O que é Metalurgia do Pó – Definição

A metalurgia do pó (PM) é um ramo da metalurgia em crescimento e em rápida evolução, baseado na produção de materiais na forma de pós metálicos e na fabricação de peças a partir desses materiais. Os processos de metalurgia do pó podem evitar ou reduzir bastante a necessidade de usar processos de remoção de metal, reduzindo assim drasticamente as perdas de rendimento na fabricação e, muitas vezes, resultando em custos mais baixos. O principal mercado de pó de metal é para peças complexas fabricadas por várias tecnologias de PM.

A metalurgia do pó também é usada para tornar materiais únicos impossíveis de se fundir ou formar de outras maneiras. Por exemplo, carboneto de tungstênio (WC), que é usado extensivamente na mineração em brocas de perfuração de rocha, martelos de fundo de poço e muitas outras aplicações, é feito por metalurgia do pó.

Pós de metais e ligas também são transformados em peças por vários motivos. Mais importante ainda, peças de formas complexas, tolerâncias estreitas, densidade controlada e propriedades controladas (e muitas vezes incomuns) podem ser produzidas por métodos de PM. A capacidade de conformação de alta precisão do PM gera componentes com formato quase líquido, recursos intrincados e peças de boa precisão dimensional geralmente são acabadas sem a necessidade de usinagem. O método mais comum de produção de peças PM é o processo de duas etapas de:

• Compactação do pó (por prensagem). O pó é misturado nas proporções elementares desejadas para a liga resultante e um aglutinante é adicionado para auxiliar na fluidez do pó no processo de conformação. O pó formulado é compactado para aproximar as partículas de pó para estimular a união. A compactação dos pós metálicos é realizada em uma matriz rígida sob alta pressão (normalmente em torno de 135 a 680 MPa). A massa compactada de pós é referida como um compacto verde (não sinterizado).
• Sinterização. Após a compactação de um compacto verde, os materiais em pó são aquecidos em atmosfera controlada em um processo conhecido como sinterização. Durante a sinterização, os pós metálicos compactados são ligados ou sinterizados por aquecimento em um forno a uma temperatura que geralmente está abaixo do ponto de fusão do constituinte principal. A sinterização de metais em pó é um processo no qual partículas sob pressão se ligam quimicamente a si mesmas para formar uma forma coerente quando expostas a altas temperaturas. Este processo é conhecido como sinterização em estado sólido. Se a temperatura estiver acima do ponto de fusão de um componente na peça metálica em pó, o líquido das partículas fundidas preenche os poros. Este tipo de sinterização é conhecido como sinterização em estado líquido. O tempo e a temperatura de sinterização são os fatores mais significativos do ponto de vista prático, sendo a temperatura a variável mais importante. Durante esse processo, várias características são aumentadas, incluindo resistência, ductilidade, tenacidade e condutividade elétrica e térmica do material. Se diferentes pós elementares forem compactos e sinterizados, o material formará ligas e fases intermetálicas.

Existem também outros métodos de compactação de pó, como moldagem por injeção de metal e técnicas de compactação de alta temperatura (como prensagem isostática a quente e forjamento de pó) que consolidam pós de metal em densidades mais altas que se aproximam ou se igualam às dos produtos forjados.

A fabricação de peças por métodos PM tem várias vantagens que incluem:

• Produzindo peças com microestrutura e distribuição de elementos de liga mais uniformes. Os produtos são mais previsíveis em seu comportamento em uma ampla gama de aplicações.
• A capacidade de conformação de alta precisão permite a produção de peças com dimensões netshape ou quase net-shape (reduzindo assim a necessidade de usinagem)
• Flexibilidade no design de componentes
• Alguns materiais espaciais (por exemplo, materiais muito duros) podem ser produzidos apenas por metalurgia do pó

As principais desvantagens da metalurgia do pó residem no alto custo dos pós metálicos em comparação com o custo da matéria-prima usada para fundir ou forjar um componente. Às vezes, peças grandes ou com formas complexas são difíceis de produzir pelo processo de PM e as peças têm menor ductilidade e resistência do que aquelas produzidas por forjamento.

