PF1 - Aula 16 - Metalurgia do pó

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Metalurgia do pó
Prof. Dr. André G. S. Galdino
• Após esta aula, o aluno deverá ser capaz de:
a) Entender o que é o processo de metalurgia
do pó;
b) Descrever os processos de M/P;
c) Identificar os produtos fabricados por M/P;
d) Indicar as etapas de fabricação de produtos
obtidos por M/P.
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1. Objetivos:
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• Para melhor aproveitamento da aula, o aluno
precisará dos seguintes conceitos:
a) Propriedades mecânicas;
b) Textura e anisotropia;
c) Tratamentos térmicos.
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2. Pré-requisitos necessários para a
aula:
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3. Introdução:
• Definição: A metalurgia do pó é a técnica
metalúrgica que consiste em transformar pós
de metais, metalóides ou ligas metálicas, e às
vezes, também substâncias não-metálicas, em
peças resistentes, sem recorrer-se à fusão,
mas apenas pelo emprego de pressão e calor.
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• A operação de aquecimento, realizada em
condições controladas de temperatura, tempo
e atmosfera, é chamada de sinterização.
• Por ser bastante utilizada para materiais
cerâmicos, a técnica de metalurgia do pó
também é chamada de cerâmica dos metais.
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4. Características do processo:
• As principais características da metalurgia do
pó são:
a) Utilização de pós metálicos e não-metálicos
como matéria prima;
b) Ausência de fase líquida ou presença apenas
parcialmente de fase líquida durante o
processo de fabricação;
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c) Produção de peças com formas definitivas ou
praticamente definitivas, dentro de
tolerâncias muito estreitas, geralmente sem
necessidade de operações de usinagem
posteriores ou de qualquer outro tipo de
acabamento;
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d) Produção de componentes com
características estruturais e físicas
impossíveis de se obter por qualquer outro
processo metalúrgico;
e) Obtenção de peças em grandes séries,
tornando o processo altamente competitivo
em relação aos processos convencionais.
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5. Etapas fundamentais do
processo:
• A partir dos pós, obtidos de várias técnicas de
fabricação, tem-se duas etapas fundamentais,
a saber:
a) Moldagem ou compactação pela aplicação
de pressão nos pós, à temperatura
ambiente, no interior de matrizes, cujas
cavidades correspondem normalmente à
forma e dimensões das peças finais;
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b) Aquecimento ou sinterização a uma
temperatura abaixo da temperatura de
fusão do metal ou liga considerada, sob
condições controladas de temperatura,
tempo e ambiente.
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• Essa última operação confere a resistência
mecânica e outras propriedades aos
compactados obtidos na etapa anterior, os
quais, por estarem apenas compactados, não
possuem resistência mecânica para permitir
seu uso imediato.
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• A compactação e a sinterização são as duas
operações básicas, podendo sofrer, na prática,
algumas modificações, sobretudo no que se
refere à compactação.
• Outras operações típicas são:
a) Mistura (quando se trata de vários
componentes);
b) Calibração ou calibragem (após a
sinterização).
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• Além dessas, podem ser realizadas ainda
outras operações, a saber:
a) Tratamentos térmicos;
b) Tratamentos superficiais;
c) Usinagem, etc.
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5.1. Fluxograma do processo:
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Peças estruturais:
• Aplicação:
a) Automobilística;
b) Ferramentas elétricas;
c) Eletrodomésticos.
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• Materiais:
a) Aço Carbono;
b) Aço Inox;
c) Ferro;
d) Bronze;
e) Latão.
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Peças estruturais:
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Peças estruturais:
• Peças para amortecedor;
• Bielas de motor;
• Engrenagens.
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• Aplicação:
• Automobilística;
• Eletrodomésticos;
• Ferramentas elétricas;
• Motores elétricos.
Buchas autolubrificantes:
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Buchas autolubrificantes:
• Materiais:
a) Bronze;
b) Ferro;
c) Ferro Grafite;
d) Ferro Bronze.
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Filtros metálicos:
• Aplicações:
• Automobilística;
• Pneumática;
• Combustíveis;
• Máquinas;
• Eletrônica.
