Universidade Santa Cecilia

ENGENHARIA INDUSTRIAL MECÂNICA

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO II

PROFESSOR - HAMILTON

PROCESSO DE SINTERIZAÇÃO

TRABALHO ELABORADO POR:

Nome do Aluno

Número

FLÁVIO

310.629

KLAUS

310.517

MÁRCIO

311.362

MORGADO

310.222

RICARDO

39.698

RONALDO

310.322


1-INTRODUÇÃO

A Metalurgia do pó, comumente denominada sinterização, vem a ser um processo altamente desenvolvido de manufatura de peças metálicas ferrosas e não ferrosas.

Basicamente, os pós metálicos são configurados em ferramental apropriado com posterior aquecimento sob condições controladas a temperaturas abaixo do ponto de fusão do metal base para promover ligação metalúrgica entre as partículas.

Esse aquecimento, chamado sinterização, normalmente confere à massa de pó aglomerada as propriedades físicas e mecânicas desejadas. É comum, entretanto, a ocorrência de outras fases de processo que permitem alcançar valores mais rigorosos de resistência mecânica, tolerância dimensional, acabamento, etc.

Fundamentalmente, a sinterização é um processo onde a economia de material é levado ao extremo: não há geração de cavacos (os quais numa usinagem convencional podem representar até 50% do peso original da peça bruta, nem carepas e tendo ainda vantagem de controlando-se a densidade, eliminar pesos mortos indesejáveis no produto final. Mesmo levando em consideração à necessidade de operações posteriores de usinagem, uma peça sinterizada normal, usa mais de 97% de sua matéria original.

A consideração dos aspectos econômicos torna ainda mais significativos quando se fabricam peças de formas complexas, tolerância dimensionais rigorosas e grandes lotes de produção.

CARACTERÍSTICAS

Através da metalurgia do pó, consegue-se a fabricação de um componente de uso universal: os mancais auto lubrificantes. Realmente, a porosidade existente num mancal sinterizado pode ser preenchida com óleo para garantir uma lubrificação permanente entre o eixo e o mancal. É também a metalurgia do pó o único processo conhecido para a produção de determinadas ligas de altíssima dureza em condições industriais. As técnicas de metalurgia do pó possibilitam o desenvolvimento de ligas -cerâmicas (CEMET), cuja aplicação abre um horizonte ilimitado.

Além de poderem ser impregnadas com óleo para funcionarem com mancais auto lubrificantes, as peças sinterizadas podem ser impregnadas com rezinas para selar os poros interconectantes, infiltradas com ligas metálicas para se aumentar a resistência mecânica, tratadas termicamente, cromadas, niqueladas, ferróxidadas, etc...

A maioria das peças sinterizadas pesa menos de 2,5kg, embora peças com até 15kg, possam ser fabricadas. Em seu desenvolvimento inicial, a metalurgia do pó produzia peças de formas geométricas bastante simples, em contraste com a atualidade onde, por motivos principalmente econômicos, procura-se fabricar cada vez mais complexas, já que os processos convencionais tornam-nas extremamente onerosas.

ECONOMIAS EM PROCESSOS

Em vários casos práticos, tais como em eixos com excêntricos, pinhões em pontas de eixo, etc., obtêm-se os, economia significativa pela utilização de peças sinterizadas agregadas a um a peça original simples. Em situações como esta, o processo de fabricação utiliza-se dos métodos convencionais para a "peça básica" e da metalurgia do pó para a produção da "parte complexa".

Algumas peças podem, ainda, ser feitas separadamente na compactação e, então, juntadas e sinterizadas, produzindo a peça final desejada.

VANTAGENS E DESVANTAGENS

Reduz ao mínimo as perdas de matéria prima;

Facilita o controle exato da composição química desejada;

Elimina ou reduz operações de usinagem;

Possibilita bom acabamento superficial;

Processo produtivo de fácil automação;

Produtos obtidos de alta pureza;

Permite a utilização de características de resistência exatamente como requeridos pelo projeto.

2-CARACTERÍSTICAS DOS PÓS METÁLICOS

FORMA, TAMANHO E DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA

Entre as características mais importantes dos pós metálicos estão à forma e o tamanho das partículas individuais. Para o projeto de uma peça sinterizada, a distribuição granulométrica das partículas é outra informação importante. Os vários métodos de obtenção de pó metálicos conduzem a diversas formas, tamanhos, distribuição e outras características dos pós, sendo imprescindível o domínio do processo de obtenção e caracterização dos pós para se chegar a uma peça final que atenda os quesitos de engenharia.

As partículas de pós metálicos podem ser esféricas, aciculares, dendríticas, etc.

