18- METALURGIA DE POLVOS Es una tecnología de procesamiento de metales en la que se producen partes a partir de polvos metálicos. Por su alto costo es mas adecuada para producciones medias o altas.
VENTAJAS
DESVENTAJAS
Produce formas netas o casi netas Casi Casi no existe existe desper desperdic dicio io ( 97%) 97%) Se puede especificar la porosidad del producto Cosas por otros métodos imposible (filamento de tungsteno en lámparas)
Gran precisión dimensional Se pueden automatizar
Alto costo de equipos, herramientas y polvos Dificultades en el manejo y almacén de los polvos Los polvos no fluyen fácilmente siendo una limitación en las formas y en la densidad de distintos lugares de la parte No es económico para menos de 10.000 unidades
La mayoría de las piezas producida por MP son de peso menor a 2,2 kg. El éxito de la MP depende en gran parte de la producción de los polvos metálicos.
A.- CARACTERIZACION DE LOS POLVOS METALICOS Características geométricas Tamaño de las partículas y su distribución (Granulometría) Forma de las Partículas (Esférica, Redondeada, Cilíndrica, Esponjosa, Hojuela, Cúbica) y Estructura interna (poros abiertos y cerrados) Relación de Aspecto (Dim.Max/Dim.Min) Area Superficial A: área de la partícula ; V: volumen volumen de la partícula A
K S
V
D
K S: factor de forma ; D: diámetro de la partícula esférica esférica
K S = 6 para esferas y mayor a 6 para otras formas Altas relaciones implican Oxidación y Aglomeración Otras características
Fricción Interparticular (Angulo de Reposo) y Características de Flujo (Tiempo en que un polvo fluye a través de un embudo), Compactado, densidad y porosidad
Porosidad
V POR OS V REA L
FE
VOLUMETRIC A
Porosidad + FE = 1
REA L
FE: factor de empaquetamiento (fluctua entre 0,5 y 0,7) VOLUMETRICA: densidad de polvos en estado suelto REAL: densidad del volumen si los polvos fundiera
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Composición química y películas superficiales.
B.- PRODUCCION DE POLVOS METALICOS
Atomización: implica la conversión de un metal fundido en una nube de pequeñas gotas que se solidifican formando polvos. Es aplicable a casi todos los metales y aleaciones. La atomización puede ser por gas, por agua o por fuerza centrífuga.
Reducción química: una serie de reacciones químicas reducen los compuestos metálicos a polvos. El proceso consiste es sacarle los metales a sus óxidos usando H2 o CO. Se pueden producir polvos de Fe, Cu, Ni, Co y W.
Electrolisis: se prepara una celda electrolítica en la cual la fuente del metal a pulverizar es el ánodo. Se pueden obtener polvos de Be, Cu, Fe, Ag y Ti.
C.- PROCESO DE LA MP 1) MEZCLADO Y COMBINACION El objetivo principal es homogeneizar los polvos metálicos. Mezclado es cuando se mezcla (disculpe el juego de palabras) polvos de la misma composición química. Combinación es cuando se mezclan polvos de diferente composición química. Ambos procesos se realizan por medios mecánicos. En gral se añaden otro ingredientes para favorecer la homogeneización como lubricantes, aglutinantes y desfloculantes. 2) COMPACTACION Se aplica alta presión a los polvos para darles la forma requerida. En gral se produce mediante un prensado y al producto del mismo se lo llama compacto verde (la densidad verde es mayor a la volumétrica y la resistencia verde es apta para el manejo de la pieza). 3) SINTERIZADO Es una operación de tratamiento térmico que se ejecuta sobre el compactado para unir sus partículas metálicas, aumentando su fuerza y resistencia. Se lleva a cabo a T entre 0,7 y 0,9 del punto de fusión del metal. Se cree que la fuerza básica que mueve al sinterizado es la reducción de energía superficial. El sinterizado implica transporte de masa para crear cuellos y transformarlos en limites de grano, a través de la difusión principalmente. Se produce una contracción en la pieza, que igualmente puede predecirse.