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• Materiais: 
• Bronze;
• Aço inoxidável.
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Metal Duro e Aços Ferramenta:
• Pastilhas para usinagem;
• Ferramentas de corte;
• Blank para ferramental.
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Inserto para assentos de válvula:
Imagens: Dr. Jesualdo Luiz Rossi - IPEN
• Aplicação: motores à
combustão.
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Componentes Cerâmicos:
• Aplicação:
a) Corpo de velas;
b) Isoladores elétricos;
c) Aplicações contra
desgaste;
d) Aplicação contra
corrosão;
e) Aplicação em altas
temperaturas.
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Materiais de Fricção:
• Aplicação:
• Discos de embreagem;
• Pastilhas de freio.
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Contatos elétricos:
• Aplicação:
a) Contatores;
b) Relês;
c) Chaves e Interruptores.
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Fotos Carbono Lorena e Carbomec
• Aplicação:
• Motores elétricos;
• Alternadores.
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Escovas elétricas:
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Materiais magnéticos (SMC; Imãs):
• Aplicação:
a) Injeção de
Combustível;
b) Componentes de
motor elétrico;
c) Imãs;
d) Tubos de TV.
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• Eletrodos de solda.
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Filamentos de Lâmpada:
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• Aplicação:
• Indústria
aeronáutica e
aerospacial;
• Equipamentos
esportivos de alto
desempenho.
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Peças especiais:
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• Aplicação:
• Caixas de relógio;
• Armação de óculos;
• Teclado para celulares.
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Bens de consumo obtidos por MIM
(Metal Injection Molding):
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Aplicações médicas e dentárias:
Fotos Dra. Isolda Costa - IPEN
• Aplicação:
• Peças para aparelhos
ortodônticos;
• Implantes ortopédicos
temporários.
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Indústria alimentícia e
farmacêutica:
• Aplicação:
• Adição de elementos como o ferro em
alimentos;
• Fabricação de pílulas farmacêuticas .
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Fotos Máquinas Neuberger
6. Vantagens e limitações do
processo:
• As vantagens do processo são:
1. Possibilidade de produzir e conformar
metais impossíveis ou muito difíceis de
serem obtidos pelos processos metalúrgicos
convencionais (metais refratários, metal
duro, etc.);
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2. Possibilidade de obtenção de características
estruturais especiais, como porosidade
controlada (materiais para mancais auto-
lubrificantes, filtros metálicos, etc.);
3. Possibilidade de associar-se metais diferentes
para a obtenção de materiais em que ficam
mantidas as características próprias de cada
componente metálico (contatos elétricos de
W – Ag; W – Cu, etc.);
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4. Possibilidade de obtenção de materiais
caracterizados pela associação de metais
com materiais não-metálicos (discos e
materiais de fricção, escovas coletoras de
corrente, combinação de materiais metálicos
com materiais cerâmicos, etc.);
5. Possibilidade de ser exercido controle
rigoroso do produto acabado, em vista da
capacidade de partir-se de metais
extremamente puros;
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6. Eliminação prática de rebarbas ou de
qualquer excesso de material na forma de
rebarbas.
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• É necessário, contudo, que as séries a serem
fabricadas na maioria dos casos sejam
grandes, dado o elevado custo do ferramental
empregado (matrizes e componentes de
compactação), principalmente quando as
peças apresentam formas complexas.
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• As principais limitações são:
1. Necessidade de volume alto de produção de
peças, para que o processo seja competitivo
com as técnicas convencionais;
2. Limitação das dimensões das peças, pois à
medida que as dimensões das peças
aumentam,é necessário utilizar prensas de
compactação com maior capacidade, que
geram dificuldades técnicas muito grandes a
um custo elevado.
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• Porém, já tem sido possível fabricar peças com
pesos superiores a 5 kg, o que demonstra que
até mesmo a dificuldade dimensional está
sendo ultrapassada.
• Esse processo tem se tornado uma opção para
substituir processos convencionais, tais como:
fundição sob pressão, forjamento, fundição de
precisão, estampagem, usinagem, etc.