A medição do tamanho das partículas exige equipamentos especiais: qualquer dos métodos mais comuns de medição tem sempre alguma aproximação, contém algum erro inerente. Partículas unidimensionais são, em geral, acirculares ou parecidas com bastões irregulares. Sua dimensão mais significativa é, portanto, o comprimento. Partículas em forma de escamas podem ser consideradas como bidimensionais, onde o comprimento é muito mais significativos que a espessura. Várias partículas são de natureza tridimensional, como as esféricas.

O método mais comum de medição do tamanho da partícula que podem variar de 0,400 a 0,0001mm é o das peneiras padronizadas como por exemplo a Série de Taylor.

COMPOSIÇÃO QUÍMICA, PERDA DO NITROGÊNIO E INSOLÚVEIS

A composição química desejada para o produto final é bastante controlável na metalurgia do pó. Basicamente, pós de diferentes metais podem ser misturados nas proporções especificadas, pode-se partir diretamente de pós pré-ligados ou pode-se, ainda, misturar pós pré-ligados a pós de metais, para se chegar à composição desejada. Essa grande versatilidade no manuseio e combinação de pós diferentes é uma das grandes vantagens de metalurgia do pó, visto que uma gama enorme de composições químicas pode ser obtida industrialmente através essa técnica.

Relativamente à "pureza" do pó, utilizam-se dois parâmetros de fácil caracterização: perda do hidrogênio e insolúveis.

DENSIDADE E ESCOAMENTO

A massa volumétrica ou densidade aparente de um pó metálico no estado livre é uma característica muito importante no dimensionamento dos parâmetros dos ferramentais de compactação de sinterizados, e é expressa em g/cm3 . Valores típicos são também apresentados na tabela a seguir.

A facilidade de uma massa de pó atravessar orifício tem também grande importância no enchimento das cavidades de moldes ou matizes. A forma, tamanho e distribuição granulométrica das partículas de pó têm grande influência nessa característica. Por normalização aceita internacionalmente, estabeleceu-se como padrão de referência para escoamento o tempo, em segundos, que uma massa de 50 gramas leva para se escoar através de um orifício previamente calibrado em recipiente de geometria definida.

3-MÉTODOS DE OBTENÇÃO DOS PÓS METÁLICOS

Os dois mais importantes processos conhecidos são a atomização e a eletrólise.

Desvantagens;

Limita a forma geométrica da peça (a peça tem que ser extraída de uma matriz);

Obriga a execução de grandes volumes de produção, já que o custo do ferramental é elevado;

Limita o tamanho da peça, uma vez que as potências requeridas para compactação são proporcionais à área transversal. Peças grandes exigem máquinas de elevada potência para sua compactação.

ATOMIZAÇÃO

Na atomização, o metal fundido é vazado através de um orifício apropriado a essa operação, formando um filete liquido que é "agredido" por jatos de ar, gás ou água. Esses jatos provocam a pulverização do filete e seu imediato resfriamento. O pó recolhido é reduzido e peneirado, estando pronto para ser usado.

O tamanho e a forma das partículas variam em função de vários parâmetros, entre os quais se destacam; a espessura do filete, a pressão da água ou gás, a geometria do conjunto de pulverização e, evidentemente, o tipo de atomização. A atomização a água normalmente conduz a partículas irregulares e angulosas, enquanto que a atomização a ar produz partículas mais esferoidais.

ELETRÓLISE

A fabricação de pós metálicos a partir da eletrolise é outro processo comumente utilizado para a produção de pós de cobre. Os pós produzidos apresentam elevada pureza, baixa densidade aparente e tem grãos de estrutura nitidamente dendrítica. Após recolhida dos tanques de eletrólise, a massa de pó, sob a forma de uma lama, é neutralizada, secada, reduzida e classificada por peneiramento.

OUTROS PROCESSOS

Vários outros processos podem ser utilizados para a obtenção de pós metálicos, cada qual produzindo pós com características especificas:

Métodos mecânicos: trituração e moagem;

Métodos físico-químicos: pirólise (obtenção de pós de ferro e níquel de alta pureza);

Métodos químicos: redução de óxidos por hidrogênio ou monóxido de carbono; corrosão: pós de aço inoxidável.

4-DETALHES DE FABRICAÇÃO

MISTURA E COMPACTAÇÃO DE PÓS

Os pós são misturados em misturadores tipo "Y" ou "duplo cone" conforme figura abaixo.

