Imagine transformar pó metálico bruto em peças complexas e de alto desempenho sem a necessidade dos processos tradicionais de fusão. Essa é a metalurgia do pó - uma técnica de fabricação versátil que combina pós para criar materiais com propriedades exclusivas e formas complexas. De engrenagens automotivas a componentes aeroespaciais, a metalurgia do pó oferece precisão e eficiência. Mergulhe neste artigo para descobrir como funciona a metalurgia do pó, suas vantagens e suas amplas aplicações em vários setores.
A metalurgia do pó é um processo de fabricação que envolve o uso de pó metálico, ou uma mistura de pó metálico e pó não metálico, como matéria-prima. O pó é então formado e sinterizado para produzir uma variedade de materiais metálicos, materiais compostos e vários tipos de artigos.
A metalurgia do pó compartilha semelhanças com a produção de cerâmica e pertence à família da tecnologia de sinterização de pó. Como resultado, uma série de novas tecnologias de metalurgia do pó também pode ser usada para criar materiais cerâmicos.
As vantagens da tecnologia de metalurgia do pó a tornaram uma ferramenta essencial para resolver problemas de novos materiais e desempenhar um papel decisivo no desenvolvimento de novos materiais.
A metalurgia do pó envolve a criação de pó e a fabricação de produtos. A metalurgia do pó é principalmente um processo metalúrgico, como o nome sugere.
Os produtos criados usando a metalurgia do pó geralmente vão além do domínio dos materiais e da metalurgia, abrangendo vários campos, como materiais e metalurgia, maquinário e mecânica.
A impressão 3D de pó metálico moderna, em particular, combina várias tecnologias, como engenharia mecânica, CAD, engenharia reversa, fabricação em camadas, controle numérico, ciência dos materiais e tecnologia a laser. Essa integração tornou a tecnologia de produtos de metalurgia do pó uma tecnologia abrangente e moderna que se estende por várias disciplinas.
A metalurgia do pó oferece uma composição química distinta, bem como propriedades mecânicas e físicas que não podem ser obtidas por meio da fusão tradicional métodos de fundição.
As técnicas de metalurgia do pó permitem a produção direta de materiais e artigos porosos, semidensos ou totalmente densos. Isso inclui rolamentos, engrenagens, cames, guias, ferramentas e outros itens contendo óleo, que exigem menos cortes durante o processo de fabricação.
(1) A tecnologia de metalurgia do pó pode minimizar a segregação dos componentes da liga e eliminar a estrutura de fundição grosseira e irregular.
É fundamental a produção de materiais de alto desempenho, como ímãs permanentes de terras raras, materiais de armazenamento de hidrogênio de terras raras, materiais luminescentes de terras raras, catalisadores de terras raras, supercondutores de alta temperatura e novos materiais metálicos, como liga de Al-Li, liga de Al resistente ao calor, superliga, aço inoxidável resistente à corrosão em pó, aço rápido em pó e materiais estruturais de alta temperatura, como compostos intermetálicos.
(2) É possível preparar uma variedade de materiais de alto desempenho fora do equilíbrio, incluindo soluções sólidas amorfas, microcristalinas, quasicristalinas, nanocristalinas e supersaturadas.
Esses materiais têm excelentes propriedades elétricas, magnéticas, ópticas e mecânicas.
(3) A metalurgia do pó permite a realização fácil de vários tipos de recombinação e possibilita que cada material componente apresente totalmente suas respectivas características. Essa tecnologia de processo é ideal para a produção de materiais compostos de cerâmica e à base de metal de alto desempenho a um baixo custo.
(4) Com a metalurgia do pó, é possível produzir materiais e produtos com estruturas e desempenhos especiais que não podem ser obtidos por meio de métodos comuns de fundição. Exemplos de tais materiais incluem novos materiais biológicos porosos, materiais de membrana de separação porosa, abrasivos cerâmicos estruturais de alto desempenho e materiais cerâmicos funcionais.
(5) A metalurgia do pó possibilita a formação de redes próximas e a produção em massa automatizada, reduzindo efetivamente os recursos de produção e o consumo de energia.
(6) Ao utilizar a metalurgia do pó, é possível fazer uso total de matérias-primas, como minério, rejeitos, lama de siderurgia, escamas de aço laminado e reciclagem de resíduos metálicos. É uma nova tecnologia que permite a regeneração eficaz de materiais e a utilização abrangente.
A tecnologia de metalurgia do pó também é usada para criar ferramentas de usinagem e hardware comuns Ferramentas de esmerilhamento.
Do ponto de vista da produção de materiais, o método de metalurgia do pó pode gerar materiais estruturais, funcionais e compostos com propriedades exclusivas.
(1) A metalurgia do pó pode criar materiais com características especiais que não podem ser obtidas por meio de métodos de fusão convencionais:
1) Permite o controle da porosidade dos produtos;
2) Ele aproveita o efeito combinado de metais com outros metais e não metais para produzir materiais com uma variedade de propriedades específicas;
3) Pode fabricar vários materiais compostos;
(2) Certos materiais produzidos por meio da metalurgia do pó demonstram desempenho superior em comparação com aqueles produzidos por métodos de fusão padrão:
1) As propriedades dos materiais de metalurgia do pó de alta liga excedem as produzidas por métodos de fundição;
2) A produção de refratários materiais metálicos e produtos geralmente dependem da metalurgia do pó;
Ao analisar a fabricação de peças mecânicas, a metalurgia do pó representa um novo processo de corte mínimo ou não-corte, reduzindo significativamente a quantidade de usinagem necessária, conservando materiais metálicose aumentar a produtividade da mão de obra.
Em resumo, a metalurgia do pó é uma tecnologia capaz de produzir materiais com propriedades exclusivas e um processo de fabricação de peças mecânicas econômicas e de alta qualidade.
(1) Produção de pó. Esse processo inclui a criação e a mistura do pó. Para aumentar a moldabilidade e a plasticidade do pó, geralmente são adicionados plastificantes, como gasolina, borracha ou parafina.
