METALURGIA EN POLVOS 1.Mencione algunas razones que explican la importancia comercial de la metalurgia en polvos. Las partes de metalurgia de polvos se pueden producir masivamente en forma neta o casi neta, eliminando o reduciendo la necesidad de procesos posteriores. • Los procesos de la metalurgia de polvos implican muy poco desperdicio de material, cerca del 97% de los polvos iniciales se convierten en producto. Esto se compara favorablemente con los procesos de fundición en los cuales las coladas, alimentadores y mazarotas son material de desperdicio en cada ciclo de producción. • Debido a la naturaleza del material inicial en la metalurgia de polvos, se pueden hacer partes con un nivel específico de porosidad. Esta característica se presta a la producción de partes de metal poroso, como rodamientos y engranes impregnables con aceite, así como filtros. • Ciertos metales que son difíciles de fabricar por otros métodos, se pueden formar por metalurgia de polvos. • Ciertas combinaciones de aleaciones metálicas y cermets que no se pueden producir por otros métodos se pueden hacer por metalurgia de polvos. • La metalurgia de polvos se compara favorablemente con la mayoría de los procesos de fundición en lo que se refiere al control dimensional de los productos. • Los métodos de producción de metalurgia de polvos se pueden automatizar para hacer más económica la operación. 2. ¿Cuáles son algunas desventajas de los métodos de metalurgia de polvos? a. Las piezas deben tener una forma que permita extraerlas fácilmente de la matriz, con lo cual se limita bastante las posibilidades de diseño. b. El tamaño de la pieza está limitado por la fuerza de las prensas que no suele sobrepasar las 500 toneladas. c. Las piezas obtenidas por pulvimetalurgia no pueden tener las características mecánicas que tienen las obtenidas por métodos convencionales. d. El factor económico es muy importante, debido al elevado coste de las matrices de acero aleado o de carburo de wolframio. 3. ¿Qué significa el número de malla en el cribado de polvos para su clasificación? Numero de aberturas por pulgada lineal de la criba. 4. ¿Cuál es la diferencia entre poros abiertos y poros cerrados en los polvos metálicos? Unos son externos a las partículas individuales y otros son vacíos internos en una partícula individual. 5. ¿Qué significa el término relación de aspecto para una partícula metálica? La forma de los polvos metálicos puede catalogarse en varios tipos; una forma simple de medir forma es la relación de aspecto, entre la dimensión máxima y mínima de una partícula. Para una esfera por ejemplo la relación es 1.0, mientras que para una con forma acicular puede ser de 2 o hasta 4. Para determinar esto es necesario el uso de tecnología microscópica. 6. ¿Cómo se mide el ángulo de reposo para una cantidad dada de polvo metálico? El ángulo de reposo estático determina el flujo de un material. Esta prueba predice si el material llenará continua y uniformemente las matrices de la máquina tableteadora o encapsuladora. Este se define como el máximo ángulo (a) formado entre la superficie del cono que se forma al caer el polvo desde un embudo o tolva en un plano horizontal, cuanto menor sea el ángulo que forma la pendiente con la horizontal, mejores serán las propiedades de flujo del material. 7. Defina la densidad real y la densidad volumétrica para polvos metálicos. Se define densidad real como la densidad del volumen del material si los polvos se fundieran en una masa sólida. La densidad volumétrica es la que poseen los polvos en estado suelto, lo cual incluye el efecto de los poros entre las partículas (luego esta es menor que la real). 8. ¿Cuáles son los principales métodos para producir polvos metálicos? Atomización: se utiliza para trabajar metales de bajo punto de fusión (Al, Cu). El metal fundido se fuerza a pasar a través de un pequeño orificio, fraccionándose por medio de una fuerte corriente de aire comprimido, gas, líquido o vapor, o bien se dirige el chorro de metal fundido hacia un disco en rápida rotación (atomización centrífuga). El resultado es una nube de pequeñas gotas que se solidifican formando polvos. El más utilizado es el que emplea agua. -Desintegración mecánica o pulverización: los polvos se obtienen mediante la aplicación de fuerza mecánica. Destacan métodos como el torneado, el fresado o el triturador. Métodos químicos: -Reducción: comprende una serie de reacciones químicas que reducen los compuestos metálicos a polvos metálicos elementales. Sirve para metales con elevado punto de fusión. -Precipitación -Condensación: se producen polvos de bajo punto de fusión, consistiendo en calentar una varilla de metal a alta temperatura, de forma que se vaporiza el metal, haciendo pasar las gotas de vapor por una superficie fría en la que se condensa el metal puro en forma de polvo. -Electrólisis: es un método que permite producir polvos de un elevado grado de pureza en una gran variedad de metales. Para ello, se utiliza una celda electrolítica en la que el ánodo es la fuente de metal a pulverizar. Este se disuelve lentamente por la acción del voltaje aplicado y se mueve por el electrolito hasta llegar al cátodo. 