Tema 6. Operaciones de acabado - OCW

Tema 6. Operaciones de acabado.
Operaciones de acabado
Desbarbado y limpieza
Calibrado,
Granallado
Mecanizado
Uniones.
Operaciones secundarias
Tratamientos Térmicos y termoquímicos
Recubrimientos electrolíticos
Infiltración
Impregnación
1
Tec. Polvos
Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química
UC3M
Operaciones finales
Operaciones de
acabado
Operaciones
secundarias
2
Tec. Polvos
•Afectan a las dimensiones y tolerancias,
tolerancias, sin modificar la
composición:
•Desbarbado y limpieza
•Calibrado,
•Granallado
•Mecanizado
•Uniones.
•Afectan a la composición de la pieza y modifica sus
propiedades finales:
•Tratamientos Térmicos y termoquímicos
•Tratamiento al vapor
•Recubrimientos electrolíticos
•Infiltración
•Impregnación
Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química
UC3M
Operaciones finales: operaciones de acabado.
Afectan a las dimensiones y tolerancias,
tolerancias, sin modificar la
composición:
Desbarbado y limpieza
Reprensado, calibrado, acuñado
Granallado
Mecanizado
Uniones
http://www1.istockphoto.com/file_thumbview_approve/4082303/2/istoc
kphoto_4082303-machining-drill.jpg
3
Tec. Polvos
Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química
UC3M
"Powder Metallurgy, materials, processes and
applications", European Commission's Leonardo ds Vinci
Programme Contract nº EUR/97/2/00202/PI/II.1a/FPC
http://icsp9.iitt.com/images/engrenage.jpg
Operaciones de acabado: desbarbado y limpieza
Barrilado
•Depositadas en un tambor giratorio
Desbarbado
Vibratorio
•Barrilado + vibración
Shot blasting
•Desbarbado por medios abrasivos
y aire comprimido
Limpieza por
ultrasonidos
• Tanque con medio de ultrasonidos,
elimina las contaminaciones
Limpieza
electrolíticaalcalina
•Electrolisis en medio alcalino, elimina los
recubrimientos no metálicos
"Powder Metallurgy, materials, processes and
applications", European Commission's Leonardo ds Vinci
Programme Contract nº EUR/97/2/00202/PI/II.1a/FPC
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Tec. Polvos
Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química
UC3M
http://icsp9.iitt.com/images/engrenage.jpg
Operaciones de acabado: desbarbado y limpieza
Eliminación de rebabas y limpieza de las piezas sinterizadas
Grasa o
suciedad
Rebabas
Aceite o lubricante
El acabado a vibración es un tratamiento mecánico de
componentes con movimiento de abrasivos, con la ayuda de uno
o más productos químicos (compuestos).
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Tec. Polvos
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UC3M
Operaciones de acabado: reprensado, acuñado, calibrado
REPRENSADO:
CALIBRADO: aumentar
Aumentar la densidad
de las piezas (entre un
5-20%) Se necesitan P
comparables a las de
compactación
la precisión dimensional.
Necesita F moderadas y
supone una densificación
<5%
Todos implican
deformación
plástica, pero
con objetivos
distintos
ACUÑADO: Intermedio.
Proporciona tanto densificación
como precisión dimensional.
Aumentando las propiedades
mecánicas del material.
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Tec. Polvos
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Operaciones de acabado: calibrado y acuñado
Deformación plástica a elevada presión para
mejorar el acabado superficial y las tolerancias.
Resistencia a la tracción N/mm2
• Dureza de las piezas< 180
HV
• Calibración de manera
progresiva
• El utillaje debe diseñarse
con gran rigidez, aunque
las cargas de deformación
deben estar dentro del
límite elástico del material
del utillaje, su recuperación
puede afectar a las
dimensiones de la pieza.
Presión de calibrado
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Tec. Polvos
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UC3M
"Powder Metallurgy, materials, processes and
applications", European Commission's Leonardo ds Vinci
Programme Contract nº EUR/97/2/00202/PI/II.1a/FPC
Operaciones de acabado: granallado
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Endurece la superficie y
mejora la resistencia a
fatiga
Las piezas son
golpeadas con
perdigones de acero u
otra granalla.
Deforma la superficie y
cierra los poros
Introduce tensiones de
compresión en la
superficie
Tec. Polvos
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UC3M
http://homepages.cae.wisc.edu/~ltan/
Operaciones de acabado: mecanizado.
Factores que afectan al mecanizado:
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Porosidad
Microestructura: Puede llegar a ser muy heterogénea.
