GRUPO SETORIAL DE M/P. PROGRAMA 09:00 Metalurgia do Pó – Processo, Aspectos Ambientais,...

GRUPO SETORIAL DE M/P

PROGRAMA

09:00 Metalurgia do Pó – Processo, Aspectos Ambientais, Propriedades e Viabilidade Marco A. T. Pallini - Metaldyne

09:45 Mercado, Aplicações e Estudos de Casos

Lucio Salgado - Metallum

10:30 Coffee Break

11:00 Tendências da Metalurgia do Pó na indústria AutomotivaRicardo Takeo Kuwabara – Mitsubishi Motors

11:45 A inovação dos materiais magnéticos moles na indústria automotivaHenrique Lopes – Höganäs Brasil

12:30 Debates

METALURGIA DO PÓ – PROCESSO, ASPECTOS AMBIENTAIS, PROPRIEDADES E VIABILIDADE

Marco A. T. Pallini - Metaldyne

HISTÓRIA DO USO DOS METAIS

Em 7.700 anos eram usados apenas 12 metais

1000 2000 1000 1500 200011000 AC2000 AC3000 AC4000 AC5000 AC6000 AC

OURO

COBRE

PRATA

CHUMBO

ESTANHO

FERRO

MERCÚRIO

Um total de 24 metais foram descobertos

até 1.600

M/P~1.925

PORQUE ESCOLHER A METALURGIA DO PÓ COMO PROCESSO?

Otimiza o uso do material

Acabamento superficial

Capabilidadede Processo

Redução/eliminação de usinagem

Redução de peso

Flexibilidade de ligas

Menor Custo

Ambientalmente correto

Near net shape

Tolerânciadimensional

REQUISITOS DO CONSUMIDOR: ECONOMIA DE COMBUSTÍVEL, REDUÇÃO DE EMISSÕES, E REDUÇÃO DO CONSUMO ENERGÉTICO.

Forças Motrizes Globais:– Aumento de preço do petróleo;– Aumento de instabilidades na região dos países

produtores de petróleo;– Aumento do consumo global (BRIC);– Políticas de energia e emissões (USA-E10, E85, B20,

EURO 5);– Legislações governamentais;– Meio ambiente (Global warming); – Preferências do consumidor (eficiência).

O SINTERIZADO CONTRIBUI PARA A SATISFAÇÃO DO CONSUMIDOR!

Legislações governamentais

Selo verde / Amigo do ambiente

Variações no preço do petróleo & Instabilidades

Necessidades do usuário final

Produção da matéria-prima

Produção do produto

Fim da vida

Período de vida

Reciclagem

Montagem e uso

LIFE CYCLE ASSESSMENT (LCA)Técnica para análise dos aspectos e impactos ambientais associados

ao ciclo de vida de um produto, processo ou serviço.

0

20

40

60

80

100

Exploração mineral Aquecimentoglobal

Reação foto-oxidante

Acidificação Desbalanceamentode nutrientes

Toxidade humana

Sinterizado Convencional

Influênci

a n

o Im

pact

o A

mbie

nta

l

COMPARAÇÃO ENTRE IMPACTOS AMBIENTAIS CAUSADOS POR AÇOS SINTERIZADOS E

CONVENCIONAIS

COMPARAÇÃO DO USO DE MATÉRIA PRIMA E ENERGIA ENTRE PROCESSOS CONCORRENTES

Produção da

matéria-prima

Fabricação do

produto

Fim da vida

Período de vida

Reciclagem

Montage

m

e uso

0

20

40

60

80

100

Exploração mineral Aquecimentoglobal

Reação foto-oxidante

Acidificação Desbalanceamentode nutrientes

Toxidade humana

Sinterizado Convencional

Influênci

a n

o Im

pact

o

Am

bie

nta

l

Fonte: LCA of Powder Metallurgy, Jan Tengzelius – Höganäs AB

PROCESSO ECOLOGICAMENTE CORRETO!

