METALURGIA DO PÓ SINTERIZAÇÃO

METALURGIA DO PÓ

SINTERIZAÇÃO

• Lucas dos Santos Macedo 17208883

• Marina Martinelli 17208622

• Narjara Alves 17208758

• Thamires Araújo Cavalcante 17208856

• Prof. Fernando Oliveira

• Disciplina: Processo de Produção I

SUMÁRIO

1. Introdução

1.1. O que é sinterização

1.2. Contexto histórico

2. Formulação do Grão

2.1. Métodos para Obtenção do Pó

2.2. Propriedades físico-químico do Grão

2.3. Forma e Tamanho do Grão

3. Etapas da peça

3.1. Mistura

3.2. Compactação

3.4. Sinterização

4. Pós-Sinterização

1. INTRODUÇÃO

1.1. O que é sinterização

1.2. Contexto histórico

Fonte:

1. INTRODUÇÃO

http://www.metalpo.com.br

1.1. O QUE É SINTERIZAÇÃO

Telecurso 2000 Processos de Fabricacao 65 Metalurgia do pó

• Os pós metálicos são configurados em

ferramental apropriado com posterior

aquecimento sob condições controladas a temperaturas abaixo do ponto de fusão do metal base para promover ligação metalúrgica entre as partículas.

• Nessa apresentação , damos enfoque nos pós

1.2. CONTEXTO

HISTÓRICO

• 8000 anos a.C.

• Armas e utensílios (sobrevivência)

• 1000 a.C.

• Pós de ferro (árabes e alguns povos germânicos)

• Espadas de alta qualidade

• Século XIX

• Produção de pós de ferro reduzidos por hidrogênio para fins farmacêuticos.

1.2. CONTEXTO HISTÓRICO

• 1800 – Consolidação do pó de platina por trabalho a quente

• 1905 – Filamentos de carbono

• 1910 – Filamentos de tungstênio

• 1930 – Bronze poroso, Ag, grafites e carbetos

• 1940 – Ligas de tungstênio, ferro e metais refratários

2. FORMULAÇÃO DO GRÃO

2.2. Propriedades físico-químico do Grão

2.3. Forma e Tamanho do Grão

2.1. MÉTODOS PARA OBTENÇÃO DO PÓ

O método escolhido irá definir

algumas características do pó, que

interfere na produção das peças

sintetizadas, como:

•

Tamanho (dimensões);

•

Forma (geometria do grão);

•

Distribuição do grão no

material.

Métodos:

2.1. MÉTODOS PARA OBTENÇÃO DO PÓ

Método de

Atomização:

•

Consiste em

• Gerando a evaporação dos

solventes, em geral água, finalizando o processo com a recuperação do produto já transformado em pó.

2.1. MÉTODOS PARA OBTENÇÃO DO PÓ

Método

Eletrólise:

•

Muito utilizado para á produção de pó

de Cobre (Cu);

•

O metal é colocado no estado sólido

dentro de um tanque, contendo uma

solução eletrolítica, com a passagem de

corrente elétrica;

•

O pó tem um alto grau de pureza.

2.1. MÉTODOS PARA OBTENÇÃO DO PÓ

Método

complementar

–

Moagem:

•

Em geral, é feita num moinho de bolas

que consiste num

tambor rotativo

contendo esferas metálicas de material

resistente ao desgaste;

•

Quando o tambor gira,

as esferas

chocam-se umas contra as outras

,

desintegrando gradativamente o

material que se encontra no interior

do tambor.

2.2. PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICO DO GRÃO

Superfície é o plano entre a matéria condensada e uma fase de vapor ou vácuo:

• sólido / vácuo e;

• líquido / vapor.

A existência de uma interface significa a presença de excesso de energia de interface sobre a energia em massa.

A força motriz da sinterização é a redução da energia interfacial total do sistema.

Fonte:

http://www.quimicasuprema.c

2.2. PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICO DO GRÃO

A tensão superficial de um líquido é devido à distância interatômica que é maior na superfície do que no volume.

Características termodinâmicas da energia interfacial:

•

Para

líquidos

, o aumento na área de superfície é alcançado pelo

rápido

rearranjo

dos átomos no volume, sendo invariável e isotrópico.

2.2. PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICO DO GRÃO

Na sinterização os três tipos de fenômenos termodinâmicos, ocorrem simultaneamente:

Diferenças na pressão global

Pressão de vapor

2.3. FORMA E TAMANHO DO GRÃO

A microestrutura policristalina é observada após a sinterização de um pó compacto até a densidade total.

• Determinados pela tensão interfacial.

Para uma forma de grão, pode-se supor que a energia do limite de grão é constante. A microestrutura multifásica é determinada, em geral, pelo equilíbrio local entre as tensões interfaciais.