Mesmo quando se utilizam pós pré-ligados, há necessidade de se adicionarem lubrificantes sólidos (estearato de zinco, por exemplo) para diminuir o atrito entre os componentes do ferramental de compactação. A compactação convencional e sempre executada em prensas mecânicas ou hidráulicas. Uma quantidade predeterminada de pó é colocada numa cavidade formada pela matriz e macho, e é então compactada por uma série de deslocamentos dos punções superiores e inferiores, matriz e macho, à temperatura ambiente.

Trate-se, aqui, da compactação de um tarugo de ferra, mas a conclusão podem ser estendidas a qualquer outro compactado.

A matriz é uniformemente preenchida com pó de densidade aparente (neste caso particular) de 2,4g/cm3.

Ambos os punções se deslocaram uma pequena distância. O pó foi levemente compactado (pressão de compactação de 0,1t/cm2) e a densidade aumentou de 2,4 para 2,9g/cm3 que corresponde à densidade de um pó "socado".

Até aqui, a compactação apenas causou o adensamento do pó, sem deformação das partículas e, evidentemente, sem nenhuma adesão entre elas.

Se o pó for removido da matriz, tornará urna forma esboroada, sem contornos definidos. A partir desse ponto, o aumento da pressão aplicada resultará em deformação plástica das partículas. As partes mais finas de cada partícula individual se deformarão ou quebrarão, e uma "solda fria", devida ao entrelaçamento dos grãos, acontecerá, já que eles procurarão ocupar os espaços vazios entre eles.

Parte dessa pressão é transmitida através da massa de pó, causando considerável atrito entre as partículas de pó e a matriz e machos. A densidade aproximada de 3,2g/cm3, que corresponde a uma pressão da ordem de 0,16t/cm2, já haverá adesão intergranular suficiente para se ter uma peça cilíndrica, porém sem resistência mecânica suficiente sequer para ser manuseada industrialmente.

A compressão continua, bem como a influência do atrito contra as paredes da matriz; além da fricção interna entre as partículas. A densidade já alcançou 4,8g/cm3, ou seja, dobro da densidade inicial. A pressão é da ordem de 1,2t/cm2. Quando a pressão de compactação alcança cerca de 2,2t/cm2, a densidade estará por volta de 5,5g/cm3.

A densidade alcançou 6,0g/cm3, correspondente a uma pressão de 3,3t/cm2.

Aqui a peça está com sua altura reduzida a 1/3 da original.

A densidade de 5,5g/cm3 é a menor densidade utilizada em peças de ferro. Se uma peça com densidade inferior a essa for sinterizada, suas propriedades mecânicas será muito pobres, para aplicações práticas. Para mancais autolubrificantes de ferro, são comuns densidades entre 5,7 e 6,2g/cm3. Após esses valores de densidade, as pressões de compactação envolvidas sobem cada vez mais acentuadamente, causando consideráveis deformações plásticas entre as partículas e conseqüente atrito interno e contra as paredes da matriz.

É obvio, do ponto de vista econômico, que não se deve levar a densidade a valores extremos. Já que isso acarreta rápido desgaste do ferramental. Na prática, em cerca de 90% dos casos, procura-se trabalhar na faixa de 5,7 a 6,8g/cm3 para peças de ferro, conduzindo a processos bastante econômicos.

Para mancais autolubrificantes do bronze, as densidades mais usadas estão entre 5,8 e 6,9 g/cm3. Na produção de uma peça mais complexa, como uma engrenagem simples com um furo achatado no centro, por exemplo, o ciclo completo de compactação pode ser visualizado pela seqüência mostrada na figura abaixo.

Uma engrenagem dupla, por exemplo, exigiria um ferramental mais complexo (dupla punção inferior) e, evidentemente, uma máquina mais sofisticada que permitisse o uso desse ferramental. Após a compactação a peça é chamada de "compactação do verde'. A densidade e a resistência a verde é dois importantes parâmetros físicos nessa etapa do processo, já que terão influência decisiva nas propriedades mecânicas da peça final.

Outro detalhe importante é chamada "zona neutra", que é a região onde as partículas de pó menos sofrem influência do processo mecânico da compactação. Em muitos casos, a localização da zona neutra inviabiliza a produção de urna peça em sinterizados. Em outros, como numa peça muito esbelta (grande altura em relação ao diâmetro ou a dimensão transversal), não se consegue, em torno dessa zona, grande compactação compatível com as outras regiões da peça, tornando-a inexeqüível.

A sinterização é a etapa do processo de metalurgia do pó em que uma massa de partículas, na forma do compactado verde ou confinado em moldes, é aquecida mediante lenta passagem à temperatura abaixo do ponto de fusão do metal ou liga, levando em conta condições controladas de temperaturas, tempo de permanência, velocidade do aquecimento/resfriamento e atmosfera.

