Material 5 - FSCPMP.pdf aula gill metalugia do pó

aula metalurgia do pó

1. Gill Bukvic – [email protected]
Disciplina: FUNDIÇÃO SOLDAGEM
CONFORMAÇÃO POLIMEROS E
METALURGIA DO PÓ
Professor: Dr. Gill Bukvic

2. Gill Bukvic – [email protected]

3. Gill Bukvic – [email protected]
Razões para utilizar a Metalurgia do Pó:
Econômicas:

•Um componente sinterizado com qualidade comparável a um
fundido ou trabalhado normalmente é mais barato que estes. M/P
tipicamente usa mais de 97% da matéria prima original na peça
acabada;
•Produz peças com excelente acabamento superficial;
•M/P é adequada a componentes com alto volume de consumo
(permite automação), com formas intrincadas, com tolerâncias
dimensionais fechadas;
•Apresenta consistência de processo, e conseqüentemente baixa
fragmentação;
•Peças sinterizadas tem bom desempenho em aplicações críticas de
longa duração.

4. Gill Bukvic – [email protected]
Fluxograma do Processo

5. Gill Bukvic – [email protected]
Exemplos: peças
Aplicação: - Automobilística
- Ferramentas elétricas
- Eletrodomésticos

6. Gill Bukvic – [email protected]
Exemplos: Materiais Utilizados
Aplicação: - Aço Carbono
- Aço Inox - Ferro
- Bronze - Latão

7. Gill Bukvic – [email protected]
Exemplos: peças estruturais
Aplicação: - Peças para amortecedor
- Bielas de motor
- Engrenagens

8. Gill Bukvic – [email protected]
Exemplos: peças sinterizadas utilizadas em carros

9. Gill Bukvic – [email protected]
Exemplos: Metal Duro
Aplicação: - Pastilhas para usinagem
- Ferramentas de corte
- Blank para ferramental

10. Gill Bukvic – [email protected]
Exemplos: Contatos elétricos
Aplicação: - Contatores
- Relês
- Chaves e Interruptores

11. Gill Bukvic – [email protected]
Exemplos: Escovas elétricos
Aplicação: - Motores elétricos
- Alternadores

12. Gill Bukvic – [email protected]
Exemplos: Buchas autolubrificantes
Materiais: - Bronze
- Ferro
- Ferro Grafite
- Ferro Bronze
Aplicação:
- Automobilística
- Eletrodomésticos
- Ferramentas elétricas
- Motores elétricos

13. Gill Bukvic – [email protected]
Exemplos: Componentes Cerâmicos
Aplicação:
- Corpo de velas
- Isoladores elétricos
- Aplicações contra desgaste
- Aplicação contra corrosão
- Aplicação em altas temperaturas

14. Gill Bukvic – [email protected]
Exemplos: Materiais de fricção
Aplicação:
- Discos de embreagem
- Pastilhas de freio

15. Gill Bukvic – [email protected]
Exemplos: Materiais magnéticos
Aplicação:
- Injeção de Combustível
- Componentes de motor
elétrico
- Imãs
- Tubos de TV

16. Gill Bukvic – [email protected]
Exemplos: Filtros metálicos
Aplicação:
- Automobilística
- Pneumática
- Combustíveis
- Máquinas
- Eletrônica
Materiais:
- Bronze
- Inox

17. Gill Bukvic – [email protected]
Metalurgia do Pó comparada a Usinagem:

18. Gill Bukvic – [email protected]
Metalurgia do Pó comparada a outros processos:

19. Gill Bukvic – [email protected]
Metalurgia do Pó comparada a outros processos:
PROCESSOS Vantagens X MP Desvantagens X MP
Deformação à frio
(Extrusão, laminação,
Rolagem, Encabeçamento)

Produção rápida
Resistência mecânica maior
Superfície da peça lisa
Menor precisão/tolerância
Vida da ferramenta menor
Alto consumo de energia
Poucos materiais adequado
ao processo
Estampagem


Peças planas de alta precisão
Alta taxa de fabricação
Peças com grandes áreas
Localização precisa de detalhes
Peças simples e finas
Cantos vivos e rugosos,
desperdícios
Não consegue fabricar
pequenos detalhes
Poucos materiais
adequados o processo

20. Gill Bukvic – [email protected]
Metalurgia do Pó comparada a outros processos:
PROCESSOS Vantagens X MP Desvantagens X MP
Fundição