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• As vantagens que vem fazendo a metalurgia
do pó substituir esses processos são:
1. Produção de milhares de peças por hora;
2. Produção de formas complexas;
3. Produção de peças com forma definitiva ou
próxima da definitiva, com tolerâncias
estreitas;
4. Eliminação das operações de acabamento
(economia de matéria prima, tempo e
energia).
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7. Matérias primas:
• As matérias primas na metalurgia do pó são
pós metálicos e não metálicos, cujas
características tecnológicas influem não só no
comportamento do pó durante o seu
processamento, como também nas qualidades
finais do produto sinterizado.
• Essas características que devem ser
conhecidas e controladas são as seguintes:
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1. Tamanho da partícula e distribuição de
tamanho: as dimensões das partículas
variam entre cerca de 400 a 0,1 m. Por
outro lado, visto ser raro encontrar-se
partículas de tamanho uniforme, é sempre
necessário determinar-se a distribuição
quantitativa de partículas entre as diversas
dimensões, o que se faz geralmente pelo
processo de peneiramento;
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2. Forma da partícula: de acordo com os
processos de fabricação dos pós, suas
partículas exibem uma grande variedade de
formas: esféricas uniformes (processo
carbonila), esferóides em gotas (processo de
atomização), esponjosa irregular (processo
de redução), dendrítica (processo
eletrolítico), angular (processo de moagem)
e assim por diante;
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3. Porosidade da partícula: a porosidade interna
das partículas afeta obviamente a porosidade
do produto acabado, além de influenciar o
comportamento do pó durante seu
processamento;
4. Estrutura da partícula: aparentemente, as
partículas consistindo em grande número de
grãos muito finos tendem a promover
compressibilidade do pó, ao passo que
partículas de um só grão ou de poucos grãos
apresentam maior resistência à compactação
pela aplicação de pressão;
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5. Superfície específica: o número de pontos
de contato entre as partículas durante a
sinterização depende dessa superfície, o que
comprova a importância do conhecimento
dessa característica;
6. Densidade aparente: relação de g/cm3,
importante porque, na maioria das matrizes
de compressão, o enchimento de suas
cavidades é feito por volume.
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• Além disso, o curso de compressão, nessa
operação e, em consequência, a profundidade
das matrizes dependem do volume ocupado
pelo pó ao amontoar-se no seu interior. A
densidade aparente constitui, assim, um fator
quase decisivo na escolha do tipo de pó;
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7. Velocidade de escoamento: ou seja, a
capacidade do pó escorrer, sob condições
atmosféricas, sobre planos inclinados, no
interior da cavidade da matriz, dentro de um
determinado intervalo de tempo;
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8. Compressibilidade: é a “capacidade de um
pó ser conformado em briquete de um
volume predeterminado a uma dada
pressão” ou “relação entre a densidade
aparente de um briquete simplesmente
comprimida (chamada densidade verde) e a
densidade aparente do pó”;
9. Composição química e pureza: os pós
metálicos podem ser produzidos com
considerável pureza, acima de 99%.
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8. Métodos de fabricação de pós
metálicos:
• Serão abordados de forma superficial os vários
processos de fabricação de pós metálicos, a
saber:
a) Moagem;
b) Atomização;
c) Condensação;
d) Decomposição térmica;
e) Redução;
f) Eletrólise.
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8.1. Moagem:
• Empregado na produção de metais e ligas
friáveis, tais como Cu-Al, Al-Mg, Ni-Fe e
outras.
• Na realidade, a técnica de moagem se presta
principalmente para reduzir determinados pós
a partículas de menores dimensões, como é o
caso de carbonetos duros sinterizados.
• O equipamento utilizado consta
principalmente de moinhos de bola.
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8.2. Atomização:
• É este um dos processos mais importantes,
porque por seu intermédio são produzidos os
pós mais utilizados na metalurgia do pó, tais
como ferro, aço, estanho, chumbo, cobre,
bronze, latão e outros.
• Em princípio, o processo consiste em forçar o
metal ou a liga, no estado líquido, a passar
através de um pequeno orifício e desintegrar a
corrente líquida formada, mediante um jato
de ar comprimido, vapor ou gás inerte.
