O metal sinterizado é amplamente reconhecido como um método de fabricação verde, produzindo componentes de precisão a partir de pós metálicos com desperdício mínimo de material.
Diferentemente de processos tradicionais como fundição ou usinagem, a sinterização produz peças com formato quase final que geralmente exigem pouco ou nenhum pós-processamento.
Esses produtos de metal sinterizado aparecem em uma ampla gama de aplicações — de sistemas automotivos e máquinas industriais a dispositivos médicos e produtos de consumo. Neste artigo, você aprenderá o que é metal sinterizado, como ele é feito e onde é usado.
O que é produto metálico sinterizado?
Seus fabricantes produzem peças de metalurgia do pó compactando pós metálicos e, em seguida, sinterizando-os (aquecendo-os) para unir as partículas sem derretê-las. Produtos de metal sinterizado incluem peças estruturais sinterizadas, buchas metálicas sinterizadas, filtros sinterizados, cerâmicas sinterizadas e peças MIM.
Materiais metálicos sinterizados
comum materiais metálicos sinterizados incluem ferro, cobre, aço inoxidável, titânio, etc.
Ferro Sinterizado
O ferro é econômico, oferece fortes propriedades mecânicas e magnéticas e é comumente usado em componentes estruturais.
Aço Inoxidável Sinterizado
Aço inoxidável sinterizado Oferece excelente resistência à corrosão devido ao seu alto teor de cromo. Os tipos comuns são as séries 300 e 400.
Cobre Sinterizado
O cobre sinterizado e suas ligas apresentam boa resistência à corrosão, além de excelente condutividade elétrica e térmica. O cobre sinterizado é frequentemente empregado na fabricação de rolamentos sinterizados autolubrificantes.
Níquel sinterizado
Você pode ver elementos de níquel em peças de motores aeroespaciais devido à sua forte resistência a altas temperaturas e corrosão.
Titânio sinterizado
O titânio e a liga de titânio são leves, biocompatíveis e oferecem resistência excepcional e resistência à corrosão.
Antes e durante o processo de sinterização de metal em pó
Entender o processo de metalurgia do pó oferece uma visão mais aprofundada do processo de sinterização.
Misturando
Para aumentar a força de ligação entre os pós, misturamos uniformemente o pó metálico com ligantes.
Compactando
Os pós metálicos soltos são prensados sob alta pressão (geralmente 400-800 MPa) para moldar o produto final. No entanto, nesta fase, a ligação entre as partículas de pó é fraca, com uma resistência à flexão de apenas cerca de 15 MPa, equivalente à do giz. O pó metálico prensado, chamado de "compacto verde", precisa ser sinterizado para atingir as propriedades mecânicas e físicas desejadas.
sinterização
sinterização é dividido em três etapas principais:
Pré-sinterização
O objetivo principal desse processo é remover os ligantes do compacto verde para evitar que eles atrapalhem a ligação e a densificação dos pós.
Outra é reduzir os óxidos na superfície do pó metálico.
A pré-sinterização geralmente é realizada na primeira fileira do forno de sinterização contínua. Além disso, nesta fase, a temperatura de pré-sinterização costuma ficar entre 500 e 900 °C.
Sinterização de alta temperatura
Simplificando, a sinterização é o movimento atômico de partículas de pó em altas temperaturas, o que encurta a distância entre os pós e reduz a área de superfície.
Durante a sinterização em alta temperatura, as partículas de pó se aproximam, a densidade da peça aumenta e as propriedades mecânicas melhoram.
Resfriamento
As peças de PM sinterizadas devem ser resfriadas lentamente, de temperaturas de sinterização para abaixo de 100 °C, para aliviar o estresse térmico e evitar defeitos decorrentes do resfriamento rápido.
Benefícios da sinterização
Os PCarts de metal sinterizado têm as seguintes vantagens significativas.
Forma quase líquida
Produtos de metal em pó podem atingir formatos complexos, como dentes e estrias, diretamente por meio da compactação da matriz, sem usinagem CNC secundária.
Alta precisão dimensional
A tolerância dimensional das peças metálicas sinterizadas varia normalmente de IT8 a IT9, podendo melhorar para IT5 ou IT7 após processo de dimensionamento.