ET

AP

AS

DO

PR

OC

ES

SO

DA

M

ET

ALU

RG

IA D

O P

Ó EQUIPAMENTOS DE PRODUÇÃO

ENSAIOS

MISTURA DE PÓS

PROCESSAMENTO

PROPRIEDADES

•Microestrutura

•Composição Química

•Rota de Fabricação

•Tamanho

•Forma

•Empacotamento

•Compactação (C, WC, WDC, HIP)

•Laminação

•Extrusão

•Injeção

•Aspersão

•Sinterização (C, SH, HTS)

•Forjamento

•Densidade

•Dutilidade

•Magnetismo

•Resistência

•Condutividade

•Microestrutura

AUMENTO DA DENSIDADE

AU

ME

NT

O D

O D

ES

EM

PE

NH

OM

EC

ÂN

ICO

FERRAMENTAS

SINTERIZADO FORJAD0

MIM

COMPONENTES DE ALTA RESISTÊNCIA (2C2S / WDC / WC / SH)

METALURGIA DO PÓ CONVENCIONAL (CS)

MANCAIS

FILTROS

ALUMÍNIO

PLÁSTICO

O DESEMPENHO TEM LIGAÇÃO DIRETA COM A DENSIDADE

COMPARAÇÃO DE DESEMPENHO ENTRE DIVERSOS MATERIAIS

AÇOS CONVENCIONAIS

COMPONENTES DE AÇOEM GERAL

-Armações do air bag-Induzido e estatores de motores elétricos-Placa base da válvula EGR-Pinhões do levantador de vidros- Arruela do EGR-Núcleo da válvula EGR-Carcaça da válvula EGR-Carcaça do sistema cruise control-Anéis controladores de fluxo de ar condicionado

ASSENTOS

-Alavancas de ajuste-Lingüetas da trava-Mecanismo reclinagem espaçadores

SUSPENSÃO

-Guia da haste-Válvula de compressão-Cilindros-Pistões-Espaçadores-Placa de orifícios

DIREÇÃO

-Colar da coluna de direção-Engrenagem da coluna de direção-Placa terminal-Alavanca de regulagem da altura do volante-Tampa do mancal de rolamento-Corpo da válvula tampa

MOTORES

-Pinhões do planetário (motor de partida)-Sapata polar (motor de partida)-Núcleos magnéticos para bobinas de ignição-Placa de controle de emissões-Buchas para balancins-Engrenagens VVT-Tampa do eixo de comando das válvulas-Carcaça de válvulas de injeção de combustível-Espaçador de injetores de combustível-Núcleo magnético-Chave magnética (motor de partida)-Buchas e placas para ventiladores (sistema de arrefecimento)-Bielas-Mancais de girabrequim e eixo de comando de válvulas-Sensores de fase cames-Guia e assento de válvula

TRANSMISSÃO

-Anéis sincronizadores-Chavetas de retenção-Cubo conversor de torque-Pinhões-Engrenagem planetária-Polia dentada de tração -Trava de estacionamento

FREIOS

-Anéis sensores ABS-Porca de ajuste-Ajustadores-Trava de freio – cilindro mestre-Pistões-Insertos do induzido-Estatores-Induzidos-Acionadores-Carcaça de engrenagens

LIMPADORES DE PARABRISA

-Acionamento-Trava excêntrica-Retentores

FLUXOGRAMA DE PROCESSO – COMPACTAÇÃO CONVENCIONAL

ATOMIZAÇÃO COM ÁGUA (+ USADO)

Pó atomizado(“Preto”)

Água alta pressão •Temperatura de fusão

•Pressão da água

•Ângulo de incidência

•Distância de impacto

•Diâmetro do filete

Variáveis:

- Pós base:

TIPOS DE PÓS MAIS USADOS NA FABRICAÇÃO DE PEÇAS ESTRUTURAIS E BUCHAS AUTOLUBRIFICANTES

Ferro

Cobre

Bronze

Latão

Inox

- Aditivos e lubrificantes :

