MINI CURSO METALURGIA DO PÓ (M/P): MÓDULO 2 – Rev. … · Metalurgia do Pó - Mini-Curso...

Metalurgia do Pó - Mini-Curso Módulo 2-Rev.2009-Pallini

RECOMPÓ RECOMPÓ –– REDE COOPERATIVA DE METALURGIA DO PÓREDE COOPERATIVA DE METALURGIA DO PÓ

MINI CURSO METALURGIA DO PÓ (M/P): MINI CURSO METALURGIA DO PÓ (M/P): MÓDULO 2 MÓDULO 2 –– Rev. 2009Rev. 2009

AGENDA:AGENDA:MERCADO MERCADO

CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DO SINTERIZADOCARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DO SINTERIZADO

PORQUE USAR SINTERIZADOS? EXEMPLOSPORQUE USAR SINTERIZADOS? EXEMPLOS

COMPARAÇÃO COM PROCESSOS CONCORRENTESCOMPARAÇÃO COM PROCESSOS CONCORRENTES

RECOMENDAÇÕES BÁSICAS DE PROJETO RECOMENDAÇÕES BÁSICAS DE PROJETO

M. PALLINI M. PALLINI -- METALDYNEMETALDYNE

O material aqui apresentado poderá ser parcialmente ou totalmente copiado. Poderátambém ser editado para montagem de outras apresentações, porém em todos os casoso nome e/ou logotipo do autor deverão ser preservados. A identificação da “Recompó -Rede Cooperativa da Metalurgia do Pó” também deverá ser citada como fonte domaterial apresentado.

1



HISTÓRIA DO USO DOS METAIS

6000AC 5000AC 4000AC 3000AC 2000AC 1000AC 1 1000 2000 1000 1500 2000

Ouro Prata

Chumbo

Ferro

Cobre

Estanho

Mercúrio

A imagem não pode ser exibida. Talvez o computador não tenha memória suficiente para abrir a imagem ou talvez ela esteja corrompida. Reinicie o computador e abra o arquivo novamente. Se ainda assim aparecer o x vermelho, poderá ser necessário excluir a imagem e inseri-la novamente.Em 7700 anos somente 12 Metais eram usados

Um total de 24 MetaisForam descobertos até 1800

M/P~1925

Imagem cedida por Metaldyne 2



MERCADOMERCADO

3



17%2%

22%

4%

2%39%

14%

EuropaAmérica do SulAmérica do NorteJapãoCoréiaÍndiaChina

Total 904.000 toneladas

Ferro & Aço Convencional

Pós de Ferro & Ferro ligado

VENDA DE PÓ DE FERRO POR REGIÃO EM 2006

Fonte: - Höganäs AB 2007



Automotivo 68%68%

Recreação,Hobby, Ferr. Manuais

12%12%

Outros 5%5%

Motores/ControladoresIndustriais, hidráulica 5%5%

Hardware 2%2%

Eletrodomésticos 6%6%Equipamentos Escritório 2%2%

Fonte: Metaldyne

UTILIZAÇÃO DE SINTERIZADOS NO MUNDO EM 2008

5



6

70%

2%

1%26%

2% Automotivo

Ferramentas elétricas

Motocicletas

Utilidades domésticas [1]

Outros

UTILIZAÇÃO DE SINTERIZADOS NO BRASIL 2008 [2]

[1] Utilidades domésticas inclui compressores herméticos[2] Dados obtidos de sinterizadores

Fonte: - Höganäs Brasil

24%22%

11% 10%14%21%

AutomotivoMotocicletasFerramentas elétricasMáquinas e agriculturaUtilidades domésticasBuchas

UTILIZAÇÃO DE SINTERIZADOS NA CHINA 2008



Automotivo 70%

(3,5)(3,5) 6 6 kgkg

(6)(6) 12 kg12 kg

(5)(5) 10 kg10 kg

(15)(15) 22 kg22 kg

AA grandegrande diferençadiferença nana AméricaAméricadodo NorteNorte éé oo usouso intensivointensivo dedepeçaspeças sinterizadassinterizadas emem câmbioscâmbiosautomáticosautomáticos..