(2) Pressione formando. O pó é prensado no formato desejado sob uma pressão de 500 a 600 MPa.
(3) Sinterização. Essa etapa é realizada em um forno de alta temperatura ou em um forno a vácuo sob uma atmosfera protetora. A sinterização não é como a fusão de metais; pelo menos um elemento permanece sólido durante o processo. Durante a sinterização, as partículas de pó passam por uma série de processos físico-químicos, como difusão, recristalização, soldagem, combinação e dissolução, transformando-se em produtos metalúrgicos com certa porosidade.
(4) Pós-processamento. Em geral, as peças sinterizadas podem ser usadas diretamente. Entretanto, para componentes que exigem alta precisão e possuem alta dureza e resistência ao desgaste, são necessários tratamentos pós-sinterização. Isso inclui prensagem de precisão, laminação, extrusão e têmpera, endurecimento de superfíciesimpregnação de óleo e infiltração.
Processo moderno de metalurgia do pó:
A primeira é superar as dificuldades encontradas no processo de fundição de metais refratários, como o tungstênio e o molibdênio.
O segundo é a produção bem-sucedida de rolamentos porosos impregnados de óleo usando métodos de metalurgia do pó na década de 1930.
O terceiro é o desenvolvimento de novos materiais e processos mais avançados.
A metalurgia do pó é um campo emergente, mas também tem raízes antigas. Evidências arqueológicas sugerem que, já em 3000 a.C., os egípcios usavam um tipo de fole para reduzir o óxido de ferro a ferro esponjoso com carbono. Esse material era então forjado em um bloco denso a altas temperaturas e martelado para formar objetos de ferro. No século III, os ferreiros indianos usaram esse método para criar o "Pilar de Delhi", que pesava 6,5 toneladas.
No início do século XIX, surgiram na Rússia e na Inglaterra os processos de prensagem a frio e sinterização de pó de platina para produzir platina densa, que era então processada em produtos de platina. O uso desse processo de metalurgia do pó cessou depois que a fundição da platina foi introduzida na década de 1850, mas ele estabeleceu uma base sólida para a metalurgia do pó moderna.
A metalurgia do pó não teve um desenvolvimento rápido até o advento do filamento de tungstênio de W. D. Coolidge para lâmpadas em 1909.
Ela desempenha um papel importante na conservação de energia, na eficiência dos materiais, no aprimoramento do desempenho, na melhoria da produtividade da mão de obra e na proteção ambiental. Como técnica preparatória para materiais especiais e de alto desempenho, ela promove o crescimento da indústria de defesa e dos setores tecnológicos. O advento dessa tecnologia pode desencadear uma transformação revolucionária nos processos tradicionais de materiais, conferindo uma essência mais rica e profunda à ciência dos materiais e à metalurgia.
As empresas relacionadas à metalurgia do pó são utilizadas principalmente na produção e pesquisa de peças de reposição para a indústria automotiva, fabricação de equipamentos, indústria metalúrgica, aeroespacial, indústria militar, instrumentação, ferramentas de hardware, aparelhos eletrônicos e outros campos. Elas também se envolvem na produção de matérias-primas relacionadas, acessórios, vários tipos de equipamentos de fabricação de pó e fabricação de equipamentos de sinterização.
Seus produtos incluem rolamentos, engrenagens, ferramentas de metal duro, moldes, produtos de fricção e muito mais.
No setor militar, armas e equipamentos pesados, como projéteis perfurantes de blindagem, torpedos, aeronaves e freios de tanques, exigem o uso da metalurgia do pó em sua produção.
(1) Aplicações: (automóveis, motocicletas, maquinário têxtil, máquinas de costura industriais, ferramentas elétricas, ferramentas de hardware, maquinário de engenharia, etc.) várias peças de metalurgia do pó (à base de ferro-cobre).
Materiais estruturais de alto desempenho, cerâmicas metálicas, materiais supercondutores, materiais amorfos, nanomateriais, materiais compostos, materiais porosos
A metalurgia do pó tem uma ampla gama de aplicações na abordagem de questões relacionadas a materiais. Em termos de composição do materialNa categoria de metalurgia do pó, há metalurgia do pó à base de ferro, metalurgia do pó de metais não ferrosos e metalurgia do pó de metais raros.
Em termos de propriedades do materialEm relação aos materiais, há materiais porosos e densos, materiais duros e macios, ligas pesadas e materiais de espuma leve, materiais magnéticos e outros materiais funcionais.
Em termos de tipos de materiais, há materiais metálicos e materiais compostos. Em termos gerais, os materiais compostos incluem compostos de metal e metal, compostos de metal e não metal, compostos de metal-cerâmica, compostos reforçados por dispersão e compostos reforçados por fibra.
Devido às suas vantagens técnicas e econômicas, a metalurgia do pó é cada vez mais utilizada na economia nacional. Pode-se dizer que não há nenhum setor industrial que não use materiais e produtos de metalurgia do pó.
(2) Classificação:
Os setores de pó de ferro e metalurgia do pó à base de ferro não conseguem atender às demandas do nosso desenvolvimento econômico nacional. Não temos um setor de fabricação especializado em equipamentos de metalurgia do pó e sofremos com a falta de um planejamento nacional unificado.
A fragmentação é grave, a intensidade do investimento é baixa e ainda não há uma integração orgânica de pesquisa, desenvolvimento e produção industrial. Além disso, as melhorias na estrutura industrial e no nível técnico do setor de ferramentas, incluindo ferramentas de corteainda são necessários.
Entre elas estão: as propriedades geométricas do pó (tamanho da partícula, área de superfície específica, tamanho e forma dos poros etc.); as propriedades químicas do pó (composição química, pureza, teor de oxigênio e substâncias insolúveis em ácido etc.); as características mecânicas do pó (densidade aparente, fluidez, moldabilidade, compressibilidade, ângulo de repouso e ângulo de cisalhamento etc.); as propriedades físicas e as características da superfície do pó (densidade real, brilho, absorção de choque, atividade de superfície, potencial e magnetismo etc.). As propriedades do pó determinam em grande parte o desempenho dos produtos de metalurgia do pó.
