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Escola Superior de Tecnologia e Educação de Rio Claro
Mantida pela Associação das Escolas Reunidas
Sinterização
(Metalurgia do pó)
Processos Produtivos I
Engenharia de Produção 5° Período A Noturno
Jorge Luis de Melo – RA 8500749
Júlio Maria Soares Junior – RA 8500635
Marcos Rogério de Amorim Pereira – RA 8500685
Mateus Rafael da Silva – RA 8500618
Priscila Garcia Toledo – RA 8500601
Rodrigo Stanfoca – RA 8500617
Novembro/2015
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Sumário
1. Introdução a Sinterização.....................................................................3
2. Etapas da Metalurgia do pó..................................................................3
2.1 Obtenção dos pós..........................................................................4
2.2 Compactação.................................................................................6
2.3 Sinterização...................................................................................7
3. Principais aplicações da tecnologia da metalurgia do pó...................10
4. Vantagens e desvantagens.................................................................11
5. Conclusão...........................................................................................12
6. Bibliografia..........................................................................................13
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1. Introdução a Sinterização
A sinterização é muito importante no dia-a-dia da mecânica. Existe um monte
de aplicações industriais para peças feitas através da sinterização, agora, se formos
comparar com a metalurgia convencional, a metalurgia do pó já é bastante
competitiva, por causa de razões técnicas e razões econômicas.
Se for preciso produzir uma grande quantidade de peças de formas complexas,
aí sim vai ter um bom espaço para a metalurgia do pó.
Neste trabalho, vamos apresentar todas as etapas do processo de produção
baseado na metalurgia do pó. Vamos analisar as vantagens e desvantagens dessa
tecnologia e ainda vamos saber quais são suas principais aplicações.
Por que utilizar a metalurgia do pó?
Imaginemos quantas operações teríamos que realizar para fabricarmos peças
complexas pelos processos produtivos tradicionais de usinagem, sem falar o tanto de
cavaco que seria produzido. Será que seria possível produzir 2.000 peças complexas
todos os dias e quantas pessoas e máquinas seriam necessárias para dar conta do
trabalho.
A metalurgia do pó é uma alternativa que torna possível a produção com uma
única prensa e um operador, com o máximo de aproveitamento de matéria-prima. Em
linhas gerais, essa tecnologia se resume na prensagem de pós em moldes metálicos e
consolidação da peça por aquecimento controlado. O resultado é um produto que já
sai do molde com a forma desejada, com um bom acabamento superficial, sem falar
que têm composição química e propriedades mecânicas controladas.
2. Etapas da metalurgia do pó
São três as etapas fundamentais envolvidas na metalurgia do pó:
Obtenção dos pós;
Compactação;
Sinterização
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2.1 Obtenção dos pós
Figura 1 – Exemplos de pós
Existem diversos métodos para se obter o pó. O método escolhido vai definir
algumas características dos grãos do pó, como: tamanho, forma e distribuição,
interferindo na própria produção das peças sinterizadas.
Um dos métodos mais usados é o da atomização. Nele, o metal fundido é
vazado através de um orifício, formando um filete líquido, que é bombardeado por
diversos jatos de ar, gás ou de água. Esses jatos saem de bocais escolhidos de
acordo com o formado de grãos desejados e produzem a pulverização do filete de
metal fundido e o seu imediato resfriamento.
O pó é recolhido, tratado quimicamente e depois de peneirado, ele está pronto
para ser usado.
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Outro processo para a obtenção do pó que é muito usado é a eletrólise. A eletrólise é
usada principalmente para se obter pó de cobre.
Nesse processo, o metal é colocado no estado sólido dentro de um tanque e
dissolvido numa solução eletrolítica, onde passa uma corrente elétrica. Os pós
conseguidos dessa forma, têm um alto grau de pureza.
