PROCESADO DE PARTICULAS
En el procesamiento de
partículas, los materiales iniciales son polvos de metales o polvos cerámicos.
Aunque estos dos materiales son bastantes diferentes, los procesos para
formarlos en el procesamiento de partículas son muy similares; la técnica común
involucra prensado y sintetizado en que el polvo es primeramente prensado en la
cavidad de un lado a una presión muy alta. Esto ocasiona que el polvo tome la
forma de la cavidad, pero la pieza así compactada carece de la fortaleza
suficiente para cualquier aplicación útil. Para aumentar su fortaleza, la parte
se calienta a una temperatura por debajo de su punto de fusión, lo cual
ocasiona que las partículas individuales se unan. La operación de calentamiento
se llama sinterizado.
La Pulvimetalurgia o Metalurgia de polvos
Es
un proceso de fabricación que, partiendo de polvos finos y tras su compactación
para darles una forma determinada (compactado), se calientan en atmósfera
controlada (sinterizado) para la obtención de la pieza.
Este proceso es
adecuado para la fabricación de grandes series de piezas pequeñas de gran
precisión, para materiales o mezclas poco comunes y para controlar el grado de
porosidad o permeabilidad. Algunos productos típicos son rodamiento, levas, herramientas de
corte, segmentos
de pistones, guías de válvulas, filtros, etc.
Proceso de
obtención:
Obtención de los Polvos
Generalmente se
realiza de metales puros, principalmente hierro, cobre, estaño, aluminio, níquel y titanio,
aleaciones como latones,bronces, aceros y aceros
inoxidables o polvos pre-aleados. Procesos típicos son:
·
Atomización
en estado líquido. El metal fundido se
vierte a través de un embudo refractario en una
cámara de atomización, haciéndole pasar a través de chorros de agua
pulverizada.
·
Atomización
con electrodo fungible (electrólisis) Se colocan
barras o láminas como ánodos en un tanque que contiene un electrolito. Se
aplica corriente y tras 48 horas se obtiene en los cátodos un depósito de polvo
de aproximadamente 2mm. Se retiran los cátodos y se rascan los polvos
electrolíticos.
·
Reducción
de óxidos metálicos. Se
reducen los óxidos metálicos a polvos metálicos poniéndolos en contacto con el
gas reductor a una temperatura inferior a la de fusión.
·
Pulverización
mecánica. Útil en
metales frágiles. Se muele el metal o se lima y se lleva a través de un gas,
separándose el metal del gas en una corriente turbulenta dentro de un separador
ciclónico.
·
Condensación
de vapores metálicos. Aplicable
en metales que pueden hervir condensando el vapor en forma de polvo (magnesio,
cadmio y zinc)
Dosificación y mezcla
Generalmente, para
obtener las características requeridas será necesario mezclar polvos de tamaños
y composiciones diferentes. Igualmente se puede añadir aditivos que actúen
como lubricantes durante
el compactado o aglutinantes que incrementen la resistencia del compactado
crudo.
Debido a la
elevada relación área superficial/volumen esto quiere decir que cuanto más
dividido esté el polvo, más área de exposición al medio ambiente posee este. La
mayoría de los polvos metálicos tienden a reaccionar con el oxígeno del
ambiente generando así una flama en la mayoría de los casos, además de otros
como el magnesio que
es explosivo, por lo que deberán manejarse con precaución, y para contenerlos
(los polvos) se utilizan normalmente cuartos de ambientes controlados.
Compactación en frío
El polvo suelto se
comprime mediante prensas mecánicas o hidráulicas en una matriz, resultando una
forma que se conoce como pieza en verde o compactado crudo. Las prensas más
utilizadas son uniaxiales, en la que la presión se aplica al polvo en una sola
dirección. Mediante compactación uniaxial pueden obtenerse piezas en verde con
dimensiones y acabados precisos, obteniéndose una alta productividad en la
industria mediante esta técnica. Un inconveniente de la compactación uniaxial
es la baja relación longitud/diámetro que puede obtenerse en las piezas debido
al gradiente de densidad que se produce entre el centro de la pieza y las zonas
más próximas al punzón. Para obtener un compacto con mayor densidad se emplean
prensas de doble émbolo.
Sinterizado
Consiste en el
calentamiento en horno eléctrico o mufla con atmósfera controlada a una
temperatura en torno al 75% de la de fusión. En general, los hornos son
continuos con tres cámaras:
·
En la cámara
de purga se consume el aire y se volatilizan los lubricantes y
aglutinantes al tiempo que se calienta lentamente el compactado.
·
En la cámara
de alta temperatura se produce la unión de las partículas de
compactado por difusión en estado
sólido.
·
En la cámara de enfriamiento se hace
descender la temperatura del producto ya sinterizado.
En todo el
proceso, es fundamental mantener una atmósfera controlada para evitar la
rápida oxidación de
las pequeñas partículas metálicas al elevarse las temperaturas en presencia de
oxígeno. Para ello, se emplean atmósferas reductoras basadas en hidrógeno, amoníaco disociado
y nitrógeno.
Operaciones
de acabado
·
Acuñado:
Prensado posterior al sinterizado para reducir las tolerancias dimensionales de
la pieza y obtener un mejor acabado superficial. Si la deformación plástica es masiva,
se suele hablar de forja pulvimetalúrgica.
·
Impregnación:
Para penetrar en la red porosa del material, bien con aceite, caso de los
cojinetes, o bien con metal fundido cuando no se desee que el material sea
poroso.
·
Otras
convencionales son: Tratamientos térmicos y superficiales y Mecanizado.
Ventajas
|
Desventajas
|
No
se desperdicia material.
Precisión
dimensional y buen acabado.
Tiempo
de fabricación corto y costos reducidos.
Piezas
imposibles por otros medios: porosidad controlada, mezcla de metales y no
metales (cerámicos).
|
Elevado costo de
las matrices de compactación.
Características
mecánicas inferiores debido a la porosidad del material.
Limitaciones
de diseño: sección uniforme en la dirección de compactado, esbeltez limitada,
etc.
|
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