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¿Qué es la metalurgia de polvos? Definición

La metalurgia de polvos (PM) es una rama de la metalurgia en crecimiento y en rápida evolución basada en la producción de materiales en forma de polvos metálicos y la fabricación de piezas a partir de estos materiales.

La metalurgia de polvos (PM) es una rama de la metalurgia en crecimiento y en rápida evolución basada en la producción de materiales en forma de polvos metálicos y la fabricación de piezas a partir de estos materiales. Los procesos de pulvimetalurgia pueden evitar, o reducir en gran medida, la necesidad de utilizar procesos de remoción de metal, lo que reduce drásticamente las pérdidas de rendimiento en la fabricación y, a menudo, resulta en costos más bajos. El mercado principal del polvo metálico es el de piezas complejas fabricadas con diversas tecnologías de PM.

La pulvimetalurgia también se utiliza para hacer que los materiales únicos sean imposibles de obtener por fusión o formación de otras formas. Por ejemplo, el carburo de tungsteno (WC), que se utiliza ampliamente en la minería en brocas para perforación de roca con martillo en cabeza, martillos de fondo de pozo y muchas más aplicaciones, se fabrica mediante pulvimetalurgia.

Los polvos de metales y aleaciones también se fabrican en piezas por varias razones. Lo más importante es que las partes de formas complejas, tolerancias estrechas, densidad controlada y propiedades controladas (y a menudo inusuales) pueden producirse mediante métodos de PM. La capacidad de conformado de alta precisión de PM genera componentes con una forma casi neta, características intrincadas y piezas de buena precisión dimensional que a menudo se terminan sin necesidad de mecanizado. El método más común de producción de piezas de PM es el proceso de dos pasos de:

Compactación de polvo (presionando). El polvo se mezcla en las proporciones elementales deseadas para la aleación resultante y se agrega un aglutinante para ayudar a la fluidez del polvo en el proceso de formación. El polvo formulado se compacta para acercar las partículas de polvo para fomentar la unión. La compactación de los polvos metálicos se realiza en una matriz rígida a alta presión (típicamente alrededor de 135 a 680 Mpa). La masa compactada de polvos se conoce como un compacto verde (sin sinterizar) .
Sinterización. Después de la compactación de un compacto verde, los materiales en polvo se calientan en una atmósfera controlada en un proceso conocido como sinterización. Durante la sinterización, los polvos metálicos compactados se unen o sinterizan mediante calentamiento en un horno a una temperatura que suele estar por debajo del punto de fusión del constituyente principal. La sinterización de metales en polvo es un proceso en el que las partículas bajo presión se unen químicamente a sí mismas para formar una forma coherente cuando se exponen a una temperatura elevada. Este proceso se conoce como sinterización en estado sólido. Si la temperatura está por encima del punto de fusión de un componente en la pieza de metal en polvo, el líquido de las partículas fundidas llena los poros. Este tipo de sinterización se conoce como sinterización en estado líquido. El tiempo y la temperatura de sinterización son los factores más importantes desde una perspectiva práctica, siendo la temperatura la variable más importante. Durante este proceso, se incrementan una serie de características que incluyen la resistencia, ductilidad, tenacidad y conductividad eléctrica y térmica del material. Si diferentes polvos elementales son compactos y sinterizados, el material se formaría en aleaciones y fases intermetálicas.

También existen otros métodos de compactación de polvo, como el moldeo por inyección de metal y las técnicas de compactación a alta temperatura (como el prensado isostático en caliente y el forjado en polvo) que consolidan los polvos metálicos a densidades más altas que se acercan o igualan a las de los productos forjados.

La fabricación de piezas mediante métodos PM tiene varias ventajas que incluyen:

Producción de piezas con microestructura y distribución de elementos de aleación más uniformes. Los productos son más predecibles en su comportamiento en una amplia gama de aplicaciones.
La capacidad de conformado de alta precisión de permite la producción de piezas con forma de red o dimensiones de forma casi neta (reduciendo así la necesidad de mecanizado)
Flexibilidad en el diseño de componentes
Algunos materiales espaciales (por ejemplo, materiales muy duros) solo pueden producirse mediante pulvimetalurgia

Las principales desventajas de la pulvimetalurgia radica en el alto costo de los polvos metálicos en comparación con el costo de la materia prima utilizada para fundir o forjar un componente. Además, las piezas de formas grandes o complejas a veces son difíciles de producir mediante el proceso de PM y las piezas tienen menor ductilidad y resistencia que las producidas por forjado.