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• Isto promove a solidificação do metal em
partículas finamente divididas, as quais são
colhidas em coletores especiais por meio de
um sistema de sucção.
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8.3. Condensação:
• O processo é, na realidade, a combinação de
dois processos químicos: condensação e
redução, pois a primeira etapa consiste na
evaporação de um óxido do metal
(geralmente ZnO, visto ser este o principal
metal a ser obtido na forma pulverulenta por
este processo), seguindo-se uma redução a
vapor de zinco por parte de CO; o vapor de
zinco é em seguida condensado na forma de
pó.
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8.4. Decomposição térmica:
• A aplicação mais importante é o método
carbonila, empregado sobretudo na obtenção
de pós de ferro e níquel.
• Os carbonilas desses materiais apresentam
fórmulas respectivamente de Fe(CO)5 e
Ni(CO)4, os quais são preparados a partir dos
metais na forma esponjosa, sobre os quais se
faz passar uma corrente de CO a temperaturas
e pressões determinadas.
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• Tais carbonilas são, em seguida, decompostas
quando a pressão é reduzida e a temperatura é
elevada.
• As partículas que se originam apresentam uma
forma quase esférica de diâmetros entre 0,01 a
10 m.
• Apresentam alta pureza e excelente
compressibilidade, além de ótimas propriedades
de sinterização. São aplicados em empregos
especiais.
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8.5. Redução:
• Constitui também um dos processos mais
empregados na fabricação de pós metálicos,
principalmente tungstênio, molibdênio, ferro,
cobre, níquel e cobalto.
• A redução é feita a partir de óxidos, os quais
são moídos até uma certa finura sob
condições controladas de temperatura e
pressão.
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• A principal vantagem do processo é sua
flexibilidade, pois variando-se o tamanho de
partículas dos óxidos, a temperatura de
redução, o tipo de agente redutor, é possível
controlar dentro de largos limites o tamanho
da partícula metálica resultante, a sua
densidade aparente e outras características.
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8.6. Eletrólise:
• Processo igualmente muito empregado.
• Metais como cobre, ferro, níquel, estanho, prata
e chumbo podem ser produzidos de forma
pulverulenta por precipitação eletrolítica de
soluções.
• O método permite também controle rigoroso das
características dos pós, pela regulagem da
intensidade de corrente, temperatura do banho,
concentração e composição do eletrólito,
tamanho e disposição dos eletrodos, etc.
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• Existem algumas opções para os processos
acima mencionados, os quais devem ser
considerados como processos básicos.
• É o caso, por exemplo, de pó de ferro. Um dos
processos alternativos consiste em obter-se
inicialmente uma liga Fe-C de alto carbono;
essa liga é desintegrada com jato de água a
alta pressão, resultando partículas metálicasricas em carbono e em óxido de ferro.
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• Levadas a fornos especiais, com várias zonas de
aquecimento, ocorre entre as temperaturas de
900°C e 1250°C uma reação entre o Fe3O4, o Fe3C
e CO;
• Os teores de carbono do ferro (assim como de
oxigênio) são reduzidos a valores relativamente
baixos, obtendo-se pós de características muito
boas para a produção de peças sinterizadas de
ferro, aço comum e alguns aços especiais de
baixo teor em liga.
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9. Mistura dos pós:
• Esta é a primeira operação ou primeira etapa
do processo de metalurgia do pó.
• Os objetivos da mistura são:
a) Misturar pós de naturezas diferentes;
b) Assegurar lotes de pós uniformes;
c) Produzir lotes com características específicas
de distribuição e tamanho de partículas.
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• O equipamento empregado consiste em
moinhos de bola, misturadores de pás ou de
rolos, homogeneizadores, etc.
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9.1. Misturadores:
• Os modelos mais usados são:
70
Duplo - Cone
“Y”PF1 - Dr. André G. S. Galdino
10. Compactação dos pós:
• É uma das operações básicas do processo.