Basicamente, a sinterização é um processo de estado sólido, ocorrendo ligação química e metalúrgica das partículas do pó no sentido de eliminar ou diminuir a porosidade existente no compactado verde, formando um corpo coerente provido das propriedades físicas primárias do sinterizado.

Em diversos casos, a temperatura de sinterização é suficientemente alta para fundir um ou mais componentes do material, caracterizando a chamada sinterização com fase líquida. Sob o ponto de vista de economia e funcionalidade do processo, o desejável é ter o produto sinterizado acabado após esta operação. Entretanto, quando certas características físicas e dimensionais não são atingidas, pode-se promover operações subseqüentes de recompressão, resinterização, infiltração com metais de mais baixo ponto de fusão, etc...

Os efeitos da sinterização sobre as propriedades do produto final é muito importante e seu conhecimento útil na sua correta aplicação funcional.

A sinterização é comumente processada em fornos contínuos, caracterizados por três zonas de operação: pré-aquecimento, manutenção e resfriamento.

OPERAÇÕES SECUNDÁRIAS

Recompressão

Dependendo da forma geométrica da peça da densidade, liga, etc..., ela se deforma durante a sinterização. Nos casos em que essa deformação ultrapassa certo limite, há necessidade de uma operação adicional de recompressão para garantir tolerâncias apertadas, rugosidade, etc... A recompressão é uma operação similar à compressão, exceto que, ao invés do pó, há a compactação de uma peça já sinterizada.

Infiltração

A infiltração é basicamente um processo de fechamento dos poros de peças (total ou parcialmente) de um esqueleto (compactado ou sinterizado) de baixa ou média densidade (5,6 at6 6,8g/cm3) com um metal ou liga do ponto da fusão mais baixo.

0 método mais usado consiste na colocação de uma pastilha compactada do metal a ser infiltrado em contato com o esqueleto compactado ou pré-sinterizado e aquecendo-se acima do ponto de fusão do infiltrante e abaixo do ponto de fusão do esqueleto, o infiltrante se funde e este penetra no esqueleto por capilosidade preenchendo parcial ou totalmente os poros.

A infiltração pode ser efetuada com o infiltrante e o esqueleto; somente compactados; e a infiltração e a sinterização ocorre simultaneamente (sintration) ou o esqueleto já sinterizado e infiltrante compactado, e somente ocorre à infiltração; este último é o menos econômico, mas pode-se obter melhor resistência e ductilidade do que o primeiro.

A infiltração pode ocorrer diretamente onde à pastilha está diretamente em contato com o esqueleto ou através de uma ponte de ligação entre o infiltrante e o esqueleto (infiltração indireta). A ponte de ligação é para evitar erosão ou adesão de resíduos indesejáveis, mas torna-se inviável devido à compactação da ponte de ligação, do infiltrante e do esqueleto.

A infiltração dos metais tem corno efeito à melhora das propriedades mecânicas, resistência à corrosão e usinabilidade, e também corno pré-tratamento para acabamento superficial como cromação, niquelação, e galvanização e tem como efeitos negativos a grande variação dimensional e custo elevado devido à compactação do infiltrante e alguns casos da ponte de ligação e do esqueleto.

Condição fundamental para que a infiltração seja possível:

Temperatura de fusão do esqueleto mais alta do que a do infiltrante, para que o esqueleto se mantenha rígido durante o processo.

A solubilidade mútua deve ser limitada, para que o infiltrante flua para os poros e não seja totalmente absorvidos.

Não deve reagir mutuamente para evitar forrnação de uma nova fase que obstrua a infiltração.

Boa molhabilidade, para penetração uniforme nos poros.

Os metais mais usados como infiltrante da metalurgia do pó são: o tálio, chumbo, estanho, mercúrio e cobre este último mais usado. Outra técnica usada na infiltração é mergulhar um compactado sinterizado, porém poroso, num material infiltrante liquefeito.

A infiltração metálica é usada principalmente para aumentar a densidade e também utilizada para aumentar a produção de contatos elétricos de W-Cu, W-Ag, ou Mo-Cu e Mo-Ag.

Impregnação

Aproveita a porosidade da peça sinterizada para impregnar substâncias como óleos, graxas, impermeabilizantes, etc..., evitando temporariamente a corrosão. Proteger contra a oxidação por impregnação com óleo, principalmente no caso de outras aplicações superficiais, metálicas ou sólidas, serem impraticáveis.

Existem três métodos básicos, que são o de banho quente e frio, o de banho parcial da peça e o método vácuo.

O método de banho quente e frio é o mais comum. Por este método a peça é submetida a vários banhos consecutivos em diferentes temperaturas. Este método tem a intenção de remover as inclusões de ar pela variação conjunta pela viscosidade do ó1eo e da expansão (contração) do arco (nos poros) e no corpo sinterizado.

