Metalurgia do Pó: Processos, Propriedades e Aplicações

Metalurgia do Pó

A Metalurgia do Pó é definida como a arte de fabricar produtos comerciais a partir de pós metálicos. Nesse processo, o calor é sempre utilizado, mas deve ser mantido abaixo da temperatura de fusão dos metais. Quando o calor é aplicado no processo subsequente da metalurgia do pó, conhecido como sinterização, este processo de união gera partículas finas, melhorando a resistência dos produtos e algumas de suas propriedades. Peças metálicas produzidas por processos de metalurgia do pó resultam de uma mistura de vários metais em pó, complementares em suas características. Assim, podem-se obter metais como cobalto, tungstênio ou grafite, dependendo do material a ser fabricado.

O metal em pó é mais caro do que no estado sólido, e o processo é recomendado apenas para produção em massa de produtos. O custo global de produção de componentes por metalurgia do pó é maior que o da fundição, mas é justificável e rentável pelas propriedades excepcionais obtidas com esse procedimento. Existem produtos que não podem ser fabricados ou não atingem as tolerâncias desejadas com este método de fabricação.

O Processo Geralmente Envolve:

1. Produção de pó metálico a ser utilizado na peça
2. Mistura dos metais participantes
3. Conformação das peças através da prensagem
4. Sinterização
5. Tratamento Térmico

Diagrama para a Produção de Peças de Pó

Produção e Caracterização de Pós

O tamanho, forma e distribuição dos pós afetam as características das peças a produzir, por isso deve-se ter cuidado com o modo de produção do pó. As principais características dos pós a considerar são:

1. Forma: A forma do pó depende do método de produção, podendo ser esférica, irregular, dendrítica, plana ou angular.
2. Finura: Refere-se ao tamanho da partícula, medido por peneiras padrão, que variam entre 36 e 850 mícrons.
3. Distribuição de Tamanhos de Partículas: Refere-se às quantidades dos diferentes tamanhos de partículas que compõem uma peça de pó. Esta distribuição de tamanho tem grande influência sobre o fluxo, a densidade das partículas e a porosidade do produto final.
4. Fluidez: É a propriedade que permite que o pó flua facilmente de um lado para o outro ou para a cavidade do molde. É medida por uma taxa de fluxo através de um orifício padrão.
5. Propriedades Químicas: São características de diferentes elementos e referem-se também à pureza do pó utilizado.
6. Compressibilidade: É a relação entre o volume inicial do pó utilizado e o volume final da peça compactada. A propriedade varia consideravelmente, dependendo do tamanho das partículas do pó e afeta diretamente a resistência das peças.
7. Densidade Aparente: É expressa em quilogramas por metro cúbico. Esta deve ser constante para que a peça tenha a mesma quantidade de pó em todas as suas partes.
8. Densidade: (Esta característica é repetida no documento original, mantida conforme solicitação de não remover conteúdo)
9. Sinterabilidade: A sinterização é a união das partículas pelo calor. Depende do tipo de pó utilizado, resultando em diversas temperaturas de sinterização e materiais aplicáveis.

Métodos para a Produção de Pó

Todos os metais podem ser produzidos em forma de pó, porém nem todos atendem às características necessárias para a fabricação de peças. Os metais mais utilizados para a produção de pó na fabricação de peças são cobre e ferro. Variações de bronze de cobre são usadas para mancais porosos e bronze para peças de máquinas de pequeno porte. Também se começa a usar outros pós de níquel, prata, tungstênio e alumínio.

Existem diferentes formas de produção de pós metálicos, dependendo das características físicas e químicas dos metais utilizados:

• Usinagem e Moagem: Processos de usinagem e moagem são utilizados principalmente para a produção de pó de magnésio. No processo de moagem, o material é esmagado com moinhos rotativos, rolos de gravação e quebra de metais. Por este método, materiais frágeis podem ser reduzidos a partículas irregulares de qualquer finura.
• Processo de Shot: Consiste em esvaziar o metal derretido em uma peneira e resfriá-lo em água. Neste processo, são obtidas partículas esféricas ou em forma de pera. A maioria dos metais pode ser submetida a este processo, mas o tamanho das partículas é geralmente muito grande.
• Atomização (Spray): Consiste em pulverizar o metal e resfriá-lo no ar ou na água. É um excelente método para a produção de pó de quase todos os metais de baixo ponto de fusão, como chumbo, alumínio, zinco e estanho.
• Granulação: Alguns metais podem ser transformados em pó com uma agitação rápida enquanto o metal está frio.
• Eletrodeposição: Outro processo para a produção de ferro, prata e alguns outros metais é a eletrodeposição. Consiste na imersão do metal a ser pulverizado, como ânodos, em banheiras com tanques eletrolíticos que atuam como cátodos. O ferro ou metal em pó move-se em direção ao cátodo, depositando-se como um pó fino que pode ser facilmente utilizado.

