Tudo o que você precisa saber sobre metalurgia do pó

A metalurgia do pó é um dos cursos importantes que os engenheiros mecânicos devem conhecer. Os produtos feitos deste material são comuns ao nosso redor, principalmente autopeças. A metalurgia do pó compreende uma família de tecnologias de produção, utilizadas para fabricar componentes de diversos tipos. Além disso, a metalurgia do pó, abreviada como PM, é um termo que abrange uma ampla gama de maneiras pelas quais os materiais ou componentes são feitos de pós metálicos.



Hoje você conhecerá a definição, importância, tipos, processo, aplicação, bem como vantagens e desvantagens da metalurgia do pó em nossa vida moderna.

O que é metalurgia do pó?

A metalurgia do pó é um processo de fabricação que é usado para produzir objetos acabados ou semi-acabados. Isso é feito comprimindo o pó de metal em matrizes adequadas. Este processo metalúrgico é um dos mais baratos que oferece alta qualidade e resistência. Também é usado para obter formas complexas com alto grau de precisão. Devido a isso, o processo é adequado para produção em massa. A metalurgia do pó envolve principalmente quatro etapas básicas que incluem preparação do pó, mistura e mistura, compactação e sinterização. Tudo isso será melhor explicado neste artigo.

A metalurgia do pó é um processo que existe há mais de 100 anos, ou seja, no último quarto de século. Tem sido um método superior de produção de peças de alta qualidade para diferentes aplicações importantes. O processo foi bem sucedido porque oferece maiores benefícios em relação a outros processos de conformação de metais, como forjamento e fundição de metais, etc. Esses benefícios incluem ainda utilização de material, complexidade de forma, controle dimensional próximo à forma líquida, entre outros. Por causa disso, a metalurgia do pó foi reconhecida como tecnologia verde.

Além disso, a metalurgia do pó é usada para fabricar componentes únicos que são impossíveis de obter por fusão ou formação. Um produto importante muito semelhante é o carboneto de tungstênio (WC). É usado para cortar e moldar outros metais e é feito de partículas de WC ligadas com cobalto. Este processo é usado principalmente na indústria para pedágios de vários tipos e globalmente ~50.000 toneladas/ano (t/ano) é feito por PM.

Aplicações da metalurgia do pó

Abaixo estão as aplicações dos componentes da metalurgia do pó em vários campos.

Os aplicativos automotivos

Cerca de 80% das peças de metalurgia do pó são para aplicações automotivas. Cerca de 75% desses componentes são para transmissões automáticas e manuais e peças de motor. Essas aplicações de transmissão incluem peças do sistema sincronizador, cubos de embreagem, componentes de mudança de marcha, transportadores de engrenagens planetárias, cubos de turbina, embreagem e placas de encaixe. As peças do motor que são feitas com metalurgia do pó incluem polias, rodas dentadas e cubos, particularmente aqueles associados ao sistema de correia dentada do motor, guias de válvula, insertos de sede de válvula, lóbulos PM para árvores de cames montadas, engrenagens balanceadoras, capas de rolamentos de árvores de cames e motor anéis do sensor de gerenciamento.

Algum outro sistema automotivo usa metalurgia do pó em algumas partes, que incluem:

• Bombas de óleo, especialmente engrenagens.
• Amortecedores, como guias de haste de pistão, válvulas de pistão, válvulas de extremidade.
• Sistemas de frenagem antibloqueio (ABS), seus anéis de sensor.
• Flanges, ressaltos do sensor de oxigênio dos sistemas de exaustão.
• Sistemas de comando de válvulas variáveis.
• Turbocompressores
• Sistemas de recirculação de gases de escape (EGR)
• Componentes do chassi
• Transmissões continuamente variáveis.

Outras aplicações da metalurgia do pó incluem:

• Aplicativos aeroespaciais
• Indústria de petróleo e gás.
• Setor de saúde etc.

Em um aperto rápido as aplicações da metalurgia do pó são:

• Ferramentas de corte como ferramentas de metal duro, ferramentas de cerâmica etc. são produtos de metalurgia do pó.
• As buchas elétricas feitas pela mistura de Cu e Ag com grafite são produtos P/M.
• Bocais para foguetes e mísseis.
• Pequenas peças em aplicações automotivas e de eletrodomésticos em que a capacidade de produzir uma forma quase final exigindo usinagem mínima oferece uma forte vantagem econômica.
• Rolamentos, buchas, etc.
• Metais macios magnéticos como Fe, Fe-3Si, etc. são facilmente moldados em uma forma final por P/M.