As propriedades geométricas mais básicas são o tamanho e a forma da partícula do pó.
(1) Tamanho da partícula
Ele afeta o processamento e a moldagem do pó, o encolhimento durante a sinterização e o desempenho final do produto. O desempenho de determinados produtos de metalurgia do pó está quase diretamente relacionado ao tamanho das partículas.
O pó usado nas práticas de produção varia em tamanho de centenas de nanômetros a centenas de micrômetros. Quanto menor o tamanho da partícula, maior a atividade, e a superfície tem maior probabilidade de oxidar e absorver água.
Quando o tamanho é reduzido até certo ponto, os efeitos quânticos começam a desempenhar um papel, e suas propriedades físicas passam por mudanças significativas, como o pó ferromagnético se transformando em pó superparamagnético e o ponto de fusão diminuindo com a redução do tamanho da partícula.
(2) O formato das partículas de pó depende do método de produção do pó.
Por exemplo, o pó produzido por eletrólise tem formato dendrítico; o pó de ferro produzido por redução tem formato de esponja; e o pó produzido por atomização de gás é predominantemente esférico.
Além disso, alguns pós têm formato ovoide, em forma de disco, de agulha ou de cabeça de cebola.
O formato das partículas de pó influencia a fluidez e a densidade aparente do pó e, devido ao intertravamento mecânico entre as partículas, os pós irregulares também têm uma alta resistência à compactação, especialmente os pós dendríticos, que têm a maior resistência à compactação. Entretanto, para materiais porosos, os pós esféricos são os preferidos.
As propriedades mecânicas do pó, ou a processabilidade do pó, são parâmetros técnicos importantes no processo de moldagem por metalurgia do pó. A densidade aparente do pó é a base para a medição do volume durante a compressão; a fluidez do pó determina a velocidade de enchimento do pó na matriz e a capacidade de produção da prensa; a compressibilidade do pó determina a dificuldade do processo de prensagem e o nível de pressão aplicado; e a formabilidade do pó determina a resistência do compacto.
As propriedades químicas dependem principalmente da pureza química das matérias-primas e do método de produção de pó. Um teor mais alto de oxigênio pode reduzir o desempenho da prensagem, a resistência compacta e as propriedades mecânicas dos produtos sinterizados, portanto, a maioria das condições técnicas da metalurgia do pó estipula isso.
Por exemplo, o teor de oxigênio permitido do pó está entre 0,2% e 1,5%, o que equivale a um teor de óxido de 1% a 10%.
(1) Granularidade e distribuição
A menor entidade independente em um pó é uma única partícula. Os pós reais geralmente consistem em partículas agregadas, também conhecidas como partículas secundárias. A porcentagem de tamanhos diferentes dentro das partículas de pó reais constitui a distribuição de granularidade.
(2) Forma da partícula
Refere-se à aparência geométrica das partículas de pó. As formas comuns incluem esférica, cilíndrica, em forma de agulha, em forma de placa e em forma de flocos, que podem ser determinadas por meio de observação microscópica.
(3) Área de superfície específica
Essa é a área total da superfície por unidade de massa do pó, que pode ser medida empiricamente. O tamanho da área de superfície específica influencia a energia de superfície do pó, a adsorção de superfície e a aglomeração, entre outras propriedades de superfície.
Desempenho do processo do pó
O desempenho do processo do pó inclui a fluidez, as características de enchimento, a compressibilidade e a formabilidade.
(1) Características de enchimento
Refere-se ao grau de soltura ou compactação do pó quando ele é empilhado livremente sem condições externas, geralmente representado pela densidade aparente ou densidade de empilhamento. As características de enchimento do pó estão relacionadas ao tamanho, à forma e às propriedades da superfície das partículas.
(2) Fluidez
Refere-se à capacidade de fluxo do pó, geralmente representada pelo tempo necessário para que 50 gramas de pó saiam de um funil padrão. A fluidez é afetada pela adesão das partículas.
(3) Compressibilidade
Isso representa a capacidade do pó de ser comprimido durante o processo de prensagem, representada pela densidade compacta obtida sob uma pressão unitária especificada, medida sob condições de lubrificação especificadas em um molde padrão.
Os fatores que afetam a compressibilidade do pó incluem a plasticidade ou microdureza das partículas; os pós metálicos plásticos têm melhor compressibilidade do que os materiais duros e quebradiços. A forma e a estrutura das partículas também afetam a compressibilidade do pó.
Para atender a vários requisitos de pós, há diversos métodos de produção, transformando metais, ligas ou compostos metálicos dos estados sólido, líquido ou gasoso em pó. Os vários métodos de preparação de pós, juntamente com exemplos típicos dos pós produzidos, estão detalhados na tabela.
Os métodos de preparação de pó no estado sólido incluem:
1. Extração de pós de metais e ligas de metais sólidos e ligas por meio de pulverização mecânica e corrosão eletroquímica;
2. Derivação de pós metálicos e de ligas a partir de óxidos e sais metálicos sólidos por meio do método de redução; e preparação de pós compostos metálicos a partir de pós metálicos e não metálicos, bem como de óxidos metálicos e pós não metálicos, por meio do método de combinação de redução.
Os métodos de preparação de pó no estado líquido incluem:
1. atomização de metais líquidos e ligas para produzir pós de metais e ligas;
2. Deslocamento e redução de soluções de sais metálicos para produzir pós metálicos, ligas e revestidos usando métodos de deslocamento e métodos de redução de hidrogênio em solução; precipitação de pós metálicos a partir de sais fundidos usando o método de precipitação de sais fundidos; derivação de pós de compostos metálicos a partir de banhos de metais auxiliares por meio do método de banho de metal;
3. eletrólise de soluções de sais metálicos para produzir pós metálicos e de ligas metálicas usando eletrólise aquosa; produção de pós metálicos e de compostos metálicos por meio da eletrólise de sais metálicos fundidos usando o método de eletrólise de sais fundidos.