Aplicável a vasta gama de
materiais
Peças pequenas a muito
grande
Baixo custo de setup
Baixo custo de ferramental
(exceção: injetado)
Não pode ser usado para
materiais refratários
Exibe linha de partição e
rebarbas
Heterogeneidades, poros
grandes e defeitos
Desperdícios (massalotes),
dificuldades de reciclagem
Forjamento à quente


Resistência mecânica muito
alta
Formas complexas e peças
grandes
Produção rápida (depende do
tamanho)
Rebarba e desperdício de
material
Controle dimensional pobre
Inclusões e defeitos
Rápido desgaste de ferramental

21. Gill Bukvic – [email protected]
Metalurgia do Pó comparada a outros processos:
PROCESSOS Vantagens X MP Desvantagens X MP
Usinagem Aplica-se a todos os materiais
e formas
Peças pequenas a muito
grandes
Alta precisão dimensional
Tempo de desenvolvimento
curto (s/ferramental)
Independe do volume para ser
viável
Desperdício de material
Baixa produtividade
Propriedades não uniformes
Mão-de-obra

22. Gill Bukvic – [email protected]
Metalurgia do Pó comparada a outros processos:

23. Gill Bukvic – [email protected]
Metalurgia do Pó comparada a outros processos:

24. Gill Bukvic – [email protected]
Comparação de resistência mecânica entre material
convencional e Metalurgia do Pó:

25. Gill Bukvic – [email protected]
- Materiais
- Processos de fabricação de pó
- Compactação
- Sinterização
- Etapas Complementares
Etapas do processo:

26. Gill Bukvic – [email protected]
Materiais: Tipos de pós mais usados na fabricação de peças
estruturais e buchas autolubrificantes
Pós Base:
- Ferro
- Cobre
- Bronze
- Latão
- Inox
Aditivos e Lubrificantes:
- Carbono
- Cobre
- Estearatos
- Ceras
- MnS
- Níquel
- Molibdênio
- Estanho

27. Gill Bukvic – [email protected]
Fabricação dos Pós:
- O principal processo utilizado para fabricação de pós metálicos é a
atomização, que consiste em desintegrar um filete de metal fundido com um jato
pressurizado de água ou gás (ar, argônio, nitrogênio, hélio …)
Atomização a Gás
Redução de óxidos, moagem, eletrólise ... Outros processos de fabricação de pó:
Video - 1

28. Gill Bukvic – [email protected]
Manuseio dos Pós:
- Embalagem: Feita em tambores, sacaria ou big-bag.
- Transporte: Proteção contra intempéries e maresia.
- Armazenagem: Manter em local seco e com a embalagem sempre fechada

29. Gill Bukvic – [email protected]
Mistura dos Pós:
- Feita com base na especificação do material definido para peça.

- Os componentes da mistura, todos na forma de pó, são pesados e
colocados no misturador de forma a obter uma mistura homogênea.

- Adiciona-se também um pó lubrificante necessário na etapa de
compactação. Este pó evita que o ferramental seja desgastado e facilita a
compactação e a extração da peça.

30. Gill Bukvic – [email protected]
Misturadores: Os modelos mais usados são.

Duplo - Cone
“Y”
Video 2

31. Gill Bukvic – [email protected]
Compactação:

32. Gill Bukvic – [email protected]
Compactação:
*A maneira como compacta-se o pó influencia a distribuição da
densidade ao longo da peça.
Simples ação:
Dupla ação:
Linha neutra
deslocada
para baixo
Linha neutra
centralizada
Video 3

33. Gill Bukvic – [email protected]
Compactação:
Peças com vários níveis exigem ferramentais com maior número de componentes.
Desta forma, a distribuição da densidade é melhor controlada (posição da linha
neutra).
Linha Neutra
Aloisio Klein - UFSC
Punções inferiores

Macho

Punção superior

matriz

34. Gill Bukvic – [email protected]
Compactação: Múltiplos degraus com matriz com
projeção (Shelf Die)

35. Gill Bukvic – [email protected]
Compactação: Dicas de projeto, cantos vivos e raios.

36. Gill Bukvic – [email protected]
Compactação: Dicas de projeto, chanfros.

37. Gill Bukvic – [email protected]
Compactação: Dicas de projeto, raios / acabamentos.

38. Gill Bukvic – [email protected]
Compactação: Dicas de projeto, furo cego.

39. Gill Bukvic – [email protected]
Compactação: Dicas de projeto, rebaixos.

40. Gill Bukvic – [email protected]
Compactação: Dicas de projeto, saídas / conicidade.

41. Gill Bukvic – [email protected]
Vídeos Compactação:
Video 4
Video 5
Video 6
Video 7

42. Gill Bukvic – [email protected]
Ferramental de Compactação:
- Acabamento polido em todas as superfícies que terão contato com o pó.
- Tolerâncias de montagem milesimais entre os componentes.
- Alta resistência ao desgaste e alta tenacidade.
- Prensas com grande precisão dimensional.
O ferramental de compactação, dependendo do produto, pode ser simples ou
extremamente complexo, porém em todos os casos exige-se:

43. Gill Bukvic – [email protected]
Fabricação de Ferramental de Compactação:
Video 8
- A complexidade do ferramental está diretamente ligada à complexidade da
peça.
- Cada sinterizador trabalha com padrões próprios, o que muitas vezes
inviabiliza o uso do ferramental por outro sinterizador.
- O projeto do ferramental também deve levar em conta a prensa em que
será utilizado. Determinadas prensas apresentam recursos que outras não
tem.
- Grande parte das quebras em ferramental ocorrem no setup do
equipamento, ou seja, a mão de obra para o trabalho deve ser
especializada e bem treinada.

44. Gill Bukvic – [email protected]
Sinterização:
Etapa responsável por:
- Retirar o lubrificante utilizado na compactação.
- Promover a ligação metalúrgica entre as partículas de pó.
- Definir a micro-estrutura do material.

45. Gill Bukvic – [email protected]
Equipamento de Sinterização:
Utiliza-se nesta etapa um forno com atmosfera controlada ou vácuo.
Forno contínuo Forno Batch (batelada)

46. Gill Bukvic – [email protected]
Equipamento de Sinterização: forno continuo
Pré Aquecimento:
500 - 800°C
O lubrificante é retirado da
peça
Sinterização:
Bronze: 780 - 840°C
Aço: 1050 - 1150°C
Ligação metalurgica das
partículas de pó
Resfriamento:
A micro-estrutura do material é
formada
Video 9

47. Gill Bukvic – [email protected]
Processos de Sinterização:
Sinterização por fase sólida:
A temperatura promove a união das
partículas do pó. Isto ocorre a
temperaturas abaixo do ponto de
fusão do material, porém suficiente
para criar um “pescoço” de ligação
entre as partículas de pó.
Sinterização por fase líquida:
Outra maneira de sinterizar-se o
material é utilizando-se dois materiais
com ponto de fusão diferentes. O
material com menor ponto de fusão se
liquefaz e interconecta a partícula do
outro pó.

48. Gill Bukvic – [email protected]
Etapas Complementares: Calibragem
- A porosidade existente na peça sinterizada permite que esta seja levemente
conformada após a sinterização, permitindo desta forma obter tolerâncias
dimensionais mais precisas.
- Este processo é praticamente obrigatório na fabricação de buchas auto-
lubrificantes. Isto porque tolerâncias apertadas são exigidas em seu diâmetro
interno, região onde um eixo retificado trabalhará (motores elétricos,
alternadores, motores de arranque, eletrodomésticos, ferramentas elétricas).
- Esta etapa exige a fabricação de um ferramental apropriado, diferente do
usado na compactação. A prensa de calibragem é mais simples e rápida que a
prensa de compactação.
- Geralmente o processo é automatizado, principalmente no caso de grandes
lotes de peças.

49. Gill Bukvic – [email protected]
Etapas Complementares: Impregnação
- Processo empregado principalmente em buchas auto-lubrificantes. Consiste no
preenchimento dos poros da peça com óleo.
- O óleo permite a lubrificação da superfície da bucha quando o eixo que nela trabalha encontra-se em
movimento.
- Quando o eixo pára, o óleo, pela ação da capilaridade, retorna para o interior da bucha.
- Peças estruturais e outros produtos sinterizados também podem, quando desejado, beneficiar-se deste
recurso.
- Geralmente são utilizados óleos minerais normais, porém para aplicações específicas podem ser
utilizados óleos especiais. Alguns exemplos são aplicações que tem contato com alimentos (copo do
liquidificador, blenders) ou temperaturas elevadas (ventilador do radiador do carro).
Bucha antes da impregnação:
- 70% de material metálico
- 30% de poros vazios
(valores aproximados)
Impregnação:
A peça é submetida ao vácuo e à pressão,
dentro de um recipiente com óleo aquecido
Bucha após a impregnação:
- 70% de material metálico
- 20% de poros com óleo
- 10% de poros vazio **
(valores aproximados)
** - Não é possível
impregnar-se 100% da
peça pois parte dos
poros estão
interconectados, ou
seja, isolados do
ambiente externo.

