Metalurgia

Antecedentes

La Pulvimetalurgia o Metalurgia de Polvos es un proceso de fabricación de piezas a partir de polvos finos, en el cual se efectúan, una compactación para darles una forma determinada (compactado) y un calentamiento en atmósfera controlada (sinterizado). Este proceso es adecuado para la fabricación de grandes series de piezas pequeñas de gran precisión, para materiales o mezclas poco comunes y para controlar el grado de porosidad o permeabilidad. Algunos productos típicos son: rodamientos, árboles de levas, herramientas de corte, segmentos de pistones, guías de válvulas, filtros, etc.

La 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), Reducción de Óxidos Metálicos, Pulverización Mecánica, y Condensación de Vapores Metálicos.

COMPACTACIÓN EN FRÍO. El polvo suelto se comprime mediante prensas mecánicas o hidráulicas en una matriz, resultando una forma que se conoce como pieza en verde o compactado crudo. Las prensas más utilizadas son uniaxiales, en las que la presión se aplica al polvo en una sola dirección. Mediante compactación uniaxial pueden obtenerse piezas en verde con dimensiones y acabados precisos, obteniéndose una alta productividad en la industria mediante esta técnica. Un inconveniente de la compactación uniaxial es la baja relación longitud/diámetro que puede obtenerse en las piezas debido al gradiente de densidad que se produce entre el centro de la pieza y las zonas más próximas al punzón. Para obtener un compacto con mayor densidad se emplean prensas de doble émbolo.

Existen otras variantes de la compactación como por ejemplo el Prensado Isostático en Frío. Es un método de compactación que se realiza encerrando herméticamente el polvo en moldes elásticos típicamente de goma, látex o PVC, aplicándoles presión hidrostática mediante un fluido que puede ser agua o aceite. Las piezas en verde obtenidas por este sistema tienen propiedades uniformes e isótropas. Una de las principales ventajas de este método de compactación es la alta relación longitud/diámetro que puede obtenerse en las piezas con respecto a la compactación uniaxial. Es un método muy utilizado para la compactación de piezas cerámicas.

SINTERIZADO. Consiste en mantener durante un tiempo determinado el calentamiento a una temperatura en torno al 75% de la de fusión de la sustancia, en un horno con atmósfera controlada, para evitar la rápida oxidación. Se emplean atmósferas reductoras de hidrógeno, amoníaco disociado y nitrógeno.

Variantes: Prensado Isostático en Caliente. La compactación y el sinterizado se realizan en una única etapa encerrando herméticamente el polvo en un recipiente flexible y exponiéndolo seguidamente a alta temperatura y presión. Los productos obtenidos por este sistema tienen propiedades uniformes e isótropas. Pueden obtenerse valores elevados de densidad en las piezas debido a la baja porosidad residual que queda en las piezas tras el proceso, con valores en muchos casos superiores a la densidad teórica del material completamente denso (sin porosidad).

Ventajas e inconvenientes de la Pulvimetalurgia.

A FAVOR EN CONTRA

• No se desperdicia material.

• Precisión dimensional y buen acabado.

• Tiempo de fabricación corto y costos reducidos.

• Piezas imposibles por otros medios: porosidad controlada, mezcla de metales y no metales (cerámicos). • Elevado costo de las matrices de compactación.

• Características mecánicas inferiores debido a la porosidad del material.

• Limitaciones de diseño: sección uniforme en la dirección de compactado, esbeltez limitada, etc.

Sinterización o metalurgia en polvos

Si el sinterizado se efectúa durante un tiempo prolongado puede eliminarse los poros y el material se hace más denso. La velocidad de sinterizado depende de la Temperatura, energía de activación, coeficiente de difusión, tamaño de las partículas originales.

Piezas de máquinas obtenidas por sinterización (Cortes de Aplicaciones de Metales)

OPERACIONES DE ACABADO

• Acuñado: Prensado posterior al sinterizado para reducir las tolerancias dimensionales de la pieza y obtener un mejor acabado superficial. Si la deformación plástica es masiva, se suele hablar de forja pulvimetalurgica.

• Impregnación: Para penetrar en la red porosa del material, bien con aceite, caso de los cojinetes, o bien con metal fundido cuando no se desee que el material sea poroso.

• Otras convencionales son: Tratamientos térmicos y superficiales y Mecanizado

POLIMEROS

La eliminación de los problemas en la manipulación de polvos se consigue mediante la obtención de gránulos de polvo- polímero(s). Las

...