tecnologia da metalurgia do po by mercy2beans119

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									FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA
 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
ÁREA DE MATERIAIS E PROCESSOS DE
          FABRICAÇÃO
FUNDAMENTOS DA METALURGIA DO PÓ




                  Prof. DANIEL DELFORGE

      ILHA SOLTEIRA, 25 DE AGOSTO DE 2005
              INTRODUÇAO


BASICAMENTE, METALURGIA DO PÓ RESUME-SE NA
COMPACTAÇAO DE PÓS METÁLICOS EM CAVIDADES
   DENOMINADAS MATRIZES PARA EM SEGUIDA
       PROCEDER-SE À SINTERIZAÇÃO.


   AS PRESSÕES DE COMPACTAÇÃO DEPENDEM
FORTEMENTE DO MATERIAL, PODENDO VARIAR DE
  ALGUMAS CENTENAS DE MPa ATÉ ALGUNS GPa
A SINTERIZAÇÃO CONSISTE NO AQUECIMENTO
  DO COMPACTADO EM TEMPERATURAS QUE
VARIAM ENTRE 70 e 80% DA TEMPERATURA DE
           FUSÃO DO MATERIAL.
ASSIM SENDO, SE A TEMPERATURA DE FUSÃO
  DE UM DADO MATERIAL FOR DE 1.0000C, A
 TEMPERATURA DE SINTERIZAÇÃO DEVERÁ
       SITUAR-SE ENTRE 700 e 8000C.
 A tabela 01 EXIBE AS FAIXAS USUAIS DE
     TEMPERATURA E DE TEMPO
DE SINTERIZAÇÃO PARA ALGUNS METAIS
Tabela 01 -Faixas usuais de temperatura e de tempo para a sinterização de alguns materiais
                                                                          alguns


MATERIAL                   TEMPERATURA[0C]                          TEMPO[min.]
  Bronze                           760 - 860                             10 - 20
  Cobre                            845 - 900                             12 - 45
  Latão                            845 - 900                             10 - 45
  Ferro                          1010 - 1150                               8 - 45
  Níquel                         1010 - 1150                             30 - 45
  Aço inox                       1095 - 1290                             30 - 60
  Tântalo                        2300 - 2450                             480(aprox.)
  Tungstênio                     2200 - 2350                             480(aprox.)
  A SINTERIZAÇÃO, QUE DEVE SEMPRE
 OCORRER EM ATMOSFERA PROTETORA
    CONTRA A OXIDAÇÃO, PROMOVE
LIGAÇÕES METALÚRGICAS EM PONTOS DE
          MICROSOLDAGEM
A figura 01 EXIBE PEÇAS TÍPICAS OBTIDAS
PELA METALURGIA DO PÓ CONVENCIONAL.


PINOS;
ENGRENAGENS PEQUENAS e MÉDIAS;
LÓBULOS DE BOMBAS AUTOMOTIVAS;
PEQUENAS BUCHAS AUTOLUBRIFICANTES;
JUNTAS E SELOS METÁLICOS;
UMA INFINIDADE DE OUTRAS PEÇAS DE
ENGENHARIA.
figura 01 - PEÇAS TÍPICAS OBTIDAS PELA
            METALURGIA DO PÓ
A figura 02 EXIBE PÓS DE
 COBRE E DE ESTANHO
           a

                            60x




           b

                            30x




figura 02- a) PÓ DE COBRE; b) PÓ DE ESTANHO
  A figura 03 EXIBE AS PRINCIPAIS
ETAPAS DO PROCESSO DE OBTENÇÃO
DE PEÇAS PELA METALURGIA DO PÓ
      PÓS METÁLICOS E
                                                        LUBRIFICANTES E ADITIVOS
     ELEMENTOS DE LIGA
                                  MISTURA

    COMPACTAÇÃO A QUENTE:
                                                  COMPACTAÇÃO A FRIO:
       Isostática;
                                                   Isostática;
       Extrusão;
                                                   Compressão em matriz.
       Compressão em matriz.




