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Proceso de metalurgia de polvos - Coggle Diagram
Proceso de metalurgia de polvos
1. Aplicaciones y productos fabricados
Aplicaciones principales:
Materiales refractarios difíciles de trabajar:
tungsteno, tantalio, molibdeno y zirconio.
Fabricación de herramientas con materiales superduros:
carburos cementados y óxidos sinterizados.
Combinaciones de metales y no metales.
Fabricación de cermets:
combinación de metales y cerámicos, con resistencia a la abrasión y al calor.
Fabricación de metales porosos.
Manufactura aditiva e impresión 3D de piezas metálicas.
Productos fabricados:
Filtros metálicos.
Carburos cementados.
Engranes y rotores para bombas.
Escobillas para motores.
Cojinetes porosos.
Magnetos y contactos eléctricos.
Partes de máquinas de coser.
Piezas de motores diésel.
Filtros, cojinetes y engranes impregnados con lubricantes.
6. Métodos de compactación y equipos utilizados
A) Prensado convencional
Es el método convencional de compactación.
El polvo se coloca en un dado o matriz.
Los punzones opuestos comprimen el polvo.
Se utilizan prensas hidráulicas o neumáticas.
Componentes:
punzón superior, matriz, punzón inferior y expulsor.
B) Prensado isostático
C) Compactación en caliente
Se realiza a temperaturas elevadas.
D) Extrusión de polvos
El polvo inicial puede tener diferentes formas.
Se utiliza un equipo de extrusión para formar el producto.
E) Laminación de polvos
Los polvos pasan entre dos rodillos compactadores.
Se forma una tira verde que posteriormente se sinteriza, lamina en frío y vuelve a sinterizar.
F) Moldeo por inyección
2. Etapas del proceso
1. Producción de polvos
Se obtienen las partículas metálicas mediante diferentes métodos de fabricación.
2. Mezclado de polvos
Se combinan los polvos y se agregan lubricantes o aditivos para mejorar sus características.
3. Compactación
Se aplica presión para dar forma al polvo y obtener la pieza compactada.
4. Sinterizado
Se calienta la pieza en un horno con atmósfera controlada para unir las partículas.
5. Operaciones de acabado
Se realizan operaciones secundarias para mejorar las características y dimensiones del producto.
3. Métodos de fabricación de polvos
A) Atomización
Es el proceso dominante para materiales prealeados.
Atomización por agua:
se emplea para obtener gran parte del polvo producido por atomización. Permite modificar el tamaño y la forma de las partículas, pero el polvo siempre se oxida. Se utiliza en aceros de baja aleación y aceros inoxidables.
Atomización con gas:
produce polvos esféricos. Se utiliza aire cuando se permite la oxidación y gas inerte cuando se requiere evitarla.
B) Extracción
El material se obtiene a partir de su compuesto:
Reducción:
se reduce un óxido mediante carbono o hidrógeno. Ejemplos: Fe, Cu, Co, Mo y W.
Descomposición térmica:
descomposición de un compuesto mediante calor. Ejemplo: carbonilo de níquel.
Electrólisis:
se produce un depósito que posteriormente se descompone. Ejemplos: Fe, Cu y Be.
Precipitación:
se obtiene el material desde una solución acuosa mediante cementación o reducción con hidrógeno.
C) Producción mecánica
Molienda mecánica:
trituración o pulverización para obtener partículas finas.
Pulverización con rodillos.
Molino de bolas.
Molido con martillo.
4. Principales propiedades de los polvos
A) Morfología
Forma:
esferoide, nodular, irregular, angular, laminar, acicular y dendrítica.
Tamaño:
no debe ser demasiado grande ni demasiado pequeño.
Distribución del tamaño:
se determina mediante tamices y se expresa en porcentajes.
B) Propiedades físicas
Área superficial específica.
Densidad.
Propiedades de flujo.
Compresibilidad.
C) Forma de las partículas
La forma afecta las características del procesamiento. Se describe mediante la relación de aspecto o factor de forma.
5. Mezclado de polvos
Objetivos principales:
Asegurar la uniformidad de la distribución de tamaños.
Controlar la respuesta a los esfuerzos impuestos (reología) para mejorar el manejo.
Ajustar la densidad del cuerpo compactado.
Aditivos:
Lubricantes: reducen la fricción entre partículas, mejoran el flujo del polvo en las matrices y aumentan la vida de la matriz.
Aglutinantes: ayudan a desarrollar resistencia en verde o en crudo.
Otros aditivos: pueden facilitar el sinterizado.
Equipos de mezclado:
Tambor rotatorio.
Doble cono rotatorio.
Mezclador de tornillo.
Mezclador de paletas.
7. Producto obtenido en el compactado y sus propiedades
Comprimido crudo o en verde
Es el producto que se obtiene después del prensado. Se denomina “en verde” porque todavía no está completamente procesado.
Características principales:
Conserva la forma obtenida en la matriz.
Su densidad depende de la presión aplicada.
Necesita suficiente contacto entre partículas.
Debe tener resistencia suficiente para continuar el procesamiento.
Antes del sinterizado carece de fuerza y resistencia adecuadas, por lo que puede desmoronarse fácilmente.
Propiedades relacionadas con la compactación:
La presión aplicada influye en la densidad.
Una mayor densidad de la pieza compactada produce mayor resistencia y módulo elástico.
La distribución del tamaño de las partículas influye en la densidad final.
8. Horno de sinterizado: zonas y parámetros de control
Sinterizado:
calentamiento de los comprimidos crudos en una atmósfera controlada, a una temperatura inferior al punto de fusión, para unir las partículas.
Zonas del horno:
1. Precalentamiento o quemado:
elimina los lubricantes.
2. Alta temperatura:
se unen las partículas del polvo.
3. Enfriamiento:
se enfría la pieza después del sinterizado.
Principales variables de control:
Temperatura.
Tiempo.
Atmósfera del horno.
Dato clave:
la temperatura de sinterizado suele estar entre el 70 y 90 % del punto de fusión del material.
