O processo de metalurgia do pó é reconhecido como um método de fabricação sustentável que utiliza pó metálico como matéria-prima para formar peças sustentáveis por meio de compactação em matriz de alta pressão, seguida de sinterização para fundir as partículas de pó. É um excelente método para produzir peças estruturais em alta velocidade e com tolerâncias rigorosas.
Conteúdo
Etapas do Processo de Metalurgia do Pó
O processo de metalurgia do pó inclui principalmente produção de pó, mistura, compactação e sinterização.
Produção de pó
A produção de pó é a primeira etapa da PM. Não é exagero dizer que as características dos pós determinam a qualidade dos componentes finais. Dentre os diversos métodos de produção de pó, os mais utilizados são: processo de atomização, redução e decomposição química.
Misturando e misturando
Misturando e misturando refere-se à mistura de pó metálico com lubrificantes ou outros elementos de liga para produzir uma mistura uniforme.
Os pós incluem pós mistos e pós pré-ligados.
Pós pré-ligados são produzidos pela adição de componentes de liga ao metal fundido durante a reprodução de partículas de pó. As vantagens dos pós pré-ligados são sua microestrutura e propriedades mecânicas uniformes, mas as desvantagens são que apresentam dureza aumentada e baixa compressibilidade.
Pó misto geralmente se refere a uma mistura de pó de ferro, pó de cobre, pó de carbono e um ligante. A desvantagem é que é difícil misturá-lo uniformemente, mas a vantagem é que é fácil produzir peças densas. Os efeitos da adição de lubrificantes são os seguintes:
- Melhora a fluidez do pó. Isso ajuda a reduzir o tempo de preenchimento da cavidade do molde e a uniformizar a densidade do verde.
- Aumenta a densidade e a compressibilidade do pó.
- Ajuda a reduzir o atrito entre o pó e o molde e a reduzir a perda de molde.
Compactando
Compactação de pó É um processo de conformação em que pó metálico é inserido em uma cavidade de molde com uma caixa de pó e, em seguida, prensado em uma prensa de metalurgia do pó. O produto resultante é chamado de "compacto verde".
Existem vários métodos principais de compactação:
Compactação de ação única: neste processo, o punção superior aplica pressão e o punção inferior e a matriz não se movem. Este método resulta facilmente em um produto com alta densidade na parte superior e baixa densidade na parte inferior. É adequado apenas para componentes mais finos. Esta prensa é barata.
Compactação de dupla ação: durante o processo de conformação, o punção superior e o punção inferior comprimem o pó simultaneamente. Isso resulta em uma densidade verde uniforme.
Matriz flutuante: Neste método, os punções superiores pressionam para baixo, o punção inferior não se move e a matriz cai para metade do curso do punção superior.
Os dois primeiros métodos utilizam uma técnica de desmoldagem em que um punção descendente ejeta a peça. No último método, a matriz continua a descer, expondo a peça na parte superior da matriz.
sinterização
O compacto verde é tão forte quanto giz, então você precisa processo de sinterização para melhorar sua resistência mecânica.
Pré-sinterização
Os lubrificantes e ligantes mencionados anteriormente auxiliam no fluxo e na conformação do pó. No entanto, eles devem ser removidos antes do processo de sinterização em alta temperatura, pois dificultam a ligação e a densificação entre os pós. Normalmente, a pré-sinterização é realizada entre 500 e 900 graus Celsius por 30 a 45 minutos, durante os quais esses lubrificantes e ligantes evaporam e se transformam em gás. É importante aquecer gradualmente, pois aquecer muito rápido pode causar defeitos como bolhas, rompimentos ou rachaduras.
sinterização
A sinterização difunde e liga partículas metálicas a temperaturas abaixo do seu ponto de fusão, geralmente entre 80% e 90% do ponto de fusão. Ela inclui 3 etapas.
Estágio inicial (formação do pescoço)
Quando o compacto verde é aquecido até a temperatura de sinterização, os átomos começam a se difundir nos pontos de contato entre as partículas, formando contatos de superfície (também conhecidos como pescoços).