                            SINTERIZAÇÃO:

                             Atmosfera controlada;

                             Vácuo.

OPERAÇÕES COMPLEMENTARES:     OPERAÇÕES FINAIS:

 Recompressão;                 Tratamentos térmicos;
                                                                PRODUTO ACABADO
 Calibragem;                   Tratamentos termoquímicos;
 Infiltração.                  Tamboreamento.

                                                                           FIGURA 03
VANTAGENS E DESVANTAGENS
  DA METALURGIA DO PÓ
                   VANTAGENS:
TOLERÂNCIAS DIMENSIONAIS APERTADAS;
PEÇAS COM CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E QUÍMICAS IMPOSSÍVEIS DE
SEREM OBTIDAS POR OUTROS PROCESSOS;
PERDA MÍNIMA DE MATÉRIA PRIMA;
ELIMINA E REDUZ DIVERSAS OPERAÇÕES DE USINAGEM;
FÁCIL AUTOMAÇÃO;
OBTENÇÃO DE PEÇAS COMPLEXAS COM ALTA PRODUTIVIDADE;
BOM ACAMENTO SUPERFICIAL;
COMPORTAMENTO MECÂNICO EXATAMENTE COMO AQUELE
REQUERIDO EM PROJETO;
PEÇAS COM ELEVADO GRAU DE PUREZA;
PROCESSO MENOS REATIVO, POSSIBILITA MAIOR VIDA
ÚTIL AOS FORNOS.
          DESVANTAGENS:


NECESSIDADE DE GRANDES VOLUMES DE PRODUÇÃO;
LIMITAÇÃO NA GEOMETRIA DAS PEÇAS;
LIMITAÇÃO NO TAMANHO DAS PEÇAS, POIS PEÇAS DE
GRANDE PORTE EXIGIRIAM PRENSAS DESCOMUNAIS.
   PROCESSOS MAIS COMUNS DE
 PRODUÇÃO DOS PÓS DE METAIS :


ATOMIZAÇÃO;
ELETRÓLISE;
MÉTODOS MECÂNICOS: MOAGEM E TRITURAÇÃO;
CENTRIFUGAÇÃO COM ELETRODO ROTATIVO.
ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DOS PÓS DE METAIS:


     PUREZA E COMPOSIÇÃO QUÍMICA;
     DENSIDADE APARENTE;
     ESCOABILIDADE;
     MICROESTRUTURA DAS PARTÍCULAS;
     GRANULOMETRIA, MORFOLOGIA, TAMANHO E
     DISTRIBUIÇÃO DAS PARTÍCULAS;
     POROSIDADE BATIDA;
     COMPRESSIBILIDADE;
     RESISTÊNCIA EM VERDE.
SÍNTESE DA TEORIA DA SINTERIZAÇÃO:
O AQUECIMENTO DE METAL EM PÓ COMPACTADO,
     ACIMA DE 0,5 Tf , TENDE A FAZER AS
         PARTÍCULAS ADQUIRIREM
 AS PROPRIEDADES INTRÍNSICAS DO MATERIAL.
UMA DESTAS CERACTERÍSTICAS INTRÍNSICAS,
     É A DENSIFICAÇÃO QUE SE DÁ VIA
         TRANSPORTE DE MASSA.
NESTE CASO, DUAS PERGUNTAS DEVEM SER RESPONDIDAS:


1) QUAL É O POTENCIAL TERMODINÂMICO DO PROCESSO?


