METALURGIA DE POLVOS

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METALURGIA DE POLVOS

¿Qué es?

Es un proceso de manufactura que a partir de polvos y después de su compactación para darles una forma definida (compactado), se calientan en una atmósfera controlada (sinterizado), para luego obtener una pieza.

SUBPROCESOS

Obtención de polvos

Generalmente se realiza a partir de metales puros, tales como hierro, cobre, estaño, aluminio, níquel y titanio aleaciones como latones, bronces, aceros y aceros inoxidables o polvos pre-aleados. Esta obtención se puede obtener de distintos métodos, tales como: atomización en estado líquido, atomización con electrodo fungible (electrólisis), Reducción de óxidos metálicos, Pulverización mecánica y Condensación de vapores metálicos.

Dosificación de mezcla

Generalmente, para obtener las características requeridas será necesario mezclar polvos de tamaños y composiciones diferentes. Igualmente se puede añadir aditivos que actúen como lubricantes durante el compactado o aglutinantes que incrementen la resistencia del compactado crudo.

Compactación

La mezcla es introducida en un molde de acero o carburo rígido y presionado para obtener la forma deseada. La presión a la cual se somete la mezcla durante esta etapa es de 150–900 MPa. La mezcla debe ser presionada lo suficiente para que soporte la fuerza de la eyección del molde y que pueda ser movida antes del sinterizado. El compactado es una etapa muy importante ya que la forma y las propiedades mecánicas finales de la pieza están fuertemente relacionadas con la densidad al presionar. Por esto, la obtención de buenas densidades en la pieza depende en un alto grado de el diseño de la herramienta que aplica la presión. Las siguientes son consideraciones que se deben tener al diseñar una herramienta para el compactado.

Compatación semi-caliente

La compactación semi-caliente nos permite aumentar la densidad del compactado considerablemente con un costo extra muy bajo. Este método utiliza la maquinaria y el polvo metálico que se usa en el proceso convencional. Lo único que requiere es que la mezcla, el molde y toda la herramienta utilizada para la compactación sea calentada a una temperatura de 130o – 1500C. Un lubricante que permite bajar su porcentaje en peso en la mezcla a sólo 0.6 % fue desarrollado para poder realizar la compactación semi-caliente. Además existe un incremento significativo en la fuerza del compactado, reduciendo así los riesgos de daño en su manejo. Al usar este método y una vez la pieza es sinterizada la resistencia de la pieza es incrementada más o menos en un 10% y consigue un cambio dimensional casi de cero.

Torerancia

Aunque la pieza hecha por presión puede tener una calidad de tolerancias dimensionales muy alta, estas se pueden ver afectadas por la etapa de sinterización. Una nueva etapa de compactación puede servir para mejorar los niveles de las tolerancias dimensiónales. Fuera de las etapas del proceso normal, los tratamientos térmicos pueden llevar a drásticos cambios en las dimensiones. Por esto hay que tener conciencia, al diseñar el proceso, de los tratamientos térmicos y del uso final de la pieza.

Sinterizado

Consiste en el calentamiento en horno de mufla con atmósfera controlada a una temperatura en torno al 75% de la de fusión. En general, los hornos son continuos con tres cámaras.

Operaciones de acabado

Acuñado: Prensado posterior al sinterizado para reducir las tolerancias dimensionales de la pieza y obtener un mejor acabado superficial.

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.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Ventajas:

No se desperdicia material, Precisión dimensional y buen acabado, Tiempo de fabricación corto y costos reducidos, Piezas imposibles por otros medios.
La producción de carburos sinterizados, cojinetes porosos y bimetálicos de capas moldeadas, sólo se puede producir por medio de este proceso.
Porosidad controlada
Tolerancias reducidas y acabado superficial de alta calidad
Por la calidad y pureza de los polvos producidos, se pueden obtener también piezas de alta pureza.
No se requieren operarios con alta capacitación

Desventajas:

Elevado costo de las matrices de compactado, Características mecánicas inferiores debido a la porosidad del material, Limitaciones de diseño: sección uniforme en la dirección de compactado, esbeltez limitada.
Los polvos son caros y difíciles de almacenar
El costo del equipo para la producción de los polvos es alto
Algunos productos pueden fabricarse por otros procedimientos más económicamente
Es difícil hacer productos con diseños complicados
Existen algunas dificultades térmicas en el proceso de sinterizado, especialmente con los materiales de bajo punto de fusión.
Algunos polvos de granos finos presentan riesgo de explosión, como aluminio, magnesio, zirconio y titanio.
Es difícil fabricar productos uniformes de alta densidad.