Metalurgia do Pó

Danilo Pavel José Eduardo

Laio Vítor Thiago Albert

Wildembergy Lucas

Metalurgia do PóÉ a técnica de produção de peças metálicas apartir de metais e suas ligas reduzidos ao estado pulverulento

ObtençãoOs pós são misturados, submetidos acompactação em matrizes e os compactadossão sinterizados.

Em alguns casos é comum a fabricação de peças semi-acabadas que necessitam de usinagem para acabamento.

Compactação

Sinterização

Produtos obtidos também por técnicasmetalúrgicas usuais:

- Peças de ferro e aço sinterizado- Peças de metais e ligas não-ferrosas- Certos ímãs “alnico”

Produtos exclusivos:- Metais refratários- Ligas pesadas- Metal duro- Materiais porosos- Escova coletora de corrente elétrica- Contatos elétricos compostos

Tungstênio (W)Ponto de fusão: 3410°CMinérios: volframita (tungstato de ferro e

manganês), xelita (tungstato de cálcio)Os minérios são transformados em WO3

Por redução em hidrogênio, passa a tungstênio puro na forma pulverulenta

Peças em Tungstênio

Dupla sinterização do TungstênioPré-sinterização:Em barrasEm torno de 1000 e 1100°C Possibilita o manuseio

Sinterização:Fornos elétricos especiaisAtmosfera protetora de hidrogênioTemperatura de 3000°C

Eventos durante a sinterizaçãoCrescimento de grão desde 900 até 2800°C

Controla-se o crescimento com pó detungstênio, óxidos (de alumínio, sílica oualcalinos)Contração e redução da porosidade

ConformaçãoFilamentos

1º Forjamento rotativo das barras (entre 1300 e 1700°C) - Reduz-se a secção a 1mm de diâmetro- Densidade atingida: 18g/cm³

2º Trefilação (entre 400 e 800°C) - Reduz-se a secção a 0,3mm de diâmetro

Produto FinalFios de densidade próxima a 19,3g/cm³Resistência a tração de 400Kgf/mm²Fios para filamento de lâmpada

incandescenteTubos eletrônico e eletrodos de raio-x

Outras conformações: chapas, eletrodos (desoldagem, velas de ignição)

Eletrodos para soldagem em Tungstênio

Molibdênio (Mo)Procedimentos:

Os minerais são transformados em MoO3 e

reduzidos a Molibdênio metálico em póSinterização em barra (por passagem

direta de corrente elétrica)Forjamento rotativo por laminaçãoTrabalhado à frio

Produto FinalDensidade de 10 a 10,2g/cm³Resistência à tração: 240Kgf/mm²

(encruado), 120Kgf/mm² (recozido)

Aplicações: grelha de tubo eletrônico, eletrodos de raios-x, materiais para

contatoselétricos, elementos de aquecimento paraforno elétrico etc.

Tântalo (Ta)Metal resistente a ação de ácidos como: HCl,

HNO3, água régia, H2SO4, H3PO4.Apresenta brilho metálico, é resiste muito

bem à corrosão por ácidos.Bom condutor de calor e eletricidade.Pode ser obtido por fundição.

ObtençãoObtido pela formação de fluoretos duplos de

tântalo e nióbio, cuja separação é possível porque o de tântalo é menos solúvel que o de nióbio.

Purificação do metal: por eletrólise, tratamento com HF e recozimento à vácuo (até 1600°C).

Sinterização em barras sob vácuo (pela passagem de corrente elétrica). Temperatura chega a 2700°C. A densidade fica baixa e, o material, poroso.

Forja-se o material e sinteriza-se novamente (a densidade aumenta, elimina a porosidade)

Produto FinalDensidade de 16,65g/cm³.Resistência à tração: entre 87 e 120Kgf/mm²

(encruado), entre 35 e 62Kgf/mm² (recozido).Ductilidade maior que a do Tungstênio e do

Molibdênio

Aplicações: capacitores de telefones e pagers,lâmpadas para turbina à vapor, componentes demotores de jatos, peças de mísseis e reatoresnucleares, material bio-compatível.

