Pulvimetalurgia

13 de mayo

PULVIMETALUR GIA

PROF: MAINOR VARGAS VARGAS ELABORADO POR: JULIO CESAR TREJOS 503530073 FELIPE QUESADA 207090771 OMAR MONTERO 111380801

201 3 -ING. ELECTROMECAN ICA -PROCESOS DE MAQUINADO

INTRODUCCIÓN

Existen varios procesos de conformación de metales, entre ellos están los procesos por fundición, por deformación en caliente o en frio, por mecanizado, por soldadura, etc. Cada uno de estos procesos tiene sus ventajas y desventajas y además son utilizados para una determinada aplicación. Uno de los procesos de conformación de metales es la metalurgia de polvos la cual es una tecnología de procesamiento de metales en la que se producen partes a partir de polvos metálicos. Este tipo de proceso tiene ventajas y desventajas con respecto a los demás procesos además de características particulares las cuales se trataran en el desarrollo del tema.

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OBJETIVO GENERAL 

Determinar las características, procesos y usos que se le dan al conformado de metal llamado metalurgia de polvos o pulvimetalurgia.

OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Definir en que consiste el proceso de conformado de metales llamado pulvimetalurgia.

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Detallar los pasos que generalmente se realizan durante el proceso de conformado. 

Dar a conocer que tipo de pates metálicas son construidas mediante este proceso y el porque.

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METALURGIA DE POLVOS La pulvimetalurgia o metalurgia de polvos es un proceso de conformación metálica, como la forja, o el moldeo, Esta técnica presenta un control dimensional muy exacto. La pulvimetalurgia abarca las etapas comprendidas desde la obtención de polvos metálicos hasta las piezas acabadas, es decir, producción de polvos, mezcla, aglomeración, sinterización y acabado. Su competidor más directo es el moldeo de precisión o moldeo a la cera perdida. La industria pulvimetalúrgica se basa en la producción de grandes series en las cuales el costo del mecanizado influye decisivamente en el costo del producto sinterizado.

CARACTERISTICAS DE LOS POLVOS EN INGENIERIA: Características geométricas: La geometría de los polvos individuales se puede definir mediante los siguientes atributos: 1) tamaño de las partículas y su distribución, 2) forma y estructura interna de las partículas

-Tamaño de las partículas y su distribución: el tamaño de las partículas se refiere a las dimensiones de los polvos individuales. Se dispone de distintos métodos para obtener datos sobre el tamaño de las partículas. El método más común usa cribas de diferentes tamaños de malla. El proceso consiste en hacer pasar las partículas a través de una serie de cribas de tamaños progresivamente menores de malla. Este proceso se llama clasificación. Otros métodos para medir el tamaño de las partículas son por microscopia y técnicas de rayos laser.

-Forma de las partículas y estructura interna: la forma de los polvos metálicos puede catalogarse en varios tipos. Se requieren técnicas microscópicas para determinar las características de la forma. Además cabe resaltar que cualquier volumen de polvos poseen poros abiertos y poros cerrados. Los primeros son espacios dentro de los cuales puede penetrar un fluido y los segundos son vacios internos de cada partícula individual. Otras características de los polvos de ingeniería incluyen fricción, densidad, porosidad, composición química y películas superficiales. Estas y las anteriores características influyen en el acabado final de las partes. Como por ejemplo la fricción interparticular y las características del flujo, estas afectan la disposición del polvo a fluir fácilmente y a compactarse firmemente. Además las características de flujo son importantes durante el llenado del dado y el prensado.

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PRODUCCIÓN DE POLVOS METALICOS En general los productores de los polvos metálicos no son las mismas compañías que hacen las partes de polvos metálicos. Los que hacen el

polvo son los proveedores y las plantas que

manufacturan son los consumidores. Prácticamente cualquier metal puede reducirse a la forma de polvo, y existen tres métodos principales para producir polvos metálicos, estos métodos son: 1) atomización, 2) químicos y 3) electrolíticos.