PEÇAS SINTERIZADAS EM CARROS – (1995 1995 ) 2009

Fonte: Metaldyne / MPIF / EPMA / Höganäs AB



Produtos convertidos de fundidos ou

usinados

DESEMPENHO ESTRUTURAL ULTRAPASSADOS

Polias Comp. Susp.

Flanges Comp. Direção

Carcaças Inj. EGR

Pinhões

Produtos “Engenheirados”

Bielas Planetários

Mancal Girab. Engrenagens

Variador fase Oil JetFeitos sob desenho, muito

tempo no mercado (commodities)

Pivô

Anéis sensores Cubos Miscelânia

CLASSIFICAÇÃO DOS SINTERIZADOS PERANTE O MERCADO

Fonte: Metaldyne

APÓS ALGUNS ANOS.....



COMPONENTES DE AÇOEM GERAL

-Armações do air bag-Induzido e estatores demotores elétricos

-Placa base da válvula EGR-Pinhões do levantadorde vidros

- Arruela do EGR-Núcleo da válvula EGR-Carcaça da válvula EGR-Carcaça do sistemacruise control

-Anéis controladores defluxo de ar condicionado

ASSENTOS

-Alavancas de ajuste-Lingüetas da trava-Mecanismo reclinagemespaçadores

SUSPENSÃO

-Guia da haste-Válvula de compressão-Cilindros-Pistões-Espaçadores-Placa de orifícios

DIREÇÃO

-Colar da coluna dedireção

-Engrenagem da colunade direção

-Placa terminal-Alavanca de regulagemda altura do volante

-Tampa do mancal derolamento

-Corpo da válvulatampa

MOTORES

-Pinhões do planetário(motor de partida)

-Sapata polar (motor departida)

-Núcleos magnéticospara bobinas de ignição

-Placa de controle deemissões

-Buchas para balancins-Engrenagens VVT-Tampa do eixo decomando das válvulas

-Carcaça de válvulas deinjeção de combustível

-Espaçador de injetoresde combustível

-Núcleo magnético-Chave magnética (motorde partida)

-Buchas e placas paraventiladores (sistema dearrefecimento)

-Bielas-Mancais de girabrequime eixo de comando deválvulas

-Sensores de fasecames

-Guia e assento deválvula

TRANSMISSÃO

-Anéis sincronizadores-Chavetas de retenção-Cubo conversor detorque

-Pinhões-Engrenagem planetária-Polia dentada de tração-Trava de estacionamento

FREIOS

-Anéis sensores ABS-Porca de ajuste-Ajustadores-Trava de freio– cilindro mestre-Pistões-Insertos do induzido-Estatores-Induzidos-Acionadores-Carcaça de engrenagens

LIMPADORES DE PARABRISA

-Acionamento-Trava excêntrica-Retentores

UTILIZAÇÃO DE SINTERIZADOS EM UM CARRO ATUAL



CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES E PROPRIEDADES DO SINTERIZADODO SINTERIZADO

10



Fonte: P/M Science – R.M. German

PROCESSOS DA METALURGIA DO PÓ

EQUIPAMENTOS DE PRODUÇÃO

ENSAIOS

MISTURA DE PÓS

PROCESSAMENTO

PROPRIEDADES

•Microestrutura

•Composição Química

•Rota de Fabricação

•Tamanho

•Forma

•Empacotamento

•Compactação (C, WC, SWC, HIP)

•Laminação

•Extrusão

•Injeção

•Aspersão

•Sinterização (C, SH, HTS)

•Forjamento

•Densidade•Dutilidade

•Magnetismo

•Resistência

•Condutividade

•Microestrutura

11

AD

EQ

UA

ÇÃ

O À

S A

PLI

CA

ÇÕ

ES



Imagem EPMA traduzida por Cofap-M. Marelli

METALURGIA DO PÓ (M/P) CONVENCIONAL - FLUXOGRAMA DE PROCESSO

12



Fonte: PM School Höganäs

•A densidade tem papel fundamental nas propriedades dos aços sinterizados;

•O carbono é o elemento de liga mais comum, e como nos aços trabalhados, o mais efetivo no aumento da tensão de escoamento e ruptura.