Os métodos de preparação de pós no estado gasoso incluem:
1) método de condensação de vapor para gerar pós metálicos a partir de vapores metálicos;
2) decomposição térmica de carbonilos metálicos gasosos para gerar metais, ligas e pós revestidos;
3) método de redução de hidrogênio em fase gasosa para preparar metais, pós de liga e revestimentos de metal/liga a partir de haletos metálicos gasosos;
4) método de deposição de vapor químico para gerar pós e revestimentos de compostos metálicos a partir de halogenetos metálicos gasosos.
No entanto, em essência, os métodos de preparação de pó existentes podem ser amplamente categorizados em dois tipos principais: métodos mecânicos e físico-químicos. O método mecânico envolve a pulverização mecânica das matérias-primas sem alterações significativas em sua composição química.
O método físico-químico aproveita os efeitos químicos ou físicos para alterar a composição química ou o estado de agregação das matérias-primas para obter pós. Há vários métodos de produção de pós.
Em escala industrial, os métodos mais usados são a redução, a atomização e a eletrólise. Os métodos de deposição de vapor e precipitação de líquido também são importantes para aplicações especiais.
1. Características do pó de atomização de fluido duplo:
O pó produzido por atomização com água geralmente tem um formato irregular com alto teor de oxigênio na superfície. O pó criado por atomização a gás normalmente tem formato esférico e, se um gás inerte for usado para atomização, o teor de oxigênio é relativamente baixo.
2. Pulverização mecânica
Esse método é geralmente adequado para a preparação de pós de materiais frágeis. O formato das partículas é irregular e o tamanho é desigual.
3. Redução de carbono
11. Os métodos de pulverização mecânica são utilizados principalmente para triturar metais e ligas frágeis, enquanto técnicas como a moagem por vórtice e a moagem por fluxo de ar frio são usadas para metais e ligas maleáveis.
O formato das partículas de pó depende do método de produção do pó. Por exemplo, os processos eletroquímicos produzem partículas dendríticas; os métodos de redução produzem partículas de ferro semelhantes a esponjas; e a atomização de gás normalmente resulta em pó esférico.
Além disso, alguns pós podem adotar formas ovóides, discóides, aciculares ou em forma de cebola.
O formato das partículas de pó afeta a fluidez do pó e a densidade de empacotamento solto.
Devido ao intertravamento mecânico entre as partículas, os pós irregulares também têm maior resistência à compactação, especialmente os pós dendríticos, que demonstram a maior resistência à compactação.
Entretanto, para materiais porosos, os pós esféricos são ideais.
De acordo com o tipo de material em pó: Métodos de moldagem de metalurgia do pó e métodos de moldagem de cerâmica;
De acordo com as características do tarugo: Moldagem de tarugo a seco, moldagem de tarugo de plástico, moldagem de polpa;
De acordo com a continuidade da moldagem: Moldagem contínua, moldagem não contínua;
De acordo com a necessidade de um molde: Moldagem moldada, moldagem sem molde.
Os blanks de plástico contêm mais tipos diferentes de agentes de moldagem do que os blanks secos, geralmente não excedendo 20% a 30%.
O blank está em um estado semissolidificado, possui certas propriedades reológicas e apresenta excelente plasticidade. Ele pode manter sua forma após a moldagem ou após o resfriamento (consulte a página 15 do livro).
Os blanks moldados possuem certa resistência devido ao intertravamento das partículas e aos efeitos de retenção da forma causados por outros fatores.
Eles podem suportar seu próprio peso e as forças apropriadas exercidas durante os estágios de processamento subsequentes, evitando danos antes da conclusão da sinterização.
Para pós refratários, como o pó cerâmico, com capacidade de deformação plástica muito baixa, ocorre uma grande deformação elástica sob alta pressão.
Quando a pressão é removida, as partículas se recuperam, o gás comprimido se restabelece, levando à fratura frágil. Portanto, a pressão de moldagem não deve ser muito alta.
Quanto maior for a pressão de moldagem, maior será o efeito residual elástico em geral; quanto mais finas forem as partículas de pó e mais complexa for sua forma, maior será o valor do efeito residual elástico do compacto; o valor do efeito residual elástico do compacto diminui com o aumento da porosidade do compacto; quando um lubrificante de superfície ativa é adicionado ao pó, a superfície da partícula de pó é ativada devido à adsorção, facilitando a deformação da partícula e a transição da deformação elástica para a deformação plástica, reduzindo significativamente o valor do efeito residual elástico; os lubrificantes que não são de superfície ativa quase não têm efeito sobre o valor do efeito residual elástico; o material e a estrutura do molde também afetam significativamente o efeito residual elástico.
A distribuição da pressão durante a compressão está relacionada ao método utilizado.
Compressão unidirecional: Devido ao atrito das paredes do molde, a força de compressão experimentada de cima para baixo na borda da compactação diminui continuamente, reduzindo, consequentemente, sua densidade.
As partículas na borda inferior da compactação recebem a menor pressão e, portanto, têm a menor densidade.
Compressão bidirecional: Alta pressão na parte superior e inferior, baixa pressão no meio. Embora esse método não reduza o atrito durante a moldagem, a distância efetiva da transmissão do gradiente de pressão é reduzida pela metade.
Portanto, a redução da força de compressão devido ao atrito é apenas a metade do que ocorre durante a compressão unidirecional.
Compressão isostática: A pressão recebida de todas as direções é uniforme e consistente.
(A compactação do pó em um molde exerce dois tipos de forças compressivas sobre o pó: uma parte é usada para superar o atrito interno do pó e faz com que ele se desloque e se deforme; a outra parte da força é usada para superar o atrito externo entre o pó e a parede do molde.
A pressão total da compressão é a soma dessas duas forças. Como o pó tenta fluir em todas as direções sob compressão, ele exerce uma pressão lateral sobre a parede do molde).
As principais causas da queda de pressão são o atrito interno entre as partículas de pó e o atrito externo entre o pó e a parede da matriz.
A presença de atrito externo causa uma perda contínua de pressão, pois a força de compressão na superfície compacta é transmitida para baixo ao longo do eixo.
