Pulvimetalurgia

PULVIMETALURGIA O METALURGIA DE LOS POLVOS

El interés inicial de la PM creció desde una base de materiales, formando elementos comunes como el cobre y hierro por medios de una tecnología de menor costo. Desde los años cuarenta, varios materiales menos comunes han sido procesados desde polvos incluyendo metales refractarios y sus aleaciones (Nb, W, Mo, Zr, Ti y Re).

Adicionalmente, el crecimiento de metales estructurales ha avanzado igual en el período. La mayoría de las piezas estructurales producidas de polvos son basadas en hierro.

Inicialmente, componentes basados en polvos fueron seleccionados simplemente por su bajo costo. Más reciente, la principal razón de seleccionar una ruta de PM ha sido asociada con el mejoramiento de la calidad, homogeneidad o propiedades en conjunto de costo atractivo y productividad.

Las superaleaciones de altas temperaturas del níquel, la dureza específica de aleaciones de aluminio para aeronaves y compuestos de aluminio con expansión termal controlada son algunos buenos ejemplos de esta evolución. No solo podrán ser fabricados con mejor economía de material por medio de polvos, sino también por nuevas y mejores composiciones que están siendo desarrollados así aprovechando el control químico y la micro estructura. La expansión de los procesos de PM en las áreas que requieren materiales de alta calidad y propiedades únicas crearán más oportunidades para el futuro.

DEFINICIONES

Primero, un polvo es un sólido finamente dividido, granulado, más pequeño que 1 mm.

En muchos casos el polvo será metálico, a pesar de instancias en que sean combinados con otros elementos como cerámicos o polímeros.

Una característica importante del polvo es la relación alta entre el área de superficie y volumen. Las partículas muestran un comportamiento entre aquella del metal y de un líquido.

Los polvos fluyen bajo el efecto de gravedad para llenar un molde o contenedor, por lo tanto en este caso se comporta como un líquido. Son compresibles como un gas, pero la compresión del polvo metálico es esencialmente irreversible, así como la deformación plástica de un metal. Por ende, los polvos metálicos son fácilmente formados con el comportamiento deseable de un metal luego de ser procesado.

La Pulvimetalurgia, es el estudio del procesamiento de polvos metálicos, incluyendo la fabricación, caracterización y conversión de polvos metálicos en componentes ingenieriles útiles.

Estos polvos se prensan dentro de moldes, se extraen de los moldes y se calientan a temperatura inferior al punto de fusión del metal. Las secuencias de procesamiento involucra la aplicación de leyes básicas de calor, trabajo y deformación. Es el procesamiento lo que cambiará la forma, propiedades y estructura del polvo para obtener el producto final.

MARCO DE REFERENCIA

Dentro de las variadas tecnologías para trabajar el metal, la Pulvimetalurgia es el más diverso dentro de éstas. El atractivo mayor de la Pulvimetalurgia (PM) es la habilidad de fabricar piezas de formas complejas con excelentes tolerancias y de alta calidad relativamente barato. En resumen, la PM toma polvos metálicos con ciertas características como tamaño, forma y empaquetamiento para luego crear una figura de alta dureza y precisión. Los pasos claves incluyen la compactación del polvo y la subsiguiente unión termal de las partículas por medio de la sinterización. El proceso utiliza operaciones automatizadas con un consumo relativamente bajo de energía, alto uso de materiales y bajos costos capitales.

Estas características hacen que la PM se preocupa de la productividad, energía y materiales primas. Consecuentemente, el área está creciendo y reemplazando métodos tradicionales de formar metales. Además, PM es un proceso de manufactura flexible capaz de entregar un rango amplio de nuevos materiales, micro estructuras y propiedades. Todo esto crea un nicho único de aplicaciones para la PM, como por ejemplo compuestos resistentes al desgaste.

El proceso de la PM se confía en una mirada filosófica distinta a aquellas en la fabricación tradicional de componentes metálicos. Específicamente, la versatilidad de la PM da un horizonte expandido en el procesamiento de materiales: química, tratamiento térmico y micro estructuras son variables y la distribución de las fases y los micro constituyentes sin controlados.