Limpieza superficie
Conocimiento
Producen muy baja conductividad térmica ⊕
condiciones discontínuas de corte ⊕ diferente
dureza producida por superficies oxidadas o
descarburadas ⊕ diferente dureza por
microestructura heterogénea…..
Los
materiales sinterizados NO SE PUEDEN
mecanizar de la misma forma que los de colada
de similar composición.
Tec. Polvos
Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química
UC3M
Operaciones de acabado: mecanizado
Distalloy
Distalloy AE+0,5%
AE+0,5% C
C
Facing(cont)
Flank
Flank wear,mm
wear,mm
Wet
0,75
0,50
Dry
0,25
DRY &
OILIMPREGNATION
0,00
40
40
60
60
80
80
100
100
120
No of passes
CNMG120408-MF,GC1015
CNMG120408-MF,GC1015
v=200 m/min, Feed=0.1 mm/r , D.O.C.=0,5 mm, DRY
~GBW1114:1 1997-11-19
El mecanizado en seco y la impregnación en aceite
reducen sustancialmente el desgaste
Höganäs AB, PM School, www.hoganas.com
10
Tec. Polvos
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UC3M
Operaciones de acabado: técnicas de unión
Soldadura con aporte
Unión por difusión
Ajuste por presión
Soldadura por resistencia
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Tec. Polvos
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UC3M
"Powder Metallurgy, materials, processes and
applications", European Commission's Leonardo ds Vinci
Programme Contract nº EUR/97/2/00202/PI/II.1a/FPC
Operaciones de acabado: técnicas de unión
PIEZAS SOLDADAS
Pieza lateral para bomba de
dirección (Sumitomo
(Sumitomo Electric
Industries))
Industries
Caja Planetaria (Toyota Motor
Company))
Company
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Tec. Polvos
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UC3M
Operaciones finales
Operaciones
de acabado
Operaciones
secundarias
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Tec. Polvos
•Afectan a las dimensiones y tolerancias,
tolerancias, sin modificar la
composición:
•Desbarbado y limpieza
•Reprensado,
Reprensado, calibrado , acuñado,
•Granallado
•Mecanizado
•Uniones.
•Afectan a la composición de la pieza y modifica
sus propiedades finales:
•Tratamientos Térmicos y termoquímicos
•Recubrimientos electrolíticos
•Infiltración
•Impregnación
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Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos
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Cementación
Carbonitruración
Nitruración
Nitruración por Plasma
Carbonitruración
Tratamiento al vapor
Fosfatado
Recubrimientos electrolíticos
Impregnación
Tec. Polvos
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Control de la profundidad del
tratamiento
Densidad
Porosidad interconectada
UC3M
Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos.
Control de la profundidad de tratamiento
Profundidad uniforme
Zona de transición de dureza
controlada
85% D.T.
Densidad de
90% D.T.
sinterizado
Evitar porosidad
interconectada:
95% D.T.
• Densidad > 6.9 g/cm3
•Añadir P ó S
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Tec. Polvos
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UC3M
Figuras: "Powder Metallurgy, materials, processes and
applications", European Commission's Leonardo ds Vinci
Programme Contract nº EUR/97/2/00202/PI/II.1a/FPC
Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos
Dureza, HV0.05
Determinación de la profundidad del tratamiento
1000
550
750
500
250
0
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
Distanacia a la superficie, mm
Höganäs AB, PM School, www.hoganas.com
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Tec. Polvos
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Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos.
Cementación - temple
Reacciones Cementación
catalizadas en la superficie de
la pieza:
1. CO + H 2 ⇔ CFe + H 2O
(Si hay presencia de CH4)
2. CH 4 ⇔ CFe + 2H 2
Aceite 5050-60ºC
17
Tec. Polvos
Temperatura de tratamiento:
820ºC a 920ºC
Tiempo:
1-4 horas de 850ºC a 860ºC
15 min a 920ºC
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UC3M
Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos.
Carbonitruración- Reacciones
1. CO + H 2 ⇔ CFe + H 2O
2. CH 4 ⇔ CFe + 2H 2 (Si hay presencia de metano)
Añadimos amoniaco disociado a la atmósfera:
3. 2NH 3 ⇔ N 2 + 3H 2
Temperatura de tratamiento:
820ºC a 920ºC
Tiempo:
1-4 horas de 850ºC a 860ºC
Efecto de nitruración
Aumenta el
endurecimiento
Estabiliza austenita
Carbonitruración en aceros de baja aleación. Aumenta la templabilidad,
pero estabiliza la austenita.
austenita.
