Definición, características, producción, mezcla, calentamiento y ventajas y desventajas

1. REPUPLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO SANTIAGO MARIÑO
METALURGIA DE
POLVOS
Realizado por:
Rodríguez, Gabriel David
C.I: 23.859.123
MARACAIBO, 19 DE JULIO DE 2018

2. DEFINICIÓN DE METALURGIA DE POLVOS.
La metalurgia de polvos o Pulvimetalurgia es un proceso de
conformación metálica como la forja o el moldeo, el cual, presenta un control
dimensión al 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
Es el proceso de conformado único para la fabricación de piezas a partir de
materiales con puntos de fusión elevados. Se añade por ejemplo, aquellos
materiales refractarios los cuales poseen puntos de fusión elevados que los
hacen difíciles de trabajar con el equipo que podría considerarse como
ordinario para el manejo de la mayoría de los metales; por otra parte, ciertos
materiales tienden a reaccionar fuertemente con el medio ambiente al fundirse,
motivo por el cual no es fácil procesarlos por este medio.
Debido al manejo y la compactación de los polvos involucra cierta complejidad,
existen unas limitantes y desventajas del proceso, entre las que podemos
mencionar:
1. Equipo, herramental y materia prima (polvo metálico) costoso
2. El manejo y almacenamiento de los polvos requiere de especial cuidado, a
fin de evitar la degradación del material con respecto al tiempo y en algunos
casos riesgo de incendio en el metal en polvo.

3. 3. Limitaciones en la forma de las piezas, ya que se debe de considerar que
los polvos difícilmente fluyen en sentido horizontal (lateralmente) dentro de los
moldes o dados cuando se efectúa la compresión de ellos.
4. La variación en la densidad del material a través de la pieza, especialmente
si se tiene una geometría compleja.
CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES DE LA METALURGIA DE POLVOS.
La manufactura del polvo es muy importante y se debe trabajar bajo
ciertas especificaciones, las cuales determinan las características últimas y las
propiedades físicas y mecánicas de las partes compactadas.
Forma.
Ésta característica es importante respecto al empaquetamiento y flujo de los
polvos. Las partículas de forma esférica tienen excelentes cualidades
desinteresado y dan como resultado características físicas uniformes del
producto final; sin embargo, se ha encontrado que las partículas de forma
irregular son superiores para el moldeo práctico.
Distribución por tamaño de la partícula.
El tamaño de las partículas tiene que ver con su forma, pudiendo considerarse
una o más dimensiones. Por ejemplo, si la partícula tiene forma esférica se
requiere una sola dimensión, son embargo, para otras formas se puede
requerir dos o más dimensiones. Una forma simple que se emplea en la
medición de la forma de la partícula es su relación entre la dimensión

4. Máxima y la mínima. Para una partícula esférica es de 1.0 pero para un grano
acicular puede ser 2 a 4.El método más común para obtener el tamaño de la
partícula es por medio de cribas de diferente tamaño de malla, empleándose el
término
Número de malla para indicar el número de aberturas que posee la malla por
pulgada lineal, Así, un número alto de malla indica un tamaño menor de
partícula. En general, se prefiere un polvo más fino sobre un polvo más grueso
ya que los metales más finos tengan menores tamaños de poros y mayores
áreas de contacto, lo cual lleva generalmente a mejores propiedades físicas
después de sinterizar.
Compresibilidad.
La compactación de los polvos es una etapa de gran importancia, dado que es
aquí donde se conforma la pieza a su forma y dimensiones finales. La forma,
tamaña y condición de las partículas son características que deben de cuidarse
ya que pueden influir desfavorablemente en el proceso de compactación de la
pieza. Las partículas de polvo que hayan sido endurecidas por deformación en
la etapa de mezclado suelen presentar mayor dificultad para compactarse, de
la misma manera si todas las partículas tienen igual tamaño y forma será muy
difícil compactarlas y alcanzar una gran densidad debido a que habrá mayor
número de huecos. En este sentido, es mucho mejor poder mezclar partículas
de formas y tamaños diferentes ya que de esta manera se pueden llenar mejor
los huecos entre partículas de polvo y lograr una mejor compactación.
Fluidez.
El polvo debe de fluir dentro de la matriz o molde con facilidad a fin de
garantizar el llenado completo. La garantía de una buena pieza se basa en que
el polvo fluya en forma adecuada y llene totalmente el molde. En algunos casos
es necesario y conveniente mezclar el polvo metálico común polímero o un
aglutinante a base de cera (moldeo por inyección), el cual permite que el polvo

