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Metalurgia do pó3

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Introducao-2003.doc 
METALURGIA DO PÓ 
 
 INTRODUÇÃO 
 
A Metalurgia do Pó dentro do panorama geral do processo de fabricação. 
 
O processo de M/P consiste na obtenção de pó metálico e na sua transformação através de 
etapas importantes como compactação e tratamento de sinterização em temperaturas abaixo do 
ponto de fusão do metal base (material base), resultando em produtos de alta precisão e 
propriedades desejadas. 
 
A técnica de metalurgia do pó vem sendo utilizada pelo homem a milênios (ver tabela IV no final 
desta nota), porém sob o ponto de vista industrial a obtenção de peças sinterizadas é recente, se 
comparada com outros processos metalúrgicos. Os principais avanços ocorreram no início do 
século XX, com o domínio dos processos de fabricação de pós por redução e eletrólise e a busca 
de uma técnica que permitisse a fabricação de peças de metais refratários de alto ponto de fusão, 
como o tungstênio e o molibdênio, até então limitados pelos processos existentes. Assim, os 
primeiros produtos que marcaram o desenvolvimento da M/P tinham o tungstênio como metal de 
base, tais como o metal duro, os filamentos de lâmpadas elétricas, e os contactos elétricos. 
 
O desenvolvimento experimentado pela metalurgia de pó nos anos 70 permitiu um aumento na 
performance da M/P, oferecendo um melhor controle da microestrutura, homogeneidade 
composicional e materiais com propriedades mecânicas em níveis iguais (ou frequentemente 
melhores do que) aos produtos obtidos por fundição ou conformação mecânica. 
 
Os materiais fundidos apresentam falhas resultantes das diferentes capacidades dos constituintes 
de se solidificarem a partir da fase líquida. No caso de produtos sinterizados a adequada mistura 
de pós e sinterização com transformações na fase sólida, permitem um alto grau de uniformidade 
do material com homogeneidade de microestrutura e consequentemente melhores propriedades 
mecânicas. 
 
Alguns fatores econômicos contribuem para que atualmente a M/P venha sendo utilizada em 
larga escala, tais como, o número reduzido de operações na produção da peça acabada, em 
relação a outros processos, e o aproveitamento quase total da matéria prima. 
 
As vantagens e desvantagens do processo são citadas a seguir: 
Vantagens: 
 
• As temperaturas de sinterização utilizadas são baixas em relação a outros processos, com 
utilização de fornos de concepção simples com menor consumo de energia. 
• O produto final possui estreita tolerância dimensional, e excelente acabamento superficial não 
precisando na maioria dos casos de operações finais. 
• É possível produzir componentes com formas complexas, muitas vezes inacessíveis a outros 
processos de fabricação. 
• Perfeito controle da composição química do material, podendo ser produzidos componentes de 
alta pureza. 
• Possibilidade de obtenção de materiais com propriedades físicas e/ou químicas para os quais a 
metalurgia do pó é a única técnica viável de fabricação. Ex: materiais porosos, metal duro, 
materiais refratários. 
Prof. Raul Almeida Nunes – DCMM-PUC-Rio Conformação de Materiais 
1/1 
Introducao-2003.doc 
• O processo é de alta produtividade proporcionando a fabricação de grande quantidade de bens 
de consumo em menor tempo, além de facilitar a automação, minimizando o custo de 
inspeções para controle de qualidade. 
• Peças para protótipos podem ser atualmente produzidas a um custo mais baixo devido ao 
desenvolvimento de processo de moldagem com laser. 
 
