Metalurgia De Polvos

METALURGIA DE POLVOS (PULVIMETALURGIA).

Se conoce con el nombre de pulvimetalurgia (metalurgia de polvos), sinterización o fritado, al proceso empleado en la fabricación de piezas a partir de polvos metálicos.

Estos polvos se prensan dentro de moldes, se extraen de los moldes y se calientan a temperatura inferior al punto de fusión del metal. Es un proceso utilizado principalmente para metales difíciles de maquinar y consta principalmente de las etapas siguientes:

1. Obtención del polvo.

2. Proporcionar un tratamiento al polvo.

3. Moldear la masa de polvo mediante prensado.

4. Sinterizar la pieza obtenida por compactación.

Aunque menos empleados existen 2 variedades del proceso:

En una cuando se requiere aumentar la precisión dimensional, la densidad, o eliminar la porosidad superficial, la pieza se vuelve a comportar después de sinterizada.

En la otra variante además de la recompactación la pieza se somete a una 2da operación de sinterizado, la cual elimina esfuerzos y suelda las partículas compactadas. En consecuencia aumenta la resistencia mecánica, se mejora las propiedades magnéticas y la estabilidad dimensional.

CARACTERISTICAS DE LA MATERIA PRIMA:

Las características de los polvos determinan las propiedades finales del componente y repercuten en las etapas de compactación y sintetizado. Por lo tanto la calidad del producto, y la economía del proceso de fabricación depende de las características de los polvos, y a su vez, las características de los distintos tipos de polvo procedentes del mismo metal dependen del método de obtención y de los tratamientos a que han sido sometidos.

Otras sustancias como el Zirconio (1900ºC) reaccionan intensamente con los medios ambientales cuando se funden. La metalurgia de polvos es una forma práctica para refinar y fabricar piezas de estos metales, también es el único método factible de consolidar y formar los materiales separados para herramientas, como los carburos cementados y los óxidos sinterizados.

Las propiedades fundamentales que definen básicamente al tipo de polvo son:

- la forma.

- La composición.

- El tamaño del grano.

- La distribución.

- La porosidad.

- La microestructura.

Los métodos de obtención de polvos son:

1. Reducción.

2. Atomización.

3. Métodos electrolíticos.

4. Trituración.

5. Pirólisis.

6. Corrosión.

7. Condensación.

8. Amalgamación.

9. Precipitación.

10. A partir de chatarra.

Las combinaciones de los metales y no metales que no son obtenibles en forma económica, por aleación es posible gracias al proceso de metalurgia de polvos, esto es de valor particular en la industria eléctrica, como en los imanes y en las escobillas de motor donde los puntos de contacto deben tener conductividad apropiada para ser resistentes al desgaste y al aire. Las escobillas se hacen de polvo de cobre, grafito y algunas veces estaño, y para los puntos de contacto se requieren combinaciones como Tungsteno, cobre o plata.

La metalurgia de polvos hace posible una clase de materiales conocidos como CERMETS, o combinación de metales y cerámicos, con la resistencia de los metales o aleaciones y la resistencia a la abrasión y al calor de los compuestos metálicos. Los CERMETS tienen diferentes aplicaciones como en aparatos químicos resistentes a la corrosión, equipo para energía nuclear, bombas para servicios severos y sistemas para manipular combustible de cohetes. Este proceso abarca la preparación de los polvos y su conformación por prensado en caliente en artículos útiles. En forma básica un polvo de metal se compacta en forma deseada y se calienta para reforzar el compacto por sinterizado.

Las composiciones más usadas son los polvos en base de cobre o de hierro, latón y acero para partes estructurales, bronce para cojinetes. Otros de importancia aunque en cantidades menores son acero inoxidable, aluminio, titanio, níquel, estaño, tungsteno, cobre, zirconio, grafito y óxidos metálicos y carburos. Se usan polvos de metal puro para ciertas partes y aleaciones para otras. Estas últimas pueden obtenerse aleando un metal antes del pulverizado y por el mezclado de polvos de los ingredientes deseados. Las principales características de los polvos metálicos son la forma, el tamaño y la distribución de las partículas, la pureza, la estructura del grano, la densidad, la velocidad de flujo y la compresibilidad. La mayoría de los polvos de metal se obtienen por reducción de mineral refinado, de escoria de laminación u óxidos preparados por monóxido de carbono o hidrógeno, los granos tienden a ser porosos.

