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• Carlos A. Camargo Solano

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METALURGIA DE POLVOS La METALURGÍA DE POLVOS CONSISTE en comprimir el polvo para darle una forma deseada y calentarlo para causar la unión o enlace de las partículas del metal. VENTAJAS: 1. 2. 3. 4. 5.

Es económico cuando se produce a escala media o alta. La pieza se produce masivamente en forma neta o casi neta. Poco desperdicio de material. Tolerancias de mom 3 mm Poder generar mezcla combinada con varias aleaciones.

DESVENTAJAS: 1. Los polvos, maquinarias y herramientas son costosos. 2. Dificultades de almacenamiento. 3. PRODUCCIÓN DE POLVOS METÁLICOS 1. Reconozca que existen productores de polvo metálico y fabricador de piezas con polvo metalúrgico. 2. Prácticamente cualquier metal puede reducirse a polvo. 3. Existen tres métodos para reducción de metales en polvos: atomización, químico y electrolítico. ATOMIZACIÓN: 1. Es el proceso más usado para reducción de metales a polvos. 2. Existen tres tipos: Con gas (aire), con agua y le método de los discos. 3. El de agua es el más usado. REDUCCIÓN QUÍMICA: 1. Reacciones químicas que reducen los compuestos metálicos a polvos metálicos. 2. Se producen polvos de hierro, de tungsteno y cobre. 3. Otro método químico es la precipitación de los elementos metálicos de sus sales disueltas en agua. De estos se producen: níquel, cobre y cobalto. ELECTROLÍSIS: 1. Se dan choques eléctricos hasta que se separa hasta que se pulveriza. 2. Con esta técnica se obtienen polvo de berilio, cobre, hierro, plata, tantalio y titanio.

PRENSADO CONVENSIONAL Y SINTERIZADO A) 1. 2. 3.

OPERACIONES PRIMARIAS DE LA PM: Mezclado y mezclado combinado de los polvos. Compactación. Sinterizado.

B) OPERACIONES SECUNDARIAS: 1. Mejoran la precisión dimensional. 2. Incrementar la densidad. MEZCLADO Y MEZCLADO COMBINADO DE LOS POLVOS 1. Mezclado: se mezcla polvo con la misma composición química. Aquí puede haber diferente tamaño de partícula que la mezclarlo reducen la porosidad. 2. Mezclado Combinado: se mezcla polvo con distinta composición química. 3. Ambos se realizan por medios mecánicos que son: rotación en tambor, rotación en cono doble, agitación en mezclador de tornillo y agitación en mezclador de paleta (los dos últimos son para mezclado combinado). Los mejores resultados se obtiene cuando se llenan a capacidad de 20% a 40% 4. Generalmente se añade lubricante para reducir fricción entre las partículas y entre las paredes de dados en la compactación, aglutinante (para casos especiales) y des-floculante para evitar que se aglomere y mejorar las características de flujo. COMPACTACIÓN 1. La compactación se aplica a altas presiones a los polvos para darle la forma requerida. 2. El método convencional es el PRENSADO donde punzones opuestos aprietan el polvo contenido en un dado. 3. A la pieza después de prensada se le llama COMPACTADO EN VERDE, el término en verde significa que la pieza no está completamente procesada. 4. La densidad en verde es mayor que la densidad inicial. Entre más presión, mayor es la densidad. 5. La resistencia en verde en adecuada cuando es prensada per menos que la lograda después del sinterizado. 6. En general el prensado: presión aplicada durante la compactación (1. polvos sueltos después del llenado, 2. re-empaquetamiento y 3. deformación de las partículas ) 7. Se usan normalmente presas hidráulicas y mecánicas.

8. Debido a la complejidad de la pieza puede haber prensa pueden ser en una sola dirección o de dos direcciones. O incluso más direcciones dependiente de la forma de la pieza. 9. La capacidad de la prensa se da en toneladas. 10.La fuerza depende del área de la pieza y de la presión. SINTERIZADO 1. Es una operación de tratamiento térmico que se ejecuta sobre el compactado para unir sus partículas metálicas. 2. Incrementa la fuerza y la resistencia de las piezas. 3. Se lleva acabo a una temperatura entre 0.7 y 0.9 del punto de fusión del metal. 4. Los cambios que ocurren en el sinterizado son: - Formación de cuellos. - A partir de los cuellos se forman los límites de granos. - Se reducen los poros, mediante la contracción de la pieza volumétrica. 5. Los hornos sinterizados se diseñas con dispositivos mecanizados debido a las medianas y altas producciones de la metalurgia de polvos. 6. El tratamiento térmico consiste en tres pasos: - Precalentado para eliminar los lubricantes y aglutinantes. - Sinterizado. - Enfriado. Importante: mientras más fino sea el polvo inicial, más alta será la superficie del área total y más grande la fuerza que mueve el proceso. OPERACIONES SECUNDARIAS DENSIFICACIÓN Y DIMENSIONAMIENTO: 1. Se usa para aumentar la densidad y mejorar la precisión 2. Estas actividades incluyen: - Re-prensado: se aprieta la pieza en un dado cerrado para aumentar la densidad y mejoras las propiedades físicas. - Dimensionamiento: Compresión de pieza sinterizada para mejorar su precisión dimensional. - Acuñado: prensado sobre pieza sinterizado para imprimir detalles sobre su superficie. 3. Algunas piezas requieren maquinado posterior para alcanzar características geométricas que no se pueden alcanzar con el prensado como perforaciones laterales. IMPREGNACIÓN E INFLICTRACIÓN 1. Esta actividad consiste en llenar las porosidades con aceites, polímeros o metales para creaLar productos especiales. 2.

a) IMPREGNACIÓN: De aceite: - Cojinetes impregnados con aceite (de bronce o hierro): baño de aceite caliente - Engranajes De polímeros: -

Esto hace que la pieza sea resistente a la presión o impenetrables a los fluidos. Los polímeros entran a la pieza de forma líquida y luego se solidifican.

b) INFILTRACIÓN: - Es una operación en la cual se llenan los poros de las piezas de PM con un metal fundido. - El punto de fusión del metal del relleno debe ser menor que el de la pieza. - La estructura resultante es relativamente no porosa y la pieza infiltrada tiene una densidad más uniforme así como una tenacidad y una resistencia mejorada. c) TRATAMIENTO TÉRMICO Y ACABADO: - Se usa para recubrimiento para fines de apariencia y resistencia a la corrosión. ALTERNATIVAS DE PRENSADO Y TÉCNICAS DE SINTERIZADO 1. PRENSADO ISOSTÁTICO: Aquí la presión se aplica en todas direcciones contra los polvos contenidos en el molde flexible; para lograr la compactación se usa la prensa hidráulica. a) Prensado isostático en frio: se realiza a temperatura ambiente (con agua o aceite). El molde es hecho de hule u otro material elastómero. -

Ventajas: Densidad más uniforme. Herramientas menos costosas. Mayor aplicación a corridas cortas de producción. Desventajas: Mala precisión dimensional

b) Prensado isostático en caliente: 1. Se lleva a cabo a alta presión y temperatura. 2. El medio de compresión es un gas que puede ser argón o helio. 3. El molde se hace de láminas de metal para resistir alta temperaturas

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Ventajas: Realizan en un paso el prensado y el sinterizado. Las piezas se caracterizan por su alta densidad. A mayor densidad menos porosidad. Buena resistencia mecánica.

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Desventaja: Es costos

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2. MOLDEO POR INYECCIÓN DE POLVOS - Estrechamente relacionado con la industria plástica. - Se puede aplicar el mismo proceso básico para formar piezas de polvos cerámicos y metálicos. La diferencia es que el polímero inicial contiene una alta proporción de materia particulada típicamente entre 50% y 85% en volumen y que en vez de prensado existe la inyección. 3. LAMINADO, EXTRUIDO Y FORJADO DE POLVOS: LAMINADO: proceso continuo en el cual se compactan los polvos metálicos entre dos rodillos para formar una tira verde la cual pasa directamente a un horno sinterizado. Después se enfría, se lamina y se vuelve a sinterizar. EXTRUSIÓN: - El polvo inicial puede tener formas diferentes. - Se incorpora el polvo en una lata metálica hermética, se calienta y se estrujen junto con el recipiente. - Las piezas terminadas tiene una alta densidad FORJADO: -

Se tiene una pieza pre formada mediante prensado y sinterizado la cual por medio de forja se lleva a un tamaño requerido. VENTAJAS: La densificación de la pieza, menor costo, menos golpes y mayor producción, poco desperdicio del material.

4. COMBINACIÓN DE PRENSADO Y SINTERIZADO: PRESNDADO EN CALIENTE: Es una técnica en la que se puede prensar y sinterizar en simultánea. Se debe tener presente que el punto de fusión del molde debe ser mayo que el polvo metálico que está siendo prensado. SINTERIZADO POR CHISPAS: se tiene una pieza preformada (en verde), se coloca en un dado y los punzones superiores e inferiores

contienen electrodos los cuales generan una corriente eléctrica al material. En ese instante se queman los contaminantes (aglutinantes, aceites). Se sinteriza la pieza y se forman piezas densas y sólidas. Es más efectivo que el prensado en caliente 5. SINTERIZADO EN FASE LÍQUIDA: Este método se usa en los sistemas que constan de una mezcla combinada de dos polvos metálicos, donde existe una diferencia de temperatura de fusión entre los metales. Los dos polvos son unidos mediante un mezclado combinando inicialmente y luego se calientan a una temperatura la suficientemente alta para fundir el metal de más bajo punto de fusión pero no el otro. El metal fundido moja perfectamente las partículas sólidas creando una estructura densa y con uniones fuerte entre los metales una vez solidificado MATERIALES Y PRODCUTOS PARA METALURGIA DE POLVOS