Processo de metalurgia do pó

Assim como afirmado anteriormente, a metalurgia de energia tem quatro processos básicos que incluem:

Preparação de pó:

Antes que um objeto possa ser produzido, o material deve ser convertido em energia. Os vários processos de produção desse pó incluem atomização, moagem, reação química, processo de eletrólise, etc.

Misturando e misturando:

Este processo metalúrgico do pó envolve a mistura de dois ou mais materiais de potência para produzir material de liga de alta resistência. Bem, dependendo da exigência do produto. Esta etapa garante uma distribuição uniforme do pó com aditivos, aglutinantes, etc. Para melhorar a característica de fluxo do pó, às vezes são adicionados lubrificantes no processo de mistura.

Compactação:

Este processo consiste em comprimir a mistura de pó preparada em moldes pré-definidos. A compactação garante a redução de vazios e aumenta a densidade do produto. O pó é compactado em um molde usando pressão para formar um produto que é chamado de compacto verde. Isso significa que o produto é formado por compactação. A pressão utilizada varia de 80 a 1600 MPa. Embora a pressão dependa das propriedades do pó de metal e aglutinantes. ou seja, para compactação de pó macio, a pressão é de cerca de 100 – 350 MPa, e para aço, ferro, etc. A pressão está entre 400 – 700 MPa.

Sinterização:

Como o compacto verde produzido pela compressão não é tão forte e não pode ser usado como produto final, a sinterização é realizada. Sinterização significa aquecer o compacto verde a uma temperatura elevada para que uma ligação forte e permanente possa ser obtida. O processo de metalurgia do pó confere resistência ao compacto verde e o converte em produto final. Geralmente, a temperatura de sinterização é cerca de 70 a 90 por cento da temperatura de fusão do pó metálico.

Operação secundária:

Uma vez que o objeto sinterizado é mais poroso comparado ao material totalmente denso. A densidade do produto depende da capacidade da prensa, temperatura de sinterização, pressão de compressão, etc. Às vezes, os produtos não precisam de alta densidade, fazendo com que os produtos sinterizados sejam utilizados diretamente como produtos finais. Embora, às vezes, seja necessário um produto altamente denso (por exemplo, produção de rolamento). A operação secundária é necessária para tornar o produto de alta densidade e alta precisão dimensional. As operações secundárias comumente realizadas incluem dimensionamento, cunhagem, infiltração, forjamento a quente, impregnação, etc.

assista ao vídeo abaixo para aprender sobre o processo de metalurgia do pó:

Tipos de processo de metalurgia do pó

Os processos de metalurgia do pó podem ser realizados de várias maneiras, dependendo dos produtos a serem produzidos. Abaixo estão os vários tipos de processos de metalurgia do pó encontrados nas indústrias de pós metálicos.

Processo convencional de metalurgia do pó:

Com o diagrama abaixo, são explicados os tipos convencionais de processos de metalurgia do pó. Envolve misturar pós elementares ou de liga, compactar a mistura em uma matriz e, em seguida, sinterizar ou aquecer. Assim como explicado acima, as formas resultantes em um forno controlado por atmosfera ligam metalurgicamente as partículas.

Assim como mencionado anteriormente, a maioria das peças de metalurgia do pó pesa menos de 5 libras. (2,27 kg), embora algumas peças que pesam 35 lb. (15,89 kg) possam ser fabricadas em equipamentos PM convencionais. Peças como buchas e rolamentos têm formas simples. Bem, existe hoje um processo de PM sofisticado que pode produzir componentes com contornos complexos e vários níveis. Essas máquinas são bastante econômicas.

Moldagem por injeção de metal (MIM)

A moldagem por injeção de metal tem a capacidade de fabricação de produzir formas complexas em grandes quantidades. Pós metálicos finos normalmente com menos de 20 mícrons são usados ​​neste processo. Esses pós metálicos são formulados sob medida com um aglutinante (diferentes termoplásticos, ceras e outros materiais) em uma matéria-prima. A matéria-prima é alimentada em uma cavidade (várias cavidades) de uma máquina de moldagem por injeção convencional. Quando o componente “verde” é removido, quase todo o aglutinante é extraído por processamento térmico ou solvente. O restante do ligante é removido durante o processo de sinterização, que é realizado em um forno de atmosfera controlada.

