Informe metalurgia de polvos. Definiciones,derivados, proceso de producción, mezclado, comprimido, calentamiento, características de los polvos, ventajas y desventajas

1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DE PODER POPULAR PARA EDUCACION UNIVERSITARIA
I.U.P “SANTIAGO MARINO”
CARRERA: INGENIERIA EN MANTENIMIENTIO MECANICO
CODIGO DE CARRERA: 46
CATEDRA: PROCESO DE FABRICACION I
REALIZADO POR:
JAVIER HERNÁNDEZ JIMÉNEZ
C.I: 18.744.410
Maracaibo, 17 de julio de 2018
INFORME
METALURGIA DE POLVOS

2. METALURGIA DE POLVOS. DEFINICIONES:
La metalurgia de polvos o pulvimetalurgia es un proceso de fabricación que,
partiendo de polvos finos y tras su compactación para darles una forma
determinada, se calientan en una atmósfera controlada 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 rodamientos, árboles de levas, herramientas de corte, segmentos de pistones,
guías de válvulas, filtros, etc.
También se puede definir como el proceso de conformación metálica como
la forja o el moldeo, el cual, presenta un control dimensional muy exacto. Es un
proceso de producción por medio del cual partes o productos se fabrican
comprimiendo polvo metálico o algún material cerámico dentro de un molde dado;
una vez comprimido el polvo, se somete a un proceso de calentamiento (sinterizado)
lo que proporciona a la pieza propiedades de resistencia y dureza, debido a su
mayor homogeneidad y control de tamaño de los granos; factores esenciales para
lograr la formación de enlaces fuertes entre las partículas.
DERIVADOS DE LA METALURGIA DE POLVOS
 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.
 Para cojinetes autolubricantes con un 30% de poros en bronce sintetizado,
estos cojinetes se impregnan de aceite o de teflón (politetracloro).
 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.

3.  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.
 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 diésel, filtros para refrigeradores, etc... que se fabrican en metal
monel (acero inoxidable y titanio).
 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.
 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.
 Tratamiento de metales refractarios, como wolframio, molibdeno y niobio, ya
que el elevado punto de fusión hace prohibitivo el darles forma por moldeo.
 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.
 Para evitar las segregaciones en los aceros de alta aleación, como es el caso
de los aceros rápidos que segregan bandas de carburos.
 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.
 Para la obtención de aleaciones oxidadas interiormente, como el aluminio
con óxido de aluminio.

4. PRODUCCIÓN DE POLVO METÁLICO
Los métodos de producción de polvos más significativos pueden clasificarse como:
- Métodos químicos
- Métodos físicos
- Métodos mecánicos
Prácticamente cualquier material puede ser transformado en polvo por la aplicación
de uno o más de estos métodos. El método escogido debe estar relacionado con el
tipo de aplicación y con las propiedades y estructura deseada del producto final.
 MÉTODOS QUÍMICOS
Estos métodos pueden clasificarse como reducción y descomposición
química.
- Reducción química. Implican compuestos químicos con mayor frecuencia
un óxido y otras veces haluros o sales de metal. Puede llevarse a cabo:
a) Desde el estado sólido: como la reducción del óxido de hierro con
carbono o de óxido de wolframio con hidrógeno.
b) Desde el estado gaseoso: como la reducción de tetracloruro de
titanio gaseoso con magnesio fundido (es decir, el conocido proceso
Kroll).
c) Desde una solución acuosa: como la precipitación de cobre a partir
de una solución de sulfato de cobre con hierro o bien como la
reducción de una solución salina de níquel amoniacal con hidrógeno
bajo presión.
- Descomposición química de compuestos. Los dos métodos más
comunes de producción de polvo en este caso son:
a) Descomposición de hidruros metálicos
b) Descomposición de carbonilos metálicos
 MÉTODOS FÍSICOS
Los métodos más extendidos son el método electroquímico y la atomización.