Figura 6 – Processo de eletrólise
Depois que a massa de pó é retirada do tanque de eletrólise, ela é
neutralizada, secada, reduzida e classificada por peneiramento. Se for necessário
grãos menores ainda, esse processo precisa ser complementado por métodos
mecânicos. E um dos métodos mecânicos mais utilizados é o da moagem. Geralmente
ela é feita em um moinho chamado: Moinho de bolas.
Figura 7 – Moinho de bolas
Ele é um equipamento relativamente simples, formado por um tambor que fica
girando com várias esferas metálicas resistentes ao desgaste no seu interior. Quando
o tambor gira, as esferas batem umas nas outras, despedaçando pouco a pouco o
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material que está dentro do tambor. Outra forma de se obter os pós é através de
métodos químicos e métodos físico-químicos.
2.2 Compactação
A segunda etapa do processo de metalurgia do pó é a Compactação. Nela,
certa quantidade de pó é colocada na cavidade de uma matriz montada em uma
prensa de compressão. A compactação é provocada pela movimentação dos punções
superior e inferior que acontece ao mesmo tempo e a temperatura ambiente.
No começo, só acontece a aproximação do pó, só depois aumentando a
pressão é que os grãos começam a grudar uns nos outros, fazendo uma espécie de
solda fria, até que a densidade do material chegue ao ponto desejado.
Figura 8 – Prensa de compactação Figura 9 – Punções inferior e superior
Figura 10 - Compactação
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A peça que sai da compactação tem a mesma consistência que uma paçoca de
amendoim (compactado verde). Inclusive, para manipular o compactado verde é
preciso segurar bem de leve, senão ela esfarela toda que nem a paçoca. É preciso
também, tomar muito cuidado com a zona neutra, que é a região do pó compactado
que foi menos compactado, ou seja, que sofreu menor pressão.
Foto 11 – Zona neutra
2.3 Sinterização
A etapa final de consolidação da peça é a sinterização propriamente dita.
Nessa etapa, a massa de partícula na forma de compactado verde ou dentro dos
moldes é aquecida, mas sem chegar ao ponto de fusão do metal base, que é o metal
principal do processo, que é aquele que determina as características básicas do
produto final.
Normalmente, a sinterização é feita em fornos contínuos, em três zonas de
operação: pré-aquecimento, manutenção da temperatura e resfriamento. É nessa
etapa que acontece a ligação química e metalúrgica das partículas do pó, o que reduz
ou até mesmo acaba com a porosidade que existe no compactado verde. O material
após esta etapa vira um corpo coerente, com as propriedades típicas dos produtos
sinterizados.
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Foto 12 – Fornos contínuos Foto 13 – Pré-aquecimento
Foto 14 – Manutenção da temperatura Foto 15 - Resfriamento
Na Sinterização geralmente acontece uma deformação do compactado. Se
medirmos o compactado antes e depois da sinterização, percebemos que acontece
uma contração, que pode chegar a uma redução de até 40 por cento do seu volume
inicial ou a uma redução linear de mais ou menos 16 por cento. Depois que acaba, a
peça pode ser usada diretamente ou passar por operações complementares que
fazem alguns pequenos ajustes como a recompactação.
A recompactação é importante, por exemplo, para garantir tolerâncias
apertadas ou rugosidade prevista. Ela deve ser feita quando há deformação da peça
durante a sinterização ultrapassar os limites estabelecidos. A exceção fica com as
pastilhas de metal duro. Se houver deformação, elas devem ser lapidadas ou
retificadas, pois elas quebrariam se fosse recompactadas.
As peças sinterizadas também podem ser trabalhadas termicamente do mesmo
jeito que as peças metálicas convencionais.
Nos tratamentos térmicos que apenas dão dureza na camada superficial da
peça como a cementação e a nitretação, a densidade é um fator importante na difusão
dos gases através dos seus poros, o que pode causar o endurecimento total da peça.
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A usinagem de uma peça só pode ser feita, quando for impossível conseguir a
configuração geométrica ideal da peça diretamente nas matrizes e machos de
compactação, esse é o caso dos furos transversais, sangrias e roscas.