No sentido do comprimento: A densidade da tira em branco aumenta gradualmente a partir da extremidade inicial, permanece constante durante o estágio estável e reduz gradualmente do estágio estável para o estágio final instável.
Causa: No estágio inicial da laminação, devido ao aumento da mordida e da compactação do pó, ocorre a deformação elástica. O pó mordido gera uma força de cunha, ampliando a abertura do rolo para permitir que mais pó seja mordido na zona de deformação.
Quando a força de encravamento do pó e a resistência à deformação elástica do moinho se equilibram, a zona de compactação se forma e a laminação entra no estágio estável. O sinal de que se atingiu o estágio estável é a densidade consistente ao longo do comprimento.
No estágio final instável, o pó no funil de alimentação caiu a uma certa altura, a quantidade de pó mordido em deformação diminui, a carga de laminação também cai, a deformação elástica de laminação é reduzida e a folga de laminação volta ao tamanho inicial. Portanto, a densidade diminui gradualmente ao longo do comprimento.
Espessura: A densidade é maior no centro e menor nas bordas, mostrando uma distribuição simétrica ao redor do centro.
Causa: Na camada de pó em contato com a superfície de laminação, a tensão primária é de tração devido ao atrito, enquanto a camada de pó no centro está sob tensão compressiva multidirecional. A deformação do pó na superfície do blank da tira é um pouco inibida, causando até mesmo um alongamento desigual.
Portanto, o grau de compressão da camada central de pó é relativamente maior. Sob certas condições, essa diferença nos estados de tensão pode causar laminação ao longo da espessura da tira.
Largura: a densidade é maior no centro e menor nas bordas.
Causa: Durante a laminação, o pó no centro e nas bordas se move em velocidades diferentes em direção à zona de deformação ao longo da largura. Essa irregularidade no fluxo de pó acaba resultando em uma distribuição desigual de densidade ao longo da largura.
Embora o pó nas bordas deva ter uma densidade maior após a laminação devido ao fluxo mais rápido, o atrito entre o pó e o defletor e a inevitável perda de pó nas bordas geralmente resultam em uma zona de baixa densidade de certa largura nas bordas.
(1). Influência da fluidez do pó no desempenho do tarugo
A fluidez do pó afeta diretamente a densidade e a uniformidade do tarugo, afetando o ângulo de mordida durante a laminação. A espessura e a densidade média do tarugo diminuem à medida que a fluidez do pó piora.
(2). Influência da densidade aparente do pó no desempenho do tarugo
Com uma densidade aparente menor, o pó tem uma forma mais complexa, uma superfície específica maior, um diâmetro de partícula menor e melhores propriedades de laminação. Ele pode ser laminado em um tarugo com maior resistência. A densidade aparente do pó tem um impacto significativo sobre o desempenho do tarugo laminado. À medida que a densidade aparente do pó aumenta, a densidade e a espessura do tarugo obtido também aumentam. A densidade e a espessura do tarugo laminado são diretamente proporcionais à densidade aparente do pó. Isso ocorre porque, sob a mesma espessura de mordida, o pó com maior densidade aparente aumentará a quantidade de pó mordido proporcionalmente durante a laminação, aumentando naturalmente a espessura e a densidade do tarugo.
Para um tarugo de uma determinada densidade, sua espessura aumentará com o aumento do diâmetro do rolo; a densidade do tarugo laminado por um rolo grande é maior do que a laminada por um rolo pequeno.
Supondo que o valor do coeficiente de compressão seja o mesmo e considerando o ângulo de mordida e a densidade do tarugo laminado, pode-se concluir que a seção transversal da mordida do pó é diretamente proporcional à espessura do tarugo.
3. Influência do método de alimentação
Se outras condições de laminação permanecerem as mesmas, somente a alteração da quantidade de alimentação afetará a espessura ou a densidade do tarugo laminado. Se a espessura do tarugo permanecer inalterada e a quantidade de alimentação for reduzida, a densidade do tarugo laminado inevitavelmente diminuirá, e vice-versa.
O pó na frente da zona de deformação da laminação é pré-comprimido devido à pressão exercida pela coluna de material ou pela alimentação forçada, resultando em um aumento da densidade aparente do pó.
O corpo de pó na zona de deformação é pré-comprimido, aumentando sua densidade relativa e fazendo com que o valor do coeficiente de pressão lateral aumente, resultando em um aumento no ângulo de mordida; o corpo de pó na zona de deformação é submetido à pressão, fazendo com que o valor do coeficiente de extensão diminua, o que, por sua vez, aumenta a densidade relativa do tarugo laminado.
4. O impacto da velocidade de rolagem
Sob as condições de velocidade de alimentação e folga de rolo fixas, o aumento da velocidade de laminação reduz a densidade e a espessura da tira laminada. Isso ocorre porque a velocidade de laminação afeta diretamente o valor do coeficiente de atrito, que diminui à medida que a velocidade aumenta.
5. A influência da atmosfera de rolagem
O uso de um gás de baixa viscosidade (como o hidrogênio) como atmosfera de laminação é benéfico para melhorar a densidade e a espessura da tira. Quando todas as outras condições permanecem constantes, a densidade e a espessura da tira laminada com hidrogênio podem aumentar em até 70% em comparação com as tiras laminadas com ar.
O uso de um método para reduzir a pressão do ar ou o enchimento do pó com gás de baixa viscosidade para laminação, especialmente para pós de granulação fina, pode produzir tiras uniformemente densas. Para obter uma tira de determinada espessura e densidade, você pode reduzir a pressão da atmosfera de laminação.
6. O impacto do tamanho da folga do rolo
À medida que a distância entre os rolos diminui, a espessura da tira diminui, a taxa de compressão aumenta e a densidade da tira aumenta subsequentemente.
7. O efeito do grau de processamento da superfície do cilindro
A espessura da tira laminada pelo rolo jateado é duas vezes maior do que a do rolo altamente polido. Isso pode ser explicado pelo aumento do coeficiente de atrito entre o corpo do pó e a superfície do rolo, bem como pelo aumento do ângulo de mordida.