13



INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA E PROCESSAMENTO NA VARIAÇÃO DIMENSIONAL



INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA NA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO



16

AUMENTO DA DENSIDADE

AU

ME

NTO

DO

DE

SE

MP

EN

HO

ME

CÂ

NIC

O

AÇOS FERRAMENTAMETAL DURO

SINTERIZADO FORJAD0

MIM

COMPONENTES DE ALTA RESISTÊNCIA (2C2S / SWC / WC / SH)

METALURGIA DO PÓ CONVENCIONAL (CS)

MANCAIS

FILTROS

ALUMÍNIO

PLÁSTICO

O DESEMPENHO TEM LIGAÇÃO DIRETA COM A DENSIDADE

Fonte: Workshop Grupo Setorial Sinterizadores

COMPARAÇÃO DE DESEMPENHO ENTRE DIVERSOS MATERIAIS

AÇO CONVENCIONAL



17Fonte: Workshop Grupo Setorial Sinterizadores, atualizado Pallini

EVOLUÇÃO DAS APLICAÇÕES DOS SINTERIZADOS

(<6,0 g/cc)

(>7,5 g/cc)

(Sinter Forjado – 7,8 g/cc)



DUREZA APARENTE VS. DUREZA DE PARTÍCULA• Material Sólido:

– No ensaio de dureza HRC o indentador penetra em uma matrizsólida.

• Materiais Sinterizados:– O indentador HRC penetra na matriz e nos poros. O resultado da

dureza é a média entre as duas regiões (dureza aparente);– Usando teste de micro dureza HV0,1, a dureza de partícula é

medida. Convertendo-a podemos estimar a real dureza HRC.

6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 7,6 7,8

20

30

40

50

60

HRC

Density - g/cc

Exemplo de Conversão de Micro dureza para HRC

36 HRC APARENTE

50 HRC APARENTE

HV0.1 HRC500 45600 50700 54800 57900 60



FERRO PURO ATOMIZADO



Atz. Fe-0,2%C / 7,15g/cc

Atz.Fe-0,5%C / 7,10g/cc

AÇO CARBONO SINTERIZADO



Atz. Fe-2%Cu / 7,05g/cc

Atz. Fe-4%Cu-0,6%C / 6,88g/cc

AÇO SINTERIZADO COM CARBONO E COBRE ADICIONADOS



*

AÇO SINTERIZADO PRÉ LIGADO AO MOLIBDÊNIO COM ADIÇÕES DE CARBONO E COBRE



*

AÇO SINTERIZADO LIGADO AO Ni/Cu/Mo POR DIFUSÃO COM ADIÇÃO DE CARBONO



* •DENSIDADE: 7,18 g/cc

•Fe-1,5%Cu-1,8%Ni-0,5%C

•DUREZA APARENTE: 40 HRC

•DUREZA PARTÍCULA: 800 HV0,1

AÇO SINTERIZADO PRÉ LIGADO AO Ni/Cu/Mo POR DIFUSÃO COM ADIÇÃO DE CARBONO, TEMPERADO E REVENIDO



Atz. Fe-0,45%P / 7,13g/cc

Dureza Aparente= 55 HRB

Energia de Impacto= 80 J

Hc = 120 A/m

Bmax = 1,3 T

µ = >3000

FERRO PURO ATOMIZADO COM ADIÇÃO DE Fe3P



AÇO INOX 316L SINTERIZADO (TODOS ELEMENTOS PRÉ LIGADOS)



Fonte: Ames / Atualização Pallini

Resis

tênc

ia à

Traç

ão -

MPa

Densidade

g/ccSinterizado6,2 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 7,6 7,8

Convencional

150

1500

1200

1050

900

750

600

450

300Fe Gray Iron

Nodular Iron

Carbon Steel

Alloy Steel

Speed Steel

Comparação de Resistência Mat. Convencional vs. M/POBS: Aços ferramenta

sinterizados apresentam resistência superior aos

convencionais!

1350

27



28

PORQUE USAR PORQUE USAR SINTERIZADOS?SINTERIZADOS?



29

Near net shape

Otimização do uso de material

Tolerânciadimensional

Acabamento superficial

Capabilidadede Processo

Redução/eliminação de usinagem

Redução de peso

Flexibilidade de ligas

MenorCusto

Fontes: Paper SAE 2006-01-2585

O QUE A M/P PODE OFERECER?O QUE A M/P PODE OFERECER?



