metalurgia do pó

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DISCIPLINA: Metalurgia do Pó 
PROFª: Heliety Barreto 
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METALURGIA do PÓ 
 
 
(PF32J) 
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SINTERIZAÇÃO DE PÓS 
METÁLICOS 
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SINTERIZAÇÃO DE PÓS METÁLICOS 
 
Fase final do ciclo de consolidação dos pós metálicos; 
 
Consiste no aquecimento dos compactados verdes a 
temperaturas elevadas, porém abaixo do ponto de 
fusão do metal ou do principal constituinte da liga 
metálica. Sob condições controladas de: 
 
• TEMPO; 
• TEMPERATURA; 
• MEIO (atmosfera protetora). 
 
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SINTERIZAÇÃO DE PÓS METÁLICOS 
 
Como resultado as partículas que constituem o 
compactado ligam-se entre si e o material adquirem as 
características desejadas de: 
 
• DENSIDADE; 
• DUREZA e; 
• RESISTÊNCIA MECÂNICA. 
 
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SINTERIZAÇÃO DE PÓS METÁLICOS 
 
Em alguns casos, a sinterização é a única operação de 
consolidação; 
Ex: Filtros metálicos 
 
 
 
Estas peças são sinterizadas sem terem sido 
submetidas a uma compactação prévia; 
 
 
 
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SINTERIZAÇÃO DE PÓS METÁLICOS 
 
Normalmente a temperatura especificada de 
sinterização é da ordem de 2/3 a 3/4 da temperatura de 
fusão da liga considerada. 
 
Ex: Fe temperatura de sinterização varia de 1000ºC a 
1200ºC. 
 
Para sistemas com Bronze a sinterização é realizada a 
uma temperatura superior à do metal de menor ponto 
de fusão, formando-se nesse caso uma fase líquida 
que favorece as condições de sinterização.(800 a 830ºC) 
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SINTERIZAÇÃO DE PÓS METÁLICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela com as temperaturas de sinterização 
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SINTERIZAÇÃO DE PÓS METÁLICOS 
 
A operação de sinterização deve ser levada a efeito em ambiente 
adequado para evitar que aconteçam fenômenos indesejáveis 
durante o processo. 
 
Para isso empregam-se as chamadas atmosferas protetoras 
cujos objetivos são: 
 
1. Evitar ou minimizar qualquer reação química entre o 
compactado verde, que em geral se caracteriza pela 
presença de porosidade com o meio ambiente. A 
oxidação é a reação mais importante que uma 
atmosfera protetora evita. 
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SINTERIZAÇÃO DE PÓS METÁLICOS 
 
 
 2-Remover impurezas presentes, principalmente 
películas de óxidos existentes não só na superfície como 
igualmente no interior do compactado, devido sua porosidade 
intrínseca; 
 
 3-Fornecer, eventualmente, um ou mais elementos 
químicos para se ligarem com o metal do compactado. 
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SINTERIZAÇÃO DE PÓS METÁLICOS 
Elemento Proteção 
Bronze 
Latão 
Cobre 
Níquel 
 H 
 N 
 Combinação entre estes 
Aços inoxidáveis H e amônia dissociada à vácuo 
Tântalo Vácuo, Ar ou He 
Carbeto de W H ou vácuo 
W H ou vácuo 
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SINTERIZAÇÃO DE PÓS METÁLICOS 
 
As atmosferas protetoras podem ainda manter uma condição de 
equilíbrio, de modo a evitar que se perca algum elemento de liga 
presente no compactado. 
 
 
As duas operações de consolidação dos pós podem ser realizadas 
SIMULTANEAMENTE, mediante a aplicação da técnica de 
CONPACTAÇÃO A QUENTE. 
 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
Vêm sendo estudado há muitos anos inclusive com teorias 
conflitantes: 
 
Processo relativamente simples desde que se tenha 
equipamentos adequados: 
Fornos ; 
Atmosferas protetoras; 
Instrumentos de medição e controle; 
 
Contudo depende de uma série de fatores que afetam os 
resultados finais e portanto tornam a operação de sinterização 
uma operação delicada e que exige rigoroso conhecimento e 
controle de variáveis que podem influenciá-las 
 
 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
Há diferentes comportamentos das misturas durante a 
sinterização. 
 
O caso mais simples é o de um metal puro; 
 
Os fenômenos iniciais de ligação entre as partículas são 
acompanhados pelo: 
1. Fechamento dos poros; 
2. Cristalização; 
3. Crescimento de grão. 
 
 
 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
Quando o pó é pré-ligado ( ss ou não ss) pouca diferença há em 
relação ao primeiro caso de pó simples pois admite-se que o 
comportamento durante o processo de aquecimento seja o 
mesmo. 
 