Quando os pescoços (figura a e b) se formam entre as partículas, os poros formam canais interconectados ao longo de bordas.

2.3. FORMA E TAMANHO DO GRÃO

À medida que a sinterização prossegue, os canais de poros são desconectados e os poros isolados se

formam porque o ângulo diedro é muito maior que 60º.

O crescimento de grãos assume que a força motriz é determinada apenas pelo raio de curvatura

do limite de grão e que a taxa média de crescimento de grãos é proporcional à taxa média de movimento de contorno de grão.

Como o tempo de recozimento aumenta, a distribuição do tamanho do grão atinge um estado

estacionário e o tamanho médio do grão aumenta em função da raiz quadrada do tempo de recozimento.

2.3. FORMA E TAMANHO DO GRÃO

A sinterabilidade, densidade final, microestruturas e propriedades mecânicas dos produtos finais dependem de uma diversidade de variáveis durante o processo de

sinterização.

Partícula menores proporciona maior força motriz para sinterização, pois reduz a área interfacial poro-sólida e consequentemente uma diminuição na energia livre

dentro do sistema.

O rearranjo de partículas irregulares pode ser induzido por um líquido de

umedecimento. O binário de rearranjo aumenta com o aumento do teor de líquido, provocando mais rearranjo para partículas irregulares.

2.3. FORMA E TAMANHO DO GRÃO

•

Técnica de produção dos pós para metalurgia e suas características:

2.3. FORMA E TAMANHO DO GRÃO

Fonte: Bonatti, 2018, 38p.

2.3. FORMA E TAMANHO DO GRÃO

Um material compósito é o resultado da combinação de dois materiais

multifásicos de moldagem estrutural diferentes, que permanecem distintos e separados por uma interface, que se agregam físico-quimicamente após um processo de crosslinking.

Um processo chamado reticulação polimérica, que ocorre quando cadeias poliméricas lineares ou ramificadas são interligadas por ligações covalentes produzindo polímeros tridimensionais com alta massa molar.

2.3. FORMA E TAMANHO DO GRÃO

•

Características das matrizes de compósitos:

3. ETAPAS

3.1. Mistura

3.2. Compactação

3.4. Sinterização

Fonte:

3. ETAPAS

3.1. MISTURA

Mistura é uma operação na qual os pós são misturados, estes de

diferentes espécies químicas para formação de ligas resultando em

homogeneidade à peça.

O carbono é o principal elemento de liga do aço, cuja influência é

3.2. COMPACTAÇÃO

Trata-se da colocação de uma quantidade predeterminada de pó é colocada na cavidade de uma matriz montada em uma prensa de compressão, que pode ser mecânica ou hidráulica.

3.4. SINTERIZAÇÃO

Trata-se de um tratamento térmico realizado no material que foi compactado em uma temperatura inferior ao seu ponto de fusão.

3.4. SINTERIZAÇÃO

A sinterização é feita, normalmente, em fornos contínuos, caracterizados por três zonas de operação:

• pré-aquecimento

• manutenção da temperatura

3.4. SINTERIZAÇÃO

3.4. SINTERIZAÇÃO

• Sinterização no estado sólido

3.4. SINTERIZAÇÃO

Estado inicial:

- O estagio inicial começa a partir do momento que o aquecimento permite alguma mobilidade atômica significativa (Necks)

Estagio intermediário:

- A microestrutura consiste em uma rede tridimensional de partículas sólidas com a formação de uma rede contínua de poros e crescimento do grão

Estágio final

3.4. SINTERIZAÇÃO

• Sinterização no estado líquido

3.4. SINTERIZAÇÃO

Estado inicial:

- Formação da fase líquida e distribuição do líquido

Estagio intermediário:

- Rearranjo das partículas solidas

- Sinterização por solubilização condensação

Estágio final

4. PÓS-SINTERIZAÇÃO

Fonte:

4. PÓS-SINTERIZAÇÃO

Alguns projetos necessitam de operações complementares com para melhorar suas propriedades mecânicas e características, sendo:

Calibragem

Quando o produto apresenta certo tipo de defeito como

empenamento, um recurso que pode ser utilizado é o da

calibragem, que através da aplicação de uma pressão

4. PÓS-SINTERIZAÇÃO

Processo de tratamento térmico

Dependendo da aplicação do produto, este passa por um processo de

tratamento térmico ou termoquímico visando melhorar as propriedades

mecânicas.