• O pó é colocado em cavidades de matrizes
montadas em prensas de compressão,
especialmente fabricadas para a técnica de
metalurgia do pó, onde é comprimido a
pressões determinadas, de acordo com o tipo
de pó usado e com as características
desejadas nas peças sinterizadas.
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• As etapas de compactação, considerando um
exemplo relativamente simples, são as
seguintes:
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• As pressões de compactação exigidas na
metalurgia do pó variam com os vários
materiais a serem produzidos, com as
características dos pós metálicos, com a
quantidade e a qualidade do lubrificante
adicionado na mistura dos pós.
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• Em linhas gerais, as cifras indicativas das
pressões de compressão aconselhadas são as
seguintes:
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Material Pressão (t/cm2)
Peças de latão 4,0 a 7,0
Buchas autolubrificantes de bronze 2,0 a 3,0
Escovas coletoras Cu-Grafita 3,5 a 4,5
Metal duro 1,0 a 5,0
Buchas porosas de ferro 2,0 a 4,0
Peças de ferro e aço de baixa densidade 3,0 a 5,0
Peças de ferro e aço de média densidade 5,0 a 6,0
Peças de ferro e aço de alta densidade 5,0 a 10,0
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• A relação de compressão (relação entre a
densidade verde para a densidade do pó)
varia de 3,0 para 1, dependendo do tipo de
liga.
• As prensas utilizadas na metalurgia do pó
operam com o princípio de enchimento da
cavidade da matriz por volume, sobretudo em
se tratando de prensas acionadas
mecanicamente.
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• Algumas prensas hidráulicas operam com o
princípio de enchimento por peso, o que deve
ser feito quase que manualmente, com
prejuízo para a produção.
• As prensas mecânicas são automáticas e nelas
pode-se, em alguns casos, atingir uma
produção de 100 peças por minuto.
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• Nessas prensas, o controle da pressão se faz
pelo controle do avanço do punção.
• Nas hidráulicas, o controle é feito pela medida
da pressão, ou seja, a máxima pressão é fixada
de início e ela determina o avanço do punção.
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Simples ação:
Dupla ação:
Linha neutra 
deslocada para 
baixo
Linha neutra
centralizada
A maneira como compacta-se o pó influencia a
distribuição da densidade ao longo da peça.
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83PF1 - Dr. André G. S. Galdino
84PF1 - Dr. André G. S. Galdino
11. Matrizes para compactação:
• Um dos problemas mais importantes a
considerar na confecção das matrizes de
metalurgia do pó está relacionado com as
tolerâncias dimensionais.
• Tolerâncias estreitas podem ser conseguidas
em formas relativamente simples; por
exemplo, para peças até 5 cm de dimensão
maior, conseguem-se tolerâncias de mais ou
menos 0,025 mm na direção radial e mais ou
menos 0,127 mm na direção radial.
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• Se possível, deve-se procurar tolerâncias
dimensionais as mais amplas, o que nem
sempre é viável, visto que justamente uma
das vantagens do processo é obter peças de
precisão praticamente acabadas.
86PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• As folgas entre as paredes da matriz e o
punção devem ser tais que não dificultem o
movimento relativo das partes componentes
da matriz, permitam o escape de gases
durante a aplicação de pressão, e evite que os
pós finos penetrem nos espaços entre as
paredes da matriz e o punção, o que pode
dificultar o movimento do punção e acelerar o
desgaste da matriz.
87PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• As matrizes são confeccionadas com aço
indeformável de alto cromo e alto carbono
(AISI D2, por exemplo), temperado e revenido.
• Frequentemente são revestidas de cromo
duro ou são fabricadas com núcleo de metal
duro.
88PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Devido a seu elevado custo, a duração das
matrizes e dos respectivos componentes deve
corresponder a dezenas ou, se possível, a
centenas de milhares de peças compactadas.
89PF1 - Dr. André G. S. Galdino
Imagem fornecida por Aloisio Klein – UFSC
Peças com vários níveis exigem ferramentais com
maior número de componentes. Desta forma, a
distribuição da densidade é melhor controlada
(posição da linha neutra).