Los metales pueden atomizarse en una corriente de aire, vapor o gas inerte. Algunos pueden fundirse por separado e inyectarse a través de un orificio en la corriente. Otros como el hierro, y el acero inoxidable, pueden fundirse en un horno eléctrico (como aspersión del metal). En condiciones controladas el polvo de metal puede depositarse electrolíticamente.

Se calienta para recocerlo y expulsar el hidrógeno, se selecciona y se mezcla. Los polvos electro depositados se encuentran entre los de más pureza y tienen características dendríticas. La molienda en los molinos de bolas, martillos, trituradores, es un medio para producir polvos casi de cualquier grado de finura a partir de metales frágiles o metales maleables.

CARACTERISTICAS DE LA MATERIA PRIMA:

Las características de los polvos determinan las propiedades finales del componente y repercuten en las etapas de compactación y sintetizado. Por lo tanto la calidad del producto, y la economía del proceso de fabricación depende de las características de los polvos, y a su vez, las características de los distintos tipos de polvo procedentes del mismo metal dependen del método de obtención y de los tratamientos a que han sido sometidos.

Las propiedades fundamentales que definen básicamente al tipo de polvo son:

- La forma.

- La composición.

- El tamaño del grano.

- La distribución.

- La porosidad.

- La microestructura.

Obtención de los Polvos.

Generalmente se realiza de metales puros, principalmente hierro, cobre, estaño, aluminio, níquel y titanio, aleaciones como latones, bronces, aceros y aceros inoxidables o polvos pre-aleados. Procesos típicos son:

• Atomización en estado líquido. El metal fundido se vierte a través de un embudo refractario en una cámara de atomización, haciéndole pasar a través de chorros de agua pulverizada.

• Atomización con electrodo fungible (electrólisis). Se colocan barras o láminas como ánodos en un tanque que contiene un electrolito. Se aplica corriente y tras 48 horas se obtiene en los cátodos un depósito de polvo de aproximadamente 2mm. Se retiran los cátodos y se rascan los polvos electrolíticos.

• Reducción de óxidos metálicos. Se reducen los óxidos metálicos a polvos metálicos poniéndolos en contacto con el gas reductor a una temperatura inferior a la de fusión.

• Pulverización mecánica. Útil en metales frágiles. Se muele el metal o se lima y se lleva a través de un gas, separándose el metal del gas en una corriente turbulenta dentro de un separador ciclónico.

• Condensación de vapores metálicos. Aplicable en metales que pueden hervir condensando el vapor en forma de polvo (magnesio, cadmio y zinc)

PROCESOS DE FABRICACIÓN

Las operaciones básicas de compactar y calentar pueden combinarse en diversas formas en los procesos para la fabricación de polvos de metal. Además las operaciones de compresión y sinterizado son variadas y se controlan para adecuarse a muchas condiciones.

COMPRESIÓN

El efecto de la presión en el metal en polvo es comprimir las partículas para colocarlas en su lugar, iniciar enlaces interatómicos e incrementar la densidad de la misma. En forma teórica si un polvo se comprime lo suficiente, alcanzará el 100% de la densidad y resistencia del metal padre, cuando menos al ser sinterizado. La mayoría de las partes se comprimen en frío, a veces pueden comprimirse o forjarse subsecuentemente. La compresión en caliente produce la mayor exactitud. La forma de la partícula adecuada, el tamaño, la distribución del tamaño, la selección cuidadosa y la mezcla son necesarios para obtener una parte comprimida satisfactoria. Las mejores ligas se obtienen entre partículas abruptas, pero las partículas redondas fluyen mejor en el molde y bajo presión. La forma en que el polvo llena el dado determina la velocidad de operación. El metal en polvo se comprime en una cavidad o dado para tomar la forma de la parte mediante uno o más punzones. La calidad depende de empacar con uniformidad el material.

El material en polvo no fluye con facilidad en las esquinas y los recesos como los fluidos. La fricción es alta entre las partículas y las paredes del dado.

Por tanto, un solo punzón no puede compactar a densidad uniforme cualquier parte, sino solo las más simples. Las partes que en particular tienen escalones, paredes delgadas, bridas, etc., deben comprimirse con dos o más punzones para distribuir uniformemente la presión a través de las secciones. Las partes más complejas pueden requerir hasta dos movimientos superiores y tres o cuatro movimientos inferiores del punzón e incluso ciertos movimientos laterales al corazón

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