262 1,8
Cobre e suas ligas 18 839 4,7
Alumínio 4 539 1,1
Molibdênio 2 043 0,5
Tungstênio 1 589 0,4
Carbeto de tungstênio 5 265 1,3
Níquel 8 306 2,1
Estanho 672 0,2
Total 399 117 100,0
MERCADO METALURGIA DO PÓ
DEMANDA NORTE AMERICANA DE PÓS METÁLICOS EM 2001 (Fonte: MPIF)
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MERCADO METALURGIA DO PÓ
Evolução de componentes da MP utilizados num veículo Norte Americano
(Fonte: MPIF)
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
Peças produzidas pela MP
Pinhões e coroas
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Peças produzidas pela MP
Polias e engrenagens
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Peças produzidas pela MP
Componentes para bomba de óleo
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Peças produzidas pela MP
Cubos e anéis para sistema de transmissão
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Peças produzidas pela MP
Acionadores, garfos (levers)
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Peças produzidas pela MP
Componentes em bronze (Buchas autolubrificantes)
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Componentes em bronze (acionadores e buchas)
Bronze components
Peças produzidas pela MP
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Peças produzidas pela MP
Filtros metálicos
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Peças produzidas pela MP
Metal Duro (“widia”)
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ETAPAS BÁSICAS DE PRODUÇÃO 
VIA METALURGIA DO PÓ
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METALUGIA DO PÓ
Etapas básicas
-- ObtenObtençção e caracterizaão e caracterizaçção dos pão dos póós s Estes podem ser obtidos por moagem Estes podem ser obtidos por moagem 
mecânica, atomizamecânica, atomizaçção de metal no estado lão de metal no estado lííquido, processos fquido, processos fíísicosico--ququíímicos, etc. micos, etc. 
Aspectos importantes: caracterAspectos importantes: caracteríísticas dos psticas dos póóss
-- Mistura dos pMistura dos póós s PPóó da matriz + componentes de liga ou partda matriz + componentes de liga ou partíículas de culas de 
outras fases + lubrificantes e ligantesoutras fases + lubrificantes e ligantes
-- CompactaCompactaçção / moldagemão / moldagem ObtenObtençção da geometria e densificaão da geometria e densificaçção. Compactaão. Compactaçção ão 
isostisostáática e injetica e injeçção levam a menores gradientes de densidade.ão levam a menores gradientes de densidade.
-- SinterizaSinterizaçção ão Tratamento tTratamento téérmico com controle da velocidade de aquecimento e rmico com controle da velocidade de aquecimento e 
resfriamento, do tempo e da temperatura de tratamento e da atmosresfriamento, do tempo e da temperatura de tratamento e da atmosfera do forno. fera do forno. 
-- Etapas complementares Etapas complementares CalibraCalibraçção, tratamentos tão, tratamentos téérmicos, termoqurmicos, termoquíímicos etc..micos etc..
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METALUGIA DO PÓ
Etapas básicas
ObtenObtençção e mistura ão e mistura 
dos pdos póóss
CompactaCompactaççãoão
SinterizaSinterizaççãoão
OperaOperaçções ões 
complementarescomplementares
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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:
1. Mecânicos;
2. Químicos e termoquímicos;
3. Físicos;
4. Eletrolíticos.
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OBTENÇÃO DOS PÓS
Morfologia
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OBTENÇÃO DOS PÓS
Morfologia
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METALUGIA DO PÓ
Obtençãodos 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.
MOINHO DE BOLASMOINHO DE BOLAS
corpos de moagemcorpos de moagem
material em moagemmaterial em moagem
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METALUGIA DO PÓ
Obtenção dos pós – Processos mecânicos
Materiais que podem ser cominuidos a pó por moagem:
Metais frágeis como Mn, Cr, Sb, Bi e Be;
1) Ligas metálicas frágeis e compostos intermetálicos (Fe-
Al, Fe-Si-Mn, Fe-Si, Fe-Mn, Fe-Al-Ti, etc);
2) Materiais cerâmicos em geral (óxidos, carbetos, nitretos, 
boretos, outros);
3) Metais fragilizados por algum processo anterior, tais 
como:
a) produtos esponjosos resultantes de redução (ex.ferro 
esponja);
b) condensadores eletrolíticos;
c) fragilização por oxidação ou conversão em algum 
d) outro composto frágil;
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
METALUGIA DO PÓ
Obtenção dos pós – Processos mecânicos
2) 2) Partindo do material no estado líquido -- atomizaatomizaçção deão de
metais e ligas metmetais e ligas metáálicaslicas -- o lo lííquido quido éé espalhado em gotasespalhado em gotas
que se solidificam na forma de partque se solidificam na forma de partíículas de pculas de póó..