Contudo pode ocorrer a fusão de um dos componentes da liga; 
 
 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
A sinterização é um processo de difusão no estado sólido; 
 
A presença de fase líquida na sinterização favorece a ligação das 
partículas metálicas entre si e diminui a porosidade do material; 
 
Na primeira fase do aquecimento de um compactado verde, 
aumenta o contato entre as partículas resultando já nesta fase em 
prováveis mudanças dimensionais e alterações de geometria 
interna do compactado; 
 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
Um dos efeitos iniciais é a contração com consequente aumento 
de densidade ; 
 
A contração pode acentuar-se com o ulterior aumento da 
temperatura ou do tempo à temperatura; 
 
O fenômeno de contração pode ser também afetado pelo tamanho 
da partícula; 
 
 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
Outras mudanças consistem no arredondamento e esferoidização 
da estrutura porosa e na modificação da microestrutura do 
material; 
 
O compactado verde por ter sofrido encruamentoao der 
comprimido a frio, fica submetido a um recozimento, quando é 
aquecido a temperaturas elevadas durante a sinterização. 
 
O recozimento elimina o encruamento pela recristalização do 
material e pode igualmente influir nas mudanças dimensionais; 
 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
Pode se dizer que no estágio inicial do processo de sinterização 
ocorre TRANSPORTE DE MATERIAL. Transporte este feito pelo 
mecanismo de difusão, influenciado pela existência de defeitos 
cristalinos no reticulado do metal. 
 
Como resultado desse fluxo difusional cresce o contato entre as 
partículas embora nesta fase não se tenha qualquer alteração 
dimensional do compactado. 
 
 
 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
É evidente que qto maior a densidade a verde do compactado 
mais eficiente essa ligação, devido à maior área de contato; 
 
No caso de produção de materiais de ALTA POROSIDADE, este 
pode ser o único estágio no processo de Sinterização pois não há 
interesse em se eliminar a porosidade; 
 
 
 
 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
Em consequência dessa ligação inicial, forma-se o pescoço, como 
mostra a figura abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
A figura ilustra a seção transversal de um modelo de duas esferas. 
 
O raio r forma-se na extremidade do pescoço entre as duas 
partículas; 
 
 
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Ampliando: mostra a geometria nas proximidades deste raio. 
Neste pescoço forma-se um contorno de grão entre as duas 
partículas. 
 
 
 
 
 
 
Há uma diferença de curvatura entre a seção correspondente ao 
raio r e a seção plana adjacente 
 
 
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Esta diferença de curvatura ocasiona um gradiente de 
concentração de lacunas (defeitos cristalinos) entre a superfície do 
pescoço de alta curvatura, que apresenta uma elevada 
concentração de lacunas, e a superfície plana adjacente, que 
possui baixa concentração de defeitos. 
 
Em virtude destas diferenças podem ocorrer dois tipos de fluxo 
difusional: 
 1) Difusão de volume (a); 
 2) Difusão superficial (b); 
Que ocasionam o arredondamento e esferoidização de poros 
irregulares num compactado. 
 
 
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Contudo a e b não explicam se verifica a contração a qual deveria 
ser representada por um decréscimo da distância entre os centros 
das 2 partículas esféricas; 
 
Qdo os átomos fluem do contorno do grão em direção ao pescoço 
as lacunas fluem na direção contrária e assim são eliminadas do 
contorno de grão, causando assim aproximação dos centros das 
duas partículas resultando em contração. 
 
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Para que haja contração deve ocorrer um fluxo de átomos do 
contorno de grão do pescoço (c) que representa a difusão do 
contorno de grão e pelo traçado (d) que representa a difusão 
volumétrica do interior do contorno de grão em direção ao 
pescoço. 
 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
Os mecanismos de TRANSPORTE E DIFUSÃO não são tão 
simples, mesmo qdo se considera apenas duas esferas. 
 
 
Inclusive ainda não há um tratamento teórico totalmente aceitável 
para explicar a sinterização. 
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A TEMPERATURA DE SINTERIZAÇÃO é relacionada com certas 
propriedades físicas dos pós 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
Pode-se dizer que não há uma teoria de sinterização que possa 
ser aplicada universalmente: 
 
Todas as teorias poderiam ser resumidas pela consideração de 
que na sinterização ocorrem os seguintes estágios : 
 
1) Ligação inicial entre as partículas e formação de um pescoço; 
2) Crescimento de um pescoço; 
3) Fechamento dos canais que interligam os poros; 
4) Arredondamento dos poros; 
5) Contração dos poros ou densificação; 
6) Crescimento eventual dos poros. 
 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
 
1) Ligação inicial entre as partículas e formação de um pescoço 
 
Na primeira fase do processo qdo o material é aquecido, em 
consequência da DIFUSÃO de átomos levando ao 
desenvolvimento do contorno de grão. 
 
Esta difusão ocorre nas posições em que há um contato íntimo 
entre as partículas adjacentes; 
 
Esta ligação inicial não causa qualquer alteração dimensional do 
compactado, mas já confere elevado grau de coesão. 
 
Quanto maior a densidade a verde mais eficiente é esta ligação 
devido a maior área de contato 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
 
1) Ligação inicial entre as partículas e formação de um pescoço 
Em consequência dessa ligação inicial, formam-se os pescoços da 
figura abaixo: 
 
 
 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
 
2) Crescimento de um pescoço 
 
Significa um maior grau de ligação no interior da massa sob 
sinterização. 
 