5. - Método electroquímico. Es muy utilizado en la preparación de polvo de
cobre, berilio, hierro y níquel. El ajuste de las condiciones físicas y químicas
durante la electrodeposición hacen posible la deposición del metal en el
cátodo en forma de escamas. Este método proporciona polvo metalúrgico de
alta pureza y con excelentes propiedades para su procesado. Esta técnica
implica el control y la manipulación de muchas variables por lo que en
algunos casos resulta más costosa que otras técnicas. Así por ejemplo, el
polvo de hierro electroquímico es más caro que el polvo reducido o atomizado
teniendo propiedades similares. Sin embargo, el polvo de cobre
electroquímico es bastante competitivo comparado con el polvo reducido o
precipitado.
- Atomización. Está basado en el hecho de que cualquier material fundido
puede formar polvo por desintegración del líquido. Aparte de la reactividad
química, la cual puede necesitar materiales o una atmósfera específica, el
proceso es independiente de las propiedades físicas y químicas asociadas
con el material sólido. Este método está siendo ampliamente adoptado, ya
que permite obtener directamente del fundido metales con alta pureza y
polvos prealeados. El procedimiento básico empleado consiste en hacer
pasar a través de un orificio al fondo de un crisol un líquido e incidir un chorro
de gas o líquido al fundido emergente.
a) Atomización con gas: generalmente los gases empleados son
nitrógeno, argón y aire. En la práctica se utilizan dos tipos de
geometrías de atomización. En la conocida como mezclado externo el
contacto entre el medio de atomización y el fundido tiene lugar fuera
boquilla. El mezclado externo es ampliamente utilizado para la
atomización de metales. El mezclado interno es bastante común para
la atomización de materiales que son líquidos a temperatura ambiente.
b) Atomización con agua: un chorro de agua a alta presión es forzado a
través de una boquilla para formar una fase dispersa de gotitas las
cuales impactan con el chorro de metal. Este método requiere grandes
cantidades de energía para proporcionar el agua a alta presión.

6. Debido a la formación de óxidos esta técnica no es apropiada para
metales altamente reactivos como el titanio. En general, los polvos
obtenidos son de forma irregular con superficies oxidadas y rugosas.
 MÉTODOS MECÁNICOS
Estos métodos no son muy utilizados como procesos primarios de obtención
de polvos metálicos.
 Pulverización o trituración: este proceso consiste en el
desmenuzamiento o pulverización mecánica del metal e implica la
fragmentación o molienda de este, la cual se lleva a cabo por trituración
por rodillos, en molinos de bolas, molino de martillos, pudiéndose producir
polvos con cualquier grado de finura, o esmerilado de metales frágiles o
menos dúctiles.
La acción de pulverizado afecta de manera distinta a los materiales, si
el material es frágil, las partículas las partículas de polvo que se producen
tienen formas angulares; si los materiales son dúctiles se producen
partículas con forma de hojuelas, lo cual no es recomendable en la
metalurgia de polvos. Este proceso se utiliza para pulverizar carburo de
tungsteno.
 Aleación metálica: en este proceso se mezclan polvos de dos o más
metales puros en un molino de bolas, a fin de que por la acción mecánica
de las bolas sobre las partículas de polvo metálicas, estas se rompan y
se unan entre sí por difusión, formándose los polvos de aleación.
MEZCLA Y PREPARACION DE POLVOS METALURGICOS
La combinación se refiere a la mezcla de polvos de diferente composición
química, teniéndose la ventaja de poder combinar varias aleaciones metálicas que
sería imposible o muy difícil de producir por otro medio. El mezclado se refiere a la
mezcla de polvos de la misma composición química, pero que pueden tener
diferente tamaño de partícula.

7. Esta operación es esencial para la uniformidad del producto terminado. La
distribución del tamaño de la partícula deseada se obtiene combinando de
antemano los diferentes tipos de polvo usados. Los polvos de aleación, los
lubricantes y los agentes de volatilización para dar una cantidad de porosidad
deseada se agregan a los polvos combinados durante el mezclamiento. El tiempo
para el mezclamiento puede variar desde unos pocos minutos hasta varios días,
dependiendo de la experiencia y de los resultados deseados. El sobremezclado
debe evitarse en muchos casos, ya que puede disminuir el tamaño de la partícula y
endurecer por trabajo las partículas.
COMPRESION DE POLVOS
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.

