Metalurgia De Polvos

METALURGIA DE POLVOS

Pulvimetalurgia

INTRODUCCION

En la última década, la industria pulvimetalúrgica del hierro y del acero se ha enfrentado a diversos retos tecnológicos motivados tanto por las necesidades de mercado como por las regulaciones medioambientales de la UE. Por un lado, la industria usuaria final que cada día demanda de más altas prestaciones mecánicas unido a una alta fiabilidad y un abaratamiento de los costes, ha dado lugar a que la alternativa pulvimetalúrgica desarrollara materiales y métodos capaces de competir en piezas estructurales de alta responsabilidad. Por otro lado, una sociedad con una mayor sensibilidad por el medio ambiente y propensa a la optimización de los recursos naturales, ha provocado que tecnologías como la pulvimetalurgia se vea potenciada gracias al uso eficiente que en ella se realiza de materias primas y energía. Para afrontar con garantías los retos demandados por la industria, el sector pulvimetalúrgico responde actuando sobre dos líneas de trabajo alternativas pero complementaría, ya que ambas persiguen la densificación del producto final: " La mejora del proceso a través de la activación de la sinterización (altas temperaturas de sinterización, utilización conjunta de presión y temperatura) o de utilización de sistemas de prensado que permiten la utilización de altas densidades en verde. " La introducción de nuevos sistemas de aleación que actúen, a su vez, en dos direcciones: la activación de la sinterización (normalmente por la formación de una

fase líquida permanente, transitoria, "supersólidus") y la utilización de aleantes "ambientalmente amigables" que puedan ser utilizados en condiciones seguras para los trabajadores y que sean reciclables. Este trabajo de tesis doctoral, se plantea objetivos concurrentes con estas dos líneas de trabajo. Y como consecuencia del trabajo realizado en esta tesis doctoral se pueden formular conclusiones de carácter general y particular. Las principales conclusiones de carácter general son: " La utilización de polvos aleados mecánicamente se ha mostrado como un medio eficaz para activar la sinterización y para la consecución de un mayor nivel de aleación en los compactos. " La utilización de polvos pre aleados como vía para introducir elementos de aleación en aceros sinterizados, se han mostrado como una alternativa eficaz a las vías utilizadas en la actualidad por la industria, y permite la utilización del níquel como elemento de aleación de una forma, aunque sólo a priori, más segura. "En su conjunto, las propuestas y las líneas de trabajo desarrolladas en esta tesis doctoral abren nuevas posibilidades en el mundo de los aceros de baja aleación

sinterizados ya que ofrecen nuevas vías de activación de la sinterización que no requieren condiciones extremas de presión y/o temperatura, ni hornos industriales especialmente preparados. "Además de la densidad aparente (postulada por Fogagnolo para polvos de aluminio reforzados con cerámicos), se han propuesto para los sistemas base hierro otras vías. Respecto a los sistemas de aleación utilizados, se pueden destacar las siguientes conclusiones: " El Zn tiene un efecto endurecedor en los compactos y posiblemente tiene un carácter alfágeno, ya que durante el enfriamiento de las dilatometrías, la transición -> se ve adelantada en los compactos obtenidos con polvo aleado donde se demuestra la mayor presencia de este elemento. "

La utilización de polvos aleantes pre aleados en el sistema Fe-Cu-Ni mejora las propiedades mecánicas en el caso del pre aleado CuNi disminuyendo, a su vez, la dilatación de los compactos cuando se compara con los aceros obtenidos mediante polvos aleantes elementales. "En el caso del polvo pre aleado de NiCu, las propiedades mecánicas disminuye ligeramente si se las compara con las de los aceros obtenidos por polvos elementales. En cambio la dilatación sufrida por los compactos después de la sinterización si reduce prácticamente a 0 en la composición a la que ha sido comparada con los aceros con polvos de Cu y Ni elementales como aleantes. "La utilización de polvos pre aleados que contienen Ni (con tamaños de partículas superiores a los del Ni carbonilo empleados habitualmente en la industria pulvimetalúrgica del acero) se postula como una alternativa que puede reducir la peligrosidad por el contacto con este elemento aleante en las plantas industriales. Por último, y vinculando a los conceptos de sistemas de aleación/activación de la sinterización, destacar que el sistema propuesto en esta tesis doctoral, permite obtener acero sinterizado con excelentes controles dimensionales y rangos de propiedades mecánicas equivalente o superiores.