Propriedades autolubrificantes
Após a sinterização, suas peças de metal em pó têm poros interconectados que podem ser impregnados com óleo, conferindo propriedades autolubrificantes. Buchas sinterizadas autolubrificantes e rolamentos são exemplos típicos.
Tecnologia Verde
O processo de metalurgia do pó é reconhecido como um processo de fabricação verde e sustentável, com uma taxa de utilização de material superior a 95% e baixo consumo de energia.
Aplicações do Metal Sinterizado
As peças PM são amplamente utilizadas em vários setores, como automóveis, motocicletas, eletrodomésticos, ferramentas elétricas, etc.
Motocicleta
Você também pode encontrar alguns peças de amortecedores, como válvulas, pistões e guias em motocicletas, feitos por sinterização.
Automotiva
Os automóveis são o maior mercado de aplicação para peças metálicas sinterizadas.
Guias de válvulas
Guias de válvula Mantêm o alinhamento correto das válvulas dentro da câmara de combustão, permitindo um movimento vertical suave. Além disso, transferem calor das hastes das válvulas para o cabeçote, dissipando-o.
Tampa do rolamento principal
Tampa do rolamento principalA tampa do virabrequim, também conhecida como tampa da cambota, suporta a cambota, facilitando a rotação suave e distribuindo as cargas geradas pela combustão do motor por todo o bloco do motor.
Roda dentada do virabrequim
Roda dentada do virabrequim é uma engrenagem que conecta o virabrequim à corrente ou correia dentada, mantendo o eixo de comando de válvulas e o virabrequim sincronizados. Isso é muito importante para que as válvulas de admissão e escape abram e fechem nos intervalos corretos.
Parte do sincronizador
Engrenagens de metal em pó nas transmissões têm alta precisão dos dentes e resistência ao desgaste, proporcionando transmissão de torque suave e confiável.
Fabricamos peças sinterizadas para sincronizadores, incluindo:
- Hub sincronizador
- Anel de bloqueio do sincronizador
- Manga sincronizadora
Anel ABS
O Anel sensor ABS é um componente de engrenagem metálica no Sistema de Frenagem Antibloqueio (ABS) que funciona com os sensores de velocidade das rodas para monitorar a rotação das rodas e evitar que elas travem durante a frenagem.
Eletrodomésticos
A PM é economicamente viável e adequada para a produção em massa de placas de válvulas do compressor de ar, pistões e bielas em eletrodomésticos.
Power Tools
O processo de metalurgia do pó atinge tolerâncias rigorosas e alta precisão dos dentes, sendo adequado para a fabricação de componentes em ferramentas elétricas, como esmerilhadeiras angulares, motosserras e pistolas de pregos.
Engrenagens cônicas, engrenagens helicoidais e engrenagens planetárias em ferramentas elétricas são fabricadas principalmente pela PM.
Filtro de metal sinterizado
Outra aplicação do metal sinterizado é o sistema de filtragem. Após a sinterização, ele forma estruturas de poros interconectados, dando a filtro de metal sinterizado porosidade uniforme, precisão de filtragem em nível de mícron e alta eficiência.
Sinterização vs. Fusão
Embora possam parecer semelhantes devido à aplicação de calor, a sinterização e a fusão diferem fundamentalmente em seus mecanismos, requisitos de temperatura, aplicações e resultados.
Temperatura
Sinterização: Realizada em temperaturas abaixo do ponto de fusão do metal, geralmente 60%-90% do ponto de fusão.
Fusão: realizada em temperaturas acima do ponto de fusão, fazendo com que o metal passe do estado sólido para o líquido.
Formação de ligação
Sinterização: As ligações se formam por difusão, formação de pescoço entre partículas e, às vezes, pela presença de uma fase líquida (sinterização em fase líquida).
Fusão: As ligações são criadas após a solidificação após o resfriamento do estado líquido.
A sinterização pode atingir as propriedades mecânicas desejadas sem derreter completamente o metal, o que facilita o processamento de metais com altos pontos de fusão.
