METALURGIA DO PÓ (SINTERIZAÇÃO)
1. Introdução
Transformação de pó de metais em peças pela aplicação de pressão e calor (sem fusão do
metal base).
Etapas do processo:
- obtenção dos pós metálicos
- mistura de pós (possivelmente de diferentes metais ou materiais)
- compressão da mistura em matrizes (chamada compactação)
- aquecimento para produzir ligação entre partículas (chamada sinterização)
Possibilidade de obtenção de peças de metais de alta dureza como o tungstênio e
combinação de materiais metálicos com não metálicos.
Fabricação de ferramentas de usinagem, mancais porosos auto-lubrificantes, filtros
metálicos, disco de fricção (à base de cobre ou ferro misturado com substâncias de alto coeficiente
de atrito), escovas de corrente elétrica (motores elétricos).
Limitações:
- alto custo das matrizes e prensas, viabilidade técnica e econômica apenas para peças
relativamente pequenas (até 15Kg)
- furos laterais, roscas e reentrâncias só podem ser obtidos por usinagem posterior
- paredes mínimas de 0,7mm e impossibilidade de variações abruptas de espessura de parede
e cantos vivos
- limite máximo entre altura e largura da peça: 3 para 1 (baixas densidades no centro)
2. Matéria-prima
Pós-metálicos e não metálicos.
2.1 Características do pós a serem controladas
Tamanho das partículas
- 0,1 a 400 microns
- peneiramento para seleção de tamanhos
Formas das partículas: esféricas, gotas, angular, outras.
Porosidade da partícula
Estrutura da partícula (tamanho de grãos cristalinos, melhor compressibilidade de grãos
finos)
Superfície específica: número de pontos de contato entre partículas
Densidade aparente: densidade do pó, antes da compactação
Velocidade de escoamento: escoamento do pó para interior da matriz (maior velocidade
indica também maior possibilidade de enchimento completo da matriz)
Compressibilidade: relação entre densidade de um bloco simplesmente comprimido e
densidade do pó.
Composição química e pureza (pode chegar a 99%)
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Perguntas:
1. Quais são as etapas do processo de sinterização
2. Quais são as características e as aplicações de peças sinterizadas?
3. Quais são as limitações do processo de metalurgia do pó (técnicas e econômicas)?
4. Cite ao menos duas características da matéria prima (pós) que devem ser controladas e
explique sua relação com as propriedades da peça final
2.2 Métodos para obtenção do pó metálico
Moagem: realizada em moinhos de bola (esferas de metal de alta dureza)
Atomização: pulverização de metal fundido que se solidifica formando o pó
Eletrolítica: precipitação eletrolítica de soluções (bom controle do tamanho de grãos com
controle da corrente elétrica, temperatura e concentrações químicas)
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3. Mistura dos pós
Mistura pós de diferentes metais constituintes da peça a ser formada de maneira uniforme.
Utilização de moinhos de bola, misturadores de pás e outros.
4. Compactação dos pós
Formação da geometria da peça em matrizes. Resulta no compactado verde.
Pressões de compactação são da ordem de 5 t/cm2
Prensas automáticas possuem capacidade de produção de até 100 peças por minuto.
Matrizes são fabricadas em aço de alto carbono e alto cromo, temperado e revenido e são
revestidas com cromo. Alto custo, devem durar pela fabricação de centenas de milhares de peças.
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5. Sinterização
Aquecimento de peças já compactadas a temperaturas abaixo do ponto de fusão do metal
base.
Sinterização sólida: nenhum dos metais é fundido
Sinterização líquida: metal secundário é fundido no aquecimento
Existe uma sinterização líquida chamada sinterização com infiltração metálica em que o
metal líquido é absorvido por capilaridade pelo metal sólido (não há mistura prévia dos pós).
A sinterização é realizada em fornos contínuos com atmosfera protetora composta de
hidrogênio ou amônia dissociada (75% hidrogênio, 25% nitrogênio) ou outras.
Na sinterização ocorre recristalização, crescimento de grãos e, principalmente, a união de
contornos de grãos de partículas metálicas vizinhas.
6. Dupla compactação
Variedade do procedimento simples de metalurgia do pó em que realiza-se compactação,
pré-sinterização, nova compactação (definitiva) e sinterização final.
Obtém-se melhores propriedades mecânicas.
7. Compactação a quente
Outra variedade em que a compactação e a sinterização são realizadas simultaneamente.
Produz-se peças com densidade mais elevada e melhor condutibilidade elétrica
8. Forjamento-sinterização
Produz-se compactado verde com dimensões próximas às dimensões finais, realiza-se a
sinterização, comprime-se a peças ainda quente numa matriz e resfria-se a peça em atmosfera
protetora (evita oxidação).
Vantagens: alta escala de produção e bom acabamento superficial.
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9. Esquema geral da metalurgia do pó
As etapas básicas da metalurgia do pó podem ser encadeadas e repetidas de diversas
maneiras conforme a necessidade de obtenção de melhores propriedades mecânicas, melhores
tolerânicas dimensionais, etc. Mas deve-se lembrar que a repetição de etapas aumenta o custo de
obtenção da peça.
Na figura a seguir estão esquematizados alguns procedimentos (observação: operações de
calibragem nada mais são que recompactações).
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Perguntas:
5. Explique as relações entre os métodos de produção de pós metálicos e as características
dos pós obtidos
6. Por que a sinterização deve ser realizada sob atmosfera controlada (inerte)?
7. Quais são as vantangens em se repetir as etapas de compactação e de sinterização em
processos de metalurgia do pó?
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- Chiaverini, V. - Tecnologia Mecânica, Volume II, 2a ed., Makron Books, 1986
- Kalpakjian, S., Manufacturing Engineering & Tecnology, 4th ed, Addison Wesley, 2000
- Groover, M. P., Fundamentals of Moder Manufacturing, Prentice Hall, 1996
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