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
Bocal deBocal de
atomizaatomizaççãoão
Câmara deCâmara de
atomizaatomizaçção ão 
Metal Metal llííquidoquido
METALUGIA DO PÓ
Obtenção dos pós – Processos mecânicos - atomização
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METALUGIA DO PÓ
Morfologia do pó atomizado
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Materiais / pMateriais / póós obtidos por atomizas obtidos por atomizaçção:ão:
-- Metais e ligas dMetais e ligas dúúcteis e/ou de baixo ponto de cteis e/ou de baixo ponto de 
fusão:fusão: Pb, Pb, FeFe, Cu, , Cu, AgAg, Al, Cd, , Al, Cd, SnSn, , ZnZn, Bronze, , Bronze, 
Co, Co, NiNi e outrose outros
-- ProduProduçção de pão de póós de ligas (ps de ligas (póós prs préé--ligados):ligados):
Bronze, aBronze, açço inoxido inoxidáável, avel, açço ro ráápido, ligas de pido, ligas de 
nnííquel e outras.quel e outras.
METALUGIA DO PÓ
Obtenção dos pós – Processos mecânicos
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MISTURA DOS PÓS
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
PreparaPreparaçção de misturas ão de misturas -- mistura dos componentes que irão mistura dos componentes que irão 
fazer parte do material:fazer parte do material:
-- ppóó da fase matriz;da fase matriz;
-- ppóó dos elementos de liga;dos elementos de liga;
-- Lubrificantes;Lubrificantes;
-- Outros...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.
1. Reduzir gradientes de densidade na compactação
2. Diminuir o desgaste do ferramental de compactação
3. 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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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
Figure 5. Figure 5. BlendingBlending powderspowders (misturador em cone)(misturador em cone)
METALUGIA DO PÓ
Mistura dos pós
Misturador túrbula:
• movimento múltiplo
• mistura mais homogênea
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Misturador em YMisturador em Y
METALUGIA DO PÓ
Mistura dos pós
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MOLDAGEM DOS PÓS
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MOLDAGEM DE PÓS
•• FunFunçções:ões:
•• obtenobtençção da geometria da peão da geometria da peçça (a (shapingshaping) ) 
•• densificadensificaçção da massa de pão da massa de póóss
•• Pode ser feita:Pode ser feita:
•• com aplicacom aplicaçção de carga, ão de carga, 
•• sem aplicasem aplicaçção de carga,ão de carga,
•• a frio (temperatura ambiente) e,a frio (temperatura ambiente) e,
•• a quente (acima da temperatura de recristalizaa quente (acima da temperatura de recristalizaçção)ão)
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
MOLDAGEM DE PÓS
Moldagem com aplicação de pressão
1.1. CompactaCompactaçção uniaxial em matriz;ão uniaxial em matriz;
2.2. CompactaCompactaçção isostão isostáática;tica;
3.3. LaminaLaminaçção de pão de póós;s;
4.4. Extrusão de pExtrusão de póós;s;
5.5. InjeInjeçção de pão de póós.s.
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MOLDAGEM DE PÓS
Preenchimento 
da matriz Compactação Ejeção Retirada da peça
Compactação uniaxial
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MOLDAGEM DE PÓS
Compactação Isostática
Compactado
Matriz elástica
Câmara pressurizada
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MOLDAGEM DE PÓS
Laminação de pós
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
Pó misturado com ligante
Cilindro de sustentação
Matriz
Produto
Punção
MOLDAGEM DE PÓS
Extrusão de pós
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MOLDAGEM DE PÓS
Injeção de pós
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
MOLDAGEM DE PÓS
Compactação uniaxial
•• De efeito simples De efeito simples -- apenas um punapenas um punçção mão móóvelvel
•• De efeito duplo De efeito duplo -- dois pundois punçções mões móóveis ou matriz flutuanteveis ou matriz flutuante
 
 
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MOLDAGEM DE PÓS
Compactação uniaxial
Considerando que a 
densidade teórica do 
aço é da ordem de 
7,9 g/cm3...
COMPACTAÇÃO 
DUPLO EFEITO
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MOLDAGEM DE PÓS
Compactação uniaxial de pós dúcteis e frágeis
PPóós Ds Dúúcteiscteis
1)1) Rearranjo de partRearranjo de partíículas (preenchimento de vazios culas (preenchimento de vazios interpartinterpartíículasculas))
2)2) DeformaDeformaçção das partão das partíículasculas
3)3) FragilizaFragilizaçção e quebra de partão e quebra de partíículasculas
4)4) Rearranjo (segundo tipo)Rearranjo (segundo tipo)
PPóós Duross Duros
1)1) rearranjo de grânulos (quando houverem),rearranjo de grânulos (quando houverem),
2)2) quebra de grânulos,quebra de grânulos,
3)3) rearranjo de partrearranjo de partíículas,culas,
4)4) fragilizafragilizaçção e quebra de partão e quebra de partíículas e,culas e,
5)5) rearranjo de segunda ordemrearranjo de segunda ordem
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MOLDAGEM DE PÓS
Compactação uniaxial de pós dúcteis e frágeis
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
MOLDAGEM DE PÓS
Compactação uniaxial
Os principais parâmetros que influenciam a Os principais parâmetros que influenciam a 
compactabilidade: compactabilidade: 
•• tamanho e distribuitamanho e distribuiçção de tamanho de partão de tamanho de partíícula,cula,
•• formato das partformato das partíículas,culas,
•• capacidade de deformacapacidade de deformaçção plão pláástica e,stica e,
•• % de lubrificante adicionado% de lubrificante adicionado
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MOLDAGEM DE PÓS
Compactação uniaxial
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MOLDAGEM DE PÓS
Compactação uniaxial
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MOLDAGEM DE PÓS
Exemplo de peças obtidas por compactação uniaxial
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SINTERIZAÇÃO
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SINTERIZAÇÃO
Exemplo de peças obtidas por compactação uniaxial
SinterizaSinterizaçção ão éé um tratamento tum tratamento téérmico realizado em um rmico realizado em um 
compactado verde ou uma massa de pcompactado verde ou uma massa de póós visando gerar s visando gerar 
continuidade de matcontinuidade de matééria entre as partria entre as partíículas. Neste culas. Neste 
tratamento controlatratamento controla--se os seguintes parâmetros: se os seguintes parâmetros: 
-- Velocidade de aquecimento e resfriamento Velocidade de aquecimento e resfriamento 
-- Tempo e temperatura de patamarTempo e temperatura de patamar
-- Atmosfera do fornoAtmosfera do forno
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SINTERIZAÇÃO
Conceito físico da sinterização
““SinterizaSinterizaçção ão éé o transporte de mato transporte de matééria ativado ria ativado 
termicamente, em uma massa de ptermicamente, em uma massa de póós ou um s ou um 
compactado poroso, resultando na diminuicompactado poroso, resultando na diminuiçção da ão da 
superfsuperfíície especcie especíífica livre pelo crescimento de contatos fica livre pelo crescimento de contatos 
entre as partentre as partíículas, reduculas, reduçção do volume dos poros e ão do volume dos poros e 
alteraalteraçção da geometria dos porosão da geometria dos poros”” ((FritzFritz E. E. ThThüümmlermmler & & 
RainerRainer OberackerOberacker).).
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SINTERIZAÇÃO
Tratamento prévio à sinterização
O lubrificante ou demais aditivos que não compõem a O lubrificante ou demais aditivos que não compõem a 
liga adicionados liga adicionados àà mistura antes da moldagem, devem mistura antes da moldagem, devem 
ser removidos num ciclo tser removidos num ciclo téérmico ou qurmico ou quíímico numa etapa mico numa etapa 
anterior anterior àà sinterizasinterizaçção.ão.