O tamanho da força de extrusão está relacionado à taxa de compressão; uma taxa de compressão maior requer uma força de extrusão maior.
Quanto maior o ângulo do cone, maior a resistência à extrusão, exigindo uma força de extrusão maior. Se a correia de dimensionamento for longa, a estresse interno aumenta, e o tarugo fica propenso a rachaduras longitudinais.
Por outro lado, se a correia de dimensionamento for muito curta, o tarugo extrudado estará sujeito à expansão elástica, resultando em rachaduras transversais.
Os métodos de moldagem de polpa são divididos em tipos básicos e acelerados. A moldagem básica de polpa consiste em moldagem de polpa oca e sólida; a moldagem acelerada de polpa inclui moldagem de polpa a vácuo, pressão e centrífuga.
O processo mais crítico na moldagem por injeção é o estágio de desengorduramento. O desengorduramento envolve a eliminação de substâncias orgânicas dentro do corpo moldado por meio de aquecimento e outros métodos físicos, resultando em uma quantidade mínima de sinterização.
É o fator mais desafiador e significativo na moldagem por injeção e constitui a etapa mais longa do processo.
A moldagem por injeção de pó é um novo processo que combina a tecnologia de metalurgia do pó com a moldagem por injeção de plástico. O processo envolve a mistura uniforme do pó com material termoplástico (como o poliestireno) para criar uma substância fluida com boas propriedades de fluxo sob condições específicas de temperatura.
Essa substância fluida é então injetada em um molde sob determinadas condições de temperatura e pressão em uma máquina de moldagem por injeção. Esse processo pode produzir peças em bruto com formatos complexos. Os espaços em branco obtidos, após tratamento com solvente ou remoção de aglutinante especial em um forno de decomposição térmica, são então sinterizados.
Moldagem por prensagem:
Definição: A moldagem por prensagem se refere ao processo em que o material em pó é moldado em uma forma específica (peça bruta prensada) por prensagem unidirecional em um molde de aço.
Moldagem por laminação:
Definição: A moldagem por laminação ocorre quando o pó metálico é continuamente alimentado por um dispositivo de alimentação no espaço entre dois cilindros de laminação que se movem em direções opostas no mesmo plano e é compactado em um tarugo contínuo sob a pressão dos cilindros.
Processo: Alimentação, moldagem por laminação, sinterização.
Características: Adequado para a produção de tiras ou chapas com formas de seção transversal relativamente simples, pertencentes a um processo de moldagem contínua. Capaz de produzir tiras e chapas com composição precisa. O processo é simples, de baixo custo, com economia de energia, alto rendimento e baixo investimento em equipamentos.
Moldagem por extrusão:
Definição: A moldagem por extrusão é um tipo de formação de plástico O método de moldagem por injeção é o método de moldagem por injeção, no qual um pó ou tarugo de plástico é colocado em uma extrusora e, sob o efeito de uma força externa, é extrudado por meio de uma boca de molde em um tarugo de formato específico. Nesse método de moldagem, a boca da matriz serve como molde de moldagem e, ao alterar a boca da matriz, é possível extrudar tarugos de diferentes formatos.
Processo: Mistura de material em pó e plastificante, pressão máxima, extrusão, tarugo extrudado.
Características: Adequado para produtos tubulares e de seção transversal consistente, comumente usados na fabricação de barras, tubos e chapas. Capaz de extrudar produtos de formato complexo.
Fundição por deslizamento:
Definição: A pasta preparada é despejada em um molde poroso. Devido à absorção de água (solução) do molde poroso, a pasta forma uma camada uniforme em branco próxima à parede do molde, que se torna mais espessa com o tempo. Quando a espessura necessária é atingida, o excesso de pasta é despejado. Por fim, a camada em branco continua a se desidratar e encolher, separando-se do molde. O produto, conhecido como corpo verde, é então removido do molde. (PPT)
O pó cerâmico ou metálico é disperso em um meio líquido para formar uma suspensão com boa fluidez. Essa suspensão é despejada em uma cavidade de molde com um determinado formato. A suspensão se solidifica por meio da ação de absorção de água do molde, produzindo um corpo verde com um formato específico. (Livro didático) Atualmente, todos os métodos de formação com base na fluidez do blank são classificadas como fundição por deslizamento.
Processo:
Vantagens:
Desvantagens:
Moldagem por injeção:
Definição: Depois de misturar o pó e o aglutinante para criar uma alimentação adequada para a moldagem por injeção, a alimentação é aquecida para melhorar sua fluidez. Sob certa pressão, a alimentação é injetada na cavidade do molde da máquina de moldagem por injeção para formar uma peça bruta. O corpo moldado resfriado e solidificado é, então, desbastado a uma determinada temperatura, removendo o aglutinante na peça bruta e, em seguida, sinterizado para obter o produto.
Processo:
Características:
Alta adaptabilidade, ciclos curtos, alta produtividade e fácil controle de automação. As peças têm um alto grau de liberdade em suas formas geométricas, densidade uniforme em todas as seções e alta precisão dimensional. Adequado para a fabricação de peças pequenas (0,2 g a 200 g) com geometrias complexas, precisão e requisitos especiais. A qualidade do produto é estável e confiável, sendo possível atingir uma densidade relativa de 95-98%. Podem ser aplicados tratamentos de cementação, têmpera e revenimento.
1. A influência das propriedades do pó
Independentemente do tipo de pó, um aumento na dureza sempre causa um desgaste significativo no molde. Para pós metálicos, a pureza também tem um impacto significativo no processo de prensagem. Quanto mais puro for o pó, mais fácil será prensá-lo, porque as impurezas dos pós metálicos geralmente existem na superfície das partículas de pó em um estado oxidado, e os óxidos metálicos são cerâmicas, que são duras e têm pouca plasticidade. A fluidez e a densidade aparente do pó têm um impacto significativo no desempenho da prensagem. A boa fluidez e a alta densidade aparente são benéficas para aumentar a densidade do compacto. A fluidez do pó está relacionada ao tamanho e à forma das partículas. Quanto mais fino for o pó, pior será a fluidez e mais fácil será formar um efeito de ponte; as partículas esféricas de pó têm boa fluidez, deslizam facilmente umas contra as outras durante o acúmulo e não são propensas a formar pontes. A proporção do tamanho da partícula do pó tem um impacto significativo em sua densidade de enchimento no molde. Uma proporção adequada de tamanho de partícula é benéfica para aumentar a densidade do compacto.
