Negli ultimi decenni, i componenti realizzati con metallurgia delle polveri (PM) si sono rivelati un processo di produzione interessante per sostituire componenti lavorati o fusi, grazie alla flessibilità di progettazione, al basso costo, alle tolleranze ridotte e al buon equilibrio tra duttilità e resistenza alla trazione.
La giunzione è un processo fondamentale nella produzione meccanica, utilizzato per collegare parti realizzate con materiali simili o diversi. Forse ti starai chiedendo: è possibile saldare componenti in metallo in polvere? Continua a leggere per trovare la risposta che cerchi.
Produzione di polvere metallica
La produzione di polvere metallica comprende principalmente: miscelazione della polvere, compattazione della polvere, sinterizzazione.
Miscelazione e miscelazione
Lo scopo della miscelazione è quello di combinare uniformemente la polvere metallica con i leganti. L'aggiunta di legante serve ad aumentare la fluidità della polvere e a ridurre la forza di sformatura.
Compattazione
La polvere miscelata viene pressata ad alta pressione (solitamente 400-800 MPa) utilizzando gli utensili per la metallurgia delle polveri, formando quello che viene chiamato "compatto verde". La polvere metallica compattata non è sufficientemente resistente ed è paragonabile solo al gesso.
sinterizzazione
sinterizzazione La sinterizzazione avviene a una temperatura inferiore al punto di fusione del metallo, solitamente tra il 70% e il 90%. La sinterizzazione fonde le particelle di polvere, conferendo al pezzo la resistenza e l'integrità desiderate.
Sfide nella saldatura di parti in polvere metallica
Come per altre saldature di metalli, il requisito primario per la saldatura parti di metallurgia delle polveri è che non si dovrebbero introdurre difetti. Tuttavia, i seguenti fattori possono influenzare il processo di saldatura.
Porosità
La porosità dei componenti realizzati con metallurgia delle polveri influisce sulla conduttività termica, che a sua volta influenza i parametri di saldatura.
La porosità nella microstruttura dei componenti metallici sinterizzati influisce sulla loro saldatura, distinguendola dalla saldatura di componenti fusi o forgiati.
Durante la saldatura, la zona termicamente alterata dei componenti realizzati con metallurgia delle polveri può fessurarsi. Questo perché le parti in metallo in polvere sono porose e la forza di legame tra le particelle è limitata, il che non consente loro di resistere alle maggiori sollecitazioni causate dalla maggiore temprabilità della zona termicamente alterata.
contaminanti
La presenza di contaminanti come lubrificanti, fluidi di placcatura e oli nei pori interni dei pezzi sinterizzati comprometterà le prestazioni di saldatura. Pertanto, queste impurità e contaminanti devono essere rimossi prima della saldatura.
Contenuto di carbonio
La maggior parte dei componenti realizzati con la metallurgia delle polveri sono a base di ferro e il loro contenuto di carbonio varia. I componenti sinterizzati con un basso contenuto di carbonio, inferiore allo 0.5%, sono facili da saldare, mentre quelli con un alto contenuto di carbonio sono difficili da saldare.
Tecnologia di saldatura di parti in metallurgia delle polveri
Saldatura a resistenza
La saldatura a resistenza è l'unione di due superfici metalliche fino allo stato fuso o plastico mediante corrente e pressione, per poi combinarle metallurgicamente.
Il vantaggio della saldatura a resistenza è che non richiede materiali di saldatura né gas di protezione.
I tipi più comuni di saldatura a resistenza includono i seguenti:
- Saldatura a punti
La saldatura a punti è adatta per la giunzione a sovrapposizione di parti sinterizzate in lastre sottili con spessore inferiore a 3 mm.
- Saldatura a proiezione
La saldatura a proiezione è ideale per unire parti in metallo in polvere ad alto tenore di carbonio (0.4% – 0.8%) e densità (6.5 – 7.5 g/cm³) con parti in acciaio a basso tenore di carbonio.
- Saldatura continua
I pezzi in metallo sinterizzato passano tra due elettrodi a disco rotanti per formare un cordone di saldatura continuo con sovrapposizioni anteriori e posteriori. È adatto per unire componenti sottili in polvere metallica.
- Saldatura flash
Questi processi di saldatura sono generalmente applicabili a parti realizzate in metallurgia delle polveri, ma la superficie delle parti deve essere pulita e priva di impurità.