 
ADITIVOS DA LIGA PÓ DA 
MATRIZ 
 ADITIVO LUBRIFICANTE 
( SÓLIDO ) 
 
 
 
 MISTURA 
 
 COMPACTAÇÃO 
 
 SINTERIZAÇÃO 
 
 CALIBRAÇÃO 
 
 
 
 
OPERAÇÕES 
ADICIONAIS 
 
 
RECOMPRESSÃO 
RE-SINTERIZAÇÃO 
FORJAMENTO 
CUNHAGEM 
INFILTRAÇÃO 
IMPREGNAÇÃO 
 
 
 
 
OPERAÇÕES DE 
ACABAMENTO 
 
 
TRATAMENTO TÉRMICO 
TAMBOREAMENTO 
USINAGEM 
GALVANOPLASTIA 
FERROXIDAÇÃO 
 
 
 CONTROLE DE 
QUALIDADE 
 
 
 PRODUTO FINAL 
 
 
Prof. Raul Almeida Nunes – DCMM-PUC-Rio Conformação de Materiais 
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Introducao-2003.doc 
Desvantagens: 
 
• A forma geométrica da peça é limitada, devendo possibilitar que seja extraída de uma matriz 
de compactação. 
• Nos processos convencionais de compactação e sinterização o tamanho da peça é limitado, 
uma vez que as potências requeridas para compactação são proporcionais a sua área 
transversal. Algumas técnicas avançadas da M/P em desenvolvimento já superam esse 
problema. 
• O processo produz uma porosidade residual que deve ser eliminada, no caso de aplicações que 
requerem altas solicitações mecânicas. 
 
 
Os produtos obtidos pela metalurgia do pó podem ser divididos em dois grandes grupos: 
 
(i) o daqueles que por suas características próprias ou pelas propriedades finais desejadas, só 
podem ser obtidos pela técnica de compactação e sinterização, a partir de pós; 
 
(ii) o dos produtos que, embora possam ser fabricados pelos processos metalúrgicos 
convencionais, têm na M/P uma produção com mais eficiência, (facilidade de automação) e 
economia (extrusão de tubos sem costura). 
 
No primeiro grupo incluem-se: 
 
• os metais refratários ( W, Mo, Ta, Nb ); 
 
• os metais duros (tais como carbonatos de W, Ti, Ta, e Nb associados a um metal 
aglomerante, do grupo do Fe, no caso o Co) são duros a Tamb, mantendo-se duro a alta 
temperaturas; 
 
• materiais porosos para aplicação em filtros, buchas auto lubrificantes para mancais e placas 
de baterias alcalinas; 
 
• materiais de fricção constituídos por um metal base (Cu ou Fe), um ou mais pós abrasivos 
(Al2O3 - Ox. Al; SiC - carboneto de Si; SiO2 - Silica; siliceto de Fe) e um ou mais pós 
lubrificantes (grafita, Pb e o MoS - sulfeto de Mo); 
 
• materiais para contato elétrico do tipo metalgrafita e materiais compostos: 
 
⇒ a grafita se presta a contatos elétricos de baixa densidade de corrente com baixa perda 
mecânica. Para aumentar a capacidade de transporte de corrente e dissipação de calor se 
adicionam Cu(bronze) e Ag que possuem alta condutibilidade mas possuem alto coeficiente 
de atrito; 
 
⇒ os materiais compostos - procura-se combinar as propriedades do Cu e Ag com as 
características de alta resistência ao calor, ao desgaste e à formação de arcos de metais 
refratários como o Tungstênio e o Molibidênio. 
• as ligas pesadas ( W-Cu, W-Ni-Cu, W-Ni-Fe ); 
 
 
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Material ρ(g/cm3) Tfusão 
Pt 21,5 1769 
Au 19,3 1063 
W 19,3 3410 
U-γ 18,7 1132 
Ta 16.6 2996 
Hg 13.5 -39 
Pb 11,4 328 
Mo 10,2 2610 
Cu 8,9 1083 
Ni 8,9 1453 
Nb 8,4 2468 
Fe-α 7,9 1536 
 
 
Exemplo: 
 
A liga pesada de W-Ni-Cu com composição em peso de 93-5-2 pode apresentar uma densidade 
variando entre 12,8 g/cm3 a 17,8 g/cm3. Esta variação está relacionada com a temperatura de 
sinterização - TS (1.300 °C, 1.400 °C) e o tempo de sinterização - tS (0,5h, 6h). Desta forma, 
produz-se uma liga com excelente usinabilidade que pode então ser facilmente trabalhada ou 
conformada mecânicamente. O W puro apresenta uma densidade limite em torno de 96% da 
densidade teórica ( ρteórico =19,3), na prática a densidade do W é em torno de 16,5. O W puro é 
duro, quebradiço e de difícil ou impossível usinagem; 
 