Las aplicaciones de la PM son bastante extensivas. Algunos ejemplos del uso de polvos metálicos: filamentos de tungsteno para ampolletas, restauraciones dentales, rodamientos auto-lubricantes, engranes de transmisión de automóviles, contactos eléctricos, elementos de combustible para poder nuclear, implantes ortopédicos, filtros de alta temperatura, pilas recargables, y componentes para aeronaves.

PROCESAMIENTO DE LA PULVIMETALURGIA

1- Se encuentra el área del etiquetado de "POLVOS" la que concierne la naturaleza de los polvos. El énfasis se da a la fabricación, clasificación, caracterización y manejo de los polvos.

2- El muestreo, seguridad, empaquetamiento y transporte. La valoración de tamaños y formas de los polvos son actividades comunes e importantes en el área de las tecnologías de polvos. Las actividades de consolidación tradicional de polvos incluyen compactación y sinterización. Las preocupaciones en esta etapa son la formación y densificación de los polvos.

3- Finalmente, el flujo termina haciendo énfasis en las propiedades finales, haciendo hincapié en la microestructura del producto.

Decisiones concernientes en el tipo de polvo y su fabricación influye en cual fácil será la compactación y sinterización. De esta misma manera, el tipo de secuencia de consolidación aplicado al polvo afectará las propiedades del compacto final y metas específicas de algunas propiedades requieren que se ponga suma atención en el polvo, procesamiento y química.

METALURGIA DE LOS POLVOS

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 dos variedades del proceso:

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

b- 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.

APLICACIONES Y USOS IMPORTANTES DE LA PULVIMETALURGIA

1. Piezas de aleaciones de hierro, cobre, etc. para las que factores técnicos y económicos aconsejan utilizar este método por la supresión del mecanizado y el máximo aprovechamiento del metal.

2. Para cojinetes autolubricantes con un 30% de poros en bronce sintetizado, estos cojinetes se impregnan de aceite o de teflón.

3. Pseudo aleaciones de metales con temperaturas de fusión muy dispares, como por ejemplo: cobre-wolframio, plata-wolframio, plata-molibdeno, etc. se emplean en los contactos eléctricos en la zona donde se produce la chispa de ruptura ya que en este sitio necesitamos la buena conductividad del cobre y de la plata y la buena resistencia al desgaste del wolframio o el molibdeno, de aquí la importancia de este tipo de aleaciones y hoy en la actualidad se utilizan contactos de plata endurecida con un 10% de cadmio.

4. Preparación de metales pesados o pseudo aleaciones con un contenido 85-95% de wolframio, 3-10% de níquel y 2-5% de cobre. Estos materiales se caracterizan por tener una altísima densidad y se utilizan para la fabricación da giróscopos, pantallas para rayos x y rayos gamma, apantallamiento de centrales nucleares, etc.

5. Fabricación de filtros resistentes a los golpes y a las variaciones bruscas de temperatura; por ejemplo filtros de aceite para las válvulas de inyección en los motores diesel, filtros para refrigeradores, etc., que se fabrican en metal (acero inoxidable y titanio).

6. Preparación de carburos de wolframio, titanio, etc. y pseudo aleaciones de wolframio-acero, estos compuestos se caracterizan porque tienen una dureza elevada, buena resistencia a la abrasión, debido a su alto punto de fusión sólo se pueden fabricar por este procedimiento utilizando cierta cantidad de cobalto que actúa de cemento.

7. Tratamiento de metales rebeldes a la forja o al moldeo como puede ser las aleaciones especiales de tipo álnico (20% manganeso, 63% hierro, 12% aluminio, 5% cobalto) que se utilizan mucho para imanes permanentes y para imanes sintetizados de naturaleza. cerámica.

8. Tratamiento de metales refractarios, como wolframio, molibdeno y niobio, ya que el elevado punto de fusión hace prohibitivo el darles forma por moldeo.

9. Fabricación de Cermets, que son aglomeradores obtenidos por sinterización de un metal con elevado punto de fusión y óxidos muy refractarios y se utilizan para la fabricación de turborreactores.

10. Para evitar las segregaciones en los aceros de alta aleación, como es el caso de los aceros rápidos que segregan bandas de carburos.

11. Para la fabricación de termistores de óxido de cinc con curva de tensión-intensidad no lineal, a base de envenenar lo límites de grano con óxido de bismuto.

12. Para la obtención de aleaciones oxidadas

...