Metalurgia do Pó

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etalurgia do pó consiste em transformar pós de metais, ligas metálicas e substâncias não-metálicas em peças resistentes, empregando-se apenas pressão e calor. O aquecimento é realizado em condições controladas de temperatura, tempo e atmosfera e chama-se sinterização, também chamada de cerâmica dos metais. Materiais refratários, ou seja, com pontos de fusão extremamente elevados, que impossibilitam métodos metalúrgicos tradicionais (como por exemplo, molibdênio e tungstênio) são fabricados pelo processo de metalurgia do pó. O campo de aplicação da técnica é vasto, pois trata-se de um método bastante vantajoso economicamente em relação aos outros. A metalurgia do pó surgiu para produzir formas complexas, como as mostradas na figura 1 , que demandariam muitos processos concencionais de fabricação diferentes e alta produção de cavaco. Para formas como as mostradas na figura, a metalurgia do pó apresenta-se como a única alternativa viável para a produção em larga escala (acima de 2000 peças), com apenas uma prensa e um operador. Alguns produtos são quase que exclusivamente fabricados por essa técnica: metais refratários, tais como o tungstênio, molibdênio e tântalo; metal duro ou carbonetos de metais, como os de tungstênio, tântalo e titânio, aglomerados com cobalto; mancais porosos autolubrificantes, de bronze ou ferro; filtros metálicos de bronze ou aço inoxidável; discos de fricção metálicos, à base de cobre ou ferro, misturados com alguma substância de alto coeficiente de atrito; certos tipos de contatos elétricos, por exemplo, W-Ag, W-Cu, Mo-Ag e Mo-Cu; e escovas coletoras de corrente de diversas composições. As matérias-primas na metalurgia do pó são pós metálicos e não-metálicos. Esse produtos são rigorosamente controlados em termos de tamanho das partículas, distribuição do tamanho das partículas, forma das partículas, porosidade e estrutura das partículas, superfície, densidade aparente, velocidade de escoamento, compressibilidade, composição química e pureza. Entre os diversos métodos de fabricação dos pós metálicos destacam-se industrialmente a moagem, atomização, condensação, decomposição térmica, redução e a eletrólise, que é, atualmente, o método mais empregado. 1 Mecânica Profissionalizante - processos fabris (2000). M

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etalurgia do pó consiste em transformar pós de metais, ligas metálicas e substâncias não-metálicas em peças resistentes, empregando-se apenas pressão e calor. O aquecimento é realizado em condições controladas de

temperatura, tempo e atmosfera e chama-se sinterização, também chamada de cerâmica dos metais.

Materiais refratários, ou seja, com pontos de fusão extremamente elevados, que impossibilitam métodos metalúrgicos tradicionais (como por exemplo, molibdênio e tungstênio) são fabricados pelo processo de metalurgia do pó.

O campo de aplicação da técnica é vasto, pois trata-se de um método bastante vantajoso economicamente em relação aos outros.

A metalurgia do pó surgiu para produzir formas complexas, como as mostradas na figura1, que demandariam muitos processos concencionais de fabricação diferentes e alta produção de cavaco. Para formas como as mostradas na figura, a metalurgia do pó apresenta-se como a única alternativa viável para a produção em larga escala (acima de 2000 peças), com apenas uma prensa e um operador.

Alguns produtos são quase que exclusivamente fabricados por essa técnica:

• metais refratários, tais como o tungstênio, molibdênio e tântalo;

• metal duro ou carbonetos de metais, como os de tungstênio, tântalo e titânio, aglomerados com cobalto;

• mancais porosos autolubrificantes, de bronze ou ferro;

• filtros metálicos de bronze ou aço inoxidável;

• discos de fricção metálicos, à base de cobre ou ferro, misturados com alguma substância de alto coeficiente de atrito;

• certos tipos de contatos elétricos, por exemplo, W-Ag, W-Cu, Mo-Ag e Mo-Cu; e

• escovas coletoras de corrente de diversas composições.

As matérias-primas na metalurgia do pó são pós metálicos e não-metálicos. Esse produtos são rigorosamente controlados em termos de tamanho das partículas, distribuição do tamanho das partículas, forma das partículas, porosidade e estrutura das partículas, superfície, densidade aparente, velocidade de escoamento, compressibilidade, composição química e pureza. Entre os diversos métodos de fabricação dos pós metálicos destacam-se industrialmente a moagem, atomização, condensação, decomposição térmica, redução e a eletrólise, que é, atualmente, o método mais empregado.

1 Mecânica Profissionalizante - processos fabris (2000).

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22.1. Processo de metalurgia do pó

A primeira etapa do processo de metalurgia do pó é a obenção e mistura dos pós, cujos objetivos são misturar pós de naturezas diferentes, assegurar lotes de pós uniformes e produzir lotes com características de distribuição e tamanho de partículas.

Os pós podem ser obtidos por processos físicos, químicos, mecânicos ou físico-químicos.