9, ¿Cuáles son los tres pasos básicos de los procesos de formado convencionales en la metalurgia de polvos? Mezclado Los polvos metálicos deben homogeneizarse perfectamente. El mezclado puede realizarse con polvos metálicos de la misma composición química, o bien mediante mezclas de polvos de diferente composición química (obteniendo aleaciones). Para el mezclado se pueden utilizar diferentes métodos mecánicos: -Rotación en tambor -Rotación en recipiente cónico doble -Agitación en mezclador de tornillo -Agitación en mezclador de paletas Compactación La compactación permite transformar el polvo metálico en la forma deseada. Mediante la aplicación de una alta presión, se obtiene el denominado cuerpo verde, aquel que no está completamente procesado. Tipos de compactaciones: -Compactación convencional: se realiza en prensas mecánicas, hidráulicas o en combinación de ambas. Las matrices suelen construirse con acero de alta resistencia. Diferenciamos: -Compactación simple: efectividad limitada -Compresión por doble acción: se mejora la uniformidad -Con matriz flotante -Con punzones múltiples: consigue una densidad de llenado uniforme. Prensado isostático: la presión se aplica en todas las direcciones, contra los polvos contenidos en un molde flexible, sometiéndolo a una alta compresión con fluidos en una cámara de alta presión. Puede hacerse en frío (temperatura ambiente; se usa agua o aceite para ejercer la presión hidrostática) o en caliente (alta temperatura y presión; se usa como medio de compresión un gas, argón o helio). -Moldeo por inyección: inicialmente, se mezclan los polvos metálicos con el aglomerante apropiado; se forman pellets (pequeñas porciones de material aglomerado); la mezcla granulada se calienta hasta alcanzar la consistencia de una pasta y se inyecta dentro de un molde cerrado para formar el compactado en verde. Una vez enfriado, se retira del molde y se elimina el aglomerante. Posteriormente, el compactado se sinteriza y se le aplican las operaciones secundarias necesarias. -Laminación, extrusión y forjado de polvos Sinterización El sinterizado es un proceso mediante el cual se produce un aumento de la resistencia, así como una disminución de la porosidad. Los factores más importantes que influyen son la temperatura, el tiempo y la atmósfera. Distinguimos: -Prensado en caliente -Sinterizado en fase líquida -Sinterizado por chispas 10. ¿Cuál es la diferencia técnica entre mezclado y combinado en la metalurgia de polvos? El mezclado de polvos tiene por objetivo: Obtener uniformidad, ya que los polvos fabricados por los distintos procesos tienen diferentes tamaños y formas. La mezcla es aquella en la que todas las partículas de cada material se distribuyen uniformemente. x Poder introducir polvos de distintos materiales, incluso metales, para impartir propiedades y características mecánicas especiales al producto. Existen dos categorías bien definidas, tales como aglutinantes y defloculantes. Los aglutinantes tienen como función lograr una resistencia adecuada en las partes prensadas, pero no sinterizadas. Los defloculantes inhiben la aglomeración de los polvos para mejorar sus características de flojo durante la alimentación. x Para mezclar los lubricantes con los polvos, para mejorar sus características de flujo. Se obtiene una menor fricción entre las partículas metálicas, mejor flojo de los metales en polvo hacia los moldes, y una mayor vida de los matices. Los lubricantes que se usan con frecuencia son acido esteárico o estearato de zinc, en la proporción de 0,25 a 5% en peso. También para reducir la fricción se agrega aluminio en pequeñas cantidades. El mezclado y la combinación se realizan por medios mecánicos, utilizando tambores rotatorios, o fijos, pero con paletas mezcladoras. El mezclado de los polvos se debe hacer bajo condiciones controladas, para evitar contaminaciones o deterioro. 11. ¿Cuáles son algunos de los ingredientes que se añaden usualmente a los polvos metálicos durante el mezclado o combinado? Los lubricantes que se usan con frecuencia son acido esteárico o estearato de zinc, en la proporción de 0,25 a 5% en peso. También para reducir la fricción se agrega aluminio en pequeñas cantidades. 12. ¿Qué se entiende por el término compactado verde? El polvo suelto se comprime mediante prensas mecánicas o hidráulicas en una matriz resultando en una forma que se conoce como una pieza en verde también llamado compactado crudo 13. Describa lo que les pasa a las partículas individuales durante la compactación. Las partículas individuales pueden unirse, incrementar la fuerza y resistencia 14. ¿Cuál de las siguientes tipifica en forma más aproximada la temperatura usual de sinterización en a) 0.5 Tm, b) 0.8 Tm, c) Tm. (Tm = Temperatura de fusión). B)0.8, ya que se hace entre el 0.7 y 0.9 del punto de fusión del metal. 15. ¿Cuáles son los tres pasos en el ciclo de sinterización en metalurgia de polvos? Mezcla-Compactado en prensa -Sinterizado en horno -Operaciones de acabado -Pieza en “Verde” O “En crudo” -Pieza sinterizada. 