Pós Especiais

• Pós Pré-ligados: A produção de um pó pré-ligado com outro metal melhora consideravelmente as propriedades das peças, em comparação com as obtidas a partir de metais puros. Uma vantagem desses pós é que exigem temperaturas mais baixas para sua produção e combinam as propriedades dos dois metais, resultando em características semelhantes às obtidas por fundição.
• Pós Revestidos: Os pós podem ser revestidos com certos componentes ao passar por um gás transportador. Cada partícula é uniformemente revestida e, ao ser sinterizada, adquire as propriedades do revestimento. Isto permite o uso de pó mais barato.

Conformação

Consiste na ação de comprimir o pó em um recipiente para obter a forma desejada da peça a ser produzida. Existem vários métodos de conformação, aqui estão alguns:

• Prensagem: Os pós são prensados em moldes de aço para formar a peça necessária. A pressão varia entre 20 e 1400 MPa. Pós plásticos não requerem altas pressões, ao contrário dos mais duros. A maioria das prensas concebidas para outras finalidades pode ser utilizada para a produção de peças de pó. Podem ser usadas prensas hidráulicas, mas é mais comum o uso das mecânicas devido à sua alta capacidade de produção.
• Compactação Centrífuga: Os moldes são preenchidos com metal em pó pesado e, em seguida, centrifugados para obter pressões de até 3 MPa. Com este método, obtém-se um produto com densidade uniforme devido à força centrífuga em cada partícula de pó. Mais tarde, as peças são retiradas dos moldes e sinterizadas, adquirindo assim a dureza final.
• Conformação por Vazamento: Peças de tungstênio, molibdênio e outros pós são às vezes feitas por compactação por vazamento. Este processo envolve a criação de uma pasta com o pó metálico a ser utilizado, que é vertida em um molde de gesso. Como o molde de gesso é um material poroso, ele drena gradualmente a água, deixando uma camada contínua de material metálico. Após tempo suficiente para obter uma camada espessa, as peças são sinterizadas normalmente. Para objetos ocos, este procedimento é muito útil.

Extrusão

Para a produção de peças longas a partir de pós metálicos, utiliza-se o processo de extrusão. Os métodos utilizados para esse processo dependem das características do pó: alguns são extrudados a frio com um ligante, e outros são aquecidos à temperatura de extrusão. Geralmente, o pó é compactado em lingote e, em seguida, aquecido e sinterizado antes de passar para a prensa de extrusão.

Compactação por Explosivos

Como o nome indica, a força necessária para compactar um pó em um molde apropriado pode ser o resultado de uma explosão. O procedimento é simples e, ainda que econômico, é perigoso e seu controle não pode ser inteiramente satisfatório.

Sinterização

É o processo pelo qual, com o aumento da temperatura, partículas de corpos sólidos são unidas por forças atômicas. Com a aplicação de calor, as partículas são pressionadas ao seu contato mínimo e a eficácia das reações de superfície aumenta. Durante o processo, a plasticidade dos grãos aumenta e produz um melhor intertravamento mecânico pela formação de um leito fluidizado. Qualquer gás presente que interfira na união é expulso. As temperaturas para sinterização são inferiores à temperatura de fusão do pó principal na mistura utilizada.

Existe uma vasta gama de temperaturas de sinterização. As seguintes têm-se mostrado satisfatórias:

• Ferro: 1095 °C
• Aço Inoxidável: 1180 °C
• Cobre: 870 °C
• Carboneto de Tungstênio: 1480 °C

O tempo de sinterização varia entre 20 e 40 minutos.

Vantagens e Limitações da Metalurgia do Pó

Vantagens

• A produção de sinterizados, mancais porosos e camadas bimetálicas moldadas só pode ser realizada através deste processo.
• Porosidade controlada.
• Pequenas tolerâncias e acabamento superficial de alta qualidade.
• Devido à qualidade e pureza do pó, podem-se obter peças de alta pureza.
• Nenhuma perda de material.
• Não exigem operadores altamente treinados.

Limitações

1. Os pós são caros e difíceis de armazenar.
2. O custo do equipamento para a produção de pó é alto.
3. Alguns produtos podem ser produzidos mais economicamente por outros procedimentos.
4. É difícil fabricar produtos com desenhos intrincados.
5. Existem algumas dificuldades no processo de sinterização térmica, principalmente com materiais de baixo ponto de fusão.
6. Alguns pós finos apresentam perigo de explosão, como alumínio, magnésio, zircônio e titânio.
7. É difícil fabricar produtos com alta densidade uniforme.

Alguns Produtos Fabricados por Este Processo

• Filtros Metálicos
• Carbonetos Cimentados
• Engrenagens e rotores para bombas
• Motores de limpador
• Rolamentos Porosos
• Ímãs
• Contatos Elétricos