Brasatura
I prodotti ottenuti tramite metallurgia delle polveri possono anche essere uniti tramite brasatura. La brasatura è adatta per i compatti verdi ad alta densità. Quando il prodotto presenta più pori, parte della lega per saldatura verrà aspirata, con conseguente insufficiente saldatura sulla superficie di saldatura.
Saldatura ad arco di tungsteno con gas (GTAW/TIG)
La saldatura GTAW utilizza un elettrodo di tungsteno non consumabile per creare un arco a corrente continua (per materiali a base di ferro) che fonde i materiali da saldare.
Durante il processo, gas inerti come argon o elio proteggono sia la zona di saldatura sia l'elettrodo da contaminanti atmosferici come ossigeno, idrogeno e azoto.
Nella saldatura di prodotti in metallo in polvere con la tecnica GTAW, il metallo d'apporto può contribuire a compensare il ritiro dovuto alla fusione e alla densificazione delle particelle nella zona di saldatura. Tuttavia, il coefficiente di dilatazione termica, la resistenza e la resistenza alla corrosione del metallo d'apporto devono essere compatibili con i materiali da saldare.
In uno Custodiela saldatura di due componenti in polvere di metallo mediante GTAW ha sostituito un componente fuso nel differenziale del camion, con un conseguente risparmio sui costi del 35%.
Saldatura ad arco gas-metallo (GMAW/MIG)
La saldatura GMAW utilizza un elettrodo a filo continuo per generare un arco che riscalda il pezzo in lavorazione, fondendo e unendo i materiali. La saldatura GMAW può saldare materiali metallurgici contenenti polveri miste ad alto contenuto di carbonio (0.3-0.9%).
Saldatura a fascio di elettroni
La saldatura a fascio di elettroni concentra flussi di elettroni ad alta velocità in un fascio per formare una sorgente di calore intensa e stretta che unisce parti metalliche sinterizzate. La saldatura a fascio di elettroni (EBW) viene solitamente eseguita sotto vuoto ed è un processo di saldatura automatizzato a lotti avanzato.
Saldatura a raggio laser
La saldatura a fascio laser (LBM) è un processo altamente automatizzato che offre elevata precisione e minima deformazione. La saldatura a fascio laser fonde insieme i materiali del pezzo utilizzando un raggio laser, come un laser a CO2.
Per ridurre la formazione di martensite, i materiali a media temprabilità vengono generalmente preriscaldati a 250-300 °C prima della saldatura.
Tuttavia, la saldatura laser è più costosa rispetto ad altri processi di saldatura.
Punte per saldatura a fusione di metalli in polvere
Il problema più comune che si può incontrare durante la saldatura per fusione di componenti in polvere metallica è la formazione di cricche all'interno o in prossimità della saldatura. Questo di solito si verifica a causa delle tensioni che si sviluppano durante il raffreddamento e la solidificazione del metallo di saldatura.
È possibile ridurre il rischio di crepe:
- Preriscaldamento delle parti per rimuovere l'umidità (idrogeno) e ridurre i gradienti termici
- Post-riscaldamento dopo la saldatura per alleviare le tensioni residue
- Riduzione al minimo dell'apporto di calore per limitare la fusione delle particelle e gli stress di solidificazione
- Progettare attentamente i giunti per ridurre la concentrazione di stress
Le parti realizzate con metallurgia delle polveri che sono state trattate a vapore, infiltrate in rame o bonificate non sono adatte alla saldatura per fusione.
Selezione del materiale per la saldatura di parti in polvere metallica
- La polvere di ferro atomizzata presenta minori impurità residue rispetto alla polvere di ferro spugnoso o ad altre polveri di ferro ridotto. Pertanto, per applicazioni di saldatura ad alta resistenza o per fusione, è preferibile utilizzare la polvere di ferro atomizzata.
- Il contenuto di carbonio ha un effetto significativo sulla saldabilità dei componenti realizzati con metallurgia delle polveri. In generale, minore è il contenuto di carbonio, migliore è la saldabilità. Tuttavia, il carbonio può aumentare le proprietà di resistenza del materiale.
- Quando si utilizza la saldatura per fusione, è meglio non utilizzare materiali derivati dalla metallurgia delle polveri con aggiunta di zolfo. Questo perché lo zolfo potrebbe migrare verso i bordi dei grani durante la saldatura e causare cricche termiche.
- L'aggiunta di nichel alla polvere di ferro o alla polvere di acciaio può aumentare la tenacità del materiale, senza influire sulla saldabilità.