Embora este crescimento exija o transporte de material no interior 
da massa não ocorre qualquer decréscimo na QUANTIDADE DE 
POROS, ou seja, sem contração. 
 
O crescimento do pescoço resulta no crescimento do contorno de 
grão. 
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3) Fechamento dos canais que interligam os poros; 
 
Significa uma mudança apreciável na natureza da porosidade da 
massa sinterizada; 
 
Formam-se poros isolados; 
 
Uma das causas destes fechamentos é o crescimento do pescoço; 
 
Também a contração dos poros leva a este fechamento, o que 
pode afetar os característicos de auto lubrificação dos materiais 
para mancais ou de filtragem para materiais para filtrosmetálicos. 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
4) Arredondamento dos poros 
 
Consequência natural de crescimento do pescoço. 
 
Ao se transportar material das regiões de pescoço a partir das 
superfícies dos poros, estes tendem a ficar mais arredondados. 
 
Para esse arredondamento não é necessário que ocorra 
contração dos poros; 
 
Em um tempo suficiente à temperatura de sinterização os poros 
podem se tornar perfeitamente esféricos.. 
 
 
 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
4) Arredondamento dos poros 
 
Estágio da sinterização importante no que diz respeito à influência 
da porosidade nas propriedades mecânicas dos materiais 
sinterizados. 
 
 
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5) Contração dos Poros ou Densificação 
 
Considerado o estágio mais importante da sinterização, porém 
menos importante à medida que aumenta a densidade do 
compactado verde. 
 
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6) Crescimento eventual dos poros: 
 
 
Qdo ocorre acontece após os outros estágios da sinterização; 
 
Consiste na contração e eliminação de poros pequenos e isolados 
e no crescimento dos poros maiores; 
 
Há um decréscimo do número de poros e os o restantes 
apresentam um tamanho maior, o que significa que a quantidade 
total de porosidade permanece a mesma. Ou seja, não se pode 
caracterizar densificação do material neste estágio; 
 
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SINTERIZAÇÃO COM FASE LÍQUIDA 
 
1) Comum quando um dos componentes se funde (Cu-Sn) 
Bronze; 
2) Quando a fase sólida apresenta uma solubilidade limitada na 
fase líquida; 
3) Ou quando se pratica a operação de infiltração. Ex: quando se 
sinteriza uma mistura de Fe-Cu a uma temperatura acima da 
temperatura de fusão do Cu, forçando a penetração deste 
metal no compactado poroso. 
 
Objetivo é obtenção da máxima densidade com pequena 
porosidade residual e excelentes propriedades mecânicas. 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
SINTERIZAÇÃO COM FASE LÍQUIDA 
 
Neste procedimento tem-se três estágios: 
 
1) Rearranjo ou Fluxo líquido: movimentação de partículas no 
interior da fase líquida o que provoca o rearranjo destas 
partículas e a densificação; A força motora deste estágio pode 
ser devida à ação de energias ou tensões superficiais- uma 
maior tendência do líquido molhar o sólido; 
 
2) Acomodação ou Dissolução -acontece apenas se houver uma 
solubilidade limitada do sólido na fase líquida- Fase 
densificadora 
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TEORIA DA SINTERIZAÇÃO 
SINTERIZAÇÃO COM FASE LÍQUIDA 
 
Neste procedimento tem-se três estágios: 
 
3)Coalescência ou ligação de fase sólida – se não houver uma 
umidificação completa, pode ocorrer um rápido crescimento de 
grão na fase sólida. 
 
 
 
 
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FATORES QUE INFLUENCIAM NA SINTERIZAÇÃO: 
 
1) Tamanho de partícula: com menor tamanho de partícula a 
sinterização torna-se mais efetiva, podendo ser comprovada 
em termos de transporte de material, pois com menor 
tamanho de partícula há um maior contato entre elas, ou seja , 
maior números de pescoços e por consequência mais 
caminhos para difusão volumétrica; 
2) Forma e Topografia da partícula: vez que a forma e a 
partícula levar a um contato físico mais íntimo (ex: > 
rugosidade 
3) Estrutura da partícula: porosidade interna, ccc com ccc 
 
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FATORES QUE INFLUENCIAM NA SINTERIZAÇÃO: 
 
5) Composição da partícula: impurezas superficiais como óxidos 
interferem no transporte de material e por isso prejudicam o 
mecanismo de sinterização; 
 
6) Densidade verde: aumento da d verde aumenta a densidade 
final 
 
7) Temperatura 
8) Tempo 
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EFEITOS DA SINTERIZAÇÃO 
1) Modificações dimensionais: 
2) Efeito nas propriedades mecânicas 
 
 
 
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Tipos de Fornos de Sinterização para 
Metalurgia do Pó 
 
Fornos Contínuos: 
Esteira, empurrador, soleira de roletes e vigas movediças 
 
 
Fornos Intermitentes: 
Caixa, sino, tubo e mufla 
DISCIPLINA: Metalurgia do Pó 
PROFª: Heliety Barreto 
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Apresentação da METALURGIA DO PÓ 
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