Las piezas convencionales de hierro en polvo suelen tener una densidad de 7.0 g/cm³. ¿Cómo se puede mejorar la densidad de las piezas de hierro en polvo? Existen varios métodos a continuación:
La compactación en caliente es una forma rentable de aumentar la densidad de las piezas sinterizadas a 7.4 g/cm³.
Si utiliza prensado secundario y sinterización, puede aumentar la densidad de piezas de pulvimetalurgia De 7.2 a 7.6 g/cm³, aunque esto aumenta los costos en aproximadamente un 70 %. Con la infiltración de cobre, también se pueden alcanzar densidades de 7.2 a 7.6 g/cm³, manteniendo el incremento de costos en torno al 35 %. Forja en polvo le permite alcanzar densidades aún mayores de 7.6–7.8 g/cm³, pero puede duplicar aproximadamente sus costos.
Contenido
Historia de la compactación cálida
La compactación en caliente es una técnica de pulvimetalurgia comercializada en la década de 1990 para lograr densidades en verde más altas que el prensado convencional. Al calentar el polvo o las herramientas, el proceso mejora la compresibilidad y la resistencia final de la pieza. Inicialmente desarrollada por empresas como Hoeganaes con polvos Ancordense™, la compactación en caliente se popularizó en la industria automotriz para la fabricación de piezas estructurales como engranajes y componentes de VVT.
Proceso de compactación en caliente
Aplicar base
Durante el proceso de mezclado, se mezclan polvos metálicos como hierro, acero o cobre con lubricantes y aglutinantes para lograr una composición uniforme. Los lubricantes ayudan a reducir la fricción durante el prensado y facilitan la liberación del compacto del molde.
Calefacción
Para el suministro de polvo, se utilizan embudos de almacenamiento de polvo, tubos de suministro de polvo y cajas de polvo especiales, y estos componentes se calientan a 130 °C. La variación de temperatura debe controlarse con una precisión de ±2.5 °C.
Cuando la temperatura supera los 130 °C, la fluidez y la densidad aparente del polvo se deterioran. El punzón superior se suele calentar con un calentador de resistencia de banda, y la matriz intermedia se suele calentar con un calentador de tubo a una temperatura aproximada de 150 °C. El punzón inferior y la varilla de núcleo generalmente no requieren calentamiento.
Prensado
El polvo caliente se carga en una cavidad de matriz calentada y se prensa a alta presión, generalmente de 400 a 800 MPa. La alta temperatura facilita la reorganización de las partículas de polvo y una ligera deformación plástica, lo que da como resultado un compacto verde más denso y resistente que el prensado en frío.
En el caso de piezas a base de hierro, la densidad verde de los compactos prensados en caliente suele ser de alrededor de 7.3 g/cm³, lo que es mayor que la de los compactos prensados en frío convencionales.
sinterización
Finalmente, el compacto verde se sinteriza. Se calienta a altas temperaturas en un horno de sinterización, típicamente entre 1120 y 1150 °C para materiales a base de hierro. Durante el proceso proceso de sinterizaciónLas partículas metálicas se unen metalúrgicamente, lo que aumenta significativamente la resistencia mecánica y reduce la porosidad. Tras la sinterización, las piezas pueden requerir procesos adicionales como dimensionamiento, tratamiento térmico, acabado superficial o mecanizado para cumplir con los requisitos dimensionales y de rendimiento finales.
Cómo funciona la compactación cálida
Calentar la mezcla de polvo aumenta la eficacia del lubricante, reduciendo la fricción tanto entre las partículas como entre estas y la pared del molde. Una menor fricción interna facilita la reorganización de los granos de polvo, mientras que la menor fricción de la pared del molde facilita la distribución uniforme de la fuerza de prensado y produce una densidad más uniforme.
Además, el aumento de temperatura también mejora la capacidad de deformación plástica del polvo metálico. La sinergia de estos efectos aumenta la densidad final en verde.
Ventajas de la compactación en caliente
Bajo costo
El prensado en caliente es una tecnología de bajo coste para obtener piezas de metalurgia de polvo de hierro de alto rendimiento.
Aumentar la densidad
La densidad de las piezas de pulvimetalurgia a base de hierro suele alcanzar entre 7.2 y 7.6 g/cm³ mediante la tecnología de prensado en caliente. Esto supone una densidad entre 0.15 y 0.3 g/cm³ superior a la del proceso tradicional de prensado y sinterización de una sola pasada.
Aumentar la fuerza
En comparación con los procesos tradicionales de pulvimetalurgia, la resistencia a la fatiga de las piezas fabricadas mediante prensado en caliente puede aumentar entre un 10 % y un 40 %, y la resistencia a la tracción máxima se incrementa en un 10 %. Cuando las piezas de metal en polvo se prensan en caliente, se sinterizan y luego se vuelven a prensar moderadamente, sus propiedades de fatiga son equivalentes a las de las piezas forjadas en caliente con polvo.
Reducir la fuerza de desmoldeo
Utilizando el proceso de prensado en caliente, la fuerza de desmoldeo se reduce en aproximadamente un 30%.
Densidad uniforme
Piezas de engranajes preparadas mediante prensado en caliente. La diferencia de densidad entre el diente y la raíz es 0.1-0.2 g/cm³ menor que la del prensado convencional.
Aplicaciones de la compactación en caliente
Cubo de la turbina
Mediante el proceso de compactación en caliente, la densidad del cubo de la turbina puede superar los 7.25 g/cm³. La resistencia a la tracción del cubo de la turbina compactado en caliente puede superar los 800 MP. En comparación con el forjado, elimina los procesos de mecanizado y tratamiento térmico, y reduce los costos en un 30 %.
Equipo
Los engranajes de pulvimetalurgia producidos mediante el proceso de compactación en caliente tienen las ventajas de bajo costo, alta densidad, rendimiento uniforme y alta precisión.
Los más comunes incluyen engranajes de transmisión de automóviles, engranajes de bombas de aceite, levas, piñones, sincronizadores, turbinas de dirección, engranajes de motor, engranajes de herramientas eléctricas, engranajes helicoidales para cajas de cambios, etc.
Materiales magnéticos de pulvimetalurgia
El proceso de compactación en caliente mejora significativamente las propiedades magnéticas de los materiales gracias al aumento de su densidad, por lo que también se utiliza en materiales magnéticos de pulvimetalurgia, como balastos para lámparas fluorescentes, núcleos de transformadores, filtros de baja frecuencia y núcleos de choque.
Preguntas Frecuentes
¿Qué es la compactación en caliente?
Durante el proceso de compactación en caliente, los fabricantes calientan solo la matriz (generalmente a 60–110 °C) sin precalentar el polvo.
El mecanismo de funcionamiento de la compactación en caliente es similar al de la compactación en caliente. Sin embargo, debido a la menor temperatura, la densidad en verde alcanzada es ligeramente inferior. Esta densidad en caliente suele ser entre 0.05 y 0.15 g/cm³ superior a la de la compactación en seco, alcanzando hasta 7.4 g/cm³. Gracias a la alta densidad en verde y al bajo contenido de lubricante (0.2 %-0.6 %), la resistencia en verde puede alcanzar hasta 35 MPa.