Os processos tradicionais de fabricação de aço inoxidável geralmente utilizam fundição ou forjamento. No entanto, peças fundidas de aço inoxidável geralmente enfrentam muitos desafios, como alta dificuldade de processamento, baixa precisão dimensional, superfície rugosa, restrições de projeto e defeitos internos, como segregação, retração ou furos de areia. O aço inoxidável forjado tem baixa plasticidade e é difícil de conformar.
Comparado aos processos tradicionais de fundição e forjamento, o aço inoxidável sinterizado apresenta vantagens significativas, incluindo menor temperatura de sinterização, fabricação com formato próximo ao final, excelente precisão dimensional, alto aproveitamento de material e microestrutura uniforme e fina. Essas vantagens o tornaram amplamente utilizado em indústrias como máquinas, química, engenharia naval, automotiva e instrumentação.
Conteúdo
O que é aço inoxidável sinterizado?
Aço inoxidável sinterizado é um material produzido por metalurgia do pó, na qual pós finos de aço inoxidável são compactados sob alta pressão para formar uma geometria precisa.
O compacto verde resultante é então submetido à sinterização em um forno de atmosfera controlada a uma temperatura abaixo do ponto de fusão da liga. Durante o processo de sinterização, mecanismos de difusão facilitam a ligação metalúrgica entre as partículas de pó, resultando em um componente denso e mecanicamente robusto com as propriedades físicas e mecânicas desejadas.
Tipos de aço inoxidável
Austenítico
Representantes típicos são 304L e 316L, que retêm a matriz cúbica de face centrada, permanecem essencialmente não magnéticos e apresentam a melhor resistência à corrosão. Os aços inoxidáveis austeníticos são fáceis de processar e soldar.
Ferrítico
Por exemplo, 409L, 410L e 434L apresentam uma estrutura cúbica centrada no corpo quando solidificados e não contêm níquel para estabilizar a austenita. Possuem baixo custo de matéria-prima, boa resistência à oxidação e propriedades magnéticas suaves em altas temperaturas, sendo, portanto, amplamente utilizados em rodas de ABS, flanges de escapamento e suportes de eletrodomésticos.
Martensítico
Os aços inoxidáveis martensíticos apresentam alta resistência mecânica e dureza, principalmente os aços 410 e 420. Este tipo de aço inoxidável possui alto teor de carbono e se transforma em martensita dura após têmpera em óleo ou têmpera a gás e revenimento. No entanto, a resistência à corrosão do aço inoxidável martensítico é menor do que a do aço austenítico e ferrítico.
Processo de fabricação de aço inoxidável sinterizado
Processo de Metalurgia do Pó Convencional
O processo convencional de metalurgia do pó para aço inoxidável é o seguinte:
Misturando
Durante a mistura do pó, adicionamos lubrificantes aos pós de aço inoxidável para melhorar o desempenho das peças durante a prensagem. Esses aditivos reduzem o atrito entre as partículas de pó e contra as paredes da matriz, diminuem as forças de ejeção e ajudam a alcançar maior densidade verde. Os lubrificantes comuns que utilizamos incluem ácido esteárico, estearato de zinco, estearato de lítio e parafina.
Compactando
No processo de compactação de pó, o pó de aço inoxidável é pressionado na cavidade da matriz sob alta pressão para produzir um compacto verde com formato, tamanho, porosidade e resistência definidos.
Como o aço inoxidável é um material de alta liga com partículas duras e baixa compressibilidade, são necessárias pressões de prensagem mais altas, geralmente variando de 500 a 800 MPa.
Sinterização de Metalurgia do Pó
A sinterização é uma das etapas mais importantes na fabricação de aço inoxidável sinterizado. Ela desempenha um papel decisivo na microestrutura e no desempenho final do corpo sinterizado de aço inoxidável. Utilizando o método tradicional de sinterização por metalurgia do pó, a temperatura de sinterização do aço inoxidável é de 1250°C. Este processo geralmente é realizado sob vácuo ou atmosfera de proteção com gás inerte.
Compactação Quente
Na metalurgia do pó, compactação quente mistura pó metálico com um lubrificante especializado e aquece a mistura a uma temperatura específica, geralmente entre 100 °C e 180 °C. O pó pré-aquecido é então colocado em uma matriz aquecida e compactado.