16. ¿Cuáles son algunas razones por las que conviene un horno controlado en sinterización? En el proceso de sinterizado se realizan tres pasos el precalentado que es donde se queman los aditivos, el sinterizado y el enfriado en la práctica moderna se controla la atmosfera del horno para proteger de la oxidación, proporcionar una atmosfera reductora para remover los óxidos existentes. Suministrar una atmosfera carburante y ayudar a remover los aditivos que se usan en el prensado. 17. ¿Cuáles son las ventajas de la infiltración en metalurgia de polvos? Este es un método para mejorar la resistencia de materiales porosos que consiste en llenar los poros superficiales con un metal líquido que tenga menor punto de fusión. No necesita presión y se usan bastante con piezas ferrosas y utilizando cobre como infiltrante. Este método también es utilizado para producir materiales compuestos con propiedades eléctricas especiales como Tungsteno/Cobre y Molibdeno/ Plata. 18. ¿Qué diferencia hay entre moldeo por inyección de polvos y moldeo por inyección de metal? El moldeo por inyección de polvos, PIM (Powder Injection Moulding) y su variante aplicada a los metales (MIM, ‘Metal Injection Moulding’) constituye una tecnología de conformado de materiales desarrollada en los años veinte y que ha experimentado un gran avance, fundamentalmente, en los últimos quince años. 19. ¿Cómo se distingue el prensado isostático del prensado convencional y de la sinterización en metalurgia de polvos? El prensado isostático aplica presión hidrostática a todos los lados del molde, mientras que el prensado convencional es uniaxial. Describa la sinterización en fase líquida. La sinterización en fase líquida ocurre cuando dos metales de diferentes temperaturas de fusión se sinterizan a una temperatura entre sus puntos de fusión. En consecuencia, un metal se funde, humedeciendo completamente las partículas sólidas y creando una fuerte unión entre los metales tras la solidificación. 20 ¿Cuáles son las dos clases básicas de polvos metálicos en lo que respecta a la química? Las dos clases son (1) polvos elementales - polvos de metal puro como hierro o cobre, y (2) polvos pre aleados - polvos de aleaciones tales como acero inoxidable o latón. 21. ¿Por qué la metalurgia de polvos es tan apropiada para la producción de engranes y rodamientos? La metalurgia de polvos permite fabricar piezas pequeñas con materiales de alto punto de fusión como el tungsteno y este proceso es adecuado para elaborar piezas que por sus pequeñas dimensiones o complicado diseño requieren de precisión como es el caso de engranes, cojinetes, válvulas, rodamientos y pistones. 22. ¿Qué ventajas ofrece la metalurgia en polvos? La ventaja más significativa es que no existe perdida de la materia por virutas o por mal estado. · los productos con este proceso tienen un buen acabado. · Tolerancias reducida · Algunas piezas son imposibles por otros medios como carburos sinterizados, cojinetes porosos y bimetálicos de capas moldeadas. · Por la calidad y pureza de los polvos producidos, se pueden obtener también piezas de alta pureza. · Tiempo de fabricación corto. · No se necesita operarios especializados 23. De que manera pueden obtenerse aleaciones de polvos metálicos. 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. 24. ¿Cuáles son las características físicas importantes de los metales en polvo? Forma La forma del polvo depende de la manera en la que se produjo el polvo, esta puede ser esférica, quebrada, dendrítica, plana o angular. Distribución de los tamaños de partículas Se refiere a las cantidades de los tamaños de las partículas que participan en la composición de una pieza de polvo, esta distribución de tamaños tiene gran influencia en la fluidez y densidad de las partículas y en la porosidad final del producto. Fluidez Es la propiedad que le permite fluir fácilmente de una parte a otra o a la cavidad del molde. Se mide por una tasa de flujo a través de un orificio normalizado. Propiedades químicas Son características de reacción ante diferentes elementos. También se relacionan con la pureza del polvo utilizado. Compresibilidad Es la relación que existe entre el volumen inicial del polvo utilizado y el volumen final de la pieza comprimida. Esta propiedad varía considerablemente en función del tamaño de las partículas de polvo y afecta directamente a resistencia de las piezas. Densidad Se expresa en kilogramos por metro cúbico. Esta debe ser constante siempre, para que la pieza tenga en todas sus partes la misma cantidad de polvo. 25. ¿Cuáles son las maneras más importantes para obtención de polvos metálicos? EXTRACCIÓN: El material de obtiene a partir de su compuesto. DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA: Descomposición de un compuesto por calor. Ej.: Carbonilo de Níquel, Ni(CO)4. ELECTRÓLISIS: Se manipula para crear un depósito altamente desigual el cual luego se descompone. Ej.: Fe, Cu y Be. PRECIPITACIÓN: Desde una solución acuosa es posible mediante la cementación (precipitación con un metal menos noble, Ej.: Cu con Fe) o por la reducción con hidrógeno (Ej.: Ni).