Esses tipos de processos de metalurgia do pó são muito semelhantes à moldagem por injeção de plástico e fundição de alta pressão. Eles também podem produzir muitas das mesmas formas e recursos de configuração. No entanto, eles se limitam a peças relativamente pequenas (normalmente menos de 250 gramas), altamente complexas que, de outra forma, exigiriam uma usinagem de acabamento extensa. Os benefícios desse processo metalúrgico se devem à sua capacidade de produzir propriedades mecânicas próximas às dos materiais forjados. É uma tecnologia de processo em forma de rede com bom controle de tolerância dimensional. Finalmente, as peças de moldagem por injeção de metal oferecem forma quase ilimitada e capacidade de recursos geométricos. Ele também tem a capacidade de altas taxas de produção através do uso de ferramentas multi-cavidade.

Prensagem isostática

A prensagem isostática é um tipo popular de processo de formação de metalurgia do pó. Aplica pressão igual em todas as direções em um pó compacto. Devido a isso, a obtenção da máxima uniformidade de densidade e microestrutura sem as limitações geométricas da prensagem uniaxial.

A prensagem isostática pode ser realizada a frio ou a quente. O diagrama abaixo descreve a prensagem isostática a frio. A prensagem isostática a frio (CIP) é utilizada para compactar peças verdes em temperatura ambiente. No entanto, a prensagem isostática a quente (HIP) consolida totalmente as peças em temperaturas elevadas através da difusão em estado sólido. Este processo de prensagem a quente também pode ser usado para remover a porosidade residual de uma peça de MP sinterizada.

Fabricação de aditivos metálicos

Fabricação aditiva de metal que abreviou como AM e também pode ser chamada de impressão 3D. Esse processo tem o potencial de alterar profundamente a produção, o tempo de colocação no mercado e a simplicidade de componentes e montagens. O processo não funciona como os processos de fabricação convencionais ou subtrativos (por exemplo, usinagem de torno ou furação). Esses processos criam peças removendo material, o que não acontece na manufatura aditiva. A manufatura aditiva constrói peças usando um processo camada por camada diretamente de um modelo digital.

Neste processo não são utilizados moldes ou matrizes e por isso não há desperdício de muito material o que gerou gastos no processo de fabricação. A manufatura aditiva tem sido utilizada como ferramenta de projeto e prototipagem por longo período. No entanto, seu foco agora está mudando para a produção direta de componentes que incluem peças de motores de aeronaves, implantes médicos e joias.

Este processo de fabricação não é um único tipo de tecnologia ou processo. No entanto, embora todos os sistemas de manufatura aditiva empreguem uma abordagem comum camada por camada, eles ainda usam uma ampla variedade de materiais, tecnologias e processos.

As tecnologias de manufatura aditiva que usam pós metálicos incluem:

• Sinterização a laser (LM/SLS/SLFS)
• Encadernação seletiva a jato de tinta (SIB)
• Fusão por feixe de elétrons (EBM)
• Formação de pó a laser (LPF)
• Processo de leito de pó
• Modelagem de deposição fundida (FDM)/extrusão

Vantagens e desvantagens do processo de metalurgia do pó

Vantagens:

Abaixo estão os benefícios do processo de metalurgia do pó:

• Custo-benefício para produção em massa, pois não há custos adicionais de usinagem, custo de mão de obra etc.
• Não é necessário um operador altamente qualificado.
• Algumas ligas só podem ser produzidas pela tecnologia PM.
• Produtos bimetálicos e laminados são facilmente produzidos com esse método.
• Alta taxa de produção. Até 500 a 1.000 peças podem ser produzidas em uma hora.
• A forma complexa pode ser facilmente produzida.

Desvantagens:

Apesar das grandes vantagens do processo de metalurgia do pó ainda ocorrem algumas limitações. abaixo estão as desvantagens do processo de metalurgia do pó:

• O custo do equipamento é alto.
• é caro para uma única produção.
• Projetos complexos podem ser difíceis de produzir devido à menor fluidez do pó metálico.
• Produtos densos uniformes completos não podem ser produzidos.
• Os tamanhos dos produtos são restritos devido à capacidade de prensagem.
• O pó de metal que pode produzir uma explosão não pode ser usado.
• É difícil fundir metais de baixo ponto de fusão pelo processo PM.
• Os produtos finais podem apresentar propriedades de baixo impacto e fadiga.

Conclusão

A metalurgia do pó é um processo que facilitou a produção em massa de peças. Já está disponível há algum tempo, mas continua avançando à medida que a tecnologia continua aumentando. Hoje aprendemos a definição, os tipos, o processo, as aplicações da metalurgia do pó. Também examinamos suas vantagens e desvantagens.

Espero que você tenha aprendido muito com este post, se sim, compartilhe-o com outros estudantes técnicos. Obrigado por ler! Vejo você na próxima vez.