Pulvimetalurgia
Ventajas
- Producción en serie
- Económico en grandes producciones
- Piezas de pequeño tamaño
- Gran precisión y formas complicadas
- Desperdicio de material reducido
- Admite materiales o mezclas poco comunes
- Logra grados de porosidad o permeabilidad controlados
- Reduce o elimina mecanizado
Desventajas
- Características mecánicas inferiores
- Elevado coste de matrices y materiales
- Limitación de diseño
Aplicaciones
- Casos con ventajas económicas relevantes
- Productos que no pueden fabricarse de otro modo
Métodos de Obtención de Polvos Metálicos
Conminución
- Trituración de sólidos (molino de bolas, proceso Hametag de colisión entre partículas, proceso Coldstream de ΔP y ΔT)
Desintegración de Metal Fundido
- Atomización por aire, agua o centrífuga
Procesos Químicos
- Reducción directa de óxidos
- Proceso Pyron de descomposición de hidruros vía térmica
- Proceso carbonilo de condensación de vapores volátiles (partículas de gran pureza y casi esféricas)
Procesos Electroquímicos
- Deposición electrolítica
Atomización por Aire
Chorro de metal fundido que recibe impacto de corriente de aire. Aumenta la concentración de oxígeno, reduce óxidos (horno a 1100ºC + exceso de C → CO). Polvos de forma esférica con cavidades debidas al CO.
Atomización por Agua
Metal fundido recibe impacto de chorro de agua pulverizada a alta presión (100 bar). Mayor presión produce partículas finas, menor presión produce partículas gruesas. El diámetro y ángulo de la boquilla influyen en la forma de la partícula. La capa de óxido se reduce en horno con H2 y amoniaco. Alta compactibilidad y variedad de polvos aleados. Ajustes de tamaño y distribución de partículas.
Atomización Centrífuga
Arco eléctrico entre dos electrodos, uno de W no consumible y rotatorio, y el otro consumible y rota dentro de la cámara de atomización, donde se hizo el vacío y rellenó de gas inerte. Recomendación: polvos aleados.
Propiedades de los Polvos
Composición Química
- Impurezas y presencia de óxidos
Distribución del Tamaño de Partículas
- Menor tamaño → Mayor resistencia y menor capacidad de llenado del molde
Fluidez
Facilidad con la que el polvo se introduce y distribuye en el molde. Aumenta con el tamaño de las partículas y si son regulares en forma y distribución de tamaños (homogéneo).
Densidad Aparente o de Llenado
Aptitud del polvo para llenar el espacio disponible sin aplicar presión. Mide el grado de ocupación del volumen disponible. Mejora con la mezcla de partículas de varios tamaños. Influye en el compactado, no en el sinterizado.
Preparación de Polvos
Comprensibilidad
Si es alta, requiere menos presión para la misma densidad y menor coste.
Resistencia en Verde
Resistencia mecánica de compactados, suficiente para su manipulación (10-20 MPa).
Mezcla de Polvos
Mezcla de polvos de tamaños y composiciones diferentes.
Lubricantes
Ceras y estearatos que reducen la fricción entre partículas y paredes del molde, previenen la soldadura en frío con las paredes del molde, aumentan la fluidez y la comprensibilidad, y disminuyen la resistencia en verde.
Aglutinantes
Actúan al revés que los lubricantes.
Granulado
Se aplica a polvos de baja fluidez o finos. Agentes granulantes: glicol, glicerina, parafina.
Conformado de Polvos
Comprimir y densificar el polvo con presiones hasta 800 MPa, obteniendo la forma deseada y aumentando la resistencia en verde.
Prensas
1.8-2.7 MN, pero pueden ser mayores.
Prensas Axiales
- Simple acción: densidad máxima en proximidades del émbolo, presión y densidad no uniformes.
- Doble acción: densidad uniforme, piezas más gruesas, Δρ=t/w, recomendable Δρ≤2.
Prensado Isostático
Compacta en todas direcciones con líquido o gas.
Ventajas
- Presión uniforme
- No fricción
- Densidad y estructura de grano uniformes
- Mayor relación longitud/diámetro → densidad, resistencia y tenacidad uniformes
- Piezas de gran tamaño
Desventajas
- Tolerancias mayores
- Mayor coste y tiempo
- Solo series de producción cortas
En Frío (CIP)
Molde flexible: neopreno, PVC, elastómeros. Presión hidrostática mediante agua, de 400-1000 MPa. Aplicación: camisas de cilindro.
En Caliente (HIP)
Mayor punto de fusión. Presión: 70-100 MPa, Temperatura: 1250ºC.
Ventajas
- Densidad casi 100%
- Buenas características mecánicas
- Unión metalúrgica entre partículas
Sinterizado
Tratamiento isotérmico de compactados en verde calentados en horno con atmósfera controlada (H2, N2, etc.) para proteger de la oxidación. Unión metalúrgica, aumenta las características mecánicas finales según la porosidad y microestructura final. Densifica y reduce la porosidad → disminuye las dimensiones finales. Temperatura ≤ Temperatura de fusión (Temperatura ≈ 70-80% Temperatura de fusión). Puede existir alguna fase líquida.
Mecanismos de Sinterizado
- Transporte en estado sólido o en fase de vapor
Etapas en Hornos de Sinterizado
- Cámara de eliminación: consume aire, volatiliza y elimina lubricantes y aglutinantes, calienta hasta la temperatura de sinterizado.
- Zona de alta temperatura: temperatura de sinterizado, unión de partículas, mayor sinterabilidad si menor tamaño de partículas, mayor temperatura de sinterizado, mayor tiempo de sinterizado.
- Zona de enfriamiento: rebaja la temperatura, evita la oxidación y el choque térmico.
Operaciones Secundarias y Tratamientos Post-Sinterizado
Presinterizado
Durante corto tiempo a temperatura ≤ temperatura de sinterizado, se mecaniza y sinterizado definitivo.
Reprensado, Matrizado, Acuñado
Segundo prensado, presión igual o mayor a la inicial de compactado, mayor precisión y nitidez, y mejora la resistencia (25-50%) por endurecer en frío.
Forja Pulvimetalúrgica
Deformación masiva con segundo prensado. Por pulvimetalurgia se obtiene una preforma sencilla que con una operación de forja se convierte en la forma final de mayor precisión. La forja densifica la pieza (hasta 99%) y mejora las características.
Infiltrado
Pieza sin poros, entra metal fundido de temperatura de fusión ≤ temperatura del metal por presión o capilaridad.
Impregnado
Penetra aceite en los poros. Aplicaciones: cojinetes.
Otros
Tratamientos térmicos, termoquímicos, superficiales.