-Atomización: la atomización implica la conversión de un metal fundido en una nube de pequeñas gotas que se solidifican formando polvos. Este es el método mas versátil y popular de producción de polvos en la actualidad además es aplicable a casi todos los metales y aleaciones. Existen varias formas de crear el rocío del metal fundido, varias de ellas se muestran en la figura 1 Figura 1: varios métodos de atomización para producir polvos metálicos: (a) y (b) dos métodos de atomización por gas, (c) atomización con agua, (d) atomización centrifuga por el método de disco giratorio.

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-Reducción química: este proceso comprende una serie de reacciones químicas que reducen los compuestos metálicos a polvos metálicos elementales. Por este método se producen polvos de hierro, tungsteno y de cobre.

-Electrolisis: este proceso consiste en prepara una celda electrolítica en la cual la fuente del metal a pulverizar es el ánodo. El ánodo se disuelve lentamente por la acción del voltaje aplicado, se mueve a través del electrolítico y se deposita en el cátodo. El depósito se retira, se lava y se seca, obteniéndose un polvo metálico de alta pureza. Esta técnica se utiliza para obtener polvos de berilio, cobre, hierro, plata, tantalio y titanio.

PRENSADO CONVENCIONAL Y SINTERIZADO Después de la producción de los polvos metálicos, la secuencia convencional de la metalurgia de polvos consiste en tres pasos: 1) combinación y mezclado de polvos, 2) compactación, 3) sinterizado.

-Mezclado y combinación de polvos: para lograr buenos resultados en la compactación y el sinterizado, los polvos metálicos necesitan homogeneizarse perfectamente antes del proceso. Los términos mezclado y combinación se utilizan en este contexto. El mezclado se refiere a la mezcla de polvos de la misma composición química y la combinación se refiere a la mezcla de polvos de diferente composición química. El mezclado y la combinación se realizan por medios mecánicos, algunas alternativas se muestran en la figura 2; estas son: a) por rotación en tambor, b) por rotación en un recipiente de cono doble, c) por agitación en un mezclador de tornillo, d) por agitación en un mezclador de paletas. Figura 2: varios dispositivos de mezclado y combinación: (a) tambor rotatorio, (b) doble cono rotatorio, (c) mezclador de tornillo, (d) mezclador de paletas.

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Generalmente se añaden otros ingredientes a los polvos metálicos durante el paso de mezclado y combinación. Estos aditivos pueden ser: 1) lubricantes, 2) aglutinantes, y 3) desfloculantes, los cuales se añaden para reducir la fricción, lograr mayor resistencia e inhibir la aglomeración de los polvos respectivamente.

-Compactación: en el proceso de compactación se aplica alta presión a los polvos para darles la forma requerida. El método convencional de compactación es el prensado, en el cual punzones opuestos aprietan el polvo contenido en un dado. La presión que se aplica en la compactación produce inicialmente un re empacado de los polvos en un arreglo más eficiente, elimina los puentes que se forman durante el llenado, reduce el espacio de los poros e i ncrementa el número de puntos de contacto entre las partículas. Al incrementarse la presión, las partículas se deforman plásticamente, ocasionando que el área de contacto interparticular aumente y entren en contacto partículas adicionales. Esto viene acompañado de una reducción posterior del volumen de los poros. La progresión se ilustra en la figura 3 para partículas iníciales de forma esférica. También se muestra la densidad asociada, presentada para las tres vistas como una función de la presión aplicada.

Figura 3: (a) efecto de la presión aplicada durante la compactación: (1) polvos sueltos iníciales después del llenado, (2) reempacado, (3) deformación de las partículas; y (b) densidad de los polvos en función de la presión.

Las prensas utilizadas en la compactación de los polvos son mecánicas, hidráulicas o una combinación de los dos.

-Sinterizado: después del prensado la pieza formada carece de fuerza y de resistencia, se desmorona fácilmente al menor esfuerzo. El sinterizado es una operación de tratamiento térmico que se ejecuta sobre el compactado para unir sus partículas metálicas, incrementando de esta

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manera su fuerza y su resistencia. Este tratamiento térmico se lleva a cabo generalmente a temperaturas entre 0.7 y 0.9 del punto de fusión del metal.

La serie de dibujos en a figura 4 muestra en escala microscópica los cambios que o curren durante el sinterizado de los polvos metálicos.

