Metalurgia do Pó
Processos Metalúrgicos de Fabricação
Josinaldo P. Leite ( DEM ) e Edjânio Barbosa Araújo ( DEM )
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBADEPARTAMENTO DE TECNOLOGIAIA MECÂNICA
Área de MATERIAIS
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“A MP é o processo metalúrgico de fabricação de peças metálicas, que se distingue dos processos metalúrgicos convencionais”.
Metalurgia do Pó
Definição:
Prof. Rodrigo E. Coelho2
matérias-primas pós metálicos e não-metálicos;
ausência ou presença apenas parcial de fase líquida;
formas definitivas ou praticamente definitivas;
tolerâncias muito estreitas;
geralmente sem necessidade de operações adicionais;
processar formas complexas e em série
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Metalurgia do Pó
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Divisão do Processo:
Obtenção métodos de produção de pós metálicos
Compactação aplicação de pressão
Sinterização aquecimento abaixo da T de fusão do material
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Metalurgia do Pó
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Compactação:
Material adquire certa densidade (densidade a verde)
Sinterização:
Material aumenta densidade, confere resistência mecânica
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Produzir formas complexas;
Porosidade pode ser controlada;
Obtenção de materiais pela mistura de diferentes tipos de materiais;
Ex.: Al (matriz)+carbonetos
Controle mais apurado do produto;
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Vantagens da Metalurgia do Pó
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Quantidade de peças produzidas custo do equipamento, matrizes
Dimensões das peças contornada por compressão a quente, CIP
ou HIP
Maiores dimensões maiores pressões, maior custo processo
anti-econômico dificuldade técnica
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Limitações da Metalurgia do Pó
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Etapas da MP
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Produção de Pós Metálicos
Reações químicas
Decomposição
Atomização de metais fundidos
Deposição eletrolítica
Processamento mecânico de materiais sólido
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Reações químicas
Método mais comum é a redução de óxidos
Utiliza-se agente redutor gasoso ou sólido
Metais comumente produzidos por este método:
Fe, Cu, W, Mo
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Decomposição
É feito em temperatura elevadas
Os compostos geralmente são gasosos e resulta em partículas
muito fina
São denominados de carbonilas
Os principais pós são de Fe e Ni
No Fe aplica-se CO a alta pressão no seu carbonila Fe(CO)5
Pureza acima de 99,5% partículas esféricas e inferior a 10
microns11
Atomização de metais fundidos
Método mais importante;
Permite a fabricação de praticamente qualquer metal em pó e liga;
O processo basicamente consiste em pulverizar o metal líquido em partículas finas,
inferior a 150 microns;
O metal líquido é forçado por um orifício onde é pulverizado por um jato de água, ar ou
gás;
O metal solidifica rapidamente em forma de pó dentro de um recipiente, é recolhido
por sucção.
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Processos de atomização de metais
Atomização em água
Atomização a gás
Atomização a vácuo
Atomização centrífuga
Atomização por eletrodo rotativo
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Atomização em água
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Atomização a vácuo
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Atomização centrífuga
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Atomização por eletrodo rotativo
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Deposição eletrolítica
Pode-se obter um variedade de pós metálicos Fe, Cu e metais
preciosos
Fe resulta a formação de um depósito esponjoso pode ser triturado
em partículas finas
Cu ocorre deposição de uma camada densa, pode ser moida
Os pós neste processo são muito puros
O processo tem elevado custo de produção, devido baixo volume de
fabricação
Utiliza-se solução aquosa e células eletrolíticasProf. Rodrigo E. Coelho
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Reações químicas
- Outro método é o Pyron, desenvolvido nos EUA;
- A matéria-prima é a casca de óxido, oriunda da laminação de
chapas, barras e na produção de fios e tubos;
- O material é submetido a uma limpeza magnética;
- Em seguida ocorre a moagem;
- Operação de redução a cerca de 980°C, de modo a converter os
óxidos em Fe2O3;
- Procede-se a redução deste último óxido em atmosfera de
hidrogênio a 980°C, resultando num bloco de partículas.19
Processos Mecânicos
Processo de moagem
Aplicada em metais duro e quebradiços, ferro, bismuto, berilo e hidretos metálicos
Mais aplicados como complemento de outros processos
Objetivo do processo:
Reduzir tamanho de partículas de pó;
Modificar forma;
Aglomerar diferentes pós;
Formar ligas;
Modificar propriedades
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Tamanho e forma de partículas
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Densidade batida
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Compressibilidade
Expressa a densificação de uma massa de pó pela aplicação de pressão
É a relação entre: “densidade a verde” pela “densidade aparente” do pó
Corresponde a medida de decréscimo de volume na operação de compactação
A compressibilidade é função da pressão de compactação
Aumenta com o aumento da pressão.