No método de imersão rasa a peça é parcialmente submergida no ó1eo que penetra na peça por ação capilar. 0 método é efetivo, mas lento. Na parte superior da peça o ar sai na medida que o óleo sobe, mas na parte submersa pode acontecer de bolhas de ar ficarem completamente fechadas pelo ó1eo.

No método de vácuo as peças são colocadas numa câmara de vácuo onde, após retirado todo o ar da mesma, abre-se uma válvula quer permite a entrada de óleo que submerge totalmente às peças. Possui desvantagem em relação ao métodos dos banhos quente e frio, pois os componentes de baixa viscosidade do óleo vaporizam-se deixando-o mais viscoso. O efeito de lavagem no primeiro método (movimentação do óleo para dentro e para fora) inexistente neste método (O óleo penetra de fora para dentro).

Variáveis, na impregnação com óleo, a porosidade interligada é de importância relevante. Somente com todos os poros abertos (comunicante com a superfície) teremos uma impregnação completa.

5-SINTERIZAÇÃO

A sinterização consiste no aquecimento das peças comprimidas a temperaturas especificas, sempre abaixo do ponto de fusão do metal base da mistura, eventualmente acima do ponto de fusão do metal secundário da mistura, em condições controladas de velocidade de aquecimento, tempo a temperatura, velocidade de resfriamento e atmosfera do ambiente de aquecimento.

Em alguns casos certas peças de metal duro entre outros procede-se a uma sinterização prévia, a uma temperatura mais baixa com o objetivo de conferir a briquetes de compactadas condições de serem usinadas antes da sinterização final. Esta operação é denominada pré-sinterização.

A temperatura ideal de sinterização é da ordem de 2/3 a 3/4 da temperatura de fusão da liga considerada. Basicamente a sinterização é um processo de estado sólido ocorrendo ligação química e metalurgia do pó, no sentido de eliminar ou diminuir a porosidade existente no compactado verde; formando um corpo coerente provido das propriedades físicas primárias do sinterizado.

Em diversos casos, a temperatura de sinterização é suficientemente alta para fundir um ou mais componentes do material, caracterizando a chamada sinterização com fase liquida. A sinterização em presença de fase líquida faz presente, por exemplo, na produção de buchas alto lubrificantes de bronze onde os pós principais de cobre (cerca de 90%) e estanho (cerca de 10%) são previamente misturados, na sinterização que é elevada a efeito aproximadamente a formação de estrutura cristalina típica do bronze. De qualquer modo a fase líquida presente não deve comparecer em quantidade tal que possa promover uma modificação sensível nas dimensões do compactado.

A sinterização é comumente processada em fomos contínuos ou semi-contínuos, caracterizado por 3 zonas de operação:

Pré-aquecimento;

Manutenção;

Resfriamento.

Basicamente existem 4 tipos de fornos:

Forno de Esteira (até 1150oC);

Forno Wakkingbean (até 1300oC);

Forno Pussher (até 1300oC);

Forno a vácuo (até 1350oC).

FORNOS DE SINTERIZAÇÃO

Os fornos de sinterização são a gás ou elétricos, por resistência ou indução (fornos a vácuo geralmente). Nos fornos a resistência, os elementos de aquecimento, em fios, ou barras, são de Ni-Cr para temperatura até 1150oC, de carboneto de cilício (Globar) até da temperatura da ordem de 1400oC, de molibdênio ou tungstênio, até temperatura da ordem de 1550oC (neste caso, exigindo a atmosfera protetora redutora de hidrogênio).

Os fornos de sinterização trabalham normalmente com atmosfera protetora com objetivo de evitar a oxidação das peças e reduzir os eventuais óxidos contidos nos pós e que poderiam prejudicar o grau de sinterização.

6-TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS

As peças sinterizadas de ferro são tratadas para obter aumento de resistência a tração ao desgaste, dureza, ou uma combinação entre elas. Os tratamentos usuais a que podem ser submetidas as peças sinterizadas incluem a têmpera, cementação, carbonitretação, nitretação e tratamento a vapor. A seleção do tratamento a ser feito depende basicamente da aplicação e da densidade da peça.

TÊMPERA

Toda peça sinterizada, como as forjadas, deveriam ser temperadas imediatamente após arrefecer. A têmpera é efetuada de forma similar dos aços convencionais, tendo como ressalva o tipo de atmosfera protetora, evitando-se o banho de sal que tende a provocar corrosão pela retenção do sal nos poros da peça. Pelo mesmo motivo, é recomendável o uso de um óleo de arrefecimento rápido, com boa circulação. Para se evitar uma distorção muito acentuada, pode-se aumentar a temperatura do óleo até níveis em torno de 150oC ou 300oF.

