Sinterización

Profesor :Alumno : Nicolás Torres Carrera : Ing. [E] mecánica de

procesos y mantenimiento industrial

Ramo : MetrologíaFecha : 09/06/08

Presentación

La sinterización es el proceso que consigue obtener productos metálicos o cerámicos con formas y propiedades prefijadas a partir del polvo o triturado elemental

En la figura muestra una serie de piezas metálicas obtenidas por el proceso de sinterización en la que se observa las complejas formas que se pueden obtener.

De forma genérica, la sinterización se aplica a la fabricación de piezas metálicas y cerámicas, siendo fabricados por esta técnica el 1% de los productos cerámicos de aplicación industrial.

Los antecedentes históricos de la aplicación de la sinterización se encuentran en Egipto, 3000 años AC, con piezas de hierro y en las civilizaciones precolombinas para la obtención de adornos de oro a partir de granos de oro y plata como lingote. Incluso la celebre columna de Delhi de 6,5 toneladas fue fabricada, 300 años DC, a partir de polvos de hierro reducidos.

Sin embargo el moderno desarrollo de estas técnicas ha sido forzado por la necesidad de fabricar ciertas piezas que no eran posibles por procesos alternativos. Es el caso de la obtención de filamentos para lámparas incandescentes realizados por Coollige en los inicios del siglo XX a partir de polvos de wolframio, y también la fabricación de plaquitas de cortes para herramientas tipo lidia a partos de carburos metálicos sinterizados iniciada por Schroter en 1923.

Otro campo de aplicación ha sido la obtención de piezas con caracteristicas especiales que no pueden conseguir de otro modo, como es el caso de cojinestes porosos que se infiltran con lubricante, trabajando en su servicio como elementos autolubricante.

Compitiendo con otros procesos la sinterización permite obtener piezas con precios mas ventajosos por su repercusión en ahorro de materias primas, de precisión dimencional, de disminución de mecanizados, etc.…

Sinterizado

El sinterizado, o la sinterización, es el proceso de calentar los comprimidos crudos en un horno con atmósfera controlada, hasta una temperatura al punto de fusión pero lo suficientemente alta como para permitir la adhesión (fusión) de las partículas individuales. Antes de la sinterización el comprimido es frágil y su resistencia, llamada resistencia en verde, es baja. La naturaleza y la resistencia de la unión entre las partículas y, en consecuencia, del compactado sinterizado, dependen de los mecanismos de difusión, flujo plástico, evaporación de materiales volátiles del comprimido, recristalizacion de granos y contracción de poros.

Las variables principales en el sinterizado son la temperatura, el tiempo y la atmósfera del horno. Las temperaturas de sinterizado (tabla 17.3) suelen ser de 70 a 90% del punto de fusión del metal o aleación. Los tiempos de sinterizado (tabla 17.3) van de un mínimo de unos 10 minutos, para aleaciones de hierro y cobre, hasta de 8 horas, para tungsteno y tántalo. Los hornos de sinterizado continuo, usado hoy para el grueso de la producción, tiene tras cámaras:

Una cámara de quemado para volatilizar los lubricantes del comprimido crudo, para mejorar la resistencia de adhesión y evitar la rotura.

Una cámara de alta temperatura para el sinterizado.

Una cámara de enfriamiento

Figura 14.Cambios micro estructúrales que ocurren durante la cocción de un polvo compacto. (a) partícula después del prensado. (b) Coalescencia de partículas y formación de poros a medida que empieza la sinterización. (c) A medida que la sinterización ocurre, los poros cambian de tamaño y de forma.

El mecanismo de sinterización se ilustra esquemáticamente en la figura. Después del prensado, muchas de las partículas del polvo se tocan unas con otras. Durante la etapa inicial de la sinterización, se forman cuellos a lo largo de las regiones de contacto entre las partículas adyacentes; además se forma un límite de grano dentro de cada cuello y cada intersticio entre partículas se convierte en un poro. A medida que progresa la sinterización, los poros se hacen menores y más esféricos. Micrográficas obtenidas por microscopia electrónica de barrido de un material de aluminio sinterizada. La fuerza motriz para la sinterización es la reducción del área total de las superficies de las partículas; las energías superficiales son mayores que las energías de los límites de grano. La sinterización se realiza por debajo de la temperatura de fusión, de manera que una fase liquida no este normalmente presente. El transporte de masa necesario para afectar los cambios mostrados en la figura 14. Se realizan por difusión atómica desde las regiones de las partículas hacia las regiones del cuello.