5. metálico fluya fácilmente asegurando el llenado total de la cavidad del molde. A
continuación el compacto se calienta en un horno abaja temperatura a fin de
quemar el polímero o bien el aglutinante se puede eliminar por medio de un
solvente.
Propiedades químicas.
El factor de pureza es de gran importancia debido a que el polvo puede
contaminarse y/o reaccionar con el medio ambiente, oxidándose, lo que en
muchos casos impedirá que se lleve a cabo una buena unión por difusión entre
partículas en la etapa de sinterizado, lo que a su vez trae como consecuencia
una pieza de maña calidad que no cumplirá con los requerimientos mecánicos
para la que fue fabricada.
Compresibilidad.
La compactación de los polvos es una etapa de gran importancia, dado que es
aquí donde se conforma la pieza a su forma y dimensiones finales. La forma,
tamaño y condición de las partículas son características importantes que deben
de cuidarse ya que pueden influir desfavorablemente en el proceso de
compactación de la pieza. Las partículas de polvo que hayan sido endurecidas
por deformación en la etapa de mezclado suelen presentar mayor dificultad
para compactarse, de la misma manera si todas las partículas tienen igual
tamaño y forma será muy difícil compactarlas y alcanzar una gran densidad
debido a que habrá mayor número de huecos. En este sentido, es mucho mejor
poder mezclar partículas de diferentes formas y tamaños ya que de esta
manera se pueden llenar mejor los huecos entre partículas de polvo y lograr
una mejor compactación.

6. Densidad aparente.
El peso de la cantidad de polvo sin apretar necesaria para llenar
completamente una cavidad de molde dada es la densidad aparente. Aumentar
la gravedad específica o densidad del material incrementa la densidad
aparente. Una forma efectiva de aumentar la densidad aparente es llenar los
espacios entre las partículas con tamaños más pequeños, lo cual origina un
arreglo de llenado, conocido como empaquetamiento intersticial; sin embargo,
aun las partículas más pequeñas no pueden llenar completamente los poros.
Aún es posible que la adición de partículas más pequeñas disminuya la
densidad aparente (efecto contrario al deseado) por la formación de cavidades
arqueadas. Es una propiedad de gran importancia para las operaciones de
moldeado y sinterizado. Los polvos con baja densidad aparente requieren un
mayor ciclo de compresión y cavidades más profundas para producir un
aglomerado de densidad y tamaño dados. La tendencia del comprimido a
encogerse durante el sinterizado parece disminuir al aumentar la densidad
aparente.
Facilidad de Sintonización.
Es la característica de la cual, los polvos ya compactados, al calentarse a una
temperatura cercana a la de fusión, las partículas individuales pueden unirse,
incrementar la fuerza y resistencia de las piezas, creando así, fuertes enlaces
entre partículas.
PRODUCCIÓN DE LOS POLVOS METÁLICOS
En general, los productores de polvos metálicos no son las mismas
compañías que hacen las partes de PM. Los productores son los proveedores y

7. las plantas que manufacturan los componentes a partir de los polvos metálicos
son los consumidores. Por tanto es apropiado separar la revisión de la
producción de los polvos y los procesos que se usan para hacer productos a
partir de la PM. Las características de dichos polvos determinan las
propiedades finales del componente y repercuten en las etapas de
sintonización y compactación.
Prácticamente, cualquier metal puede reducirse a la forma de polvo. Hay
tres métodos principales para producir comercialmente polvos metálicos, cada
uno de los cuales implica consumo de energía para incrementar el área
superficial del metal. Los métodos son:
1. Atomización
2. Químicos
3. Electrolíticos
Ocasionalmente se usan métodos mecánicos para reducir el tamaño de los
polvos.
1. Atomización
La atomización implica la conversión de un metal fundido en una nube
de pequeñas gotas que se solidifican formando polvos. Es el método más
versátil y popular para producir polvos metálicos en la actualidad, y aplicable a
casi todos los metales, aleaciones o metales puros. El tamaño de las partículas
que se forman depende de la temperatura del metal, el caudal, el tamaño de la
boquilla y las características de los chorros. Hay muchas maneras de crear el
rocío de metal fundido. Dos de ellas se basan en la atomización con gas, en los
cuales se utiliza una corriente de gas a alta velocidad (aire o gas inerte) para
atomizar el metal líquido. También puede utilizarse una corriente de agua a alta
velocidad en lugar de aire. Este se conoce como atomizado por agua y es el
más común de los métodos de atomizado, particularmente apropiado para
metales que funden después de 1600ºC. El enfriamiento es más rápido y la
forma del polvo resultante es más irregular que esférica. La desventaja de usar
agua es la oxidación en la superficie de las partículas. Una reciente innovación
utiliza aceite sintético en lugar de agua para reducir la oxidación. En ambos