Cementación en componentes con alto contenido en Ni
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Tec. Polvos
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Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos.
Nitruración
Temperatura:
500--520ºC
500
Atmósfera:
Amoniaco disociado
3H2
2NH3
2N
19
1.
Endurecimiento estructural por temple. Antes de la nitruración, el acero
se austeniza y se le hace un bonificado, por lo que la temperatura de
revenido debe ser superior a la de formación de nitruros con el fin de
tener una microestructura del núcleo de la probeta estable durante el
tratamiento.
2.
Limpieza
3.
Nitruración a 500-520ºC con enfriamiento normal
Tec. Polvos
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Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos.
Nitruración
NITRURACIÓN POR PLASMA
Horno
ánodo
N2 gas a baja P
Astaloy Mo + 0.5% C
ρ sinterizado 7.1g/cm3
Pieza
Cátodo
470 a 570 °C
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Tec. Polvos
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UC3M
Höganäs AB, PM School, www.hoganas.com
Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos.
Tratamiento al vapor
Vapor sobrecalentado (H2O)
Reacción en la superficie:
T< 550ºC
3Fe+4H2O ⇒Fe3O4 +4H2
(Reacción exotérmica)
La magnetita es muy dura y
resistente al desgaste
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Tec. Polvos
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Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos.
Influencia en las propiedades mecánicas
sin
con
tratamiento
al vapor
Es importante:
1)
Alta turbulencia en el vapor
2)
Evitar puntos muertos
3)
Extraer el aire que pueda reaccionar con el H2.
Para prevenir la reacción del H2 y Fe3O4
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Tec. Polvos
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UC3M
Densidad,
g/cm3
"Powder Metallurgy, materials, processes and
applications", European Commission's Leonardo ds Vinci
Programme Contract nº EUR/97/2/00202/PI/II.1a/FPC
Operaciones secundarias: Recubrimientos electrolíticos. Fosfatado
Reacción que se producen en la superficie.
superficie. Es un tratamiento
químico que se realiza por contacto de la pieza ya
desengrasadas con una solución de fosfatos ácidos de Zn, Fe o
Mn. En el fosfatado, la superficie de las piezas se recubre con una
película de fosfatos de los metales citados, que posee una
elevada resistencia a la corrosión y ofrece una muy buena base
adherente para las pinturas.
FeII + H3PO4⇒ FeII HPO4+ H2
2FeII I+ 2H3PO4⇒ 2FeIII PO4+ 3H2
Ácido
fosfórico
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Tec. Polvos
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UC3M
Operaciones secundarias:Protección frente a la corrosión
Tratamiento
al Vapor
Fosfatado
Forma
magnetita en
la superficie,
que cierra los
poros y
protege
frente a
mayor
corrosión
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Tec. Polvos
Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química
Forma
fosfatos de
hierro en la
superficie,
que impiden
la corrosión
UC3M
Operaciones secundarias: recubrimientos electrolíticos.
Las piezas son sumergidas en un electrolítico donde la pieza es el
cátodo recubriéndose del material del ánodo.
capa fina metálica
Recubrimientos
típicos : Ni, Cr, Zn
y Cd
Los poros deben ser eliminados para prevenir la corrosión, y obtener
una capa metálica bien definida.
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Tec. Polvos
Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química
UC3M
Operaciones secundarias: Infiltración.
Disco de cobre o
aleación base
cobre prensado
Pieza
sinterizada
• T> superior al punto de fusión
del infiltrado (1085ºC)
Matriz
Poros
"Powder Metallurgy, materials, processes and
applications", European Commission's Leonardo ds Vinci
Programme Contract nº EUR/97/2/00202/PI/II.1a/FPC
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Tec. Polvos
• Hay que controlar la densidad en
verde de ambos compactos
Ventajas
Incremento de
densidad y
resistencia
Impermeabilidad y
presurización de las
piezas
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UC3M
Desventajas
Precisión
dimensional
Coste de
materias y
producción
Operaciones secundarias:Impregnación en aceite
Objetivos:
Proporcionar propiedades de autolubricación a
cojinetes
Incrementar la resistencia al desgaste de
engranajes
Cámara con baja presión
Incremento de presión
Aceite caliente
o frío
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Tec. Polvos
Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química
UC3M
Operaciones secundarias: impregnación con polímeros
Cámara a baja presión
Incremento de
presión
Polímero
liquido
Seguido de calentamiento
para el curado del
polímero
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Tec. Polvos
Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química
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Operaciones secundarias: impregnación con polímeros
Ventajas
29
Tec. Polvos
Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química
Desventajas
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