Telecurso 2000 - Processos de Fabricação - 65proc

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A metalurgia do pó, tambØm chamada sinterizaçªosinterizaçªosinterizaçªosinterizaçªosinterizaçªo, Ø o ramo da indœstria metalœrgica que se dedica à produçªo de peças a partir de pós metÆlicos e nªo-metÆlicos.

Embora pesquisas arqueológicas mostrem que o homem jÆ produzia armas, lanças e ferramentas a partir de aglomerados de ferro, hÆ cerca de 6000 anos a.C., somente no sØculo XIX foram dados os primeiros passos para o desenvolvimento da moderna metalurgia do pó.

O ano de 1829 representa um marco na história da metalurgia do pó, pois data desse período a produçªo de peças de platina maleÆvel, material que atØ entªo nªo podia ser processado por fundiçªo normal, em razªo do seu alto ponto de fusªo (cerca de 1.775°C).

No início do sØculo X, foram desenvolvidos processos para obtençªo de peças de tungstŒnio e de molibdŒnio por sinterizaçªo. Mas a produçªo só se expandiu mesmo após a Segunda Guerra Mundial, para atender à demanda da florescente indœstria automobilística.

Hoje sªo inœmeras as aplicaçıes industriais de peças produzidas por sinterizaçªo. Esta tecnologia, comparada à metalurgia convencional, tornou-se competitiva tanto por razıes tecnológicas quanto por razıes econômicas. Onde for preciso produzir grandes quantidades de peças, de formas complexas, sempre haverÆ espaço para a metalurgia do pó.

Se vocŒ quiser saber mais sobre a metalurgia do pó, estudar os assuntos desta aula serÆ um bom caminho. VocŒ ficarÆ conhecendo as etapas do processo de produçªo baseado na metalurgia do pó, poderÆ analisar as vantagens e desvantagens desta tecnologia e descobrirÆ suas principais aplicaçıes.

Por que utilizar a metalurgia do pó

Observe, com atençªo, as peças a seguir. VocŒ consegue imaginar quantas operaçıes seriam necessÆrias para produzi-las pelos processos convencionais de usinagem? É capaz de avaliar quanto cavaco seria gerado? Acha que seria

Metalurgia do pó Nossa aula

AULApossível produzir 2.0 peças iguais a qualquer uma dessas, por dia? Quantas pessoas e mÆquinas seriam necessÆrias para dar conta da encomenda?

A metalurgia do pó Ø uma alternativa que torna possível esta produçªo com uma œnica prensa e um operador, com o mÆximo aproveitamento da matØria-prima.

Essa tecnologia baseia-se na prensagem de pós em moldes metÆlicos e consolidaçªo da peça por aquecimento controlado. O resultado Ø um produto com a forma desejada, bom acabamento de superfície, composiçªo química e propriedades mecânicas controladas.

A seguir, vocŒ ficarÆ conhecendo mais detalhes sobre as etapas do processo da metalurgia do pó.

Etapas do processo

O processo de produçªo da metalurgia do pó envolve trŒs etapas fundamentais: a obtençªo dos pós, a compactaçªo e a sinterizaçªo propriamente dita.

Obtençªo do póObtençªo do póObtençªo do póObtençªo do póObtençªo do pó O tamanho, a forma e a distribuiçªo dos grªos sªo características importantes na produçªo de peças sinterizadas e variam conforme o mØtodo de obtençªo do pó. Os mØtodos de obtençªo podem ser mecânico, químico, físico e físicoquímico. Dependendo das características desejadas do grªo, mais de um mØtodo pode ser empregado sucessivamente.

Um dos mØtodos físicos mais usados Ø a atomizaçªo atomizaçªo atomizaçªo atomizaçªo atomizaçªo.

O metal fundido Ø vazado por um orifício, formando um filete líquido que Ø “bombardeado” por jatos de ar, de gÆs ou de Ægua.

Esses jatos saem de bocais escolhidos de acordo com o formato de grªo desejado e produzem a pulverizaçªo do filete de metal fundido e seu imediato resfriamento.

Depois, o pó Ø recolhido, reduzidoreduzidoreduzidoreduzidoreduzido, peneirado e estÆ pronto para ser usado.