8. procesos de atomizado con aire o agua, el tamaño de las partículas se controla
en gran parte por la velocidad de la corriente de fluido; el tamaño de partícula
está en relación inversa con la velocidad.
Varios métodos se basan en el atomizado centrífugo. Una versión es el
método de disco rotatorio, donde se vacía una corriente de metal líquido en un
disco que gira rápidamente y que rocía el metal en todas direcciones
pulverizándolo.
2. Químicos
Entre otros métodos de producción de polvos se incluyen varios
procesos de reducción química, métodos de precipitación y electrólisis.
La reducción química comprende una serie de reacciones químicas que
reducen los compuestos metálicos a polvos metálicos elementales. Un proceso
común consiste en la liberación de los metales de sus óxidos, mediante el uso
de agentes reductores como el hidrógeno o monóxido de carbono. El agente

9. reductor se produce para combinarlo con el oxigeno del compuesto y liberar el
elemento metálico. Por este método se producen polvos de hierro, de
tungsteno y de cobre. Otro proceso químico para polvos de hierro implica la
descomposición del pentacarbonilo de hierro para producir partículas esféricas
de alta pureza. Otros procesos químicos incluyen la precipitación de elementos
disueltos en agua. Los polvos de cobre, níquel y cobalto se pueden producir
por este método.
3. Electrolítico
Este proceso permite el control de varias características deseadas por
en los polvos. El control se consigue por regulación de la densidad de corriente,
la temperatura, la composición y circulación de baño y el tamaño y la
disposición de los electrodos.
En la electrólisis se prepara una celda electrolítica en la cual la fuente
del metal a pulverizar es el ánodo. Se parte de una disolución diluida de sulfato
de cobre y se emplea como cátodo una plancha de cobre, aluminio o plomo. El
ánodo se disuelve lentamente por la acción del voltaje aplicado, se mueve a
través del electrolito y se deposita en el cátodo.
El depósito se retira, se lava y se seca, obteniéndose un polvo metálico
de alta pureza. Esta técnica se usa para obtener polvos de berilio, cobre,
hierro, plata, tantalio y titanio.
MEZCLADO DE POLVOS METALÚRGICOS
Después de la producción de polvos metálicos, la secuencia
convencional de la metalurgia de polvos consiste en tres pasos: 1) combinación
y mezclado de los polvos, 2) compactación, en la cual se prensan los polvos
para obtener la forma deseada; y 3) sinterizado, que implica calentamiento a
una temperatura por debajo del punto de fusión para provocar la unión de las

10. partículas en estado sólido y el fortalecimiento de la parte. Estos tres pasos se
denominan operaciones primarias de la metalurgia de polvos.
En ocasiones también se ejecutan operaciones secundarias destinadas
a mejorar la precisión dimensional, incrementar la densidad y otros propósitos.
A continuación se hace una revisión de los puntos mencionados.
1. Mezclado y Combinación
Para lograr buenos resultados en la compactación y en el sinterizado,
los polvos metálicos necesitan homogeneizarse perfectamente antes del
proceso. Para ello, se deben mezclar y combinar los polvos. El mezclado se
refiere a la mezcla de polvos de la misma composición química, pero
posiblemente con diferentes tamaños de partículas, mientras que la
combinación se refiere a la mezcla de polvos con diferente composición
química.
El mezclado tiene por objetivo:
4. Obtener uniformidad, ya que los polvos fabricados por los distintos
procesos tienen diferentes tamaños y formas. La mezcla ideal es aquella
Secuencia convencional de producción en Metalurgia de Polvos: (1) Mezclado, (2) Compactado y (3)
Sinterizado; en (a) se muestra la condición de las partículas, mientras que en (b) se muestran las
operaciones y la parte durante la secuencia