2. Influência dos parâmetros do processo:
1. Efeito da velocidade de prensagem: a formação por impacto é significativamente mais eficiente do que a prensagem estática. Para um compacto que atinge a mesma densidade, a resistência de um compacto prensado dinamicamente é visivelmente maior do que a de um prensado estaticamente. Durante o processo de prensagem, uma redução adequada na velocidade de prensagem facilita a expulsão de gás do compacto, o que é benéfico para aumentar sua densidade.
2. Tempo de retenção e velocidade de despressurização: ao prensar compactos grandes, altos e complexos, estender moderadamente o tempo de retenção ajuda na transmissão da pressão, tornando a densidade de diferentes partes do compacto mais uniforme. Além disso, o prolongamento do tempo de retenção permite tempo suficiente para a expulsão do gás do compacto. Essa extensão é vantajosa para melhorar a resistência do compacto e reduzir sua resistividade. Durante a despressurização, o controle da velocidade de despressurização pode evitar que as partículas que sofreram deformação elástica sob pressão se recuperem rapidamente, causando, assim, rachaduras na camada.
1. Influência das propriedades do pó:
1. Impacto da densidade aparente do pó: Sob condições específicas do processo de laminação, os pós com menor densidade aparente e boa conformabilidade podem produzir fitas porosas com alta porosidade e espessura fina. Por outro lado, pós com maior densidade aparente e boa compactabilidade podem produzir fitas com maior densidade e maior espessura.
2. Influência da fluidez do pó: Para pós com boa fluidez, deve ser selecionada uma velocidade de laminação mais alta. A espessura e a densidade do blank da fita seriam maiores, o que resultaria em uma melhor integridade do blank da fita.
3. Influência da compactabilidade e da formabilidade do pó: Os pós com boa formabilidade podem ser moldados em um blank de fita completo com certa resistência sob baixa pressão de laminação. Os pós com boa compactabilidade podem produzir fitas em branco com melhor densidade após a moldagem.
2. Influência dos parâmetros e condições do processo:
1. Impacto do diâmetro do rolo: O aumento do diâmetro do rolo pode produzir tarugos de tiras mais grossos e de densidade relativamente mais alta; o uso de rolos de diâmetro menor permite a laminação de tiras porosas mais finas.
2. Impacto da folga do rolete: à medida que a folga do rolete aumenta, a espessura do tarugo da tira aumenta. Se a densidade da embalagem solta permanecer constante, a densidade do tarugo da tira diminuirá. Quando a folga do rolo aumenta até um determinado tamanho, o pó não pode ser enrolado.
Com a redução da folga do rolo, a espessura do tarugo da tira diminui e sua densidade aumenta de acordo, enquanto a pressão de laminação necessária também aumenta. Quando a folga do rolo é reduzida até certo ponto, o grau de deformação irregular do pó também aumenta.
Quando a pressão de laminação aumenta até um valor limite, o processo de laminação não pode prosseguir normalmente. Para qualquer pó metálico específico e determinadas condições do processo de laminação, a espessura do tarugo da tira laminada tem um valor máximo e um valor mínimo, e a folga do rolo também tem uma faixa correspondente. Além dessa faixa, o processo normal de laminação não pode ser realizado.
3. Impacto da condição da superfície do rolo: A densidade e a espessura do tarugo da tira aumentam à medida que a rugosidade da superfície do rolo aumenta. Quando a rugosidade aumenta até um determinado tamanho, a tendência de aumento da densidade e da espessura do tarugo da tira diminui.
A aderência do pó ao rolo pode causar um aumento na densidade e na espessura do tarugo da tira ao longo da direção do comprimento.
À medida que o processo de laminação prossegue, a quantidade de pó que adere à superfície do rolo diminui gradualmente, e o aumento da densidade e da espessura do tarugo da tira diminui e, por fim, se estabiliza.
4. Impacto da velocidade de laminação: dentro da faixa normal de velocidade de laminação, o aumento da velocidade de laminação fará com que a densidade e a espessura do tarugo da tira diminuam. Quanto maior a velocidade de laminação, mais significativa será a diminuição da espessura e da densidade, e pior será a uniformidade.
5. Impacto da espessura da alimentação: Quanto maior a espessura do avanço, maior a espessura e a densidade do tarugo da tira. Entretanto, quando o ângulo de alimentação aumenta até um determinado valor, aumentos adicionais no ângulo de alimentação não aumentarão mais a espessura e a densidade.
6. Impacto da largura do blank da tira: à medida que a largura do blank da tira aumenta, a espessura do blank da tira resultante também aumenta, enquanto sua densidade diminui.
7. Impacto da atmosfera de laminação: A atmosfera durante a laminação, a viscosidade e a pressão da fase gasosa podem afetar gravemente o desempenho do blank da tira laminada a pó. O aumento da velocidade de laminação pode amplificar os efeitos do fluxo de ar reverso, portanto, a densidade e a espessura da tira em branco diminuem à medida que a velocidade de laminação aumenta, e a uniformidade do desempenho da tira em branco também se deteriora. Quando a velocidade reversa aumenta até certo ponto, ela pode até impedir a produção de tiras contínuas em branco.
Como as mudanças na atmosfera de laminação e na viscosidade e pressão da fase gasosa inevitavelmente causam mudanças no tamanho do fluxo de ar reverso, elas têm um impacto significativo no desempenho do blank de tiras.
De modo geral, quanto maior for a viscosidade da fase gasosa, mais lenta será a velocidade de fluxo do pó na zona de deformação por mordida e, quanto menor for a taxa de fluxo por unidade de tempo, mais fina será a tira resultante.