 2) QUAL É O POTENCIAL PARA TRANSPORTE DE MASSA?
     A figura 04 REPRESENTA A EVOLUÇÃO DE
      UMA CERTA QUANTIDADE DE PÓ SOLTA
E A CORRESPONDENTE QUANTIDADE, DENSIFICADA.
                                                             2
                    1

Figura 04 - Evolução de uma certa quantidade de pó, para a sua correspondente
            quantidade densificada.
            NESTE CASO, A1>>A2 e M1=M2
       A ÁREA SUPERFICIAL DO METAL EM PÓ,
  CARACTERIZA-SE POR UM “EXCESSO DE ENERGIA”,
EQÜIVALENTE ÀS LIGAÇÕES ATÔMICAS NÃO SATISFEITAS
  ASSIM, DO PONTO DE VISTA MACROSCÓPICO,
 A REDUÇÃO DE ÁREA DEVIDO À COMPACTAÇÃO,
É PROPORCIONAL AO POTENCIAL TERMODINÂMICO
   DO PROCESSO E PODE SER ESCRITO COMO:
              ΔF = ΔA.γ




ΔF = potencial termodinâmico[joule];
ΔA = área superficial considerada[m2];
γ = energia absorvida pelo sistema.
ASSIM, A PRIMEIRA PERGUNTA ESTÁ RESPONDIDA
E O POTENCIAL PARA TRANSPORTE DE MASSA?


NUMA LIGA METÁLICA COMPOSTA PELOS ELEMENTOS
A e B, NAS REGIÕES RICAS EM B, O POTENCIAL QUÍMICO

(μB), DESSE ELEMENTO É MAIOR DO QUE NAS REGIÕES
 POBRES EM B. ASSIM, HÁ UM FLUXO DE ÁTOMOS QUE
VISA EQUALIZAR AS CONCENTRAÇÕES FAZENDO COM

             QUE Δμ TENDA A ZERO
    FILTROS METÁLICOS SINTERIZADOS



DESVANTAGEM DOS FILTROS CONVENCIONAIS
PARA SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS MISTURADOS A
OUTRAS SUBSTÂNCIAS SÓLIDAS, LÍQUIDAS OU
GASOSAS:
1) baixa resistência mecânica;
2) baixa resistência ao calor;
3) adsorsão* de elementos aditivos dos fluidos; e
4) baixa resistência aos ataques químicos.
Os principais elementos que caracterizam muito bem
   os filtros metálicos são:

1) possibilidade da retenção de partícula com
    morfologia e características muito bem definidas;
2) previsibilidade da pressão necessária para a
    formação de gotas ederentes aos elemento;
3) resistência ao impacto de metais e de partículas
    duras;
4) facilidade de fabricação.
Materiais para filtros sinterizados
►BRONZE
►AÇO INOXIDÁVEL
►NÍQUEL E SUAS LIGAS
►ALUMÍNIO
►TITÂNIO
►METAIS REFRATÁRIOS
► TUNGSTÊNIO
► MOLIBDÊNIO
►TÂNTALO
►METAIS NOBRES
► PRATA
► OURO
► PLATINA
Dados fundamentais para o cálculo da
perda de carga
Δp = Perda de carga (P1 – P2)
V = Volume do fluído por unidade de
tempo, referido à pressão P2
e = Espessura de parede
A = Área da superfície porosa
   = Viscosidade dinâmica do meio
P1 = Pressão absoluta anterior ao filtro
P2 = Pressão absoluta posterior ao filtro
α = Coeficiente de escoamento laminar
β = Coeficiente de escoamento turbulento
ρ = Densidade do meio
Cálculo da perda de carga em filtros sinterizados
a) Quando no filtro não surgir
    turbulência e a eventual
    compressibilidade do meio puder ser
    desprezada, pode-se propor a
    seguinte equação simplificada:




           V .e.η
      Δp =
            A.α
b) Caso o regime não possa ser determinado como
   sendo Laminar ou Turbulento, com boa
   aproximação pode-se propor a seguinte equação:




              V.e ⎛η ρ.V ⎞
          Δp = ⎜ + ⎟
                  ⎜α β.A⎟
               A⎝        ⎠
 c) Nos gases deverá ser considerada a
     compressibilidade. Portanto:




   ⎛ Δp ⎞ V.e ⎛η ρ.V ⎞
Δp.⎜1− ⎟ = ⎜ +
   ⎜ 2P ⎟ A ⎜α β + A⎟⎟
   ⎝   1⎠     ⎝      ⎠

								
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