Linha 
Neutra
Punções 
inferiores
Macho
Punção 
superior 
matriz
90PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• O ferramental de compactação, independente
da sua complexidade, deve ter como
características:
a) Acabamento polido em todas as superfícies
que terão contato com o pó.
b) Tolerâncias de montagem milesimais entre
os componentes.
c) Alta resistência ao desgaste e alta
tenacidade.
d) Prensas com grande precisão dimensional.
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Fabricação da FerramentaSimulação e Projeto
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12. Sinterização:
• Consiste no aquecimento das peças
comprimidas a temperaturas específicas,
sempre abaixo do ponto de fusão do metal-
base da mistura, eventualmente acima do
ponto de fusão do metal secundário da
mistura, em condições controladas de
velocidade de aquecimento, tempo à
temperatura, velocidade de resfriamento e
atmosfera do ambiente de aquecimento.
94PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Nos casos de certas peças de metal duro,
entre outros, é necessário se realizar uma
sinterização prévia (pré-sinterização), a uma
temperatura mais baixa com o objetivo de
conferir a briquetes compactados condições
de serem usinados antes da sinterização final.
95PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Os fornos de sinterização são a gás ou
elétricos por resistência ou por indução
(fornos a vácuo geralmente).
• São normalmente do tipo contínuo, com
esteira, com empurradores ou com vigas
movediças.
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Figura 1 – Tipo comum de forno de sinterização empregado em
metalurgia do pó.
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• Nos fornos a resistência, os elementos de
aquecimento, em fios, fitas ou barras, são de
Ni-Cr para temperaturas até 1150°C, de
carboneto de silício (Globar) até temperaturas
da ordem de 1400°C, de molibdênio ou
tungstênio, até temperaturas da ordem de
1550°C (neste caso, exigindo atmosfera
protetora redutora de hidrogênio).
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• No caso de metais refratários (W, Mo e Ta),
faz-se passar uma corrente através das peças
desses metais, o que permite atingir
temperaturas da ordem de 3000°C.
• Pode-se também sinterizar a alta frequência,
sob vácuo, atingindo-se assim temperaturas
de aproximadamente 2000°C.
99PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• As atmosferas protetoras empregadas na
sinterização, além da sua completa ausência
(sinterização sob vácuo), compreendem:
a) Hidrogênio: puro e seco, para metal duro,
aço inoxidável, ímãs permanentes, etc.;
b) Amônia dissociada:contendo 75% de
hidrogênio e 25% de nitrogênio, para peças
de ferro e aço;
100PF1 - Dr. André G. S. Galdino
c) Gás endotérmico: contendo de 35 a 40% de
hidrogênio, em torno de 40 a 45% de
nitrogênio e cerca de 1% de CH4, para peças
de Fe-C e Fe-C-Cu;
d) Gás exotérmico: contendo de 1 a 12% de
hidrogênio, 70 a 86% de nitrogênio, 1 a 10%
de CO e 5 a 10% de CO2, para peças de Fe e
Fe-Cu;
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e) Gás de gasogênio: contendo de 60 a 65% de
nitrogênio e 30 a 35% de CO, para peças de
ferro e bronze (pouco usados).
• O fenômeno de sinterização, face às
inúmeras teorias existentes a respeito, pode
ser explicado da seguinte forma:
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• Adesão inicial das partículas metálicas, cujos
pontos de contato aumentam com a
temperatura sem que, nessa fase inicial,
ocorra qualquer contração de volume e
apenas com pequena fluência na difusão
superficial;
• À medida que aumenta a temperatura, ocorre
um aumento de densidade, acompanhado de
esferoidização e progressivo fechamento dos
vazios;
103PF1 - Dr. André G. S. Galdino
• Finalmente, mediante uma difusão nos contornos
dos grãos, desaparecem os últimos vazios
arredondados e isolados.
• Na realidade, o processo de sinterização se baseia
na ligação atômica entre superfícies de partículas
vizinhas.
• Como seria de prever, ocorrem também
fenômenos de recristalização e crescimento de
grão, em função da temperatura e do tempo de
sinterização.
