Peças convencionais à base de ferro fundido em pó geralmente têm uma densidade de 7.0 g/cm³. Como melhorar a densidade de peças de metal fundido em pó? Existem vários métodos abaixo:
A compactação a quente é uma maneira econômica de aumentar a densidade de peças sinterizadas para 7.4 g/cm³.
Se você usar prensagem secundária e sinterização, poderá aumentar a densidade de peças de metalurgia do pó para 7.2–7.6 g/cm³, embora isso aumente os custos em cerca de 70%. Com a infiltração de cobre, também é possível atingir densidades de 7.2–7.6 g/cm³, mantendo o aumento de custo em torno de 35%. Forjamento em pó permite atingir densidades ainda maiores de 7.6–7.8 g/cm³, mas pode praticamente dobrar seus custos.
Conteúdo
História da compactação quente
A compactação a quente é uma técnica de metalurgia do pó comercializada na década de 1990 para atingir densidades a verde mais altas do que a prensagem convencional. Ao aquecer o pó ou a ferramenta, o processo melhora a compressibilidade e a resistência final da peça. Inicialmente desenvolvida por empresas como a Hoeganaes com os pós Ancordense™, a compactação a quente tornou-se popular na indústria automotiva para a fabricação de peças estruturais, como engrenagens e componentes VVT.
Processo de compactação a quente
Misturador
Durante o processo de mistura, pós metálicos como ferro, aço ou cobre são misturados com lubrificantes e ligantes para obter uma composição uniforme. Os lubrificantes ajudam a reduzir o atrito durante a prensagem e facilitam a liberação do compacto da matriz.
Aquecimento
Para a distribuição de pó, são utilizados funis especiais de armazenamento de pó, tubos de distribuição de pó e caixas de pó, sendo esses componentes aquecidos a 130 °C. A variação de temperatura deve ser controlada dentro de ± 2.5 °C.
Quando a temperatura ultrapassa 130 °C, a fluidez do pó e a densidade aparente se deterioram. O punção superior geralmente é aquecido com um aquecedor de resistência de correia, e a matriz intermediária geralmente é aquecida com um aquecedor de tubo a uma temperatura de cerca de 150 °C. O punção inferior e a haste do núcleo geralmente não precisam ser aquecidos.
Premente
O pó quente é carregado em uma cavidade aquecida da matriz e prensado sob alta pressão, geralmente de 400 a 800 MPa. A alta temperatura ajuda as partículas do pó a se reorganizarem e se deformarem plasticamente, resultando em um compacto verde mais denso e resistente do que o prensado a frio.
Para peças à base de ferro, a densidade verde dos compactos prensados a quente é geralmente em torno de 7.3 g/cm³, o que é maior do que a dos compactos prensados a frio convencionais.
sinterização
Por fim, o compacto verde é sinterizado. Ele é aquecido a altas temperaturas em um forno de sinterização, normalmente de 1120 a 1150 °C para materiais à base de ferro. Durante a sinterização, processo de sinterização, as partículas metálicas são ligadas metalurgicamente, aumentando significativamente a resistência mecânica e reduzindo a porosidade. Após a sinterização, as peças podem exigir processos adicionais, como dimensionamento, tratamento térmico, acabamento superficial ou usinagem para atender aos requisitos dimensionais e de desempenho finais.
Como funciona a compactação morna
O aquecimento da mistura de pó aumenta a eficácia do lubrificante, reduzindo o atrito tanto entre as partículas em si quanto entre elas e a parede da matriz. O menor atrito interno permite que os grãos de pó se reorganizem mais facilmente, enquanto a redução do arrasto entre a parede da matriz ajuda a distribuir a força de pressão uniformemente, resultando em uma densidade mais uniforme.
Além disso, o aumento da temperatura também melhora a capacidade de deformação plástica do pó metálico. A sinergia desses efeitos aumenta a densidade verde final.
Vantagens da compactação morna
Baixo custo
A prensagem a quente é uma tecnologia de baixo custo para obter peças de metalurgia do pó de ferro de alto desempenho.
Aumentar a densidade
A densidade das peças de metalurgia do pó à base de ferro pode geralmente atingir 7.2-7.6 g/cm³ com a tecnologia de prensagem a quente. Isso é 0.15-0.3 g/cm³ maior do que o processo tradicional de prensagem e sinterização única.
Aumentar a força
Em comparação com os processos tradicionais de metalurgia do pó, a resistência à fadiga das peças fabricadas por prensagem a quente pode ser aumentada em 10% a 40%, e a resistência à tração final é aumentada em 10%. Quando as peças de metal em pó são prensadas a quente e sinterizadas e, em seguida, prensadas novamente com moderação, suas propriedades de fadiga são equivalentes às dos forjados a quente em pó.
Reduzir a força de desmoldagem
Usando o processo de prensagem a quente, a força de desmoldagem é reduzida em cerca de 30%.
Densidade uniforme
Peças de engrenagem preparadas pelo processo de prensagem a quente. A diferença de densidade entre o dente e a raiz é 0.1-0.2 g/cm³ menor do que a do processo de prensagem convencional.
Aplicações da compactação morna
cubo da turbina
Utilizando o processo de compactação a quente, a densidade do cubo da turbina pode atingir mais de 7.25 g/cm³. A resistência à tração do cubo da turbina compactado a quente pode atingir mais de 800 MP. Comparado ao forjamento, elimina processos de usinagem e tratamento térmico, reduzindo os custos em 30%.
Acessorios
Engrenagens de metalurgia do pó produzidas pelo processo de compactação a quente têm as vantagens de baixo custo, alta densidade, desempenho uniforme e alta precisão.
Os mais comuns incluem engrenagens de transmissão automotiva, engrenagens de bombas de óleo, cames, rodas dentadas, sincronizadores, turbinas de direção, engrenagens de motor, engrenagens de ferramentas elétricas, engrenagens helicoidais para caixas de engrenagens, etc.
Materiais Magnéticos de Metalurgia do Pó
O processo de compactação a quente melhora significativamente as propriedades magnéticas dos materiais devido ao aumento da densidade, sendo também utilizado em materiais magnéticos de metalurgia do pó, como reatores de lâmpadas fluorescentes, núcleos de transformadores, filtros de baixa frequência e núcleos de indutores.
Perguntas frequentes
O que é compactação em matriz quente?
Durante o processo de compactação de matriz quente, os fabricantes aquecem apenas a matriz (geralmente de 60 a 110 °C) sem pré-aquecer o pó.
O mecanismo de funcionamento da compactação em matriz morna é semelhante ao da compactação a quente. No entanto, devido à temperatura mais baixa, a densidade a verde alcançada é ligeiramente menor. A densidade a verde na compactação em matriz morna é tipicamente 0.05–0.15 g/cm³ maior do que na compactação a seco, chegando a até 7.4 g/cm³. Graças à alta densidade a verde e ao baixo teor de lubrificante (0.2%–0.6%), a resistência a verde pode atingir até 35 MPa.