A espessura do filete, a pressªo do fluido utilizado, as formas do conjunto de atomizaçªo, a configuraçªo do bocal de atomizaçªo e o tipo de atomizaçªo determinam o tamanho e forma das partículas do material pulverizado.

Um mØtodo físico-químico utilizado, principalmente para a produçªo de pós de cobre, Ø a eletróliseeletróliseeletróliseeletróliseeletrólise. O metal, na forma sólida, Ø colocado num tanque e dissolvido numa soluçªo eletrolítica, na qual passa uma corrente elØtrica.

Tipos de bocais de atomização

Reduzido:

Submetido a reação química em que o átomo recebe elétrons de outros átomos, pela ação de um agente redutor que pode ser sólido ou gasoso. Eletrólise: reação não espontânea que produz a decomposição de uma substância, em solução aquosa ou fundida, por meio de corrente elétrica.

AULAOs pós obtidos por esse processo apresentam elevado grau de pureza.

Depois de recolhida do tanque de eletrólise, a massa de pó, em forma de lama, Ø neutralizada, secada , reduzida e classificada por peneiramento. Para obtençªo de grªos menores, este processo Ø complementado por mØtodos mecânicos.

Podem ser obtidos tambØm por meio da pirólise pirólise pirólise pirólise pirólise, um mØtodo físico- físico- físico- físico- físicoquímico químico químico químico químico que consiste na decomposiçªo de uma substância por açªo do calor.

Entre os mØtodos mecânicosmØtodos mecânicosmØtodos mecânicosmØtodos mecânicosmØtodos mecânicos para obtençªo de pós, um dos mais usados Ø a moagemmoagemmoagemmoagemmoagem. Em geral, ela Ø feita num equipamento chamado moinho de bolas, que consiste num tambor rotativo contendo esferas metÆlicas de material resistente ao desgaste. Quando o tambor gira, as esferas chocam-se umas contra as outras, desintegrando gradativamente o material que se encontra no interior do tambor.

Os pós podem ser obtidos tambØm por mØtodos químicosmØtodos químicosmØtodos químicosmØtodos químicosmØtodos químicos, como a corrosªocorrosªocorrosªocorrosªocorrosªo, que produz a oxidaçªo do metal pelo ataque de Æcidos ou bases, ou a reduçªoreduçªoreduçªoreduçªoreduçªo de óxidos metÆlicos pelo emprego de hidrogŒnio ou monóxido de carbono.

CompactaçªoCompactaçªoCompactaçªoCompactaçªoCompactaçªo Nesta etapa, uma quantidade predeterminada de pó Ø colocada na cavidade de uma matriz montada em uma prensa de compressªo, que pode ser mecânica ou hidrÆulica. A compactaçªo ocorre por deslocamentos simultâneos dos punçıes superior e inferior, à temperatura ambiente. Veja abaixo a seqüŒncia dessa operaçªo.

Nos primeiros movimentos do punçªo superior e do punçªo inferior, a compactaçªo causa apenas o adensamento do pó, sem deformaçªo das partículas e sem produzir adesªo entre elas. Se o processo for interrompido, o pó nªo manterÆ uma forma com contornos definidos.

O aumento da pressªo provocarÆ deformaçªo plÆstica das partículas.

As partes mais finas de cada partícula sofrerªo deformaçªo ou quebra, que favorece o entrelaçamento dos grªos, produzindo uma espØcie de “solda fria”.

Com o aumento da compressªo, o atrito do material contra as paredes da matriz e a fricçªo interna das partículas elevam a densidade do material aos valores desejados.

moinho de bolas punção superior punção inferior matriz zona neutra

AULAApós a compactaçªo, a peça Ø chamada de “compactado verde”. A consistŒncia do compactado verde faz lembrar a de uma paçoca de amendoim, que deve

ser manuseada com cuidado para nªo se quebrar. A densidade e a resistŒncia sªo duas características importantes nesta etapa, pois influenciam as propriedades mecânicas da peça final.

Atençªo: cuidado com a “zona neutra”!Atençªo: cuidado com a “zona neutra”!Atençªo: cuidado com a “zona neutra”!Atençªo: cuidado com a “zona neutra”!Atençªo: cuidado com a “zona neutra”!