104PF1 - Dr. André G. S. Galdino
Temperaturas, tempos e atmosferas de
sinterização típicos para vários materiais.
Material Temperatura (°C)
Tempo 
mínimo 
(min)
Atmosfera
Bronze 760-870 10-20 Hidrogênio, amôniadissociada, gás exotérmico
Cobre 840-900 12-45 Idem
Latão 840-900 10-45 Idem
Ferro e Fe-
grafita-Cu 1000-1150 8-45 Idem
Níquel 1000-1150 30-45 Idem
Aço inoxidável 1090-1285 30-60 Hidrogênio, amônia dissociada, vácuo
Ímãs Alnico 1215-1300 120-150 hidrogênio,
Metal duro 1425-1480 20-30 Hidrogênio - vácuo
105PF1 - Dr. André G. S. Galdino
Alimentação
Forno contínuo:
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Pré Aquecimento:
500 - 800°C
O lubrificante é retirado da peça
Sinterização:
Bronze: 780 - 840°C Aço: 1050 -
1150°C
Ligação metalurgica das partículas de 
pó
Resfriamento:
A micro-estrutura do material é 
formada
107PF1 - Dr. André G. S. Galdino
Imagens cedidas por Daniel Rodrigues 
Sinterização por fase sólida:
A temperatura promove a união das
partículas do pó. Isto ocorre a
temperaturas abaixo do ponto de
fusão do material, porém suficiente
para criar um “pescoço” de ligação
entre as partículas de pó.
Sinterização por fase líquida:
Outra maneira de sinterizar-se o
material é utilizando-se dois
materiais com ponto de fusão
diferentes. O material com menor
ponto de fusão se liquefaz e
interconecta a partícula do outro pó.
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13. Etapas do Processo:
Etapas
Complementares
109PF1 - Dr. André G. S. Galdino
13.1. Calibragem:
• A porosidade existente na peça sinterizada
permite que esta seja levemente conformada
após a sinterização, permitindo desta forma
obter tolerâncias dimensionais mais precisas.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 110
• Este processo é praticamente obrigatório na
fabricação de buchas auto-lubrificantes. Isto
porque tolerâncias estreitas são exigidas em
seu diâmetro interno, região onde um eixo
retificado trabalhará (motores elétricos,
alternadores, motores de arranque,
eletrodomésticos, ferramentas elétricas).
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 111
• Esta etapa exige a fabricação de um
ferramental apropriado, diferente do usado na
compactação. A prensa de calibragem é mais
simples e rápida do que a prensa de
compactação.
• Geralmente o processo é automatizado,
principalmente no caso de grandes lotes de
peças.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 112
113PF1 - Dr. André G. S. Galdino
13.2. Impregnação:
• Processo empregado principalmente em
buchas auto-lubrificantes. Consiste no
preenchimento dos poros da peça com óleo.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 114
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 115
• 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, pela ação da
capilaridade, retorna para o interior da bucha.
• Peças estruturais e outros produtos
sinterizados também podem, quando
desejado, beneficiar-se deste recurso.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 116
• Geralmente são utilizados óleos minerais
normais, porém para aplicações específicas
podem ser utilizados óleos especiais.
• Alguns exemplos são aplicações que tem
contato com alimentos (copo do liquidificador,
blenders) ou temperaturas elevadas
(ventilador usado no radiador automotivo).
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 117
13.3. Infiltração metálica:
• O processo tem o mesmo conceito da
impregnação a óleo, porém utiliza-se neste
caso um metal para preencher a porosidade
da peça.
• Na região infiltrada, o material tem sua
resistência mecânica aumentada e sua
porosidade selada.
• O metal a ser infiltrado tem um ponto de
fusão inferior ao da peça a ser tratada.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 118
• Sob a forma de pastilha ou pasta, o material é
aplicado sobre a peça principal e através de
aquecimento ele é liquefeito e infiltrado na
porosidade.
• Geralmente é aplicado na peça verde e ocorre
durante a sinterização.