8. CALENTAMIENTO
La Sinterización es un proceso térmico para unir partículas formando una
estructura sólida coherente a través de fenómenos de transporte de masa que
suceden, en gran parte, a escala atómica. Estas uniones mejoran muchas
propiedades con respecto a las de las partículas simplemente compactadas,
incluyendo la resistencia, ductilidad, resistencia a la corrosión y conductividad.
Esencialmente es un proceso de microsoldadura de partículas.
Para llevar a cabo este proceso de unión es necesario someter a los polvos,
compactados o simplemente confinados en un molde, a un calentamiento por
debajo de su punto de fusión. Si la temperatura del tratamiento es inferior a la de
fusión de todos los constituyentes de la masa de polvos el proceso se denomina
sinterización en fase sólida. Si la temperatura es lo suficientemente elevada como
para que alguno de los constituyentes funda, la sinterización se lleva a cabo en
presencia de un líquido, denominándose sinterización en fase líquida. En ambos
casos, la fuerza promotora de la sinterización es la disminución de la energía
superficial de las partículas por medio de la reducción del área superficial.
CARACTERISTICAS DE LOS POLVOS METALICOS
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.

9. VENTAJAS Y DESVENTAJAS CON RESPECTO A OTROS PROCESOS DE
FABRICACION
VENTAJAS
 La fabricación de objetos solidos a partir de polvos, sin pasar por la fase
liquida, ha sido usada cuando hay problemas técnicos tales como:
- Alto punto de fusión (tungsteno, molibdeno), o gran diferencia entre
los puntos de fusión d los elementos de aleación.
- Fácil contaminación del metal fundido por la atmosfera o por el
material de molde.
- Obtención de un tamaño de grano demasiado grande y/o estructuras
segregadas durante la solidificación que dificulta la laminación o
extrusión posterior del material.
 La habilidad de producir aleaciones o combinaciones de materiales (por
ejemplo metales con cerámica) que no son controlables por relaciones en
diagramas de fases, como sería el caso de la solidificación de un líquido.
 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.
 Se facilita el control exacto de los límites de la composición.
 Se puede eliminar o reducir al mínimo las operaciones de mecanizado.
 Todas las operaciones son susceptibles de automatización.
 Se logran buenos acabados superficiales sin las señales propias del
moldeo.
 Es la única técnica que permite lograr una porosidad controlada y una
oxidación interna muy repartida apta para el endurecimiento.
 Evita las segregaciones.
 Permite la obtención de una serie de piezas muy extensa que no puede
realizarse por procedimientos convencionales.

10. DESVENTAJAS
 Aunque el costo de los polvos metálicos es elevado, esto es contrarrestado
en gran medida por la ausencia de desperdicios. En los procesos de
fundición, se tienen desperdicios en forma de volatilización, incorporación a
la escoria, oxidación, salpicadura del metal, jitios, mazarotas y montantes y
canales de alimentación.
 Las pérdidas de polvo son inferiores al 0.5%. Aún más importante es la
precisión con que puede controlarse la composición y la pureza, pues no se
producen inclusiones de escorias ni burbujas o rechupes.
 Entre las limitaciones principales se encuentra el hecho que las formas
complicadas, como las posibles en fundición, no pueden ser hechas
directamente por compactado pero si por compactación isostática en frío
(CIP) y que los polvos metálicos carecen de capacidad para fluir en la forma
que los hacen los metales fundidos. Sin embargo, en muchos casos es
económico producir una forma simple por metalurgia de polvos y maquinarlo
luego a la forma más complicada.
 Otras limitaciones de la Metalurgia de Polvos son:
- La resistencia y tenacidad de las partes producidas por metalurgia de polvos
son inferiores a las partes producidas por fundición o forja. La fragilidad es
función de la porosidad.
- Los costos iniciales de matrices y herramientas son elevados y deben ser
contrarrestados por una alta producción. El desgaste de herramientas
también se traduce en altos costos de mantención.
- El tamaño de los productos está limitado por el costo de grandes prensas y
- herramientas requeridas en el compactado.
- Debidoa la fricción y a la tendencia que tienen los polvos metálicos a pegarse
a las paredes del molde se produce con frecuencia falta de homogeneidad
en las propiedades.
- Algunos metales son difíciles o imposibles de comprimir, tienden a soldarse
en frío con el dado.

11. - Algunos polvos metálicos presentan serios riesgos de explosión o
combustión cuando están suspendidos en el aire.