A zona neutrazona neutrazona neutrazona neutrazona neutra Ø a regiªo do compactado verde em que as partículas menos sofreram a açªo das forças de compactaçªo. Dependendo da geometria da peça, a localizaçªo da zona neutra torna inviÆvel a produçªo de uma peça por sinterizaçªo, pois nªo se consegue, em torno dessa zona, um grau de compactaçªo compatível com as outras regiıes da peça.

SinterizaçªoSinterizaçªoSinterizaçªoSinterizaçªoSinterizaçªo Esta Ø a etapa de consolidaçªo final da peça. A massa de partículas, na forma de compactado verde ou confinada em moldes, Ø aquecida a temperaturas altas, mas abaixo do ponto de fusªo do metal basemetal basemetal basemetal basemetal base, sob condiçıes controladas de temperatura, velocidade de aquecimento e resfriamento, tempo de permanŒncia e atmosfera.

A sinterizaçªo Ø feita, normalmente, em fornos contínuos, caracterizados por trŒs zonas de operaçªo: preaquecimento, manutençªo da temperatura e resfriamento. A figura a seguir mostra uma vista esquemÆtica de um forno desse tipo.

Nesta etapa, ocorre a ligaçªo química e metalœrgica das partículas do pó, o que reduz ou atØ mesmo elimina a porosidade existente no compactado verde. Este passa a formar um corpo coerente, que apresenta as propriedades típicas dos produtos sinterizados.

deformaçªodo compactado, que se contrai, poden-

Na sinterizaçªo ocorre, normalmente, uma do chegar a uma reduçªo de 40% do seu volume inicial ou a uma reduçªo linear de cerca de 16%.

Metal base: é o metal principal do processo e determina as características básicas do produto final.

AULA Operaçıes complementares

Depois da sinterizaçªo, a peça ainda pode passar por processos de recompressªorecompressªorecompressªorecompressªorecompressªo, tratamentos tØrmicostratamentos tØrmicostratamentos tØrmicostratamentos tØrmicostratamentos tØrmicos e usinagemusinagemusinagemusinagemusinagem, ou ser imediatamente utilizada.

A recompressªorecompressªorecompressªorecompressªorecompressªo Ø necessÆria para garantir tolerâncias apertadas, rugosidade prevista etc. Deve ser feita quando, durante a sinterizaçªo, a deformaçªo da peça ultrapassa os limites estabelecidos.

Atençªo!Atençªo!Atençªo!Atençªo!Atençªo!

Pastilhas de metal duro nªo devem ser recomprimidas. Havendo deformaçªo, devem ser lapidadas ou retificadas.

Peças sinterizadas podem ser tratadas termicamentetratadas termicamentetratadas termicamentetratadas termicamentetratadas termicamente, do mesmo modo que as peças metÆlicas convencionais. Em tratamentos tØrmicos que conferem dureza apenas à camada superficial da peça, como a cementaçªo e a nitretaçªo, a densidade Ø um fator importante na difusªo dos gases atravØs dos seus poros. Pode ocorrer o endurecimento total da peça.

A usinagem de peças deve ser feita, sempre que for impossível conseguir a configuraçªo geomØtrica ideal da peça diretamente nas matrizes e machos de compactaçªo. É o caso de furos transversais, sangrias, roscas, reentrâncias transversais internas ou externas etc., como mostra a figura ao lado.

Principais aplicaçıes

Filtros sinterizadosFiltros sinterizadosFiltros sinterizadosFiltros sinterizadosFiltros sinterizados Uma das primeiras aplicaçıes da tecnologia da metalurgia do pó se deu na fabricaçªo de filtros sinterizadosfiltros sinterizadosfiltros sinterizadosfiltros sinterizadosfiltros sinterizados. Esses elementos filtrantes sªo formados por camadas superpostas de partículas arredondadas ou esfØricas de pós metÆlicos, com diferentes tamanhos de grªos. A superposiçªo das camadas de grªos forma um conjunto de “malhas” que se interceptam, dando porosidade ao material.

Os filtros sinterizados sªo bastante usados nas atividades industriais que ocorrem em altas temperaturas e requerem elevadas resistŒncias mecânica e química. Sªo aplicados na filtragem de gases, líquidos, óleos combustíveis e minerais. Sªo tambØm utilizados como abafadores de ruído e vÆlvula cortachamas .