CEMENTAÇÃO

Peças sinterizadas com baixo teor de carbono (0,1 a 0,2%) podem ser sementadas por cementos convencionais ou gasosos. Os sementos líquidos não são recomendados, por causa da dificuldade de lavar a peça, isentando-as do sal.

Os cementos sólidos, por motivos econômicos não são utilizados em peças sinterizadas pequenas, produzidas em grandes quantidades. Os cementos gasosos são mais recomendáveis entretanto, para que seja bem sucedida, a densidade bem como a precisão de composição devem ser conhecidas.

Para se ter uma peça cementada com razoável homogeneidade de camada e dureza é necessário uma densidade mínima de 7,2g/cm3.

CARBONITRETAÇÃO

É uma forma modificada de cementação que consiste na introdução de amônia na atmosfera gasosa. O nitrogênio contido na amônia difunde na superfície da peça, simultaneamente, com o carbono, e abaixa a velocidade critica do resfriamento.

A carbonitretação é feita com temperatura mais baixa (pelo menos 55oC ou 100oF) e tempo mais curto (meia hora ou mais) do que a cementação. A baixa taxa de difusão que ocorre nestas temperaturas permitem um controle melhor da camada e da dureza.

A alta taxa de penetração do carbono e nitrogênio que ocorre como um resultado da porosidade para peças sinterizadas, feitas na sociedade americana para teste de materias (ASTN) B-310, classe a - pó de ferro.

NITRETAÇÃO

Diferente da carbonitretação principalmente naquela em que a temperatura usada é completamente dentro do campo fase ferrítica (cerca de 750oC). As condições atmosféricas podem variar, dependendo do processo especifico. Em um processo próprio, a atmosfera é formado por quantidade do amônia e gás endotérmico associação americana do gás (AGA) tipo 302. Em um outro processo, uma atmosfera típica consiste de 35% do amônia e 65% do gás exotérmico (AGA) tipo 301, nominalmente 97% de nitrogênio o qual pode ser enriquecido com gás hidrocarbônico assim como metano ou propano.

0 ciclo do tempo para nitretação gasosa geralmente alcança de 1 até 5 horas. Contudo o ciclo do tempo não passa mais que uma hora, geralmente é recomendado para peças sinterizadas por causa da profunda ponetração dos gases carbonizantes.

TRATAMENTO À VAPOR

As propriedades físicas das peças de ferro sinterizadas podem ser melhoradas por este processo, que consiste em envolver uma camada superficial e interporos de um óxido azul cinzento aderente. Isto é feito expondo e as peças sinterizadas a uma atmosfera de vapor superaquecido em um forno tipo poço com temperaturas aproximadas de 430oC a 590oC e a uma pressão de aproximadamente de 1000mm c.a=0,1bar.

E um processo limpo, seguro e eficiente em termos de custo em que o resultado é um aumento de dureza e densidade, maior resistência a compressão, melhora na resistência a corrosão e ao desgaste, mais o fechamento quase total dos poros.

Em peças de baixa e média densidade a camada de óxido se forma em toda extensão da peça e nos poros intercomunicantes. Como a dureza de óxido em si torno de 50HCR, a dureza aparente da peça aumenta.

A resistência a compressão de uma peça de baixa e média densidade pode ser aumentada de 25% a 40%. O óxido formado nos poros ajuda a ligação entre as partículas aumentando a resistência ao desligamento.

O óxido envolve a peça externa e internamente, protegendo-a de ferrugem e de outros meios corrosivos. Finalmente, existe a vantagem do fechamento dos poros por um custo mais baixo que a infiltração de cobre ou resma. O tratamento a vapor é o meio simples efetivo e barato de se obter mais das peças sinterizadas.

A quantidade de formação de óxido podes ser determinada pelo aumento de peso das peças indicado conforme tabela abaixo.

Densidade (g/cm3)

Aumento de peso (%)

5.7

6.1

5.8

5.0

5.9

4.3

6.0

3.2

6.2

2.4

6.4

1.9

7-ACABAMENTO

Devido ao tamanho médio relativamente reduzidas juntamente com os formatos complexos das peças requer um procedimento e precauções especiais, diferentes dos fundidos e usinados. Considerando-se as propriedades inerente da peça do pó demanda considerações especiais em cerca de todas as operações secundárias, principalmente limpeza e rebarbação.