Estágio Intermediário (Densificação)
À medida que o tempo de sinterização aumenta, a difusão torna-se mais pronunciada. Os átomos se difundem através do volume e dos cristais. Os pescoços tornam-se maiores e a distância entre os átomos diminui. Como resultado, o produto torna-se menos poroso e mais denso. Esta etapa é importante para aumentar a resistência mecânica do produto acabado.
Estágio Final (Fechamento dos Poros e Ganho de Crescimento)
Na fase final da sinterização, os poros interconectados tornam-se poros isolados. O gás fica preso dentro dos poros, mas pode ser expelido lentamente. Devido à resistência do gás comprimido, a densidade é difícil. Isso também leva ao rápido crescimento da estrutura de ganho. Nesta fase, é necessário equilibrar a densificação e o crescimento do ganho para evitar comprometer as propriedades mecânicas das peças sinterizadas.
A contração dos componentes durante os estágios inicial e final da sinterização é mínima, tipicamente em torno de 2% a 3%. A maioria dos fenômenos de sinterização, incluindo densificação e ligação significativas, ocorre durante o estágio intermediário.
Resfriamento
O resfriamento é a redução gradual da peça de trabalho da alta temperatura de sinterização para a temperatura ambiente, o que leva cerca de 2 horas.
O resfriamento não só ajuda a eliminar tensões térmicas como também previne defeitos causados pelo resfriamento muito rápido.
Temperatura e Atmosfera
As principais funções da atmosfera de sinterização são as seguintes:
- Evitar que o ar externo entre no forno de sinterização e cause oxidação do produto
- Ajuda a queimar lubrificantes e aglutinantes na peça de trabalho
- Redução da camada de óxido na superfície do produto
- Controlar o teor de carbono do produto
- A atmosfera de sinterização afeta a resistência mecânica, a aparência e o custo de produção do produto.
Atmosferas de sinterização comuns incluem:
- Hidrogênio
- Amônia decomposta
- Vácuo
- azoto
- argão
As seguintes temperaturas de sinterização de metais comumente usados na prática são baseadas em nossa experiência de fabricação.
| Materiais | Temperatura (℃) |
|---|---|
| À base de ferro | 1120 |
| à base de cobre | 820 |
| Aço inoxidável | 1250 |
| À base de ferro e cobre | 1120 |
operações secundárias
Operações secundárias são processos adicionais realizados em peças de metal em pó após as etapas principais do processo de metalurgia do pó. Podem melhorar a precisão dimensional e o acabamento superficial.
Usinagem CNC
Embora a metalurgia do pó possa produzir formas complexas, é extremamente desafiador fabricar peças com furos transversais, furos cegos ou roscas. Além disso, peças de PM frequentemente requerem usinagem para melhorar a rugosidade da superfície e a precisão dimensional. processos de usinagem para peças de metalurgia do pós incluem torneamento, perfuração, fresamento, retificação, rosqueamento e rosqueamento.
Tamanho
O dimensionamento restaura o diâmetro interno, o diâmetro externo, a planicidade e outras dimensões da peça sinterizada ao tamanho correto. Durante o dimensionamento, as peças sinterizadas são colocadas em uma matriz e a pressão é aplicada para corrigir quaisquer desvios dimensionais que ocorram durante a sinterização, como contração ou empenamento.
Por exemplo, em um produto com diâmetro de 25 mm, a colagem permite melhorar a tolerância de IT8-IT9 para IT6-IT7. A colagem ajuda a manter tolerâncias dimensionais rigorosas e aprimora o acabamento superficial do produto. Além disso, a colagem pode selar os poros superficiais de rolamentos impregnados com óleo.
Impregnação de resina
Os produtos de PM contêm muitos poros, o que não é ideal para ambientes de alta pressão. Embora a infiltração de cobre possa preencher esses poros, é mais cara. A impregnação com resina é uma alternativa mais econômica. Normalmente, a resina é impregnada nos poros das peças usando alta pressão ou vácuo.