1. OBJETIVOS:

* Reconocer los diferentes métodos de producción de polvos metálicos

* Definir qué es la metalurgia de polvos.

* Reconocer los principios básicos de mezcla, compactación y sintetizado de polvos metálicos.

* Reconocer las ventajas (dimensiones exactas, geometrías difíciles, costos) del proceso de manufactura de metalurgia de polvos

2. FUNDAMENTO TEÓRICO:

Se define como el arte de elaborar productos comerciales a partir de polvos metálicos. En este proceso no siempre se utiliza el calor, pero cuando se utiliza este debe mantenerse debajo de la temperatura de fusión de los metales a trabajar. Cuando se aplica calor en el proceso subsecuente de la metalurgia de los polvos se le conoce como sinterizado, este proceso genera la unión de partículas finas con lo que se mejora la resistencia de los productos y otras de sus propiedades. Las piezas metálicas producto de los procesos de la metalurgia de los polvos son producto de la mezcla de diversos polvos de metales que se complementan en sus características. Así se pueden obtener metales con cobalto, tungsteno o grafito según para qué va a ser utilizado el material que se fabrica.

El metal en forma de polvo es más caro que en forma sólida y el proceso es sólo recomendable para la producción en masa de los productos, en general el costo de producción de piezas producto de polvo metálico es más alto que el de la fundición, sin embargo es justificable y rentable por las propiedades excepcionales que se obtienen con este procedimiento. Existen productos que no pueden ser fabricados y otros no compiten por las tolerancias que se logran con este método de fabricación.

El proceso de manera general consiste en:

1. Producción de polvo de los metales que serán utilizados en la pieza

2. Mezclado de los metales participantes

3. Conformado de las piezas por medio de prensas

4. Sinterizado de las piezas

5. Tratamientos térmicos

DIAGRAMA PARA LA PRODUCCIÓN DE PIEZAS POR MEDIO DE POLVOS

Producción y Caracterización De Polvos.- El tamaño, forma y distribución de los polvos afectan las características de las piezas a producir, por lo que se debe tener especial cuidado en la forma en la que se producen los polvos. Las principales características de los polvos a considerar son:

1.-Forma: La forma del polvo depende de la manera en la que se produjo el polvo, esta puede ser esférica, quebrada, dendrítica. Plana o angular.

2.- Finura: La finura se refiere al tamaño de la partícula, se mide por medio de mallas normalizadas, las que consisten en cribas normalizadas, las que se encuentran entre las 36 y 850 micras.

3.-Distribución de los tamaños de partículas: Se refiere a las cantidades de los tamaños de las partículas que participan en la composición de una pieza de polvo, esta distribución de tamaños tiene gran influencia en la fluidez y densidad de las partículas y en la porosidad final del producto.

4.- Fluidez: Es la propiedad que le permite fluir fácilmente de una parte a otra o a la cavidad del molde. Se mide por una tasa de flujo a través de un orificio normalizado.

5.-Propiedades químicas: Son características de reacción ante diferentes elementos. También se relacionan con la pureza del polvo utilizado.

6.-Compresibilidad: Es la relación que existe entre el volumen inicial del polvo utilizado y el volumen final de la pieza comprimida. Esta propiedad varia considerablemente en función del tamaño de las partículas de polvo y afecta directamente a resistencia de las piezas.

7.-Densidad Aparente: Se expresa en kilogramos por metro cúbico. Esta debe ser constante siempre, para que la pieza tenga en todas sus partes la misma cantidad de polvo.

8.- Facilidad De Sinterización: La sinterización es la unión de las partículas por medio del calor. Dependerá del tipo de polvo que se esté utilizando, por lo que existen tantas temperaturas de sinterización como materiales utilizados.

Métodos Para Producir Polvos

Todos los metales pueden producirse en forma de polvo, sin embargo no todos cumplen con las características necesarias para poder conformar una pieza. Los dos metales más utilizados para la producción de polvo para la fabricación de piezas son el cobre y el hierro. Como variaciones del cobre se utilizan el bronce para los cojinetes porosos y el latón para pequeñas piezas de máquinas. También se llegan a utilizar otros polvos de níquel, plata, tungsteno y aluminio. Existen diferentes formas de producir polvos metalúrgicos dependiendo de las características físicas y químicas de los metales utilizados:

- Con maquinado se producen partículas gruesas y se

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