Foto 16 – Furos transversais
Foto 17 – Sangria
Foto 18 – Rosca
Finalmente, quando as peças estão prontas, tendo ou não passado por essas
operações complementares, elas já estão liberadas para cumprirem o seu papel
dentro das principais aplicações.
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3. Principais aplicações da tecnologia da metalurgia do pó
Filtros sinterizados – Estes filtros são feitos através de várias camadas de
partículas arredondadas ou esféricas de pós-metálicos de vários tamanhos de grãos.
Os filtros sinterizados, são muito utilizados nas atividades industriais que se dão em
altas temperaturas e exigem uma elevada resistência mecânica e química.
São aplicados na filtragem de gases líquidos, óleos combustíveis e minerais e
também são usados como abafadores de ruídos e válvula corta chamas.
Foto 19 – Filtros sinterizados Foto 20 – Filtragem de gases
Foto 21 – Abafadores de ruído Foto 22 – Válvula corta chama
O produto mais conhecido na metalurgia do pó é o metal duro. Ele é
fundamental para uso nas ferramentas de corte, nas peças de desgaste e nas brocas
que são utilizadas para furar rochas. Nessa ferramentas, o metal duro é adaptado nas
partes cortantes sob a forma de pastilha.
Essas pastilhas são quase tão duras quanto o diamante e aguentam
temperaturas de até 1000 °C sem sofrer perda de corte.
Foto 23 – Pastilhas
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Uma das principais características da sinterização é poder controlar a
porosidade do produto final. Isso é muito importante na fabricação de mancais auto
lubrificantes. A porosidade que existe no mancal, pode ser completada com óleo
garantindo uma lubrificação permanente entre o eixo e o mancal.
4. Vantagens e Desvantagens
A sinterização é o processo que oferece a maior economia de material, com
mínimas perdas de matéria-prima.
Algumas ligas podem ser conseguidas através da metalurgia do pó, de um
modo mais barato do que se fossem produzidas pela metalurgia convencional. E a
possibilidade de unir peças simples a partes sinterizadas, também ajuda a baratear os
custos e o que é melhor, sem comprometer a qualidade do produto final.
Além dessas vantagens econômicas, o controle exato da composição química
desejada para o produto final, a redução ou até eliminação das operações de
usinagem, o bom acabamento superficial, a pureza dos produtos obtidos e a facilidade
de automação do processo produtivo, são alguns dos motivos que tornaram a
metalurgia do pó, uma fonte produtora de peças para praticamente todos os setores
da indústria, como a automobilística, o de informática, o aeroespacial, o de material
eletroeletrônico, o de equipamentos e implementos agrícolas, o têxtil e vários outros.
Mas apesar de tantas vantagens e tamanha aplicação, algumas limitações que
ainda não foram resolvidas, fazem com que a metalurgia do pó não sirva para certas
situações. Sabemos que as peças tem que ser retiradas de uma matriz. Isso dificulta a
fabricação de algumas peças como por exemplo com rasgo transversal, que só pode
ser conseguido por uma usinagem posterior.
Outra desvantagem do processo é o alto custo de produção do ferramental. É
por isso que só vale a pena se a produção for muito grande. Além disso, o peso e o
tamanho da peça podem ser grandes limitadores. Se a peça tiver até 15 Kg, tudo bem,
mas se for maior, é difícil encontrar máquina com potência de compactação suficiente.
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5. Conclusão
A sinterização é um processo onde a economia de material é levado ao
extremo: não há geração de cavacos (os quais numa usinagem convencional podem
representar até 50% do peso original da peça bruta).
Conclui-se que é de extrema importância o incentivo e o investimento na
Metalurgia do pó, uma vez que é comprovada sua eficácia tanto no tocante das
propriedades de seus produtos resultantes, quanto no fator econômico.
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5. Bibliografia
FERRAREZI, Dino. Fundamentos da usinagem dos metais, Edgar Blucher,
1995.
METALURGIA DO PÓ, disponível em:
https://www.youtube.com/watch?v=T1K_KJICf2w