11. en la que todas las partículas de cada material se distribuyen
uniformemente.
5. Poder introducir polvos de distintos materiales, incluso metales, para
impartir propiedades y características físicas y mecánicas especiales al
producto. Existen dos categorías bien definidas, tales como aglutinantes
y desfloculantes. Los aglutinantes tienen como función lograr una
resistencia adecuada en las partes prensadas, pero no sinterizadas. Los
desfloculantes inhiben la aglomeración de los polvos para mejorar sus
características de flujo durante la alimentación.
6. Poder mezclar lubricantes con los polvos, para mejorar sus
características de flujo. Se obtiene una menor fricción entre las
partículas metálicas, mejor flujo de los metales en polvo hacia los
moldes, y una mayor vida de las matrices. 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
también Aluminio, aunque 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. El deterioro se debe a mezclado excesivo,
que puede modificar la forma de las partículas y endurecerlas por trabajo,
dificultando así la siguiente operación de compactación. Los polvos se pueden
Varios dispositivos de mezclado y combinación: (a) Tambor rotatorio, (b) Doble cono rotatorio, (c) Mezclador
de tornillo y (d) Mezclador de paletas.

12. mezclar en aire, en atmósferas inertes (para evitar la oxidación) o en líquidos
(lubricantes).
Un párrafo aparte merece el cuidado que se tiene que tener con estos
polvos, ya que por su gran relación de superficie a volumen, llegan a ser
explosivos, especialmente el Aluminio, el Magnesio, el Titanio, el Circonio y el
Torio. Se debe tener mucho cuidado durante el mezclado, el almacenamiento y
el manejo..
CALENTAMIENTO (SINTERIZADO) DE LA FORMA A TEMPERATURA
DESEADA.
Los productos de polvos metálicos se pueden someter a tratamiento térmico
por los métodos convencionales para mejorar la dureza, tenacidad y otras
propiedades metalúrgicas deseables, el período de calentamiento debe ser
más largo que para piezas similares de material macizo, pero el enfriamiento
ser más rápido, debe evitarse la oxidación por medio de atmósferas
protectoras. La oxidación puede disminuir la resistencia y producir puntos
débiles e impurezas en el objeto. Los problemas con la oxidación son más
serios con los metales en polvo que con los macizos
SINTERIZADO
Después de prensado, el compactado verde carece de fuerza y
resistencia, se desmorona fácilmente al menor esfuerzo. El sinterizado, o la
sintonización, es el proceso de calentar los comprimidos crudos en un horno
con atmósfera controlada, hasta una temperatura menor al punto de fusión,
pero lo suficientemente alta (0,7 a 0,9 del punto de fusión) como para permitir
la adhesión (fusión) de las partículas individuales, incrementando así su
resistencia y su fuerza. Se cree que la fuerza básica que mueve al sinterizado
es la reducción de la energía superficial. El compactado verde consiste en
muchas partículas distintas que tienen su propia superficie, por tanto la

13. superficie total contenida en el compactado es muy alta. Bajo la influencia del
calor, el área se reduce por la formación y crecimiento de las uniones entre las
partículas, implicando una reducción de la energía superficial. Mientras más
fino sea el polvo inicial, más alta será la superficie del área total y más grande
la fuerza que mueve al proceso.
Durante el sinterizado de polvos metálicos ocurren cambios a escala
microscópica.
Las variables principales del sinterizado son la temperatura, el tiempo y
la atmósfera del horno. Los tiempos de sinterizado van de un mínimo de 10
min., para aleaciones de hierro y cobre, hasta de 8 horas para tungsteno y
Tántalo. Los hornos de sinterizado continuo, usados hoy para el grueso de la
producción, tienen 3 cámaras:
1º) Una cámara de quemado para volatilizar los lubricantes del
comprimido crudo, para mejorar la resistencia de adhesión y
evitar la rotura.
2º) Tiene una cámara de alta temperatura para el sinterizado.
3º) Una cámara de enfriamiento.
En la práctica moderna del sinterizado se controla la atmósfera del
horno. Los propósitos de la atmósfera controlada son:
1º) Proteger de la oxidación;
2º) Proporcionar una atmósfera reductora para remover los óxidos
existentes;
3º) Suministrar una atmósfera carburizadora;
4º) Ayudar a la remoción de los lubricantes y aglutinantes que se
usan en el prensado.
Las atmósferas de los hornos de sinterizado comunes son: de gas
inerte, basadas en nitrógeno, de amoniaco disociado, de hidrógeno y basadas
en gas natural. Las atmósferas al vacío se usan para ciertos metales como los
aceros inoxidables y el tungsteno.