Além disso, a densidade da tira em branco também diminui com o aumento da viscosidade da fase gasosa. Os resultados experimentais mostram que, durante a laminação de pó em um vácuo, a quantidade de gás residual é muito pequena, o que enfraquece bastante o fluxo de ar reverso. Em comparação com a laminação no ar e em outros gases, é possível obter tiras em branco com maior densidade e maior espessura.
I. Impacto das propriedades do pó:
A moldagem por extrusão requer pós de granulação fina, idealmente de formato esférico. Partículas semelhantes a placas, sob a ação da força de extrusão, se orientarão e se alinharão em uma determinada direção, criando anisotropia na peça moldada, o que é prejudicial ao desempenho do produto. Ao preparar pós para a moldagem por extrusão de cerâmica, aqueles que foram moídos com bolas por um longo período produzem a melhor qualidade.
II. Influência dos parâmetros do processo:
1. Dimensões geométricas da matriz de extrusão:
A matriz de extrusão determina a taxa de compressão e a forma e o tamanho do produto durante o processo de extrusão. A taxa de compressão é a relação entre a área da seção transversal sob pressão antes de a peça bruta passar pela matriz de extrusão e a área da seção transversal depois de passar pela matriz. Uma taxa de compressão maior requer uma força de extrusão maior.
A força exercida na matriz de extrusão também está intimamente relacionada ao ângulo do cone; quanto maior o ângulo do cone, maior a resistência à extrusão e maior a força de extrusão necessária. O comprimento da seção de dimensionamento é outra dimensão geométrica importante da matriz de extrusão.
Uma seção de dimensionamento mais longa aumenta a tensão interna adicional, tornando o blank propenso a rachaduras longitudinais, enquanto uma seção de dimensionamento curta leva à expansão elástica do blank extrudado, o que pode resultar em rachaduras transversais.
2. Pré-tratamento do branco:
Na moldagem por extrusão de liga dura Em materiais porosos com pó de aço inoxidável e aço inoxidável, o pó metálico e o plastificante costumam ser misturados uniformemente antes da pré-prensagem. O objetivo da pré-prensagem é aumentar a área de contato entre o plastificante e as partículas de pó e eliminar o gás preso no pó, tornando a densidade do blank mais uniforme e melhorando a densidade verde do blank moldado.
Antes da moldagem por extrusão de materiais plásticos cerâmicos, eles devem passar pelos processos de envelhecimento e amassamento a vácuo. O envelhecimento permite uma distribuição mais uniforme da umidade na peça bruta e melhora a plasticidade da peça bruta por meio da fermentação ou decomposição da matéria orgânica.
O amassamento a vácuo torna a distribuição de plastificantes, matéria orgânica e umidade no blank mais uniforme e elimina o ar no blank, o que beneficia a densidade verde do blank moldado, a uniformidade dos componentes e o desempenho do produto.
3. Velocidade e temperatura de extrusão:
Se a velocidade de extrusão for muito rápida, a fluidez do tarugo na parte central do barril de extrusão é muito maior do que aquela próxima à parede do barril, o que pode gerar uma tensão de cisalhamento considerável, levando à rachadura do tarugo.
O efeito plastificante dos tarugos de cerâmica não está significativamente relacionado à temperatura, portanto, geralmente são extrudados em temperatura ambiente. O plastificante mais comumente usado para tarugos metálicos é a parafina, que apresenta plasticidade ideal entre 35 e 45°C.
Portanto, a temperatura não pode ser muito baixa na extrusão de tarugos metálicos. Entretanto, temperaturas excessivamente altas podem causar uma diminuição acentuada da resistência e da adesão da parafina, o que também é desfavorável para a moldagem.
Moldagem por Slurry:
1. Propriedades do pó:
A redução do tamanho das partículas do pó é benéfica para melhorar o desempenho da suspensão das partículas e a estabilidade da pasta.
Entretanto, no caso do pó ultrafino, embora o desempenho da suspensão das partículas seja bom, a grande área de superfície específica do pó resulta em maior viscosidade e menor fluidez nas mesmas condições de concentração.
O pó ultrafino é propenso à aglomeração, afetando a densidade do tarugo. Portanto, são necessárias medidas especiais para melhorar o desempenho do tarugo. Além do tamanho das partículas, seu formato também é um fator importante que afeta a estabilidade da pasta. As partículas esféricas são bem dispersas no meio, e a pasta tem boa fluidez.
Durante o processo de moldagem da pasta, quando uma camada de tarugo solidificado se forma, a camada criada pelas partículas esféricas tem boa permeabilidade, o que favorece a absorção das moléculas de água na pasta pelo molde de gesso.
As partículas em forma de placa podem se atrair umas às outras por meio de forças como a eletricidade estática, formando uma estrutura semelhante a um cartão, o que resulta em tixotropia, afetando a estabilidade e a fluidez da pasta.
Além disso, a disposição direcional das partículas em forma de placa na camada do tarugo resulta em um desempenho inferior de filtragem de água do tarugo.
2. Conteúdo da fase sólida:
Um aumento no teor de fase sólida da pasta aumentará sua viscosidade.
Por outro lado, uma diminuição no teor de fase sólida aumentará a absorção de água do molde de gesso, não apenas reduzindo a eficiência da produção, mas também reduzindo a densidade do tarugo verde, o que pode levar à deformação do tarugo após a secagem.
Portanto, ao mesmo tempo em que atende aos requisitos de desempenho do processo de moldagem da pasta, a pasta deve maximizar o conteúdo da fase sólida para obter baixa viscosidade e alto conteúdo de fase sólida.
3. Efeito do gás:
Ao fazer a pasta para moldagem por pasta, o gás é frequentemente adsorvido na superfície das partículas de matéria-prima em pó, fazendo com que a pasta contenha bolhas. Quando essa pasta é usada para a moldagem de pasta, ela pode causar a presença de poros no corpo moldado, afetando a qualidade do produto. Portanto, é necessário desgaseificar a pasta.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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