Peças em Tântalo

Nióbio (Nb)Propriedades, processo de fabricação e

aplicações semelhantes as do tântalo.Cinza brilhante, adquire coloração

azulada em contado com o ar.Densidade de 8,57g/cm³ (metade da do

tântalo)

O Brasil é dono de 98% das reservas de

nióbio do mundo

Ligas PesadasLigas baseadas em tungstênio (mínimo de

90%), facilmente sinterizáveis, possuem alta usinabilidade.

Densidade de 18,5%Substitui metais de alta densidade como:

platina (21,5g/cm³), ouro (19,3g/cm³), tungstênio (19,3g/cm³), urânio (18,7g/cm³), chumbo (11,4g/cm³)

Teor de níquel: 1 a 16%Teor de Cobre: 3 a 20%

AplicaçõesRecipientes de cápsulas para substâncias

radioativasRotores de giroscópiosContrapesosAmortecedores de vibração tensionalEmbreagens centrífugas

Material PorosoPorosidade proposital e controladaExemplos clássicos:

Filtros metálicos Buchas autolubrificantes

ObtençãoA compactação do pó é realizada sem

aplicação de pressão ou sob pressão muito baixa

A presença de grafita e de uma substância volátil adicionada também forma os poros

A sinterização é em torno de 800°C (filtros) ou 1100°C (mancais)

A produção de mancais ou buchas autolubrificantes é diferenciada pela impregnação de óleo após a sinterização

O volume de poros pode chegar a 30%

Os filtros metálicos são produzidos comumente de bronze ou aço inoxidável

É usado comumente em:Indústria química para gases e óleos;Indústria petroquímica

Filtros metálicos sinterizados

A fabricação de mancais autolubrificantes é em:Ferro-chumbo-grafita (o mais resistente)Bronze (mais comum)Ferro (mais resistente que o bronze)

A adição de cobre, estanho, níquel, ferro ou fósforo aumenta a resistividade mecânica da bucha

Nos mancais com suporte de aço também usa-se a metalurgia do pó para revestimento de Cu-Pb

Buchas autolubrificantes

Materiais para contatos elétricosCombinações de materiais metálicos que não se ligam por fusão convencional

Tungstênio ou molibdênio com prata ou cobre;Cobre, bronze ou prata com grafita;Prata com carboneto de tungstênio

Em princípio os materiais para contato elétrico são divididos em dois grupos:

Metal-grafitaCompostos ou pseudoligas

Metal grafitaEmpregados em escovas coletoras de

corrente (transferir corrente elétrica entre partes estacionárias e em movimento de motores, geradores etc)

Escova de grafita: Aplicada em alta voltagem e baixa corrente

Escova de grafita com metais de alta condutibilidade térmica: Suporta alta correnteCaracterísticas lubrificantes

Escovas de grafite

Compostos ou pseudoligasBoa condutibilidade elétrica

Pela prata ou cobreResistência ao calor

Tungstênio ou Molibdênio

Tipos e aplicações das pseudoligasCobre-tungstênio:

Interruptores de potencial de alta tençãoMaior resistência de contato

Prata-tungstênio:Interruptores de potência de baixa tençãoMaior resistência a oxidaçãoPreferível em condução de corrente

permanente

Obtenção Mistura

Compactação

Sinterização

Conformação finalRecompressãoCalibragemUsinágem

Forjamento ou extrusão (melhor densidade, dureza e condutibilidade)

Compressão a quentePara ligas com teor de metal refratário próximo de70%

infiltraçãoEsqueleto poroso de material refratário será impregnado de metal de alta condutibilidade

A condutibilidade é aumentada se a sinterização é feita acima da temperatura de fusão do metal de alta condutibilidade. É devido a esse processo que é necessária

uma operação de conformação final, forjamento, extrusão, compressão a quente

ou infiltração.