50. Gill Bukvic – [email protected]
Etapas Complementares: Infiltração Metálica
- Na região infiltrada, o material tem sua resistência mecânica aumentada e sua
porosidade selada.
- O metal a ser infiltrado tem um ponto de fusão inferior ao da peça a ser tratada.
- Sob a forma de pastilha ou pasta, o material é aplicado sobre a peça principal e
através de aquecimento ele é liquefeito e infiltrado na porosidade.
- Geralmente é aplicado na peça verde e ocorre durante a sinterização.
- É um processo caro e trabalhoso. Geralmente pode ser substituído por outros
recursos como aumento de densidade e/ou mudança de material.
- O processo tem o mesmo conceito da impregnação a óleo, porém utiliza-se
neste caso um metal para preencher a porosidade da peça.

51. Gill Bukvic – [email protected]
Etapas Complementares: Impregnação com Resina
O processo é empregado:
- Quando a peça for posteriormente passar por um tratamento superficial
processado em meio líquido (Zincagem, niquelação, eletrólize).
- Aumenta a resistência mecânica do material
- Aumenta a resistência à fadiga.
- Sela a porosidade, permitindo o uso em aplicações onde seja exigida a
estanqueidade.

Restricão: A resina pode trabalhar a temperaturas de até 250°C (valor
aproximado - depende da resina utilizada).
Assim como a infiltração metálica ou a impregnação com óleo, os poros da peça
são preenchidos com um determinado material. Neste caso, uma resina especial.

52. Gill Bukvic – [email protected]
Tratamentos Superficiais - Ferroxidação
(Steam treatment)
- Consiste em oxidar-se a superfície do metal ferroso.
- Ao contrário do óxido vermelho conhecido por
ferrugem (FeO; Fe2O3), o óxido formado neste
processo - Fe3O4 (magnetita) - é estável e
confere boa aparência à peça. Sua coloração é
azul escuro / preta.

É empregado quando deseja-se:
- Vedar a porosidade do sinterizado em
aplicações onde seja exigida a estanqueidade.
- Aumentar a dureza superficial da peça para
aplicações de desgaste - é um óxido
extremamente duro - 1000HV .
- Melhorar a resistência à oxidação.
- Efeito estético: Melhorar a aparência da peça.

53. Gill Bukvic – [email protected]
Tratamentos Superficiais – Camada Metálica
- Aplica-se uma camada de zinco sobre a superfície da peça.
- Protege a peça contra oxidação.
Zincagem:
Estes tratamentos são aplicados e têm resultados semelhantes aos dos materiais
convencionais (usinados, fundidos, estampados, etc).
Níquel Químico:
- Aplica-se uma camada de níquel através de deposição química.
- Após o processo de envelhecimento, a camada fica extremamente dura (acima de 1100HV )
- Possui baixo coeficiente de atrito.
- Protege a peça contra oxidação.
Níquel Eletrolítico:
- Aplica-se uma camada de níquel por processo eletrolítico.
- Efeito estético: Melhorar a aparência da peça.
- Proteção anticorrosiva, porém inferior ao níquel químico.
Importante: A peça sinterizada deve passar por um processo de selagem de poros antes de passar por
qualquer tratamento que envolva imersão em líquidos. Se isto não for feito, estes líquidos serão
absorvidos e posteriormente contaminarão a superfície da peça e o meio onde ela trabalha.

54. Gill Bukvic – [email protected]
Tratamentos Térmicos:
- Tempera e Revenimeto
- Cementação
- Nitretação
- Carbonitretação
- Nitretação a Plasma
Estes tratamentos são aplicados e têm resultados semelhantes aos dos materiais
convencionais (usinados, fundidos, estampados, etc).

- Consiste em resfriar a peça logo após sua saída da zona de sinterização
- Comparado ao tratamento de tempera e revenimento, causa uma distorção menor na
peça e por isto é bem vindo em casos de peças com tolerâncias apertadas.
- Deve ser evitado em peças que passem por usinagem posterior
Sinter Hardening:
- Processo de endurecimento do material, realizado em forno de sinterização adaptado
para o processo.

55. Gill Bukvic – [email protected]
Normas:

56. Gill Bukvic – [email protected]
Normas relacionadas a Metalurgia do Pó:

57. Gill Bukvic – [email protected]
Quiz

- Elabore um breve resumo sobre as aplicações da Metalurgia do Pó e
sobre a sua vantagem diante outros processos.

58. Gill Bukvic – [email protected]
Obrigado