Otro método, todavía en fase experimenta, es el sinterizado con chispa, en el, se ponen polvos metálicos sueltos en un molde de grafito, se calientan con corriente eléctrica, se someten a una descarga de gran energía y se compactan, todo ello es un paso. La descarga rápida expulsa los contaminantes(o toda capa de oxido, como por ejemplo en el aluminio), de las superficies de las partículas, promoviéndose así una buena liga durante la compactación, la temperaturas elevadas.

Propiedades mecánicas

Según la temperatura, el tiempo y la historia de procesamiento se pueden obtener distintas estructuras y porosidades en un comprimido sinterizado, que permiten modificar sus propiedades. No se puede eliminar por completo la porosidad, porque quedan huecos después de la compactación, pueden ser huecos cerrados. En general, si la densidad del material es menor que el 80% de su densidad teórica, los poros están intercioncetados. La porosidad es una característica importante en la fabricación de filtro y cojinetes por metalurgia de polvos.En la tabla 17.4 se muestran las propiedades mecánicas características de diversas aleaciones sinterizadas con metalurgia de polvos. Obsérvese el efecto que tiene el tratamiento térmico sobre las propiedades de los metales. Para evaluar las diferencias entre las propiedades de lo obtenido con metalurgia de polvos, forjado y fundición en diversos metales y aleaciones, compárese esta tabla con las de las partes I y II.Se presentan los efectos de varios procesos sobre las propiedades mecánicas de una aleación de titanio. Nótese que el titanio prensado isostaticamente en caliente tiene propiedades parecidas a las del titanio fundido y forjado. Sin embargo, hay que recordar que es probable que los componentes formados requieran(a menos que se hayan forjado de precisión hasta su forma neta) procesos adicionales del maquinado que normalmente no requiere un componente fabricado con metalurgia de polvos. La metalurgia de polvos se esta volviendo una alternativa competitiva con la mayor parte de las forjas pequeñas.

Figura 17.4 Propiedades mecánicas de algunos materiales fabricados con metalurgia de polvo

DesignaciónTipoMPIF Condición

ResistenciaTensil

Máxima(MPa)

Resistenciade cedencia dureza

Alargamiento en 25 mm

Modulo de elasticidad

Ferrosos

FC-0208 N AS 225 205 45 HRB <0.5 70HT 295 --- 95 HRB <0.5 70

R AS 415 330 70 HRB 1 110HT 550 --- 35 HRB <0.5 110

S AS 550 395 80 HRB 1.5 130HT 690 655 40 HRC <0.5 130

FN-0405 S AS 425 240 72 HRB 4.5 145HT 1060 880 39 HRC 1 145

T AS 510 295 80 HRB 6 160HT 1240 1060 44 HRC 1.5 160

Aluminio601 AB AS 110 48 60 HRH 6 ---

HT 252 241 75 HRH 2 ---LitioCZP-0220 T --- 165 76 55 HRH 13 ---

U --- 193 89 68 HRH 19 ---W --- 221 103 75 HRH 23 ---

TitanioTi-6AI-4V HIP 917 827 --- 13 ---

Ejemplo: Contracción en el sinterizado

En la liga en estado sólido durante el sinterizado de un comprimido verde de metal en polvo, la contracción lineal es de 4%. Si la densidad sinterizada que se desea es 95% de la teórica metal ¿Cuál debería ser la densidad del comprimido crudo?

Solución: La contracción lineal se define como delta L/L siendo L la longitud original. Entonces, la contracción volumétrica durante el sinterizado es

El volumen del comprimido crudo debe ser mayor que el de la parte sinterizada, pero la masa no cambia mucho durante la sinterización. En consecuencia, la ecuación anterior se puede reformular en función de la densidad p:

por consiguiente: