FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

Transcrição

1 FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

2 ÁREA DE MATERIAIS E PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

3 FUNDAMENTOS DA METALURGIA DO PÓ Prof. DANIEL DELFORGE ILHA SOLTEIRA, 25 DE AGOSTO DE 2005

4 INTRODUÇAO BASICAMENTE, METALURGIA DO PÓ RESUME-SE SE NA COMPACTAÇAO DE PÓS METÁLICOS EM CAVIDADES DENOMINADAS MATRIZES PARA EM SEGUIDA PROCEDER-SE À SINTERIZAÇÃO. AS PRESSÕES DE COMPACTAÇÃO DEPENDEM FORTEMENTE DO MATERIAL, PODENDO VARIAR DE ALGUMAS CENTENAS DE MPa ATÉ ALGUNS GPa

5 A SINTERIZAÇÃO CONSISTE NO AQUECIMENTO DO COMPACTADO EM TEMPERATURAS QUE VARIAM ENTRE 70 e 80% DA TEMPERATURA DE FUSÃO DO MATERIAL.

6 ASSIM SENDO, SE A TEMPERATURA DE FUSÃO DE UM DADO MATERIAL FOR DE C, A TEMPERATURA DE SINTERIZAÇÃO DEVERÁ SITUAR-SE SE ENTRE 700 e C.

7 A tabela 01 EXIBE AS FAIXAS USUAIS DE TEMPERATURA E DE TEMPO DE SINTERIZAÇÃO PARA ALGUNS METAIS

8 Tabela 01 -Faixas Faixas usuais de temperatura e de tempo para a sinterização de alguns a materiais MATERIAL TEMPERATURA[ 0 C] TEMPO[min.] Bronze Cobre Latão Ferro Níquel Aço inox Tântalo (aprox.) Tungstênio (aprox.)

9 A SINTERIZAÇÃO, QUE DEVE SEMPRE OCORRER EM ATMOSFERA PROTETORA CONTRA A OXIDAÇÃO, PROMOVE LIGAÇÕES METALÚRGICAS EM PONTOS DE MICROSOLDAGEM

10 A figura 01 EXIBE PEÇAS TÍPICAS OBTIDAS PELA METALURGIA DO PÓ CONVENCIONAL. PINOS; ENGRENAGENS PEQUENAS e MÉDIAS; LÓBULOS DE BOMBAS AUTOMOTIVAS; PEQUENAS BUCHAS AUTOLUBRIFICANTES; JUNTAS E SELOS METÁLICOS; UMA INFINIDADE DE OUTRAS PEÇAS DE ENGENHARIA.

11 figura 01 - PEÇAS TÍPICAS OBTIDAS PELA METALURGIA DO PÓ

12 A figura 02 EXIBE PÓS DE COBRE E DE ESTANHO

13 a 60x b 30x figura 02- a) PÓ DE COBRE; b) PÓ DE ESTANHO

14 A figura 03 EXIBE AS PRINCIPAIS ETAPAS DO PROCESSO DE OBTENÇÃO DE PEÇAS PELA METALURGIA DO PÓ

15 PÓS METÁLICOS E ELEMENTOS DE LIGA COMPACTAÇÃO A QUENTE: Isostática; tica; Extrusão; Compressão o em matriz. MISTURA LUBRIFICANTES E ADITIVOS COMPACTAÇÃO A FRIO: Isostática; tica; Compressão o em matriz. SINTERIZAÇÃO: Atmosfera controlada; Vácuo. OPERAÇÕES COMPLEMENTARES: Recompressão; Calibragem; Infiltraçã ção. OPERAÇÕES FINAIS: Tratamentos térmicost rmicos; Tratamentos termoquímicos micos; Tamboreamento. PRODUTO ACABADO FIGURA 03

16 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA METALURGIA DO PÓ

17 VANTAGENS: TOLERÂNCIAS DIMENSIONAIS APERTADAS; PEÇAS COM CARACTERÍSTICAS FÍSICAS F E QUÍMICAS IMPOSSÍVEIS DE SEREM OBTIDAS POR OUTROS PROCESSOS; PERDA MÍNIMA M DE MATÉRIA PRIMA; ELIMINA E REDUZ DIVERSAS OPERAÇÕ ÇÕES DE USINAGEM; FÁCIL AUTOMAÇÃ ÇÃO; OBTENÇÃ ÇÃO O DE PEÇAS COMPLEXAS COM ALTA PRODUTIVIDADE; BOM ACAMENTO SUPERFICIAL; COMPORTAMENTO MECÂNICO EXATAMENTE COMO AQUELE REQUERIDO EM PROJETO; PEÇAS COM ELEVADO GRAU DE PUREZA; PROCESSO MENOS REATIVO, POSSIBILITA MAIOR VIDA ÚTIL AOS FORNOS.

18 DESVANTAGENS: NECESSIDADE DE GRANDES VOLUMES DE PRODUÇÃ ÇÃO; LIMITAÇÃ ÇÃO O NA GEOMETRIA DAS PEÇAS; LIMITAÇÃ ÇÃO O NO TAMANHO DAS PEÇAS, POIS PEÇAS DE GRANDE PORTE EXIGIRIAM PRENSAS DESCOMUNAIS.

19 PROCESSOS MAIS COMUNS DE PRODUÇÃO DOS PÓS DE METAIS : ATOMIZAÇÃ ÇÃO; ELETRÓLISE; LISE; MÉTODOS MECÂNICOS: MOAGEM E TRITURAÇÃ ÇÃO; CENTRIFUGAÇÃ ÇÃO O COM ELETRODO ROTATIVO.

20 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DOS PÓS DE METAIS: PUREZA E COMPOSIÇÃ ÇÃO O QUÍMICA; DENSIDADE APARENTE; ESCOABILIDADE; MICROESTRUTURA DAS PARTÍCULAS; GRANULOMETRIA, MORFOLOGIA, TAMANHO E DISTRIBUIÇÃ ÇÃO O DAS PARTÍCULAS; POROSIDADE BATIDA; COMPRESSIBILIDADE; RESISTÊNCIA EM VERDE.

21 SÍNTESE DA TEORIA DA SINTERIZAÇÃO:

22 O AQUECIMENTO DE METAL EM PÓ COMPACTADO, ACIMA DE 0,5 T f, TENDE A FAZER AS PARTÍCULAS ADQUIRIREM AS PROPRIEDADES INTRÍNSICAS DO MATERIAL.

23 UMA DESTAS CERACTERÍSTICAS INTRÍNSICAS, É A DENSIFICAÇÃO QUE SE DÁ VIA TRANSPORTE DE MASSA.

24 NESTE CASO, DUAS PERGUNTAS DEVEM SER RESPONDIDAS: 1) QUAL É O POTENCIAL TERMODINÂMICO DO PROCESSO? 2) QUAL É O POTENCIAL PARA TRANSPORTE DE MASSA?

25 A figura 04 REPRESENTA A EVOLUÇÃO DE UMA CERTA QUANTIDADE DE PÓ SOLTA E A CORRESPONDENTE QUANTIDADE, DENSIFICADA.

26 1 2 Figura 04 - Evolução de uma certa quantidade de pó, para a sua correspondente quantidade densificada.

27 NESTE CASO, A 1 >>A 2 e M 1 =M 2 A ÁREA SUPERFICIAL DO METAL EM PÓ, CARACTERIZA-SE POR UM EXCESSO DE ENERGIA, EQÜIVALENTE ÀS LIGAÇÕES ATÔMICAS NÃO SATISFEITAS

28 ASSIM, DO PONTO DE VISTA MACROSCÓPICO, A REDUÇÃO DE ÁREA DEVIDO À COMPACTAÇÃO, É PROPORCIONAL AO POTENCIAL TERMODINÂMICO DO PROCESSO E PODE SER ESCRITO COMO:

29 ΔF F = ΔA. A.γ ΔF F = potencial termodinâmico[joule]; mico[joule]; ΔA A = área superficial considerada[m 2 ]; γ = energia absorvida pelo sistema.

30 ASSIM, A PRIMEIRA PERGUNTA ESTÁ RESPONDIDA

31 E O POTENCIAL PARA TRANSPORTE DE MASSA? NUMA LIGA METÁLICA COMPOSTA PELOS ELEMENTOS A e B,, NAS REGIÕES RICAS EM B, O POTENCIAL QUÍMICO (μ B ), DESSE ELEMENTO É MAIOR DO QUE NAS REGIÕES POBRES EM B. ASSIM, HÁ UM FLUXO DE ÁTOMOS QUE VISA EQUALIZAR AS CONCENTRAÇÕES FAZENDO COM QUE Δμ TENDA A ZERO

32 FILTROS METÁLICOS SINTERIZADOS DESVANTAGEM DOS FILTROS CONVENCIONAIS PARA SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS MISTURADOS A OUTRAS SUBSTÂNCIAS SÓLIDAS, LÍQUIDAS OU GASOSAS:

33 1) baixa resistência mecânica; 2) baixa resistência ao calor; 3) adsorsão* de elementos aditivos dos fluidos; e 4) baixa resistência aos ataques químicos.

34 Os principais elementos que caracterizam muito bem os filtros metálicos são: 1) possibilidade da retenção de partícula com morfologia e características muito bem definidas; 2) previsibilidade da pressão necessária para a formação de gotas ederentes aos elemento; 3) resistência ao impacto de metais e de partículas duras; 4) facilidade de fabricação.

35 Materiais para filtros sinterizados BRONZE AÇO INOXIDÁVEL NÍQUEL E SUAS LIGAS ALUMÍNIO TITÂNIO METAIS REFRATÁRIOS TUNGSTÊNIO MOLIBDÊNIO TÂNTALO METAIS NOBRES PRATA OURO PLATINA

36 Dados fundamentais para o cálculo da perda de carga Δp = Perda de carga (P1 P2) V = Volume do fluído por unidade de tempo, referido à pressão P2 e = Espessura de parede A = Área da superfície porosa = Viscosidade dinâmica do meio P1 = Pressão absoluta anterior ao filtro P2 = Pressão absoluta posterior ao filtro α = Coeficiente de escoamento laminar β = Coeficiente de escoamento turbulento ρ = Densidade do meio

37 Cálculo da perda de carga em filtros sinterizados

38 a) Quando no filtro não surgir turbulência e a eventual compressibilidade do meio puder ser desprezada, pode-se propor a seguinte equação simplificada: Δp = V. e. A. η α

39 b) Caso o regime não possa ser determinado como sendo Laminar ou Turbulento, com boa aproximação pode-se propor a seguinte equação: Ve. Δp = A η α + ρ β. V. A

40 c) Nos gases deverá ser considerada a compressibilidade. Portanto: Δp. 1 Δp 2P 1 = Ve. A η. + α ρ β V + A