Observações: 
 
1. Apesar da Pt e do Au serem densos, são ao mesmo tempo caros. 
2. O U também não é utilizado devido à natureza radioativa do material. 
3. O Pb possui baixa densidade, baixa resistência mecânica e baixa Tfusão. 
No segundo grupo incluem-se: 
• os materiais estruturais nos quais o processo só se torna vantajoso,economicamente, no 
caso da produção seriada em grande número de peças, devido ao alto custo da matriz de 
compactação. 
A tabela I oferece uma visão geral das principais aplicações desses produtos, bem como os 
materiais utilizados e suas propriedades específicas. Com exceção das peças estruturais todos os 
produtos listados só podem ser obtidos através dessa técnica. 
O setor de metalurgia do pó vem experimentando desenvolvimento tecnológico significativo no 
sentido de otimizar as propriedades dos materiais e a sua performance em serviço, a fim de 
atender indústrias altamente sofisticadas como aeroespacial, eletrônica e nuclear. 
Os principais avanços incluem desde os novos processos de consolidação, as recentes técnicas 
para produção de pós, e superligas com propriedades superiores aquelas fabricadas pelos 
processos metalúrgicos tradicionais. 
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Tabela I - Produtos sinterizados, aplicações e propriedades 
 
 
PRODUTOS APLICAÇÕES MATERIAL PROPRIEDADES
Peças 
estruturais 
 
• veículos motorizados 
• veículos ferroviários 
• eletrodomésticos 
• máquinas agrícolas 
• mecânica fina - máquina de escrever e de calcular, 
fotocopiadoras e computadores. 
• Ligas de Fe puro 
• Fe-Cu-Ni , 
• Fe-Cu-Ni-Mo e Fe-Cu-P 
• boa resistência mecânica 
Peças porosas 
 
• filtros metálicos 
• mancais e buchas autolubrificantes 
• condensadores 
• próteses para uso medicinal 
• eletrodomésticos 
• Ligas de Cu e Ni 
• Ligas ferrosas inoxidáveis 
• alta tensão de capilaridade 
Materiais 
refratários 
 
 
• indústrias bélicas e nuclear 
• filamentos de lâmpadas 
• resistência de fornos 
• proteções contra radiação 
• ferramentas antivibratórias 
• lâminas para turbinas à vapor 
• Ligas de W-Mo, Nb e Ta 
• Ligas de W com adições 
de Cu, Ni e Fe 
 
• alta resistência mecânica em temperaturas 
elevadas e à corrosão 
• alto ponto de fusão 
• capacidade de absorver radiações 
Materiais de 
fricção 
• freios e embreagens para veículos automotivos e aviões 
• peças para barcos, guindastes, locomotivas, máquinas 
industriais e motores elétricos 
• Ligas de Cu e Fe-Cu com 
adições de SiC, SiO2 e 
Al2O3 
• alto coeficiente de fricção 
• boa resistência mecânica e ao desgaste 
• boa condutividade térmica 
Contactos 
elétricos 
• reguladores de voltagem 
• interruptores de ignição 
• relés, dijuntores e contactores elétricos 
• peças para indústria automobilística 
• Ligas de Ag e W puros 
• Ligas Ag-W, Ag-WC 
• Ag-Ni, Cu-W e Cu-WC 
• boa resistência mecânica 
• boa condutividade elétrica e térmica 
Metal duro 
 
 
• ferramentas para mineração e perfuração 
• ferramentas para laminação, trefilação e extrusão 
• matrizes e punções para forja, estampagem, corte e 
compactação de pós 
• Insertos para fresa 
• Liga WC-Co • elevada dureza e resistência ao desgaste 
• boa resistência mecânica 
• alto ponto de fusão 
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APLICAÇÕES E AVANÇOS DA METALURGIA DO PÓ 
 