A figura(1) mostra um dos métodos físicos de obtenção de pós mais usuais: a atomização, onde o metal fundido é vazado por um orifício, formando um filete que é bombardeado por jatos de ar, gás ou água. Após isso, o pó é recolhido, reduzido (submetido a reação química) e peneirado.

Os pós de cobre são obtidos geralmente por eletrólise, apresentado elevado grau de

pureza. Entre os métodos mecânicos destaca-se a moagem, e entre os métodos químicos, os mais utilizados são a corrosão e a redução.

A compactação dos pós é uma das operações básicas do processo. O pó é colocado em cavidades de matrizes, montadas em prensas de compressão, especialmente fabricadas para essa finalidade e, então, é aplicado sobre ele pressões determinadas, de acordo com o tipo de pó utilizado e com as características finais das peças sinterizadas. A figura abaixo2 representa esquematicamente o processo de compactação de pós metálicos.

2 Chiaverini (1986).

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A compactação é realizada através das matrizes de compactação, cujos componentes são mostrados na figura(1).

Exemplo de prensa de compactação encontrado nas indústrias3.

22.2. Sinterização

A sinterização é a etapa de consolidação final da peça. A sinterização consiste no aquecimento das peças comprimidas. Certas peças, como por exemplo, as de metal duro, sofrem uma pré-sinterização, e após serem usinadas, são submetidas a sinterização final. Os fornos de sinterização são a gás, elétrico por resistência ou elétrico por indução.

Na sinterização, são utilizadas atmosferas protetoras, que podem ser de hidrogênio, amônia dissociada, gás endotérmico, gás exotérmico ou gás de gasogênio. O fenômeno da sinterização se baseia na ligação atômica entre superfícies de partículas vizinhas. A figura(2) mostra um forno contínuo utilizado na sinterização.

3 http://www.tavala.com.br/commerx

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A sinterização pode ser feita em presença de um fase líquida. Isso ocorre quando, é levada a efeito numa temperatura superior ao ponto de fusão de um dos seus componentes (geralmente o componente com menor ponto de fusão e maior quantidade). Um exemplo de aplicação desse processo é a fabricação de buchas autolubricantes de bronze.

A figura abaixo(1) ilustra esquematicamente todo o processo de metalurgia do pó.

Pela figura, observa-se que após o processo de sinterização, a peça pode, ainda, passar por processos de recompressão, tratamentos térmicos e usinagens complementares. A recompressão somente é necessária quando se deseja tolerâncias apertadas ou rugosidade

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precisa. As pastilhas de metal duro nunca são recomprimidas. Caso haja deformação, essas são lapidadas ou retificadas.

As peças sinterizadas podem ser tratadas termicamente da mesma maneira que as obtidas por processos tradicionais. Tratamentos térmicos como a cementação e a nitretação, que conferem apenas dureza superficial, podem, devido a difusão dos gases pelos poros da peça, acabarem endurecendo toda a peça.

22.3. Algumas aplicações da metalurgia do pó.

Os aços elétricos são os materiais magnéticos utilizados em maior volume no país e no mundo. O Brasil produz anualmente 335.000 toneladas de aços para fins elétricos, utilizados em transformadores, motores, geradores, reatores de iluminação, medidores de energia e outras aplicações. O rendimento energético dessas máquinas elétricas está diretamente associado à energia dissipada nas chapas de aço que compõem o seu núcleo. Assim, o esforço tecnológico na direção de reduzir essa energia dissipada repercute diretamente na conservação de energia no país. Estima-se que 50% do consumo de energia elétrica do país seja consumo industrial, e desses 50%, metade é consumida no acionamento de motores elétricos. Assim, o rendimento energético dos motores elétricos tem impacto muito forte no consumo nacional, assunto que cresceu de importância com a situação limite a que estamos chegando na oferta de energia elétrica.

Mais de um terço da produção anual de aço no Brasil refere-se ao material de mais baixo custo disponível, cujas perdas magnéticas são grandes. São materiais utilizados em eletrodomésticos de utilização descontínua, por pouco tempo (liquidificadores, batedeiras, etc.) onde o consumo energético não é critério de seleção. Já os motores de ventiladores e refrigeradores tem funcionamento por tempo prolongado, exigindo materiais de melhor desempenho. No topo da pirâmide estão os transformadores de potência, por onde passam toda a energia elétrica do país. As figuras4 seguintes mostram algumas aplicações da metalurgia do pó, largamente utilizadas nas indústrias.

Transformadores de força:

4 http://www.ipt.br/dimet

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Motores elétricos:

Através de atomização a gás

inerte é possível a obtenção de pós com partículas arredondadas suficientemente finas para serem utilizadas em moldagem de pós por injeção ou mesmo mais grosseiras, compatíveis com a produção de silício químico, ou mesmo ímãs aglomerados. A grande vantagem da atomização, comparada com outros processos (via química), é a possibilidade de produzir pós pré-ligados, como por exemplo, aço inoxidável, ligas de níquel, ligas de prata, ligas de terras-raras, etc. A figura(3) mostra um atomizador a gás inerte.