Impregnação de óleo
Quando um rolamento está em operação, geralmente é adicionado óleo lubrificante para reduzir o atrito. No entanto, para alguns rolamentos de difícil acesso, é inconveniente adicionar óleo lubrificante. É aqui que os rolamentos impregnados com óleo são necessários. processo de impregnação de óleo é semelhante à impregnação de resina, então não entrarei em detalhes aqui.
Infiltração de cobre
Infiltração de cobre é um processo usado para aprimorar as propriedades mecânicas de peças estruturais sinterizadas, normalmente à base de ferro. Durante esse processo, o cobre é derretido e atraído para os poros das peças metálicas porosas por ação capilar, melhorando a resistência e a densidade.
A infiltração de cobre melhora a densidade, a resistência, a dureza e a resistência ao desgaste dos componentes sinterizados.
Queima de concreto e jato de areia
Durante a compactação, devido às folgas entre o punção superior, o punção inferior, a haste central e a matriz, rebarbas são facilmente formadas após o enchimento com pó.
Você pode usar o tombamento e o jateamento de areia para remover essas rebarbas. O tombamento bate a peça de trabalho contra a peça de cerâmica e o atrito é causado por uma máquina de retificação por vibração. Isso reduz as rebarbas e melhora o acabamento da superfície.
O jateamento de areia é o processo de impacto da superfície de um produto com um abrasivo, como areia, óxido de alumínio ou carboneto de silício. Esse processo é realizado em um ambiente fechado. Às vezes, o jateamento de areia é realizado primeiro, seguido pelo tombamento, para obter um acabamento superficial sem rebarbas.
galvanoplastia
A galvanoplastia é um processo de acabamento superficial que utiliza uma corrente elétrica para depositar uma fina camada metálica de um eletrólito sobre um componente sinterizado. Esse processo aprimora as propriedades superficiais dos componentes de PM, aumentando a resistência à corrosão, a resistência ao desgaste e a condutividade elétrica.
Materiais para Metalurgia do Pó
Pó de ferro
O pó de ferro possui boa resistência e magnetismo, além de ser barato. A maioria das peças estruturais é feita de materiais à base de ferro.
Pó de Aços Inoxidáveis
O aço inoxidável possui excelente resistência à corrosão devido ao seu teor de cromo superior a 10%. Também oferece resistência, dureza e propriedades magnéticas confiáveis. Os aços inoxidáveis comuns incluem as séries 300, 400 e 17-4PH.
Pó de cobre
O cobre, incluindo o bronze e o latão, possui condutividade elétrica e térmica favorável, tornando-o ideal para componentes eletrônicos. O cobre é adequado como substrato para rolamentos autolubrificantes e também pode melhorar a densidade e a resistência de peças à base de ferro por meio do processo de infiltração de cobre.
Pó de ligas de alumínio
Ligas de alumínio são adequadas para fazer peças estruturais leves.
Pó de ligas de titânio
Ligas de titânio, como Ti-6Al-4V e Ti-6Al-5Nb, oferecem alta resistência, excelente resistência à corrosão e boa biocompatibilidade. Elas têm uma gama de aplicações, incluindo aeroespacial, médica e automotiva.
Superligas à base de níquel
Superligas à base de níquel, como o Inconel® 718, são conhecidas por sua excelente resistência à oxidação, resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão e forte resistência à fluência. São utilizadas principalmente nas indústrias aeroespacial, automotiva e química.
Ferramentas de metalurgia do pó
Ferramentas de metalurgia do pó inclui os punções superior e inferior, a matriz e a haste central.
Socos superiores e socos inferiores
Os punções são responsáveis pela prensagem do pó metálico. O número de punções depende do formato do produto. Os punções são geralmente feitos de aço para ferramentas, como M2 e A2 (padrão AISI) ou SKD11 (padrão JIS).
morrem
A matriz é onde o pó metálico é formado e precisa suportar a pressão axial e a pressão lateral exercida pelo pó. Portanto, a matriz é geralmente feita de CPM10V, ASP-60 ou C11.