14. Es importante remarcar que es imposible eliminar por completo la
porosidad, porque quedan huecos después de la compactación, y porque en el
sinterizado se desprenden gases. Los poros pueden formar una red de
interconexiones, o pueden ser huecos cerrados.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS.
VENTAJAS
 La fabricación de objetos sólidos a partir de polvos, sin pasar por la fase
líquida, ha sido usada cuando hay problemas técnicos tales como:
a) Alto punto de fusión (tungsteno, molibdeno), o gran diferencia entre
los puntos de fusión de los elementos de aleación
b) Fácil contaminación del metal fundido por la atmósfera o por el crisol
o material del molde.
c) Obtención de un tamaño de grano demasiado grande y/o estructuras
segregadas durante la solidificación que dificulta la laminación o
extrusión posterior del material.
 Una segunda ventaja importante es la habilidad de producir aleaciones o
combinaciones de materiales (por ejemplo metales con cerámicas)que
no son controlables por relaciones en diagramas de fases (solubles
mutuamente), como sería el caso de la solidificación de un líquido. Por
ejemplo, escobillas para motores eléctricos de cobre - carbono y
herramientas de corte metal - cerámicas.
 La tercera razón es de índole económica. Piezas pequeñas tales como
engranajes, bujes, etc. pueden hacerse con dimensiones muy precisas
por prensado y sinterizado de polvos. La ventaja reside principalmente
en la eliminación o minimización del maquinado. La materia prima sea

15. provecha prácticamente en un 100% puesto que no hay pérdidas a
través de cada una de las etapas de fabricación. El proceso asegura la
uniformidad de las dimensiones y de las propiedades de las piezas a
través, de las operaciones repetitivas, idénticas para series
extremadamente grandes.
 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 .5%. Aún más importante es la
precisión con que puede controlarse la composición y pureza, pues no
se producen inclusiones de escorias ni burbujas o rechupes.
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 .5%. Aún más importante es la precisión
con que puede controlarse la composición y 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 se pueden ser hechas
directamente por compactado pero si por compactación isostática en frio(CIP) y
que los polvos metálicos carecen de capacidad para fluir en la forma que lo
hacen los metales fundidos. Sin embargo en muchos casos es económico

16. producir una forma simple por metalurgia de polvos y maquinarlo luego a la
forma más complicada.
Otras limitaciones de la Metalurgia de Polvos son:
1) 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.
2) Los costos iníciales de matrices y herramientas son elevados y deben ser
contrarrestados por una alta producción. El desgaste de herramientas también
sé traduce en altos costos de mantención.
3) El tamaño de los productos está limitado por el costo de grandes prensas y
herramientas requeridas en el compactado.
4) Debido a la fricción y a la tendencia que tienen los polvos metálicos
apegarse a las paredes del molde se produce con frecuencia falta de
homogeneidad en las propiedades.
5) Algunos metales son difíciles o imposibles de comprimir, tienden asoldarse
en frío con el dado.6) Algunos polvos metálicos presentan serios riesgos de
explosión o combustión cuando están suspendidos en el aire.

17. BIBLIOGRAFIA.
 Procesos de manufactura versión SI; B.H. Amstead, Ph.F. Ostwald,
M.L.Begeman; Editorial CECSA, vigésima reimpresión.
 Materiales y procesos de fabricación; E. Paul DeGarmo, J. Temple
Black,Ronald A. Kohser; Editorial REVERTÉ, segunda edición.
 Manufactura, Ingeniería y Tecnología; Kalpakjian – Schmid; Ed. Prentice
Hall
 Fundamentos de Manufactura Moderna – Materiales, Procesos y
Sistemas; Groover; Ed. Prentice Hall
 Metalurgia General – Tomo 2; F.R. Morral; E. Jimeno; P. Molera