As rebarbas são formadas nas junções de ferramentas, no diâmetro externo, furos ou superfícies paralelas a direção de compactação. Para retirar as rebarbas indesejáveis e as superfícies da peça, o jateamento com granalhas de aço é muito usada, isto é feito em máquinas especiais onde as peças ficam girando enquanto um jato de granalha é propulsionado sobre ela. Além de retirar as rebarbas a um pequeno aumento quanto a resistência a corrosão, pela formação de tensão a compressão na superfície da peça.

Um outro processo é o tamboreamento, um tanto mais caro que o jateamento. Além disso devemos tomar alguns cuidados para não danificar os cantos vivos das peças e dentes das engrenagens. Um tamboreamento é feito em tambores rotativos ou vibratórios, utilizando-se abrasivos sólidos em suspensão meio líquido.

Esse processo é muito usado para arredondamento dos cantos e retirar rebarbas, porém deve-se tomar cuidados. Um dos cuidados é a escolha correta dos caipes ou pedras tanto no que se refere a tipo de material como no tamanho e forma Como normalmente neste processo o líquido utilizado é a água e contém abrasivos a peça tende a oxidar-se rapidamente, pois o líquido penetra nos poros no decorrer do processo. Para evitar este problema é importante secar a peça e proteger em óleo. Deve-se evitar tempos longos tanto no tamboreamento, como no jateamento, já que acaba prejudicando as peças mais frágeis e aumenta a probabilidade de batidas entre as peças.

8-ACABAMENTO SUPERFICIAL

0 acabamento superficial de peças sinterizadas pode ser considerado bom se comparado as usinadas, micro-fundidas ou forjadas. Entretanto devido as particularidades do processo, apresenta características diferentes em termos de rugosidade superficial.

9-OPERAÇÕES DE USINAGEM

A usinagem de peças sinterizadas é comum, especialmente, quando existirem configurações geométricas impossíveis de serem obtidas diretamente do processo de compactação, como, por exemplo, furos transversais, sangrias, roscas, e entrâncias transversais internas ou externas, etc.

Velocidade e avanços para peças e alta densidade (cerca de 92% da densidade teórica do metal ) são praticamente os mesmos que para o metal fundido. Há entretanto necessidade de alguns ajustes quando se usinam peças de baixa e média densidade.

Deve-se tomar cuidado na usinagem de superfícies que vão atuar em contato com eixos, nos casos de peças auto-lubrificantes, já que há perigo de se "fechar" a porosidade nestas áreas. Os óleos de corte utilizados devem estar bem limpos, já que peças porosas tem tendência a reter sujeiras.

TORNEAMENTO

Para evitar o "esmagamento" das partículas no torneamento, deve-se usinar a peça a baixas velocidades de corte, pequeno avanço e ferramentas muito bem afiadas.

FRESAGEM

Podem-se utilizar fresas de aço-rápido ou metal duro.

FURAÇÃO E ROSQUEAMENTO

Em geral, velocidades e avanços para materiais sinterizados ( conforme tabela VII) são um pouco menores (80% a 85%) das utilizadas para os metais fundidos. Quando se torna necessário abrir furos na mesma direção da compressão, pode-se já fabricar a peça com chanfro para guiar e facilitar a operação. Roscas internas ou externas são executadas da mesma forma que para uma peça convencional. Uma das vantagens da metalurgia do pó é a possibilidade da execução de um (alivio), para prevenir rebarbas na furação e rosqueamento, construindo sem problemas na própria fabricação da peça.

RETÍFICA

As operações de retifica são muito similares que as convencionais. Entretanto, deve-se evitar ao máximo a retificação de superfícies que necessitam ser auto-lubrificantes, já que partículas abrasivas podem ficar retidas nos poros diminuindo acentuadamente a vida do equipamento. Se essa operação for absolutamente necessária, deve-se proceder a uma limpeza ultra sônica posterior.

Os líquidos refrigerantes usados devem estar bem limpos e conter inibidores de corrosão. Placa magnéticas, normalmente utilizadas em retificas planas não funcionam adequadamente para peças ferrosas de baixa densidade.

REBARBAÇÃO

A rebarbação é feita pelos métodos usuais, tomando-se, entretanto, determinadas precauções: deve-se adicionar inibidores de corrosão a água e, após o tamboreamento as peças devem ser imediatamente secas. Pode-se utilizar calor para acelerar a evaporação da água contida nos poros das peças.

10-PEÇAS SINTERIZADAS

A metalurgia do pó permite a produção seriada de peças simples ou complexas com a mesma facilidade. Normalmente, a produção de peças sinterizadas está associada a altos volumes de produção, quando então o custo do ferramental é diluído a valores que o tornem economicamente viável. A medida em que a geometria da peça se torna mais complexa, entretanto, pode-se trabalhar economicamente com lotes mais baixos, pois muitos custos de usinagem são eliminados ou grandemente reduzidos.