Haste Central
A haste central serve para criar as características internas do produto.
Como a haste central é longa e quebra facilmente durante a desmoldagem, ela é feita de aço para ferramentas de alta resistência à tração.
Aplicações da Metalurgia do Pó
A metalurgia do pó tem uma ampla gama de aplicações, incluindo automóveis, motocicletas, dispositivos médicos, aeroespacial, filtros e eletrodomésticos.
Automotiva
A fabricação de automóveis é um mercado importante para a indústria de metalurgia do pó. Existem mais de 1,000 componentes de metal em pó em automóveis.
- Componentes do motor:
- Engrenagens de cronometragem
- Rodas dentadas da árvore de cames
- Guias de válvula
- Rotores de bomba de óleo
- Engrenagens da bomba de óleo
- Bielas
- Componentes da Transmissão:
- Hubs sincronizadores
- Porta-engrenagens planetárias
- Placas de embreagem
- Garfos de mudança
- Anéis de sensor ABS
- Flanges do coletor de escape
Aplicações Médicas
A moldagem por injeção de metal é um processo especial de metalurgia do pó. Ela permite a fabricação de produtos pequenos, altamente precisos e biocompatíveis.
Exemplos são braquetes ortodônticos metálicos, implantes ortopédicos, dispositivos médicos e instrumentos cirúrgicos.
Indústria aeroespacial
Engenheiros aeroespaciais preferem peças leves, resistentes a altas temperaturas e mecanicamente fortes, pois isso não só garante a segurança das aeronaves em ambientes de trabalho adversos, como também reduz o consumo de combustível.
A metalurgia do pó é capaz de fabricar esses produtos de excelente desempenho, como lâminas de compressor, discos de turbina e revestimentos de câmara de combustão.
motocicletas
Embora não existam tantas peças de metal em pó em motocicletas como em carros, ainda existem muitas, incluindo
- Peças do amortecedor
- Rolamentos
- Regulador do eixo de comando
- Pastilhas de freio sinterizadas
- Polia de sincronização
- Guia de válvulas de motocicleta
Ferramentas
Você também vê aplicações de PM em ferramentas. Algumas engrenagens em ferramentas elétricas podem ter buchas fabricadas por PM.
Além disso, ferramentas diamantadas para retificação, corte ou perfuração são frequentemente fabricadas com MP. Partículas de diamante são incorporadas em uma matriz metálica criada por MP.
Filtro Sinterizado
Como as peças metálicas em pó possuem múltiplos poros internos, é um processo ideal para fabricação filtros porosos sinterizados. Os filtros sinterizados têm uma ampla gama de aplicações, incluindo, mas não se limitando a, filtragem de água, filtragem de óleo e gás, redução de ruído e difusão de oxigênio.
Vantagens e desvantagens da metalurgia do pó
Ao escolher a indústria de metalurgia do pó, é melhor pesar suas vantagens e desvantagens, como custo, tolerância e capacidade de produção.
Diferenciais
- Forma quase líquida
O processo de metalurgia do pó é um processo de formato quase líquido, o que significa que tem alta utilização de material e menos processamento secundário.
- Materiais
Alguns metais de alto ponto de fusão e metais duros são difíceis de usinar, mas a MP supera esse desafio. Uma ampla gama de materiais, incluindo metais ferrosos e não ferrosos, são adequados para metalurgia do pó.
- Formas Complexas
A metalurgia do pó permite a fabricação de componentes com formas complexas, como paredes finas, alturas de degraus variáveis e características angulares. Essas características são difíceis de obter com forjamento e estampagem.
- Tolerância Estreita
A PM pode atingir tolerâncias dimensionais rigorosas. Geralmente, ±0.05 mm é aceitável.