• É um processo caro e trabalhoso. Geralmente
pode ser substituído por outros recursos como
aumento de densidade e/ou mudança de
material.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 119
13.4. Impregnação com resina:
• Assim como a infiltração metálica ou a
impregnação com óleo, os poros da peça são
preenchidos com um determinado material.
Neste caso, uma resina especial.
• O processo é empregado quando a peça for
posteriormente passar por um tratamento
superficial processado em meio líquido
(Zincagem, niquelação, eletrólise).
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 120
• É um processo que aumenta a resistência
mecânica do material, bem como a resistência
à fadiga.
• Esse processo sela a porosidade, permitindo o
uso em aplicações onde seja exigida a
estanqueidade.
• Restrição: A resina pode trabalhar a
temperaturas de até 250°C (valor aproximado
- depende da resina utilizada).
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 121
14. Tratamentos superficiais:
• São de dois tipos:
a) Ferroxidação (steam treatment);
b) Camada metálica.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 122
14.1. Tratamentos superficiais –
ferroxidação (steam treatment):
• Consiste em oxidar-se a superfície do metal
ferroso.
• Ao contrário do óxido vermelho conhecido por
ferrugem (FeO; Fe2O3), o óxido formado neste
processo - Fe3O4 (magnetita) - é estável e
confere boa aparência à peça. Sua coloração é
azul escuro / preta.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 123
• É empregado quando deseja-se:
a) Vedar a porosidade do sinterizado em
aplicações onde seja exigida a
estanqueidade;
b) Aumentar a dureza superficial da peça para
aplicações de desgaste - é um óxido
extremamente duro - 1000HV 0,005;
c) Melhorar a resistência à oxidação;
d) Efeito estético: Melhorar a aparência da
peça.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 124
125PF1 - Dr. André G. S. Galdino
14.2. Tratamentos superficiais –
camada metálica:
• Estes tratamentos são aplicados e têm
resultados semelhantes aos dos materiais
convencionais (usinados, fundidos,
estampados, etc.).
• Os principais tratamentos são: zincagem,
níquel químico e níquel eletrolítico.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 126
14.2.1. Zincagem:
• Aplica-se uma camada de zinco sobre a
superfície da peça.
• Protege a peça contra oxidação.
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14.2.2. Níquel químico:
• Aplica-se uma camada de níquel através de
deposição química.
• Após o processo de envelhecimento, a
camada fica extremamente dura (acima de
1100HV 0,1).
• Possui baixo coeficiente de atrito.
• Protege a peça contra oxidação.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 128
14.2.3. Níquel eletrolítico:
• Aplica-se uma camada de níquel por processo
eletrolítico.• Efeito estético: Melhorar a aparência da peça.
• Proteção anticorrosiva, porém inferior ao
níquel químico.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 129
• Importante: A peça sinterizada deve passar
por um processo de selagem de poros antes
de passar por qualquer tratamento que
envolva imersão em líquidos.
• Se isto não for feito, estes líquidos serão
absorvidos e posteriormente contaminarão a
superfície da peça e o meio onde ela trabalha.
PF1 - Dr. André G. S. Galdino 130
15. Tratamentos térmicos:
• Estes tratamentos são aplicados e têm
resultados semelhantes aos dos materiais
convencionais (usinados, fundidos,
estampados, etc.).
• Os tratamentos térmicos comuns mais
utilizados são: têmpera e revenimento,
cementação, nitretação, carbonitretação e
nitretação a plasma.
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15.1. Sinter hardening:
• Processo de endurecimento do material,
realizado em forno de sinterização adaptado
para o processo.
• Consiste em resfriar a peça logo após sua
saída da zona de sinterização.
• Comparado ao tratamento de tempera e
revenimento, causa uma distorção menor na
peça e por isto é bem vindo em casos de
peças com tolerâncias apertadas.
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• Deve ser evitado em peças que passem por
usinagem posterior.
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Referências:
• CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica, Vol. II, 2ª
Edição, São Paulo: McGrawHill, 1986.
• CHIAVERINI, V. Metalurgia do pó – técnicas e
produtos, 3ª Edição, São Paulo: ABM, 1992.
• Material da Recompó - Rede Cooperativa da
Metalurgia do Pó
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