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Tecnología Mecánica

 

 
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METALURGIA DE POLVOS (PULVIMETALURGIA):

Se conoce con el nombre de pulvimetalurgia (metalurgia de polvos), sinterización o fritado, al proceso empleado en la fabricación de piezas a partir de polvos metálicos. Estos polvos se prensan dentro de moldes, se extraen de los moldes y se calientan a temperatura inferior al punto de fusión del metal.

 

 
 

Es un proceso utilizado principalmente para metales difíciles de maquinar y consta principalmente de las etapas siguientes:
1. Obtención del polvo.
2. Proporcionar un tratamiento al polvo.
3. Moldear la masa de polvo mediante prensado.
4. Sinterizar la pieza obtenida por compactación.
Aunque menos empleados existen 2 variedades del proceso:
En una cuando se requiere aumentar la precisión dimensional, la densidad, o eliminar la porosidad superficial, la pieza se vuelve a comportar después de sinterizada.
En la otra variante además de la recompactación la pieza se somete a una 2da operación de sinterizado, la cual elimina esfuerzos y suelda las partículas compactadas. En consecuencia aumenta la resistencia mecánica, se mejora las propiedades magnéticas y la estabilidad dimensional.
En la actualidad tiene un gran campo de aplicación como pueden ser:
1. Piezas de aleaciones de hierro, cobre, etc. para las que factores técnicos y económicos aconsejan este método por la supresión del mecanizado y el máximo aprovechamiento del metal.
2. Para cojinetes autolubricantes con un 30% de poros en bronce sintetizado, estos cojinetes se impregnan de aceite o de teflón(politetracloro...).
3. Pseudoaleaciones de metales con temperaturas de fusión muy dispares, como por ejemplo: cobre-wolframio, plata-wolframio, plata-molibdeno, etc. se emplean en los contactos eléctricos en la zona donde se produce la chispa de ruptura ya que en este sitio necesitamos la buena conductividad del cobre y de la plata y la buena resistencia al desgaste del wolframio o el molibdeno, de aquí la importancia de este tipo de aleaciones y hoy en la actualidad se utilizan contactos de plata endurecida con un 10% de cadmio.
4. Preparación de metales pesados o pseudoaleaciones con un contenido 85-95% de wolframio, 3-10% de níquel y 2-5% de cobre. Estos materiales se caracterizan por tener una altísima densidad y se utilizan para la fabricación da giróscopos, pantallas para rayos x y rayos gamma, apantallamiento de centrales nucleares, etc.
5. Fabricación de filtros resistentes a los golpes y a las variaciones bruscas de temperatura por ejemplo filtros de aceite para las válvulas de inyección en los motores diesel, filtros para refrigeradores, etc... que se fabrican en metal monel (acero inoxidable y titanio).
6. Preparación de carburos de wolframio, titanio, etc. y pseudoaleaciones de wolframio-acero, estos compuestos se caracterizan porque tienen una dureza elevada, buena resistencia a la abrasión, debido a su alto punto de fusión sólo se pueden fabricar por este procedimiento utilizando cierta cantidad de cobalto que actúa de cemento.
7. Tratamiento de metales rebeldes a la forja o al moldeo como puede ser las aleaciones especiales de tipo álnico (20% manganeso, 63% hierro, 12% aluminio, 5% cobalto) que se utilizan mucho para imanes permanentes y para imanes sintetizados de naturaleza cerámica.
8. Tratamiento de metales refractarios, como wolframio, molibdeno y niobio, ya que el elevado punto de fusión hace prohibitivo el darles forma por moldeo.
9. Fabricación de cermets, que son aglomeradores obtenidos por sinterización de un metal con elevado punto de fusión y óxidos muy refractarios y se utilizan para la fabricación de turborreactores.
10. Para evitar las segregaciones en los aceros de alta aleación, como es el caso de los aceros rápidos que segregan bandas de carburos.
11. Para la fabricación de termistores de óxido de cinc con curva de tensión-intensidad no lineal, a base de envenenar lo límites de grano con óxido de bismuto.
12. Para la obtención de aleaciones oxidadas interiormente, como el aluminio con óxido de aluminio.
VENTAJAS DE LA PULVIMETALURGIA:
Esta industria, en las últimas décadas está experimentando un creciente aumento fundamentalmente por las siguientes razones:
1. La pulvimetalurgia reduce al mínimo las pérdidas de materias primas, ya que sólo se usa la cantidad de polvo necesario para alcanzar el producto final.
2. Se facilita el control exacto de los límites de la composición.
3. Se puede eliminar o reducir al mínimo las operaciones de mecanizado.
4. Todas las operaciones son susceptibles de automatización.
5. Se logran buenos acabados superficiales sin las señales propias del moldeo.
6. Es la única técnica que permite lograr una porosidad controlada y una oxidación interna muy repartida apta para el endurecimiento.
7. Evita las segregaciones.
8. Permite la obtención de una serie de piezas muy extensa que no puede realizarse por procedimientos convencionales.
LIMITACIONES DE LA PULVIMETALURGIA:
1. Las piezas deben tener una forma que permita extraerlas fácilmente de la matriz, con lo cual se limita bastante las posibilidades de diseño.
2. El tamaño de la pieza está limitado por la fuerza de las prensas que no suele sobrepasar las 500 toneladas.
3. Las piezas obtenidas por pulvimetalurgia no pueden tener las características mecánicas que tienen las obtenidas por métodos convencionales.
4. El factor económico es muy importante, debido al elevado coste de las matrices de acero aleado o de carburo de wolframio.
CARACTERISTICAS DE LA MATERIA PRIMA:
Las características de los polvos determinan las propiedades finales del componente y repercuten en las etapas de compactación y sintetizado. Por lo tanto la calidad del producto, y la economía del proceso de fabricación depende de las características de los polvos, y a su vez, las características de los distintos tipos de polvo procedentes del mismo metal dependen del método de obtención y de los tratamientos a que han sido sometidos.
Las propiedades fundamentales que definen básicamente al tipo de polvo son:
- la forma.
- La composición.
- El tamaño del grano.
- La distribución.
- La porosidad.
- La microestructura.
Los métodos de obtención de polvos son:

1. Reducción.
2. Atomización.
3. Métodos electrolíticos.
4. Trituración.
5. Pirólisis.
6. Corrosión.
7. Condensación.
8. Amalgamación.
9. Precipitación.
10. A partir de chatarra.

LA COMPACTACIÓN:
Esta operación tiene por objeto conformar el polvo metálico en la forma y dimensiones deseadas, dándole la resistencia y consistencia necesaria para su manipulación cuidadosa hasta la sinterización.
La cohesión del producto comprimido, se puede considerar como una verdadera soldadura en frío de los puntos de los polvos en contacto debido a:
1. La rotura de la película gaseosa que envuelve las partículas del polvo.
2. Al ensamblaje facilitado por las irregularidades de las superficies de los polvos.
3. A los calentamientos locales provocados por la presión que se pueden traducir en verdaderas soldaduras en caliente.
4. A la soldadura en frío debido a la captura de valencias superficiales libres y a las fuerzas de Van der Valls.
5. A las fuerzas de atracción interatómicas que no empiezan a manifestarse hasta que los centros de dos átomos pertenecientes a dos partículas diferentes se encuentran a una distancia del orden del diámetro atómico.
La compresión se realiza introduciendo el polvo en una matriz fabricada con un metal muy duro, generalmente de carburo de wolframio. El polvo se somete a una presión que puede variar entre 800 y 5000 kg/cm2 (lo más usual es de 4000kg/cm2).
La fuerza de las prensas varía de 4 a 80 toneladas en prensas mecánicas y de 80 a 200 en prensas hidráulicas. Las mecánicas son más rápidas.
Debido a que la pulvimetalurgia debe su rentabilidad a la producción de grandes series, necesita matrices fáciles de fabricar y de gran resistencia al desgaste, por eso se suelen hacer de aceros indeformables y de carburos de aglomerados.
SINTERIZACIÓN O FRITRADO:
Es la operación pulvimetalúrgica principal y tiene por objeto dar cohesión y resistencia al producto comprimido.
Consiste en dar un calentamiento a la masa de polvo a una temperatura inferior a la de fusión (la temperatura de fritado es del orden de 2/3 a 4/5 de la temperatura de fusión) durante el tiempo suficiente para que las partículas se suelden y el componente resultante, muchas veces poroso, adquiera la suficiente resistencia mecánica. Todo esto realizado en atmósfera protectora para evitar la oxidación ya que el compactado puede pasar parcial pero nunca totalmente al estado líquido.

Piezas de máquinas obtenidas por sinterización (Cortes de Aplicaciones de Metales)

 
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Esta página fue modificada por última vez el 12 Noviembre, 2018

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