Carbono

Cobre

Estearatos

Ceras

MnS

Níquel

Molibdênio

Estanho

TIPOS DE COMPACTAÇÃO

EXEMPLO DE COMPACTAÇÃO

COMPACTAÇÃO DE PEÇAS:1.Enchimento2.Compactação3.Extração

COMPACTAÇÃO À MORNO

SINTER FORJAMENTOCompactação da pré-forma

80% da DT

Pré Sinterização 800-1000C

Resfriamento

Aquecimento por indução

Forjamento 1000 - 1100C

Resfriamento sob atmosfera controlada

MOLDAGEM POR INJEÇÃO

SINTERIZAÇÃO EM FORNO CONTÍNUO

Pré Aquecimento:500 – 800ºC

O lubrificante é retirado da peçaEliminação de óxidos da mistura

Sinterização:Bronze : 780 – 840º CAço: 1050 – 1150º CLigação metalúrgica das partículas

Resfriamento :A micro-estrutura do material é formada

SINTERIZAÇÃO EM FORNO CONTÍNUO

“Pescoço” de ligação entre as partículas de Pó

SINTERIZAÇÃO POR FASE SÓLIDA:

O material com menor ponto de fusão se liquefaze interconecta a partícula do outro Pó.

SINTERIZAÇÃO POR FASE LÍQUIDA:

MECANISMOS DE SINTERIZAÇÃO

Convertidos de fundidos ou usinados

TECNOLOGIA OU DESEMPENHO (7%)

“ENGINEERED COMMODITIES” (33%)

COMMODITY SATURADO (60%)

Polias/Sincr. Suspensão

Flange Comp. Direção

Carcaças EGR/Solen.

Pinhões

Produtos Engenheirados

Bielas Planetários

MBC Engr. Transf.

Variador Fase Borrifador

Fabricados sob desenho

Pivos

AnéisSensores Cubos Outros produtos

EXEMPLOS DE USO DE SINTERIZADOS E SUA CLASSIFICAÇÃO NO MERCADO

NE

CE

SS

IDA

DE

S,

ME

RC

AD

O/C

LIE

NT

ES

ALGUMAS INFORMAÇÕES SOBRE DESIGN PARA

VIABILIZAR A FABRICAÇÃO DE UM SINTERIZADO

DICAS BÁSICAS DE PROJETO DE UMA PEÇA SINTERIZADA• Todos detalhes da peça que estão no sentido da moldagem podem ser fabricados;

•Existirá uma variação de densidade ao longo da peça, de acordo com o processo de prensagem escolhido, conforme já mostrado.

Imagem cedida por Metaldyne

TOLERÂNCIAS DE DIÂMETROS:

TOLERÂNCIAS DE PERPENDICULARIDADE:

TOLERÂNCIAS DE CONCENTRICIDADE:

TOLERÂNCIAS DE PLANICIDADE:

Peças com vários degraus demandam punções múltiplos

The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996

Matriz Punção 1 Puncão 2 Puncão 3 Macho

Peça

Este tipo de ferrramental normalmente

é caro!


TOLERÂNCIAS DE ALTURA:


TOLERÂNCIAS PARALELISMO:

Múltiplos degraus com matriz com projeção (Shelf Die)


Matriz com ombro

1,5 mm mínimo!

Este tipo de ferramental é mais econômico que o anterior, porém

dificulta o controle da densidade ao

longo da peça

Dicas de Projeto: Cantos vivos e raiosVista de topoVista de topo

Possível

Preferível


Dicas de Projeto: Chanfros de M/P


Punção

Peça

30° a 45°

W mín. = 0,125 mmW típico = 0,250 mm

H

Canto vivo na ferramenta causa

quebra prematura!

Dicas de Projeto: Raios / Acabamentos

Puncão

R REsta parede fina no punção vai fraturar rapidament

e em serviço!