Figura 4: sinterizado a escala microscópica: (1) la unión de las partículas inicia en el punto de contacto, (2) los puntos de contacto crecen para convertirse en cuellos, (3) los poros entre las partículas reducen su tamaño y (4) se desarrollan limites de grano entre las partículas, en las regiones donde habían cuellos.

El sinterizado implica transporte de masa para crear los cuellos y transformarlos en límites de grano. El principal mecanismo para que esto ocurra es la difusión; otro posible mecanismo es el flujo plástico. La contracción ocurre durante el sinterizado como resultado de la reducción del tamaño de los poros. Esto depende en gran medida de la densidad del compactado verde, y esta a su vez de la presión durante la compactación. Cuando las condiciones del procesamiento se controlan estrechamente, la contracción generalmente es predecible. Dado que las aplicaciones de la Metalurgia de polvos involucran generalmente producciones medianas o altas, la mayoría de los hornos de sinterizado se diseñan con dispositivos mecanizados para el traslado de las partes de trabajo durante el proceso. El tratamiento térmico consiste en tres pasos realizados en tres cámaras de hornos continuos: 1) precalentado, en el cual se queman los lubricantes y el aglutinante, 2) sinterizado y 3) enfriado. El tratamiento se ilustra en la figura 5. Las temperaturas típicas y los tiempos de sinterizado se dan el la tabla 1 para metales seleccionados.

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Figura 5: (a) ciclo típico de tratamiento térmico durante el sinterizado y (b) sección transversal esquemática de un horno continuo de sinterizado.

Tabla 1: temperaturas típicas y tiempos de sinterizado para polvos de materiales seleccionados.

En la practica moderna del sinterizado se controla la atmosfera del horno. Los propósitos de la atmosfera controlada son: 1) proteger de la oxidación, 2) proporcionar una atmosfera reductora para remover los óxidos y existentes, 3) suministrar una atmosfera carburizadora y 4) ayudar a la remoción de los lubricantes y aglutinantes que se usan en el prensado. Las atmosferas de los hornos de sinterizado comunes son: de gas inerte, basadas en nitrógeno, de amoniaco disociado, de nitrógeno y basadas en gas natural. La atmosferas al vacio se usan para ciertos metales como los aceros inoxidables y el tungsteno.

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Después de este proceso se dan operaciones secundarias tales como la desificación y dimensionamiento, la impregnación e infiltración, y finalmente un tratamiento térmico y acabado.

PRODUCTOS DE LA METALURGIA DE POLVOS La ventaja sustancial de la tecnología de polvos es que las partes se hacen en forma neta o casi neta, requieren poco o ningún formado adicional después de procesarse en metalurgia de polvos. Algunos de los componentes comúnmente manufacturados mediante metalurgia de polvos son engranajes, rodamientos, catarinas, sujetadores, contactos eléctricos, herramientas de corte, y varias partes de maquinaria. La producción en grandes cantidades de engranajes y rodamientos se adapta particularmente bien a la metalurgia de polvos por dos razones: 1) tienen una geometría definida principalmente en dos dimensiones (la superficie superior cierta forma y hay pocas o ninguna forma lateral); y 2) se necesita porosidad en el material para servir como deposito de lubricantes. Mediante la metalurgia de polvos también se pueden hacer partes más complejas con geometría tridimensional, añadiendo operaciones secundarias como maquinado para completar la forma de las partes prensadas y sinterizadas y observando ciertos lineamientos de diseño.

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CONCLUSIÓN

Durante el desarrollo de la presente investigación se pudo conocer uno de los métodos mas importantes en la industria de procesos de conformación metálica el cual es llamado pulvimetalurgia, además se detallaron los subprocesos que se desarrollan para el conformado de metales por este método, dando a conocer así desde los métodos de obtención de polvos hasta el proceso de sinterización de las partes. Finalmente se llega a la conclusión de que el proceso de conformación de metales por metalurgia de polvos es una de los mas importantes en la industria de engranajes y rodamientos, gracias a las propiedades físicas finales del material ya que este permite la absorción le lubricantes permitiendo que la vida útil de estos se alargue.

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BIBLIOGRAFIA

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Fundamentos de Manufactura Moderna: Materiales, Procesos y Sistemas, Mikell P. Groove, editorial PEARSON, 1ra edición.

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