Materiales para pulvimetalurgia

Los materiales para pulvimetalurgia cubren una amplia gama de aplicaciones. Ejemplos de materiales que se procesan mediante pulvimetalurgia son:

Hierro / acero . Los materiales de metalurgia de polvos ferrosos de baja aleación son predominantes en el sector de piezas estructurales de prensado / sinterizado. En el sector de la automoción, que consume alrededor del 80% de la producción de piezas de PM estructural, la razón para elegir PM es, en la mayoría de los casos, económica. El acero con alto contenido de carbono tiene aproximadamente un 1,25% a un 2,0% de contenido de carbono. Aceros que pueden templarse a gran dureza. Este grado de acero podría usarse para productos de acero duro, como resortes de camiones, herramientas de corte de metal y otros propósitos especiales como cuchillos, ejes o punzones (de uso no industrial). La mayoría de los aceros con más del 2,5% de contenido de carbono se fabrican mediante pulvimetalurgia.
Aceros inoxidables . Los aceros inoxidables también se pueden procesar mediante pulvimetalurgia. Una gama de aceros inoxidables de las series AISI 300 y 400 están disponibles en forma de polvo. Además, muchos tipos de aceros para cuchillas se producen mediante pulvimetalurgia. El grado de acero inoxidable de endurecimiento por precipitación, AISI 17-4 PH, también se utiliza con frecuencia en productos MIM (moldeo por inyección de metal). De todos los grados de acero inoxidable disponibles, el acero 17-4 PH generalmente ofrece la mejor combinación de alta resistencia junto con excelente tenacidad y resistencia a la corrosión. Son tan resistentes a la corrosión como los austeníticos. Los usos comunes se encuentran en la industria aeroespacial y en algunas otras industrias de alta tecnología.
Aleaciones de cobre . Las aleaciones de cobre se pueden procesar como piezas estructurales de PM. Estos pueden usar polvos completamente prealeados o mezclas elementales. Los polvos de bronce se pueden procesar en cojinetes autolubricantes.
Aleaciones de aluminio. Las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio dependen en gran medida de su composición de fases y microestructura. Se puede lograr una alta resistencia, entre otras cosas, mediante la introducción de una fracción de gran volumen de partículas finas de segunda fase distribuidas homogéneamente y mediante un refinamiento del tamaño de grano. La pulvimetalurgia permite preparar materiales de grano fino con mayor solubilidad de sólidos que son precursores favorables para un mayor fortalecimiento de la precipitación. Se utilizó atomización de gas para la preparación de polvos. Hay disponible una gama de polvos de aleación de aluminio para el procesamiento de pulvimetalurgia mediante prensado / sinterización de pulvimetalurgia o MIM. Las aplicaciones del aluminio en la pulvimetalurgia suelen estar impulsadas por aplicaciones aeroespaciales con énfasis en los compuestos de densidad completa como miembros estructurales. La aleación de metal en polvo se basa típicamente en las aleaciones de aluminio de las series 2000 y 6000 y contiene cobre, magnesio y / o silicio. Los componentes estructurales de automoción fabricados con técnicas de PM han experimentado una gran aceptación en las últimas décadas debido a la rentabilidad, las capacidades de alto volumen y el posprocesamiento limitado necesario para las piezas de PM. Muchos componentes del motor se fabrican con PM, como bielas, tapas de levas, poleas de transmisión y dispositivos de sincronización.
Aleaciones de molibdeno . La aleación a base de molibdeno más común es la aleación de titanio-circonio-molibdeno TZM, compuesta de 0,5% de titanio y 0,08% de circonio (el resto es molibdeno). Por lo general, se fabrica mediante procesos de pulvimetalurgia o fundición por arco. La aleación exhibe una mayor resistencia a la fluencia y resistencia a altas temperaturas, lo que hace posibles temperaturas de servicio superiores a 1060°C para el material.
Aleaciones de titanio . El uso de aleaciones de titanio en la pulvimetalurgia ha aumentado constantemente debido a la viabilidad y la reducción de costos de producir piezas de forma casi neta con posprocesamiento limitado. Esto los ha llevado a ser un foco de investigación y desarrollo a nivel mundial. Los polvos de titanio y aleaciones de titanio están disponibles en varias formas. El uso limitado de la pulvimetalurgia de titanio por prensado / sinterizado generalmente ha utilizado polvo de titanio HDH (hidruro-deshidruro). Las propiedades mecánicas del titanio Ti-6Al-4V, como ocurre con otras aleaciones de partículas, dependen de la porosidad, microestructura y contenido de oxígeno dentro de la aleación post-sinterizada y presinterizada. Grado 5 – Ti-6Al-4Ves significativamente más fuerte que el titanio comercialmente puro (grados 1-4) debido a su posibilidad de ser tratado térmicamente. Este grado es una excelente combinación de fuerza, resistencia a la corrosión, soldadura y facilidad de fabricación Es la mejor opción para muchos campos de aplicaciones

References:
Ciencia de los materiales:

Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

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