Fonte:

4. PÓS-SINTERIZAÇÃO

Impregnação

Insere na peça através de banhos à quente, mergulhando a peça, banho parcial ou à vácuo, substâncias como óleo, graxas,

4. PÓS-SINTERIZAÇÃO

Recompressão

Em casos que precise ter uma aumento na densidade do material, usa-se a

recompressão, onde aplica-se uma pressão maior que na Calibragem, porem nem

todos os produtos devem usar este

4. PÓS-SINTERIZAÇÃO

Usinagem

Dependendo do projeto o produto

requer uma finalização por usinagem para fazer operações como furos, roscas e

4. PÓS-SINTERIZAÇÃO

Infiltração

Aplica-se um metal liquido no produto que devido a capilaridade (atração

molecular) melhoras as propriedades

4. PÓS-SINTERIZAÇÃO

Forjamento

Aplica-se uma compressão tendendo a fazer o material assumir o contorno da ferramenta conformadora.

• Elevada resistência mecânica

• Boa ductibilidade

• Bom desempenho quanto a fadiga.

4. PÓS-SINTERIZAÇÃO

Jateamento

Essa técnica consiste basicamente no uso de jato de areia, óxido de alumínio ou granalha de aço para a limpeza da

APLICAÇÃO:

• Amortecedores

• Bielas do motor

• Capas de mancal do virabrequim

• Polia

APLIC AÇÃO:

APLIC AÇÃO:

• Ferramentas Elétricas

APLIC AÇÃO:

5. VANTAGENS E

DESVANTAGENS

Fonte:

VANTAGENS

•

Geometrias complexas;

•

Bom acabamento superficial;

•

Propriedades químicas e mecânicas controladas;

DESVANTAGENS

•

Não podem haver descontinuações

•

Alto custo

VÍDEOS

https://www.youtube.com/watch?v=-K6_wbBnXmc https://www.youtube.com/watch?v=josiFqSNmLQ&fea ture=youtu.be

https://www.youtube.com/watch?v=O7U4HWjYcqo&f eature=youtu.be

DUVIDAS?

Questões de Alternativa:

1. Quando usar a sinterização?

a) Na produção de lotes de peças metálicas e cerâmicas.

b) Na produção de grandes lotes de peças metálicas e cerâmicas de alta complexidade.

c) Na produção de lotes de peças metálicas e cerâmicas na indústria 4.0.

d) Na produção de lotes de peças metálicas automobilística.

e) Na produção de lotes de peças de grande porte.

2. Qual o(s) método(s) químico(s)s de formulação de grãos?

a) Atomização b) Moagem c) Oxirredução d) Precipitação

e) Alternativa “c” e “d”.

3. Quando se utilizar de sinterização no estado líquido?

a) Quando necessitamos aumentar a porosidade do material do final do processo.

b) Quando não se deseja efeito de capilaridade durante o processo de sinterização.

c) Quando se deseja melhor a densificação de componentes com ponto de fusão diferente.

d) Quando o processo de compactação não é suficiente para moldar a peça.

e) Quando desconsideramos o crescimento dos grãos no processo.

Questões dissertativas: 4. Quais suas aplicações ?

5. Como escolher o processo de pós sinterização?

REFERENCIAS

• Vídeos

• Telecurso 2000 Processos de Fabricação 65 Metalurgia do pó. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=T1K_KJICf2wAcessado em: 02/11/2018

• Livros

• Kang. Suk-Joong L. Sintering: Densification, Grain Growth and Microstructure. Oxfrod:2005 Ed. BH, 265p.

• GRUPO SETORIAL DE METALURGIA DO PÓ. A Metalurgia do Pó, alternativa econômica com menor impacto ambiental. Editora Metallum Eventos Técnicos, 1ª edição, São Paulo, 2009.

• Sites

• Krelling, A. Metalurgia do Pó.Apresentação IF Santa Catarina. Disponível em: http://joinville.ifsc.edu.br/~anael.krelling/Tecnologia%20em%20Mecatrônica/PFB64/8%20-%20Metalurgia_do_Po.pdfAcessado em: 03/11/2018

• Höganäs . A Höganäs promove o desenvolvimento em pós metálicos. Disponível em: https://www.hoganas.com/pt-br/powder-technologies/Acessado em: 04/11/2018

• HAMILTON, et al. PROCESSO DE SINTERIZAÇÃO Disponível em: http://cursos.unisanta.br/mecanica/polari/sinterizacao.html Acessado em: 04/11/2018

• Teses

• Bonatti, R. da S. Caracterização microestrutural e mecânica de compósito Al/Si com aplicações nas indústrias aeronáutica e automobilística.Dissertação de Mestrado, Faculdade de Tecnologia –UniCamp/2018. 136p.

• Fonseca, R. S. Sinterização - Metalirgia do Pó, FATECSP; Disponível em: https://www.ebah.com.br/content/ABAAAAaTUAG/sinterizacao-metalurgia-poAcesso em: 04/11/2018