Algumas das técnicas que apresentam maior possibilidade de desenvolvimento e aplicação 
nos próximos anos são descritas a seguir. 
• Compactação Isostática a Quente ( HIP-“Hot Isostatic Pressing”). 
Esse processo atingiu desenvolvimento industrial na última década sendo considerado no 
momento uma área especial da M/P para produção de materiais avançados. O método 
consiste em submeter os pós ou peças sinterizadas aquecidos em alta temperatura, a pressões 
isostáticas de compressão exercidas por um gás. O produto final se caracteriza pela ausência 
total de poros e segregações, homogeneidade microestrutural e excelentes propriedades 
mecânicas. 
Devido as limitações de custo do equipamento e a produção de pequenas séries, o processo 
não compete com a sinterização convencional, sendo geralmente utilizado para materiais com 
propriedades especiais como, aços ferramenta, aços inoxidáveis, metal duro, superligas e 
materiais compostos. 
• Processos de conformação a quente Forjamento, e Extrusão. 
Esses processos vem sendo utilizados em metalurgia do pó a fim de se obter propriedades 
mecânicas equivalentes aos produtos conformados convencionais, através do aumento de 
densidade, e propriedades físicas típicas de produtos sinterizados, tais como, alta precisão e 
excelente acabamento superficial. Apesar do alto custo de investimento envolvido os 
processos de conformação à quente permitem a produção de componentes submetidos a altas 
solicitações dinâmicas, apresentando elevada resistência mecânica e tenacidade à fratura. 
As peças forjadas são geralmente confeccionadas a partir de ligas ferrosas e utilizadas 
principalmente em peças para indústria automotiva, e em matrizes e punções para coformação 
de metais. Já o processo de extrusão é utilizado basicamente em ligas de níquel, alumínio, 
aços rápidos e metais refratários para perfis, barras e tubos sem costura. 
• Produção de pós pela “Técnica de Solidificação Rápida” (RST-“Rapid Solidification 
Technique”) 
O desenvolvimento dessa técnica foi um grande avanço para a M/P pela possibilidade de 
obtenção de ligas metálicas vítricas, inacessíveis até então aos processos de fusão. A técnica 
consiste em resfriar o pó, na fase final do processamento, a velocidades extremamente rápidas 
(ultrasônicas), formando partículas de pós ultrafinas. A partir desses pós é possível formar 
ligas com microestrutura amorfa, composição uniforme, tamanho de grão muito pequeno, e 
ótimas propriedades, tais como, resistência mecânica, resistência à corrosão, tenacidade e 
estabilidade microestrutural a altas temperaturas. 
O processo vem sendo utilizado principalmente para produção de superligas de titânio, níquel 
e alumínio, para aplicações aeroespaciais. 
• Produção de pós pré-ligados com dispersão de óxidos (ODS- “Oxide Dispersion 
Strengthening”) 
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O processo consiste em introduzir pós metálicos dos constituintes da liga desejada em um 
moinho de bolas de alta energia, resultando em partículas de pós com dispersão fina e 
uniforme de óxidos e carbetos na matriz. O produto final obtido após consolidação dos pós 
através de sinterização, extrusão ou prensagem isostática à quente, possui excelentes 
propriedades mecânicas a altas temperaturas, além de manter as propriedades específicas de 
cada tipo de liga, como por exemplo a resistência à oxidação de ligas de alumínio. 
 
As principais aplicações nas quais essa técnica vem sendo utilizada são componentes de 
ligas de Ni, Al ou Ti, submetidos a altas temperaturas, para equipamentos dos setores 
aeroespaciais , automobilístico e nuclear. 
 
Além do potencial de cada técnica individualmente, novas perspectivas estão surgindo com a 
elaboração de materiais através da combinação dos diversos processos da M/P. Por 
exemplo, a tecnologia de produção de pós pelas técnicas RST e ODS, combinados com 
consolidação através de extrusão, prensagem isostática à quente e forjamento, estão 
apresentando oportunidades para criação de novas ligas e formas de materiais com as 
propriedades desejadas, fechando o crescente vazio entre requisitos de alta performance de 
projetos e a precisa adequabilidade do material para componentes de grande conteúdo 
tecnológico. 
 