Na metalurgia do pNa metalurgia do póó convencional adicionaconvencional adiciona--se estearato se estearato 
de zinco ao pde zinco ao póó de ferro e este de ferro e este éé removido num ciclo de removido num ciclo de 
500 500 ººC durante 30 minutosC durante 30 minutos
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
EstadoEstado 1:1: pepeççaa verdeverde
((apapóóss compactacompactaççãoão))
EstadoEstado 2: 2: pepeççaa sinterizada sinterizada 
((apapóóss sinterizasinterizaççãoão))
ProcessoProcesso::
sinterizasinterizaççãoão
SINTERIZAÇÃO
Antes e após a sinterização
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SINTERIZAÇÃO
Mecanismos de Sinterização
1.1. Difusão superficialDifusão superficial
2.2. EvaporaEvaporaçção e reão e re--condensacondensaççãoão
3.3. Difusão no volumeDifusão no volume
4.4. Difusão no contorno de grãoDifusão no contorno de grão
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SINTERIZAÇÃO
Estágios da Sinterização
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SINTERIZAÇÃO
Estágios da Sinterização
1 - ESTÁGIO INICIAL
FormaFormaçção de contatos de sinterizaão de contatos de sinterizaçção Os contatos entre ão Os contatos entre 
partpartíículas formam culas formam ““pontespontes””, isto , isto éé, a mat, a matééria tornaria torna--se contse contíínua nua 
na região dosna região dos contatos. Neste estcontatos. Neste estáágio não ocorre grande gio não ocorre grande 
movimentamovimentaçção (nem retraão (nem retraçção) de partão) de partíículas.culas.
Formação de "pontes" de continuidade de matéria
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SINTERIZAÇÃO
Estágios da Sinterização
2 - ESTÁGIO INTERMEDIÁRIO
As partAs partíículas perdem gradativamente sua identidade. Neste estculas perdem gradativamente sua identidade. Neste estáágio, o gio, o 
sinterizado apresenta duas sinterizado apresenta duas ““fasesfases”” contcontíínuas: a do material (fases snuas: a do material (fases sóólida) e lida) e 
a a ““vaziavazia”” (rede interligada de poros). O tamanho de grão cresce, resultan(rede interligada de poros). O tamanho de grão cresce, resultando do 
em uma nova microestrutura. A maior parte da retraem uma nova microestrutura. A maior parte da retraçção ocorre neste ão ocorre neste 
estestáágio.gio.
Lo L = Lo - ΔL
Crescimento dos "necks" e retração.
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SINTERIZAÇÃO
Estágios da Sinterização
3 - ESTÁGIO FINAL
Ocorre o isolamento e o Ocorre o isolamento e o 
arredondamento dos poros arredondamento dos poros 
(densidade da ordem de 90 a 98% da (densidade da ordem de 90 a 98% da 
teteóórica). Se os poros contêm gases rica). Se os poros contêm gases 
não solnão solúúveis no metal base, não se veis no metal base, não se 
conseguirconseguiráá a densificaa densificaçção total. Se os ão total. Se os 
poros são vazios ou contporos são vazios ou contéém gases m gases 
solsolúúveis na matriz, pode haver veis na matriz, pode haver 
densificadensificaçção total.ão total.
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SINTERIZAÇÃO
Estágios da Sinterização
Liga Fe-7Ni-0,4P (C=0,05%) 
(Fonte: NOBREGA NETO, S.C., Tese Doutorado UFSC, 2001)
Liga 
sinterizada a
700 ºC
Fe
Ni
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SINTERIZAÇÃO
Estágios da Sinterização
Liga Fe-7Ni-0,4P (C=0,05%) 
(Fonte: NOBREGA NETO, S.C., Tese Doutorado UFSC, 2001)
700 ºC 800 ºC 900 ºC 1000 ºC 1100 ºC 1250 ºC
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SINTERIZAÇÃO
Forno de Sinterização
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
SINTERIZAÇÃO
Micrografias Típicas - SUPERFÍCIE
Antes da sinterização Após a sinterização
Fonte: AM Maliska, et al. Mat Sci Eng A v352 (2003) p273
Fe-puro compactado a 600 MPa e sinterizado a 1150 ºC
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SINTERIZAÇÃO
Micrografias Típicas- NÚCLEO
Fonte: HC Pavanati, et al. Mat Sci Eng A v474 (2008) 15-23
Fe-puro compactado 
a 600 MPa e 
sinterizado a 1150 ºC
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
ETAPAS COMPLEMENTARES
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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
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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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
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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Metalurgia do PMetalurgia do Póó
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, promover 
a estanqueidade do produto e também como pré-tratamento 
para acabamento superficial, como cromagem, niquelação e 
galvanização. (PS neste caso somente os poros superficiais e 
os poros comunicantes são fechados)
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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.