Este método é amplamente reconhecido no processo de metalurgia do pó por produzir peças com maior densidade e melhores propriedades mecânicas. Comparada à compactação a frio, a compactação a quente proporciona maior densidade e resistência a verde, exigindo pressões de prensagem mais baixas. As melhorias típicas incluem um aumento na densidade a verde de 0.15 a 0.3 g/cm³ e um aumento de 50% a 100% na resistência a verde.
Processo de moldagem por injeção de metal
Moldagem por injeção de metal (MIM) é um processo quase líquido capaz de produzir peças de aço inoxidável com geometrias complexas e altas propriedades mecânicas. Comparado aos métodos convencionais de prensagem e sinterização, o MIM supera desafios como baixa densidade e baixa resistência. As peças MIM podem atingir tipicamente 95% a 99% da densidade teórica, resistência à tração acima de 500 MPa e alongamento acima de 45%. As peças MIM de aço inoxidável podem ser fabricadas com uma precisão de ±0.3% a ±0.5%.
No entanto, o MIM usa pós metálicos finos, que têm altos custos de material.
Misturando
O processo começa com a mistura de pó fino de aço inoxidável com um sistema de ligante orgânico, normalmente na proporção de 60:40. O ligante pode ser à base de parafina, óleo ou polímero. Essa mistura (chamada de matéria-prima) é então aquecida e prensada em um molde sob alta pressão.
Moldagem por Injeção
A matéria-prima é alimentada em uma máquina de moldagem por injeção, aquecida e prensada em um molde sob alta pressão. Essa etapa produz uma "peça verde" que corresponde ao formato e tamanho da peça final.
Desvinculação
A remoção do ligante pode ser realizada por dessoldagem térmica, extração por solvente, dessoldagem capilar ou processos catalíticos. Para aço inoxidável, a dessoldagem térmica é o método mais comum.
Se o ligante não for completamente removido, defeitos como bolhas, rachaduras ou óxidos, carbono ou carbonetos podem permanecer, o que afetará negativamente o estágio de sinterização.
Sinterização MIM
A sinterização completa a densificação, transformando as peças verdes quebradiças em peças metálicas sólidas. A sinterização por microfusão (MIM) geralmente utiliza temperaturas de sinterização mais altas do que os processos tradicionais de metalurgia do pó, o que ajuda a obter maior densidade e resistência mecânica.
De acordo com as A pesquisa de SungPó de aço inoxidável 17-4PH e ligante foram misturados na proporção de 60:40, moldados por injeção a uma pressão de 300 kg/cm² e dessoldados termicamente. O aumento da temperatura de sinterização de 900 °C para 1350 °C em atmosfera de hidrogênio pode aumentar a densidade relativa das peças de 61% para 99%, e a resistência à tração também é melhorada.
Prensagem isostática
Aplicações do Aço Inoxidável Sinterizado
Filtração e Controle de Fluidos
O aço inoxidável sinterizado possui excelente resistência à corrosão e pode suportar produtos químicos corrosivos, altas temperaturas e ciclos de limpeza repetidos. Portanto, você frequentemente encontrará filtros de aço inoxidável sinterizado usados para filtragem de gases e líquidos e regulação de fluxo.
Partes automotivas
Peças de aço inoxidável sinterizado podem suportar a corrosão causada por sal da estrada, gases de escapamento e lubrificantes, mantendo a precisão dimensional necessária para componentes críticos de segurança. Peças automotivas comuns de aço inoxidável sinterizado incluem engrenagens, rodas dentadas, anéis de sensores, rodas de tom ABS, buchas e componentes de escapamento.
Dispositivos Médicos
Engenheiros frequentemente utilizam aço inoxidável MIM para fabricar instrumentos cirúrgicos, ferramentas endoscópicas, alojamentos para implantes e braquetes ortodônticos. Aços inoxidáveis sinterizados, como 316L e 17-4 PH, oferecem boa biocompatibilidade e são adequados para a produção de peças médicas de precisão em aplicações médicas.
Produtos de consumo e eletrônicos
O aço inoxidável moldado por injeção de metal é usado na fabricação de capas para smartwatches, acessórios decorativos, componentes de eletrodomésticos e pequenas peças mecânicas. Ele não só proporciona um acabamento superficial de alta qualidade para peças visíveis, como também permite obter geometrias complexas sem usinagem dispendiosa.
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