 
O MERCADO DA METALURGIA DO PÓ NO BRASIL 
 
 
Devido à restrita utilização de produtos sinterizados no Brasil, em relação a outros países, o 
potencial de crescimento da metalurgia do pó é bastante grande tanto a nível de pesquisa 
como industrial, principalmentepela demanda por produtos de alta tecnologia por diversos 
setores como, mecânica fina, indústrias de defesa e aeroespacial. 
A expectativa em relação a utilização de produtos sinterizados no país, é de que aumente 
consideravelmente nos próximos anos em função dos planos de expansão das principais 
industrias do setor, motivadas pela maior demanda no mercada interno, pois a cada ano os 
novos projetos de automóveis bem como as indústrias elétricas e mecânicas, incorporam 
maior número de peças sinterizadas. 
 
A produção de sinterizados no país, situava-se próxima de 7.000 T/ ano (dado de 1986), 
sendo pequena se comparada com países desenvolvidos, pois só em 1985 a produção dos 
EUA foi de 269.000 T/ano, e a do Japão 147.000 T/ano. Na década de 90, a indústria 
automobilística dos EUA utilizava de 20 a 30 kg de peças sinterizadas por veículo, enquanto 
que o Brasil passava de 1kg de peças em 1984 para 3,5 kg em alguns modelos de 1986. Em 
relação ao metal duro, a produção estimada do Brasil é de 400 a 450 T/ano, já nos EUA 
existem empresas que sozinhas produzem 1500 T/ano. Quanto às ligas de alumínio, 
enquanto que em vários países a metalurgia do pó é utilizada para obtenção de ligas com 
propriedades especiais para aplicações de tecnologia de ponta, no Brasil ainda não se 
fabricam produtos sinterizados dessas ligas. 
 
Um dos principais problemas enfrentados atualmente pelo setor industrial está relacionado 
com a produção de pós. Atualmente o mercado possui apenas dois fabricantes que 
produzem basicamente pó de ferro, que em grande parte possui baixa qualidade, e em 
pequena escala pós de outros materiais. Quanto aos pós de ligas especiais, são restritos a 
Prof. Raul Almeida Nunes – DCMM-PUC-Rio Conformação de Materiais 
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Introducao-2003.doc 
algumas fábricas que geralmente produzem para uso próprio, sendo esta uma das limitações 
para o desenvolvimento de peças desses materiais. 
Em regra, as indústrias nacionais compram tecnologia no exterior ou mantém contrato de 
assistência tecnológica com empresas estrangeiras, e a pesquisa que realizam é voltada 
apenas para resolução de problemas de produção e adaptação de técnicas do país de origem 
às condições locais. Algumas indústrias já, desenvolveram pesquisas de pequeno porte em 
cooperação com o IPT (Instituto de Pesquisa Tecnológicas). 
 
Diante dos dados apresentados observa-se que a capacitação tecnológica na área de M/P é 
insuficiente para atender as necessidades de mercado. Existe uma série de lacunas, 
principalmente pelo fato do país não dispor de tecnologia para fabricação de pós de 
materiais com propriedades especiais como por exemplo: aços inoxidáveis, aços de alta 
resistência, superligas de níquel, ligas de titânio e materiais compostos. Com esses materiais 
é possível produzir componentes de alta tecnologia, onde se espera que as instituições de 
pesquisa concentrem esforços de P & D em estreita cooperação com a indústria. 
 
Existe atualmente um número reduzido de instituições de ensino e pesquisa no país que 
atuam na área de M/P. As indústrias do setor, bem como as suas principais linhas de 
produção e materiais utilizados são apresentadas na tabela III. 
 
 
 
Tabela II - Dados comparativos 
 
Mercado 
1986 EUA 1 bilhão US$ 
1991 1,4 bilhões US$ 
 
Produção 
(1986) Brasil 9K T/ano 
 EUA 270K T/ano 
 Japão 150K T/ano 
 
Carro 
(1986) EUA 20 a 30 kg 
 Brasil 3 a 4 kg 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela III- Principais indústrias do setor de Metalurgia do Pó 
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INDÚSTRIA 
(LOCALIZAÇÃO) 
LINHA DE PRODUTOS PRINCIPAIS MATERIAIS 
AUSBRAND 
(SP) 
• Metal Duro TiC, TaC, Co 
 