Carboneto metÆlicoCarboneto metÆlicoCarboneto metÆlicoCarboneto metÆlicoCarboneto metÆlico O carboneto metÆlico, tambØm chamado de metal duro, Ø o mais conhecido produto da metalurgia do pó. Tem importância fundamental no campo das ferramentas de corte, peças de desgaste e brocas para perfuraçªo de rochas. Nessas ferramentas, o metal duro Ø adaptado nas partes cortantes, na forma de pastilha.

AULAEssas pastilhas possuem elevada dureza (quase igual à do diamante) e suportam temperaturas de atØ

1.000°C sem sofrer perda de corte.

O metal duro pode ser produzido a partir do pó de tungstŒnio (W) puro, misturado ao pó de carbono (C) em proporçıes cuidadosamente controladas para garantir a correta composiçªo. Na sinterizaçªo, esta mistura Ø levada a uma temperatura de cerca de 1.700°C, que provoca a uniªo do tungstŒnio e do carbono, dando origem às partículas duras do metal duro, representadas pelos carbonetos de tungstŒnio (WC).

O carboneto de tungstŒnio dissolve-se facilmente em cobalto (Co), o qual

Ø adicionado à mistura, atuando como metal ligante. O resultado final combina as propriedades da partícula dura (resistŒncia ao desgaste) com as propriedades do metal ligante (tenacidade).

Mancais autolubrificantesMancais autolubrificantesMancais autolubrificantesMancais autolubrificantesMancais autolubrificantes Uma das características da sinterizaçªo Ø possibilitar o controle da porosidade do produto final. Esta característica Ø particularmente importante na produçªo de mancais autolubrificantes. A porosidade existente no mancal pode ser preenchida com óleo, para garantir uma lubrificaçªo permanente entre o eixo e o mancal.

A metalurgia do pó veio para ficar

A sinterizaçªo Ø um processo em que a economia de material Ø levada ao extremo, com mínimas perdas de matØria-prima. Certas ligas podem ser obtidas pela metalurgia do pó a custos muitas vezes inferiores do que se fossem produzidas pela metalurgia convencional.

A possibilidade de conjugar peças simples e partes sinterizadas tambØm representa um importante fator de economia de custos, com preservaçªo de qualidade do produto final.

O controle exato da composiçªo química desejada do produto final, a reduçªo ou eliminaçªo das operaçıes de usinagem, o bom acabamento de superfície, a pureza dos produtos obtidos e a facilidade de automaçªo do processo produtivo sªo alguns dos motivos que tornaram a metalurgia do pó uma fonte produtora de peças para praticamente todos os ramos da indœstria, como o automobilístico, o de informÆtica, o aeroespacial, o de material eletroeletrônico, o de equipamentos e implementos agrícolas, o tŒxtil e tantos outros.

Entretanto, algumas limitaçıes ainda nªo superadas tornam a metalurgia do pó uma soluçªo inviÆvel em algumas situaçıes.

A peça tem de ser extraída de uma matriz. Isso dificulta a produçªo de peças com certas características geomØtricas, jÆ citadas anteriormente (rasgos transversais), que devem ser obtidas por usinagem posterior.

AULAO custo de produçªo do ferramental (matriz e macho) Ø muito elevado. Por isso, só se justifica a escolha desse processo quando o volume de produçªo requerido for muito grande.

A maioria das peças sinterizadas pesa menos de 2,5 kg. Peças maiores, com atØ 15 kg, podem ser fabricadas. PorØm, o tamanho da peça Ø um limitador importante, uma vez que as potŒncias de compactaçªo sªo proporcionais à Ærea da seçªo transversal das peças. Grandes peças exigem mÆquinas de elevada potŒncia de compactaçªo, muitas vezes acima das opçıes disponíveis.

Talvez vocŒ nªo tenha se dado conta, mas Ø provÆvel que jÆ venha utilizando peças sinterizadas em muitos dos equipamentos e dispositivos que usa no diaa-dia. Fazer uma pesquisa para descobrir atØ que ponto a metalurgia do pó faz parte da sua vida poderÆ ser uma maneira interessante de conhecer e avaliar, na prÆtica, as características dos produtos sinterizados. E, para consolidar os conhecimentos obtidos nesta aula, resolver os exercícios a seguir serÆ uma boa idØia.

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