metalurgia pó curso

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

Prof. Rodrigo E. Coelho

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


Metalurgia do Pó

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Compactação:

Material adquire certa densidade (densidade a verde)

Sinterização:

Material aumenta densidade, confere resistência mecânica


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;


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


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.


Processos de atomização de metais

Atomização em água

Atomização a gás

Atomização a vácuo

Atomização centrífuga

Atomização por eletrodo rotativo


Atomização em água


Atomização a vácuo


Atomização centrífuga


Atomização por eletrodo rotativo


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



Tamanho e forma de partículas

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Densidade batida


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.


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


Mistura, Homogeneização, Lubrificação

Mistura pós diferentes são um adicionado ao outro

Homogeneização operação de misturar os pós

Lubrificação empregado na operação de compactação


Mistura e Homogeneização

Misturador duplo cone


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


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


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


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


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


Compactação de ação simples


Compactação de ação dupla

Compactação de ação dupla c/ matriz flutuante


Compactação isostática


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


Representação esquemática do processo

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Compactação isostática a quenteCompactação isostática a quente


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


Pressão de extrusão em Pressão de extrusão em função do deslocamento do função do deslocamento do

pistãopistão


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


Teoria da SinterizaçãoTeoria da Sinterização


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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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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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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