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Perguntas frequentes
O que é aço sinterizado?
Aço sinterizado é um material sólido produzido por meio da metalurgia do pó, na qual o pó de aço é compactado sob alta pressão e sinterizado em um forno de atmosfera controlada a uma temperatura abaixo do seu ponto de fusão.
Durante a sinterização, as partículas metálicas se ligam por difusão atômica, formando uma estrutura densa com porosidade controlada. Esse processo permite a fabricação de peças mecânicas com geometrias complexas e tolerâncias rigorosas.
Sua capacidade de produzir componentes quase finalizados com desperdício mínimo de material o torna um método de produção de alto volume e custo-benefício.
Quais são as principais aplicações dos metais sinterizados?
Metais sinterizados são amplamente utilizados nas indústrias automotiva, de máquinas industriais, de eletrodomésticos, aeroespacial, médica e de filtragem devido à sua produção em massa econômica, alta utilização de material, qualidade consistente e alta precisão.
Automotivo:
Peças metálicas sinterizadas encontram ampla aplicação em motores automotivos, transmissões e sistemas de freios. Peças comuns incluem rotores e engrenagens de bombas de óleo, desfasadores de eixo de comando, assentos de válvulas, buchas, rolamentos, rodas dentadas e polias de sincronização, flanges de bombas d'água e pistões de amortecedores. Os processos de metalurgia do pó permitem a produção quase finalizada, oferecendo vantagens de custo para a fabricação de peças automotivas em larga escala.
Maquinaria industrial:
Peças metálicas sinterizadas, como polias, rotores, embreagens e componentes estruturais, são utilizadas em equipamentos mecânicos, robótica e sistemas de automação devido à sua alta precisão dimensional e resistência ao desgaste.
Eletrodomésticos:
Metais sinterizados também são amplamente adotados em eletrodomésticos, como buchas impregnadas de óleo em ventiladores elétricos, placas e discos de válvulas de compressores em refrigeradores e engrenagens em máquinas de lavar.
Aeroespacial:
Ligas sinterizadas de alta resistência e compósitos metalocerâmicos são aplicados em componentes de turbinas de aeronaves, rolamentos e peças estruturais, onde a redução de peso e a confiabilidade são importantes.
Médico:
Ligas de titânio sinterizado são ideais para a fabricação de instrumentos cirúrgicos, implantes dentários e implantes ortopédicos porosos devido à sua biocompatibilidade e excelente resistência à corrosão.
Filtração e controle de fluidos:
Estruturas sinterizadas porosas feitas de ligas de bronze, aço inoxidável, titânio e níquel são incorporadas em sistemas de filtragem e controle de fluidos. Seu tamanho de poro controlado permite filtragem precisa, difusão de gás e balanceamento de pressão.
Qual é a temperatura de sinterização para produtos metálicos sinterizados?
Peças à base de ferro sinterizado:
Pré-sinterização: 600°C → 720°C → 900°C (45 minutos).
Sinterização em alta temperatura: 1120°C (45 minutos).
Resfriamento: 120 minutos.
Peças à base de cobre sinterizado:
Pré-sinterização: 500°C → 600°C → 700°C (60 minutos).
Sinterização em alta temperatura: 800°C (60 minutos).
Resfriamento: 120 minutos.
Peças de aço inoxidável sinterizado:
Pré-sinterização: 600°C → 720°C → 900°C (60 minutos).
Sinterização em alta temperatura: 1250°C (60 minutos).
Resfriamento: 120 minutos.
Peças de liga de cobre e ferro sinterizadas:
Pré-sinterização: 500°C → 600°C → 700°C (60 minutos).
Sinterização em alta temperatura: 900°C (60 minutos).
Resfriamento: 120 minutos.
O que são atmosferas de sinterização?
A atmosfera é um fator-chave no processo de sinterização, afetando as propriedades mecânicas, a aparência e a resistência à corrosão do seu produto. Suas principais funções incluem:
- Impedir a entrada de ar no forno para evitar a oxidação do produto.
- Auxiliar na remoção de ligantes das peças.
- Redução da camada de óxido na superfície do pó compactado.
- Controlar o teor de carbono do produto.