0,25 mm típico

Evite Preferível

A linha de junção pode ser

eliminada por tamboreamento posterior, caso

necessárioThe Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996

Dicas de Projeto: furo cego

Evite

Preferível

Preferível


Dicas de Projeto: Rebaixos

Evite Preferível

Deve ser usinado


Dicas de Projeto: Saídas / Conicidade2º min

7º min

Evite

Preferível

Evite

PreferívelThe Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996

Se possível, colocar raios

COMPARAÇÃO ENTRE O SINTERIZADO E OUTROS

PROCESSOS

SELEÇÃO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA, TIPO DE PÓS, E SISTEMA DE MISTURA

M/P COMPARADA COM OUTROS PROCESSOS: RESISTÊNCIA MECÂNICA

AÇOS RÁPIDOS SINTERIZADOS

AÇOS SINTERIZADOS FORJADOS

AÇOS FORJADOS

AÇOS USINADOS

AÇOS SINTERIZADOS

FERRO FUNDIDO NODULAR

LIGAS FUNDIDAS DE COBRE

FERRO FUNDIDO CINZENTO

LIGAS FUNDIDAS DE ALUMINIO

LIGAS FUNDIDAS DE ZINCO

PLÁSTICO MOLDADO POR INJEÇÃO

MPa 0 500 1000 1500 2000

M/P COMPARADA A OUTROS PROCESSOS

Sinterizados

Usin

ados

Forjados

Estampados

Plásticos

Alta

Média

Baixa

Muito Pobre

MédiaPobre Boa Muito boa

Resis

tên

cia

Tolerâncias

Fundidos

RESISTÊNCIA AÇOS SINTERIZADOS x CONVENCIONAIS

Densidade-g/cc

Sinterizado

6,2 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 7,6 7,8 Trabalhado

150

1500

12001050900

750

600

450

300Fe

Fe-C; Fe-Cu-C

Fe-Ni-Cu-C

Fe-P-Cu; Fe-P

Fe-C-C

u / Fe-M

o-C

(hardened)

Fe-Ni-Cu-Mo

Fe-Cr-Mo

Fe-C

-Ni-C

u-M

o

Fe-C

-Cr-M

o

Fe-C

-Ni-C

u

(har

dene

d)

FoFo Cinzento

FoFo Nodular

Aço Carbono

Aço Liga

Aço Rápido

Resis

tên

cia

à T

ração -

M

Pa

1350

M/P Comparada a outros processos

As normas para materiais sinterizados contém informações necessárias para fabricação e caracterização do produto, quais sejam:

-Composição química do material: %Ferro, %Cobre, % Carbono...

-Propriedades físicas: Densidade, condutibilidade elétrica, …

-Propriedades mecânicas: Dureza, resistência à ruptura, resistência ao impacto, alongamento, resistência à fadiga, ...

-Propriedades magnéticas: Força coerciva, Indução magnética, Permeabilidade magnética, …

NORMAS RELACIONADAS À M/P

MPIF – EUA (é a norma mais utilizada atualmente)

SAE - EUA

ASTM - EUA

DIN (SINT) - Alemanha

JIS - (Japão )

BS - (Grã Bretanha)

ISO - (Internacional)

EN - (Comunidade Européia)

NORMAS RELACIONADAS À M/P

Fonte: MPIF35-2003

CO

MP

OS

IÇÃ

O Q

UÍM

ICA

Fonte: MPIF35-2007

PR

OP

RIE

DA

DE

S M

EC

ÂN

ICA

S

Fonte: MPIF35-2007

Norma MPIF35U

SIN

AB

ILID

AD

E,

PR

OP

RIE

DA

DE

S D

E

FA

DIG

A D

E C

ON

TA

TO

, P

RO

PR

IED

AD

ES

A

PÓ

S F

ER

RO

X,

ET

C..

..

MUITO OBRIGADO!!!

PERGUNTAS SERÃO RESPONDIDAS ANTES DO INTERVALO PARA O CAFÉ

Etapas do Processo

Mistura

- Feita com base na especificação do material definido para peça.

- Os componentes da mistura, todos na forma de pó, são pesados e colocados no misturador de forma a obter uma mistura homogênea.

- Adiciona-se também um pó lubrificante necessário na etapa de compactação. Este pó evita que o ferramental seja desgastado e facilita a compactação e a extração da peça.

Misturadores

Duplo - Cone “Y”

Os modelos mais usados são:

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