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