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Compressibilidade
Afetada por diversos fatores:
dureza do metal ou liga
forma da partícula
porosidade
composição granulométrica
afetada pela presença de lubrificantes sólidos
a adição de elementos tais como grafita prejudicam a compressibilidade
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Mistura, Homogeneização, Lubrificação
Mistura pós diferentes são um adicionado ao outro
Homogeneização operação de misturar os pós
Lubrificação empregado na operação de compactação
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Mistura e Homogeneização
Misturador duplo cone
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Equipamentos utilizados
Misturador em V
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Processo de conformação mecânica
deixa o pó na forma desejada
conferi as dimensões ~finais
densidade a verde
resistência necessária p/ manuseio
aumenta o contato das partículas de pó
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Conformação
compactação em matriz rígida
compactação isostática
- a frio (acessório flexível)
- a quente
compactação por laminação de pós
extrusão, forjamento, extrusão por explosão, forjamento-sinterização
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Processos mais importantes
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Princípios da compactação
eliminação parcial de vazios entre partículas
deformação plástica das partículas
fragilização das partículas devido a deformação plástica
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Pode ser dividida em três estágios
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Compactação unidirecional
aplicação de máxima pressão na direção de compactação;
a prensa deve ter capacidade p/ ejetar o compactado;
controle de curso e ejeção;
sincronismo nos movimentos;
dispositivo de enchimento das matrizes;
sistema de alimentação do pó e retirada do compactado
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As prensas utilizadas devem ter os seguintes recursos
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Classificação das prensas de compactação
ação simples
ação dupla
com sistema de retirada
com movimento múltiplo
rotativas
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Compactação de ação simples
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Compactação de ação dupla
Compactação de ação dupla c/ matriz flutuante
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Compactação isostática
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pressões aplicadas simultaneamente em todas as direções;
processo limitado por não ser contínuo;
pressões relativamente altas;
produz compactados de máxima uniformidade e de grandes dimensões;
alta resistência a verde
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Compactação isostática
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Representação esquemática do processo
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Compactação isostática a quenteCompactação isostática a quente
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As temperaturas variam de 480oC p/ Al a 1700oC p/ W;
As pressões variam de 20 a 300MPa
O meio protetor é o argônio;
O equipamento consiste basicamente de:
Vaso de pressão, forno; sistema de manuseio de gás, sistema elétrico e
sistema auxiliar
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Extrusão a quente
EXTRUSÃO DIRETAEXTRUSÃO DIRETA EXTRUSÃO INDIRETAEXTRUSÃO INDIRETA
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Pressão de extrusão em Pressão de extrusão em função do deslocamento do função do deslocamento do
pistãopistão
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Processo de SinterizaçãoProcesso de Sinterização
É fundamental na MP, constitui na fase final do ciclo de consolidação dos pós metálicos
Descrição:
aquecimento dos compactados a verde;
temperatura abaixo do ponto de fusão (2/3 a 3/4);
condições controladas de tempo e temperatura;
as partículas ligam-se entre si durante o processo;
adquirem as características desejadas: densidade, dureza e resistência mecânica
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Teoria da SinterizaçãoTeoria da Sinterização
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A sinterização é um processo de difusão no estado sólido.
Fusão de um dos constituintes presença de fase líquida
Fase líquida favorece a ligação das partículas metálicas
Diminui porosidade do material
Primeira etapa de aquecimento aumenta contato entre
partículas
Ocorre mudanças dimensionais alterações da geometria
interna do compactado
Ocorre contração aumento de densidade Arredondamento
esferoidização da estrutura porosa e mudança na
microestrutura
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Teoria da SinterizaçãoTeoria da Sinterização
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Fluxo de difusão mecanismo mais importante
Influenciado pela existência de defeitos cristalinos
conforme processo evolui melhora coesão entre partículas
é evidente que quanto maior a densidade verde mais eficiente essa
ligação, devido a maior área de contato
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Teoria da SinterizaçãoTeoria da Sinterização
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Em resumo ocorrem na sinterização as seguintes etapas:
ligação inicial entre partículas e formação de um pescoço
crescimento do pescoço
fechamento dos canais que interligam os poros
arredondamento dos poros
contração dos poros ou densificação
crescimento eventual dos poros
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