 
BRASSINTER S.A. 
(SP) 
• Buchas auto - lubrificantes 
• Contatos elétricos 
• Metal pesado 
• Metal duro 
• Materiais de fricção 
Ligas Ferrosas 
Ligas de Cu 
Ligas WC-Co, W-Au 
WC-Ag, WC-Cu, 
W-Ni-Cu-Fe 
BELGO 
BRASILEIRA 
(SP) 
• Pó de ferro 
• Pó de alumínio 
Fe, Cu, Ni, Al 
CERVIN S.A. 
(SP) 
• Metal duro WC, TiC, TaC, Co 
COFAP 
(SP) 
• Peças estruturais Ligas ferrosas 
COMPANHIA 
RESENDENSE 
(RJ) 
• Pós de ferro 
• Pós de liga não ferrosas 
Ligas ferrosas 
Ligas de Cu 
DEGUSSA 
(SP) 
• Contatos elétricos Ligas Ag-W, Ag-Ni, Cu-WC 
Ag-CdO e Ag-SnO. 
HUGHES TOOLS 
(BA) 
• Metal duro WC, Co 
METAL LEVE 
(SP) 
• Peças estruturais Ligas ferrosas 
METAL PÓ 
(SP) 
• Pós de ligas de Cu, Sn e Pb 
• Buchas auto-lubrificantes 
• Peças estruturais 
Ligas ferrosas 
Ligas de Cu 
 
MOLDMIX 
(SP) 
• Pós de liga de Fe, Cu, Sn e Pb 
• Buchas auto-lubrificantes 
• materiais de fricção 
Ligas ferrosas, bronze 
SANDVIK (SP) • Metal duro WC, Co 
SECO TOOLS 
(SP) 
• Metal duro WC, TiC, TaC, Co 
SHUNK E EBE 
(SP) 
• Eletrografites 
• Peças estruturais 
• Filtros 
Ligas ferrosas 
Bronze, grafites 
SINGER (SP) • Peças estruturais Ligas ferrosas 
VALENITE 
MODCO (SP) 
• Metal duro WC, TiC, TaC, Co 
 
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Tabela IV - Desenvolvimentos e Marcos Históricos da Metalurgia do Pó 
 
ÉPOCA DESENVOLVIMENTO E ORIGEM 
3.000 A.C. Ferro-esponja para ferramentas - Egito, África e Índia 
1.200 D.C. Grãos de platina cementados - América do Sul (Incas) 
1781 Liga platina-arsênio - França, Alemanha 
1790 Produção comercial de recipientes químicos de 
platina-arsênio - França 
1822 Produção de pó de platina conformado em lingotes - 
França 
1826 Sinterização a alta temperatura de compactados de pó 
de platina - Rússia 
1829 Método Wollaston de fabricação de compactados de 
platina, a partir de platina esponjosa (base da moderna 
metalurgia do pó) - Grã-Bretanha 
1830 Sinterização de compactados de vários pós metálicos - 
Europa 
1870 Patente para materiais de mancais produzidos a partir 
de pós metálicos (precursores das buchas 
autolubrificantes) - EUA 
Início do século 20 Coolidge desenvolve processo para produção de 
filamentos de lâmpadas incadescentes - EUA 
Início do século 20 Metais compostos - EUA 
Decênio 1920 Mancais autolubrificantes e filtros metálicos - EUA 
Decênio 1920 Escovas coletoras cobre-grafita - EUA 
Decênio 1920 Contatos elétricos - EUA 
1920-decênio 1930 Materiais de fricção - EUA 
1920-decênio 1930 Metal duro (carboneto de tungstênio sinterizado) - 
Alemanha 
Decênio 1930 Modernos Cermets - EUA 
Decênio 1940 Tecnologia do pó de ferro - EUA 
1960 em diante Materiais metálicos de alta densidade via forjamento 
do pó - EUA 
1970 em diante Ligas especiais, compactação isostática a quente, aços 
para ferramentas sinterizados, etc. - EUA 
1980 em diante Técnicas de solidificação rápida e tecnologia de 
moldagem por injeção - EUA 
 
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