Metalurgia do Pó Danilo Pavel José Eduardo Eduardo Laio Vítor Thiago Albert Wildembergy Lucas
Metalurgia do Pó É a técnica de produção produção de peças metálicas metáli cas a partir de metais e suas ligas liga s reduzidos ao estado pulverulento pulverulen to
Metalurgia do Pó É a técnica de produção produção de peças metálicas metáli cas a partir de metais e suas ligas liga s reduzidos ao estado pulverulento pulverulen to
Obtenção Os pós são misturados, submetidos submetid os a compactação compactação em matrizes matrize s e os compactados são sinterizados. Em alguns casos é comum a fabricação fabricação de peças semiacabadas acabadas que necessitam de usinagem para acabamento.
Compactação
Sinterização
Produtos obtidos também por técnicas metalúrgicas usuais:
- Peças de ferro e aço sinterizado - Peças de metais e ligas não-ferrosas
Certos ímãs “alnico”
Produtos exclusivos: - Metais refratários - Ligas pesadas - Metal duro - Materiais porosos - Escova coletora de corrente elétrica
Tungstênio (W)
Ponto de fusão: 3410°C Minérios: volframita (tungstato de ferro e manganês), xelita (tungstato de cálcio) Os minérios são transformados em WO3 Por redução em hidrogênio, passa a tungstênio puro na forma pulverulenta
Peças em Tungstênio
Dupla sinterização do Tungstênio Pré-sinterização: Em barras Em torno de 1000 e 1100°C Possibilita o manuseio
Sinterização: Fornos elétricos especiais Atmosfera protetora de hidrogênio Temperatura de 3000°C
Eventos durante a sinterização Crescimento de grão desde 900 até 2800°C Controla-se o crescimento com pó de tungstênio, óxidos (de alumínio, sílica ou alcalinos) Contração e redução da porosidade
Conformação Filamentos
1º Forjamento rotativo das barras (entre 1300 e 1700°C) - Reduz-se a secção a 1mm de diâmetro - Densidade atingida: 18g/cm³
2º Trefilação (entre 400 e 800°C) - Reduz-se a secção a 0,3mm de diâmetro
Produto Final
Fios de densidade próxima a 19,3g/cm³ Resistência a tração de 400Kgf/mm² Fios para filamento de lâmpada incandescente Tubos eletrônico e eletrodos de raio-x
Outras conformações: chapas, eletrodos (de soldagem, velas de ignição)
Eletrodos para soldagem em Tungstênio
Molibdênio (Mo) Procedimentos:
Os minerais são transformados em MoO3 e reduzidos a Molibdênio metálico em pó Sinterização em barra (por passagem direta de corrente elétrica) Forjamento rotativo por laminação Trabalhado à frio
Produto Final
Densidade de 10 a 10,2g/cm³ Resistência à tração: 240Kgf/mm² (encruado), 120Kgf/mm² (recozido)
Aplicações: grelha de tubo eletrônico,
eletrodos de raios-x, materiais para contatos elétricos, elementos de aquecimento para forno elétrico etc.
Tântalo (Ta)
Metal resistente a ação de ácidos como: HCl, HNO3, água régia, H2SO4, H3PO4. Apresenta brilho metálico, é resiste muito bem à corrosão por ácidos. Bom condutor de calor e eletricidade. Pode ser obtido por fundição.
Obtenção Obtido pela formação de fluoretos duplos de tântalo e nióbio, cuja separação é possível porque o de tântalo é menos solúvel que o de nióbio. Purificação do metal: por eletrólise, tratamento com HF e recozimento à vácuo (até 1600°C). Sinterização em barras sob vácuo (pela passagem de corrente elétrica). Temperatura chega a 2700°C. A densidade fica baixa e, o material, poroso. Forja-se o material e sinteriza-se novamente (a densidade aumenta, elimina a porosidade)
Produto Final
Densidade de 16,65g/cm³. Resistência à tração: entre 87 e 120Kgf/mm² (encruado), entre 35 e 62Kgf/mm² (recozido). Ductilidade maior que a do Tungstênio e do Molibdênio
Aplicações: capacitores de telefones e pagers,
lâmpadas para turbina à vapor, componentes de motores de jatos, peças de mísseis e reatores
Peças em Tântalo
Nióbio (Nb)
Propriedades, processo de fabricação e aplicações semelhantes as do tântalo. Cinza brilhante, adquire coloração azulada em contado com o ar. Densidade de 8,57g/cm³ (metade da do tântalo)
O Brasil é dono de 98% das reservas de nióbio do mundo
Ligas Pesadas
Ligas baseadas em tungstênio (mínimo de 90%), facilmente sinterizáveis, possuem alta usinabilidade. Densidade de 18,5% Substitui metais de alta densidade como: platina (21,5g/cm³), ouro (19,3g/cm³), tungstênio (19,3g/cm³), urânio (18,7g/cm³), chumbo (11,4g/cm³) Teor de níquel: 1 a 16% Teor de Cobre: 3 a 20%
Aplicações
Recipientes de cápsulas para substâncias radioativas Rotores de giroscópios Contrapesos Amortecedores Amortecedores de vibração tensional Embreagens centrífugas
Material Poroso
Porosidade proposital e controlada Exemplos clássicos:
Filtros metálicos Buchas autolubrificantes
Obtenção A compactação do pó é realizada sem aplicação de pressão ou sob pressão muito baixa A presença de grafita e de uma substância volátil adicionada também forma os poros A sinterização é em torno de 800°C (filtros) ou 1100°C (mancais) A produção de mancais ou buchas autolubrificantes é diferenciada pela impregnação de óleo após a sinterização
O volume de poros pode chegar a 30%
Os filtros metálicos são produzidos comumente de bronze ou aço inoxidável
É usado comumente em:
Indústria química para gases e óleos; Indústria petroquímica
Filtros metálicos sinterizados
A fabricação de mancais autolubrificantes é em:
Ferro-chumbo-grafita (o mais resistente) Bronze (mais comum) Ferro (mais resistente que o bronze)
A adição de cobre, estanho, níquel, ferro ou fósforo aumenta a resistividade mecânica da bucha Nos mancais com suporte de aço também usa-se a metalurgia do pó para revestimento de Cu-Pb
Buchas autolubrificantes
Materiais para contatos elétricos Combinações de materiais metálicos que não se ligam por fusão convencional
Tungstênio ou molibdênio com prata ou cobre; Cobre, bronze ou prata com grafita; Prata com carboneto de tungstênio
Em princípio os materiais para contato elétrico são divididos em dois grupos:
Metal-grafita Compostos ou pseudoligas
Metal grafita
Empregados em escovas coletoras de corrente (transferir corrente elétrica entre partes estacionárias e em movimento de motores, geradores etc)
Escova de grafita:
Aplicada em alta voltagem e baixa corrente
Escova de grafita com metais de alta condutibilidade térmica:
Suporta alta corrente Características lubrificantes
Escovas de grafite
Compostos ou pseudoligas
Boa condutibilidade elétrica
Pela prata ou cobre
Resistência ao calor
Tungstênio ou Molibdênio
Tipos e aplicações das pseudoligas
Cobre-tungstênio:
Interruptores de potencial de alta tenção Maior resistência de contato
Prata-tungstênio:
Interruptores de potência de baixa tenção Maior resistência a oxidação Preferível em condução de corrente permanente
Obtenção
Mistura
(melhor densidade, dureza e condutibilidade)
Compactação
Sinterização
Conformação final
Recompressão Calibragem Usinágem
Forjamento ou extrusão Compressão a quente Para ligas com teor de metal refratário próximo de70%
infiltração Esqueleto poroso de material refratário será impregnado de metal de alta
A condutibilidade é aumentada se a sinterização é feita acima da temperatura de fusão do metal de alta condutibilidade. É devido a esse processo que é necessária uma operação de conformação final, forjamento, extrusão, compressão a quente ou infiltração.
Materiais de fricção sinterizados Metais como cobre, ferro e zinco misturados com elementos abrasivos formando um sinterizado que,comparado aos materiais não-metálicos, possuem propriedades.
Melhores Resistência ao calor gerado Boa condutibilidade térmica Resistência ao desgaste Suavidade de funcionamento Coeficiente de fricção igual ou ligeiramente menor que o não-ferrosos
Obtenção A compactação não é com o enchimento direto das matrizes com a mistura de pós Os compactados são de pequena espessura e grande área e são relativamente frágeis, devem ser manuseados com cautela O compactado, geralmente em forma de anel, é aplicado em suporte de aço Na sinterização, o compactado se solda ao suporte, ficando assim com a rigidez e
Materiais usados
Cobre:
Estanho:
2 a 10%
Chumbo:
o básico da liga 60 a 80%
As partículas ficam dispersas e atuam como lubrificante se a temperatura passar do seu ponto de fusão
Zinco e Ferro Materiais abrasivos:
Pode ser sílica, óxido de alumínio, feldspato,carboneto de sílica etc
Produto final
Materiais para sistema de embreagens e frenagem de equipamentos pesados e de terraplanagem Peças de pequena espessura e área superficial grande
Ferro e aço sinterizado
As peças são produzidas de forma definitiva ou com usinagem e acabamento Temperatura de sinterização entre 1100°C e 1300°C Dupla compressão Dupla sinterização Impregnação de cobre ou ligas de cobre para aumentar a densidade
Tratamentos térmicos Cementação ou carbonitretação para melhorar a resistência ao desgaste Tratamentos superficiais para melhorar a resistência a corrosão
Oxidação a vapor Fosfatização cromação
Impregnação metálica Esqueleto poroso Infiltração de cobre ou de Material praticamente
liga de cobre
Forjamento sinterizado Peça pré moldada Forjamento em matriz fechada
Usinagem em acabamento
Aplicações
Ferro sinterizado sem elemento de liga
Pequenas embreagens Pequenos componentes mecânicos
Ferro carbono, ferro-carbono-cobre, ferrocarbono-níquel (densidade média)
Componentes de máquina de datilografia, eletrodomésticos e veículos
Aços ao níquel, ferro ou aços sinterizados
Componentes de veículos e armas
Metais e Ligas não-ferrosas produzidos por Metalurgia do pó Mais Importantes:
Cobre e suas Ligas Alumínio e suas Ligas
Cobre e suas Ligas
Alta condutibilidade elétrica Alta densidade Obviamente, só são produzidas por Metalurgia do Pó se for economicamente viável.
Bronze
Liga de Cobre e Estanho Alta resistência à corrosão
Latão
Liga de Cobre e Níquel Boa resistência à corrosão Boa ductilidade Elevada usinabilidade Alta resistência à corrosão
Alumínio e suas ligas
Problema na compactação do pó Adição de lubrificante à base de cera (Impedir a junção do alumínio na matriz) Adição de magnésio (Evitar a oxidação)
Ferritas
Materiais cerâmicos à base de óxidos metálicos complexos Condutibilidade elétrica baixa comparada com os metais e ligas Aplicação em condições magnéticas de alta freqüência
Utilizadas em indutores de filtros, transformadores de alta freqüência, núcleos de antenas, indutores variáveis, sintonizadores e seletores, isolantes, circuladores
Tipos
Naturais (poucas aplicações) Sintéticos – spinel (obtidos por metalurgia do pó) Pós metálicos tipo carbonila Pós de Fe2O3, MnCO3 e ZnO