DETALHES DE PROJETO

No âmbito da normalização internacional, os produtos da metalurgia do pó fazem parte da COMISSÃO TÉCNICA ISSO/TC-119-"Powder Metallurgical Material and Productions"; da Organização Internacional de Standarlização (ISO). Entretanto, em função de antigas referências, certas normas de caracter nacional e setorial são extremamente difundidas ainda na atualidade. A tabela VIII apresenta uma breve relação das especificações mais utilizadas no projeto de sinterizados.

Forma, Geometria e Tolerância:

Corno em qualquer outra técnica de produção de peças metálicas, a manufatura de sinterizados segue determinadas regras básicas afim de se obter produtos viáveis do ponto de vista econômico de ENGENHARIA. O projeto da peça e a complexidade do ferramental estão fortemente correlacionados. Dos grandes fatores que influem no projeto da peça são a ação de compressão e o comportamento do fluxo do pó.

Os pós metálicos não se comportam como fluidos metálicos e, devido a aspectos de fricção entre partículas de pó e componentes do ferramental, as cavidades devem ser sempre homogeneamente preenchidas.

A ação de compressão é feita somente pelos punções superiores e inferiores do ferramental, governando portanto, detalhes de forma, contornos, dimensões e comprimento. Outra consideração importante é que o formato da peça deve permitir sempre a sua extração da matriz. Cuidados especiais são também tomados na manufatura de peças de paredes finais em função de dois problemas: enchimento de pó e solicitação mecânica nos punções acima de seus limites de resistência.

Considerações sobre projetos de peças sinterizadas

Existem certas considerações sobre os projetos de peças sinterizadas que devemos ter em mente afim de não venhamos projetar peças sinterizadas enviáveis ou de baixa qualidade. Essas considerações dividem-se em:

1.- Quanto a dimensão da peça: tendo em vista a capacidade das presenças disponíveis e as características dos pós metálicos a limitações quanto as dimensões das peças, que variam do cerca de 10 mm2 a 0,015 mm2 em área projetada e de 1 a 150 mm de comprimento.

2.- Quanto a forma das peças: apesar de podermos obter uma grande variedade de seções e perfis através da metalurgia do pó, devemos entretanto procurar evitar um número exagerado de seção. O perfil da peça que pode ser de forma complicada, deve permitir fácil ejeção da matriz, pelo movimento do punção inferior. Na possível obtenção de esferas perfeitas, as peças esféricas devem prever uma superfície plana lateral. Com relação a forma das peças podemos reassumir os cuidados a tomar, levando em conta as seguintes regras:

Regra n° 1 - Evitar furos laterais, ângulos reentrantes, roscas e outras particularidades que impeçam as retiradas das peças da cavidade da matriz. Tais particularidades só podem ser conseguidas por usinagem suplementar.

Regra n° 2 - Evitar paredes finas, cantos vivos e particularidades semelhantes que, dificultam o escoamento do pó na matriz. A prática mostra que as espessuras das paredes laterais não podem ser menor que 0,7 a 0,8 mm. Devem-se evitar igualmente abruptas alterações da espessura das paredes, pois podem provocar empenamento e, portanto, inutilização das peças.

Regra n° 3 - Evitar projetar peças com comprimentos muito superior as dimensões da seção transversal; em outras palavras o comprimento deve ser proporcional a área da seção transversal, admitindo-se para limite máximo a relação 3:1 (preferencialmente 2,5:1). Se essa regra não for seguida poderia resultar peças com densidade muito inferiores no centro, em relação as partes superior e inferior.

11-FILTROS

Uma das primeiras aplicações práticas da técnica da metalurgia do pó é a fabricação de filtros sinterizados. Esses elementos filtrantes são superposições de monocamadas de partículas esféricas ou arredondadas de pós metálicos. Esta superposição resulta em malhas que se interceptam e constituem os poros. O volume de poros nestes filtros pode representar até 60% do volume total.

APLICAÇÕES

Os filtros sinterizados encontram ampla gama de emprego nas atividades industriais onde se requeiram resistências mecânicas, química e a temperaturas elevadas. Entre essas aplicações, podem-se citar: filtração de gases a líquidos; filtração de óleos combustíveis e minerais; filtração de água e ar; separação de água de ar comprimido; abafadores de ruído; estrangulamento de líquidos e gases; contra-chamas; difusores.

PROPRIEDADES DE RETENÇÃO

Os filtros de bronze, sinterizados apresentam características físicas bastante definidas em função do tamanho médio das partículas de pó.


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