Materiais para Metalurgia do Pó

Os materiais para metalurgia do pó abrangem uma ampla gama de aplicações. Exemplos de materiais, que são processados ​​via metalurgia do pó, são:

• Ferro/aço. Os materiais de metalurgia de pós ferrosos de baixa liga são predominantes no setor de peças estruturais Press/Sinter. No setor automotivo, que consome cerca de 80% da produção de peças PM estruturais, o motivo da escolha do PM é, na maioria das vezes, econômico. O aço de ultra-alto teor de carbono tem aproximadamente 1,25–2,0% de teor de carbono. Aços que podem ser temperados a grande dureza. Este tipo de aço pode ser usado para produtos de aço duro, como molas de caminhão, ferramentas de corte de metal e outros fins especiais, como facas, eixos ou punções (para fins não industriais). A maioria dos aços com mais de 2,5% de teor de carbono é feita usando metalurgia do pó.
• Aços inoxidáveis. Os aços inoxidáveis ​​também podem ser processados ​​via metalurgia do pó. Uma variedade de aços inoxidáveis ​​das séries AISI 300 e 400 está disponível na forma de pó. Além disso, muitos tipos de aços de lâmina são produzidos por metalurgia do pó. O grau de aço inoxidável endurecido por precipitação AISI 17-4 PH também é frequentemente usado em produtos MIM (moldagem por injeção de metal). De todos os tipos de inoxidáveis ​​disponíveis, o aço 17-4 PH geralmente oferece a maior combinação de alta resistência aliada a excelente tenacidade e resistência à corrosão. Eles são tão resistentes à corrosão quanto os graus austeníticos. Os usos comuns são na indústria aeroespacial e em algumas outras indústrias de alta tecnologia.
• Ligas de cobre. As ligas de cobre podem ser processadas como peças estruturais PM. Estes podem usar pós totalmente pré-ligados ou misturas elementares. Os pós de bronze podem ser processados ​​em rolamentos autolubrificantes.
• Ligas de Alumínio. As propriedades mecânicas das ligas de alumínio dependem muito de sua composição de fase e microestrutura. A alta resistência pode ser alcançada, entre outras coisas, pela introdução de uma fração de alto volume de partículas finas de segunda fase distribuídas homogeneamente e por um refinamento do tamanho do grão. A metalurgia do pó permite preparar materiais de granulação fina com maior solubilidade sólida, que são precursores favoráveis ​​para posterior fortalecimento da precipitação. A atomização a gás foi utilizada para a preparação de pós. Uma variedade de pós de liga de alumínio está disponível para processamento de metalurgia do pó por prensagem/metalurgia do pó de sinterização ou MIM. s aplicações de alumínio na metalurgia do pó são normalmente conduzidas por aplicações aeroespaciais com ênfase em compósitos de densidade total como membros estruturais. A liga de metal em pó é tipicamente baseada nas ligas de alumínio das séries 2000 e 6000 e contém cobre, magnésio e/ou silício. Componentes automotivos estruturais fabricados usando técnicas de PM tiveram uma grande aceitação nas últimas décadas devido à eficiência de custos, recursos de alto volume e pós-processamento limitado necessário para peças de PM. Muitos componentes do motor são fabricados usando PM, como bielas, tampas de came, polias de acionamento e dispositivos de sincronização.
• Ligas de Molibdênio. A liga à base de molibdênio mais comum é a liga de titânio-zircônio-molibdênio TZM, composta de 0,5% de titânio e 0,08% de zircônio (sendo o restante molibdênio). É tipicamente fabricado por processos de metalurgia do pó ou fundição a arco. A liga apresenta maior resistência à fluência e resistência a altas temperaturas, possibilitando temperaturas de serviço acima de 1060 °C para o material.
• Ligas de titânio. O uso de ligas de titânio na metalurgia do pó tem aumentado constantemente devido à viabilidade e redução de custos de produção de peças com formato próximo ao final com pós-processamento limitado. Isso os levou a ser um foco de pesquisa e desenvolvimento em todo o mundo. Os pós de titânio e ligas de titânio estão disponíveis em várias formas. O uso limitado de metalurgia de pó de titânio prensado/sinterizado geralmente usa pó de titânio HDH (hidreto-deidrido). As propriedades mecânicas do titânio Ti-6Al-4V, assim como outras ligas PM, dependem da porosidade, microestrutura e teor de oxigênio dentro da liga pós-sinterizada e pré-sinterizada. Grau 5 – Ti-6Al-4V é significativamente mais forte do que o titânio comercialmente puro (graus 1-4) devido à sua possibilidade de ser tratado termicamente. Esta classe é uma excelente combinação de força, resistência à corrosão, solda e capacidade de fabricação É a escolha principal para muitos campos de aplicações

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Veja acima:
Metalurgia