- Produção em massa
O processo de metalurgia do pó, incluindo prensagem e sinterização, pode ser altamente automatizado, permitindo a produção rápida de grandes quantidades com mínima intervenção humana. Fornos de sinterização contínua, como fornos de correia transportadora, são projetados para operação ininterrupta, aumentando a produção e a eficiência.
- Consistência de lote
As variações entre lotes de peças metálicas em pó são mínimas. A consistência entre os lotes é importante para a operação estável e confiável dos produtos.
- Manufatura Verde
O processo de metalurgia do pó é reconhecido como um processo de fabricação verde para o seguinte:
A metalurgia do pó gera muito pouco resíduo e normalmente usa menos energia do que processos como fundição ou forjamento devido às temperaturas de processamento mais baixas e ao menor número de etapas.
Além disso, a MP produz menos gases e águas residuais nocivas em comparação aos processos de fabricação tradicionais, como fundição e usinagem.
Desvantagens
- Tamanho e forma
A fabricante de metalurgia do pó Normalmente, produz componentes com diâmetros relativamente limitados, geralmente na faixa de 5 a 300 mm, devido às restrições impostas pela capacidade da prensa de compactação de pó.
- Densidade
A metalurgia do pó não é capaz de fabricar produtos totalmente densos, e a densidade geralmente não excede 95%.
- Ferramentas e equipamentos
Como todos sabemos, os moldes de metalurgia do pó são muito precisos, e materiais como o carboneto de tungstênio usados nesses moldes são bastante caros, resultando em custos de molde substanciais. Além disso, o processo de metalurgia do pó exige mais equipamentos, o que aumenta o investimento inicial.
- Revestimento de superfície
Ao contrário de outras peças, as peças de metal em pó possuem muitos poros internos. Portanto, os poros precisam ser preenchidos antes do processo de galvanoplastia. Isso aumentará os custos de produção.
O mercado chinês de PM cresceu de US$ 1.9 bilhão em 2017 para US$ 2.35 bilhões em 2021. A tecnologia chinesa de metalurgia do pó é bem desenvolvida e seus produtos são consistentemente de alta qualidade. Esses produtos atendem às indústrias automotivas europeia e americana há muitos anos. Além disso, os preços são altamente competitivos.
A BLUE é uma fabricante certificada ISO 9001:2015 na China, que fornece uma linha completa de peças em metalurgia do pó. Fornecemos componentes padrão sem custos de ferramental, incluindo peças estruturais, buchas sinterizadas, peças MIM e peças cerâmicas sinterizadas.
Você é bem-vindo para explorar nosso SHOP para comparar e selecionar as peças disponíveis. Se suas especificações não estiverem listadas, também fornecemos serviços personalizados de metalurgia do pó adaptado às suas necessidades.
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Perguntas frequentes
Você pode explicar os benefícios da metalurgia do pó em relação a outros métodos de conformação de metais?
Em comparação com os processos tradicionais de fabricação de metais, como fundição e usinagem, a metalurgia do pó oferece diversas vantagens distintas:
Alta utilização de materiais:
Em comparação com a fundição ou usinagem, que muitas vezes resultam em desperdício significativo de material, os processos de metalurgia do pó oferecem uma alta taxa de utilização de material, superior a 95%.
Formato próximo à rede:
Os processos de metalurgia do pó produzem formas quase perfeitas, com peças produzidas em uma única prensa. Isso não só reduz o processamento secundário subsequente, como também reduz o tempo de produção.
Produção em massa econômica e eficiente:
As linhas de produção de metalurgia do pó são altamente automatizadas, com prensas de pó capazes de produzir de 20 a 30 peças por minuto. Como a metalurgia do pó produz desperdício mínimo de material, a MP oferece vantagens significativas de preço para produção em alto volume.
Design Flexível:
A metalurgia do pó usa pó metálico como matéria-prima, permitindo que engenheiros adicionem elementos de liga com base nas características do produto.
Sustentabilidade:
A MP é reconhecida como um processo de fabricação verde devido à sua alta utilização de materiais e baixo consumo de energia.