Materiais de fricção sinterizados

Metais como cobre, ferro e zinco misturados com elementos abrasivos formando um sinterizado que,comparado aos materiais não-metálicos, possuem propriedades.

Melhores Resistência ao calor geradoBoa condutibilidade térmicaResistência ao desgasteSuavidade de funcionamentoCoeficiente de fricção igual ou

ligeiramente menor que o não-ferrosos

Obtenção A compactação não é com o enchimento

direto das matrizes com a mistura de pósOs compactados são de pequena espessura

e grande área e são relativamente frágeis, devem ser manuseados com cautela

O compactado, geralmente em forma de anel, é aplicado em suporte de aço

Na sinterização, o compactado se solda ao suporte, ficando assim com a rigidez e resistência desejada

Materiais usadosCobre:

o básico da liga60 a 80%

Chumbo: As partículas ficam dispersas e atuam como

lubrificante se a temperatura passar do seu ponto de fusão

Zinco e FerroMateriais abrasivos:

Pode ser sílica, óxido de alumínio, feldspato,carboneto de sílica etc

Pós lubrificantes (grafita e sulfeto de molibdênio)

Estanho:2 a 10%

Produto finalMateriais para sistema de embreagens e

frenagem de equipamentos pesados e de terraplanagem

Peças de pequena espessura e área superficial grande

Ferro e aço sinterizadoAs peças são produzidas de forma definitiva

ou com usinagem e acabamento Temperatura de sinterização entre 1100°C e

1300°CDupla compressãoDupla sinterizaçãoImpregnação de cobre ou ligas de cobre para

aumentar a densidade

Tratamentos térmicosCementação ou carbonitretação para

melhorar a resistência ao desgasteTratamentos superficiais para melhorar a

resistência a corrosãoOxidação a vaporFosfatizaçãocromação

Esqueletoporoso

Impregnação metálica

Infiltração

de cobre ou de

liga de cobreMaterial

praticamente

sem poro

Forjamento sinterizadoPeça pré moldada

Forjamento em matriz fechada

Usinagem em acabamento

AplicaçõesFerro sinterizado sem elemento de liga

Pequenas embreagensPequenos componentes mecânicos

Ferro carbono, ferro-carbono-cobre, ferro-carbono-níquel (densidade média)Componentes de máquina de datilografia,

eletrodomésticos e veículos

Aços ao níquel, ferro ou aços sinterizadosComponentes de veículos e armas

Metais e Ligas não-ferrosas produzidos por Metalurgia do pó

Mais Importantes:

Cobre e suas LigasAlumínio e suas Ligas

Cobre e suas Ligas

Alta condutibilidade elétrica Alta densidadeObviamente, só são produzidas por

Metalurgia do Pó se for economicamente viável.

Bronze

Liga de Cobre e EstanhoAlta resistência à corrosão

Latão

Liga de Cobre e NíquelBoa resistência à corrosãoBoa ductilidadeElevada usinabilidadeAlta resistência à corrosão

Alumínio e suas ligasProblema na compactação do póAdição de lubrificante à base de cera

(Impedir a junção do alumínio na matriz)Adição de magnésio (Evitar a oxidação)

FerritasMateriais cerâmicos à base de óxidos

metálicos complexosCondutibilidade elétrica baixa comparada

com os metais e ligasAplicação em condições magnéticas de alta

freqüência

Utilizadas em indutores de filtros, transformadores de alta freqüência, núcleos de antenas, indutores variáveis, sintonizadores e seletores, isolantes, circuladores

Naturais (poucas aplicações)Sintéticos – spinel (obtidos por metalurgia do

pó) Pós metálicos tipo carbonila Pós de Fe2O3, MnCO3 e ZnO

Tipos