El proceso se realiza en tres cámaras de hornos continuos (precalentado, sinterizado y enfriado) de atmósfera controlada (para evitar oxidación, dar atmósfera reductora para remover óxidos existentes, suministrar atmósfera carburizadora y remover aglutinantes y lubricantes)
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4) OPERACIONES SECUNDARIAS
Densificación y dimensionamiento:
Impregnación e infiltración: impregnación es cuando se introduce aceite u otro fluido dentro de los poros de la parte sinterizada. Infiltración es cuando se llenan los poros con metal fundido.
Tratamiento térmico y acabado: igual que cualquier otra pieza, pero se debe tener cuidado por la presencia de los poros.
D.- ALTERNATIVAS DE PRENSADO Y TÉCNICAS DE SINTERIZADO 1) Prensado Isoestatico
La presión (hidráulica) se aplica en todas las direcciones contra los polvos contenidos en un molde flexible. Puede hacerse Prensado Isostático Frío: 1/2 de compresión agua o aceite, densidad uniforme, herramientas baratas. Baja precisión Dimensional. Prensado Isostático Caliente: 1/2 de compresión Helio o Argón, alta presión y temperatura hace en un paso prensado y sinterización, muy caro, buena resitencia, alta compactación. 2) Moldeo por inyección de polvos
Los polvos se mezclan con aglomerantes (p/fluir) formándose pelets granulares que se calientan a temperatura de moldeo, luego se inyecta, se enfría y se remueve el aglomerante por técnicas térmicas o por solvente, luego se sinteriza. Es un proceso competitivo para partes pequeñas y complejas de alto valor. 3) Laminado, extrusión y forjado de polvos
Laminado de Polvos: los polvos metálicos se compactan entre dos rodillos para formar una tira verde que se alimenta directamente a un horno de sinterizado. Extrusión de Polvos: se colocan los polvos en una lata al vacío y caliente y luego se extruye todo junto Forjado de Polvos: se hace un preforma mediante prensado y sinterizado y luego se densifica la parte en la prensa. 4) Combinación de prensado y sinterizado
Prensado Caliente: similar al uniaxial pero se aplica calor en la compactación Sinterizado por Chispas: supera algunos problemas del prensado en caliente (es + rapido), se colocan los polvos entre dados que además de compactar sirven como electrodos de una corriente eléctrica de alta energía. 5) Sinterizado en fase liquida
Método utilizado en sistemas que involucran una mezcla de dos polvos metálicos con diferente punto de fusión. Se calientan ambos hasta una temperatura que funda al
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de menor punto de fusión y este mojará las partículas del otro creando una estructura densa con uniones fuertes.
E.- MATERIALES Y PRODUCTO PARA LA MP Materias Primas: son mas costosas que ara otros procesos por el alto requerimiento de energía que tienen. Los polvos pueden ser elementales (de metales puros) o prealeados (de aleaciones). Entre los mas comunes estan: Fe, Al, Ni, acero inox, tungsteno.
Productos: se destacan por sobre todo la producción de engranajes y rodamientos porque 1) tienen geometría definida en 2D, y 2) se necesita porosidad para depositar lubricante.
F.- CONSIDERACIONES DE DISEÑO Guías para la producción con éxito de metal en polvo:
Diseñar partes adecuadas para este proceso. (piezas con lados verticales) Diseñar las herramientas adecuadas para este proceso, según sus principios Grandes cantidades de piezas para justificar el diseño Produce piezas con porosidad controlada Permite aleaciones no usuales La forma debe permitir su remoción del dado después del prensado No se pueden hacer en MP: cuerdas roscadas, muescas, perforaciones laterales, ángulos agudos, radios completos en esquinas exteriores Los chaflanes y esquinas redondeadas si son posibles en MP El espesor mínimo de una pared es de 1,5 mm
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