Econômicas:•Um componente sinterizado com qualidade comparável a um fundido ou trabalhado normalmente é mais barato que estes. M/P tipicamente usa mais de 97% da matéria prima original na peça acabada;•Produz peças com excelente acabamento superficial;•M/P é adequada a componentes com alto volume de consumo (permite automação), com formas intrincadas, com tolerâncias dimensionais fechadas;•Apresenta consistência de processo (alto Cpk), e consequentemente baixo scrap;•Peças sinterizadas tem bom desempenho em aplicações críticas de longa duração.

Fonte: EPMA e P/M Science

RAZÕES PARA USAR M/P

30



APLICAÇÕES:Peças estruturais fabricadas

com aço sinterizado (motor, câmbio,motor de partida, levantadores de

vidro, amortecedores, etc...)



Pistões, Placas de Válvula,Bielas e Contra-Pesos fabricados

com aços sinterizados

Compressores herméticos

APLICAÇÕES:



Processo Único:•Permite as mais variadas combinações de elementos químicos (ligas) e consequentemente microestruturas;•Provê controle da porosidade, adequadas para aplicações como filtros (baixíssima densidade) até componentes com densidade teórica da liga (Bielas);•Compósitos (metais reforçados com cerâmicos, SMC...);•Habilidade de formar conjuntos utilizando peças sinterizadas com formas e/ou composições diferentes.


Ideal para algumas aplicações:•Componentes eletro/eletrônicos (Capacitores de tântalo poroso, Ímas, Núcleos Ferrite, Microencapsulados /Soft Magnetic Composite,etc...).

Fonte: EPMA e P/M Science 33



Fontes: Metaldyne

Base de válvula recirculadora de gases (EGR)montada com 02 componentes comcomposições químicas distintas, que sãocompactados separadamente e unidos durantea sinterização. O centro da peça é fabricado emFe-P e a parte externa em Fe.

34

APLICAÇÕES:



APLICAÇÕES:

Mancais auto-lubrificantes Fabricados em bronze

sinterizado




Fonte: EPMA e P/M Science-Randall M. German

Processo Cativo:•Materiais refratários com alto ponto de fusão não podem ser obtidos economicamente por outros processos (filamentos de tungstênio para lâmpadas, metal duro, etc...); •Produz formas complexas que seriam impossíveis ou impraticáveis por outro processo de transformação mecânica.

36

Ecologicamente Melhor que os Processos Competidores:• Menor consumo de energia na fabricação dos pós;• Uso de elementos de menor impacto para o meio ambiente;

• É de fácil reciclagem; • Uso eficiente da matéria prima (>97%).



Outros Processos Contatos Elétricos

Escovas

Materiais de Fricção

Filtros Sinterizados

Moldagem por Injeção

APLICAÇÕES:

Imãs de ferrite



Fontes: Höganäs AB

Estator de motor elétrico fabricado com SMC,substituindo pacote de laminas estampadas,resultando em redução de massa e tamanho.A reciclagem também é favorecida.

38

APLICAÇÕES:



* Aumento de desempenho do produto final* Maior precisão dimensional* Aumento da resistência mecânica* Melhoria nas propriedades tribológicas* Propriedades autolubrificantes* Eliminação de processos poluentes* Redução de custo* Redução do ruído* Redução do número de etapas de fabricação* Redução do número de componentes na peça* Redução do lead-time de fabricação* Redução do peso final

ESTUDOS DE CASOS DE CONVERSÃO ESTUDOS DE CASOS DE CONVERSÃO RELACIONADOS A:RELACIONADOS A:



Exemplo de conversão

Aplicação:Automobilística – Amortecedor de suspensão.

Projeto original:Material: aço ABNT 12L14Processo: usinagem em 4 operações a partir debarra sextavada.

Conversão para o sinterizado:Material: aço sinterizado MPIF F-0005-15Processo: compactação, sinterização, calibração, rosqueamento e ferrox.

Comentários:Vantagens na maior precisão dimensional e eliminação da operação de lavagem antes da montagem da peça.

Porca da haste



Automotivo 70%

SinterizadoUsinado

Aplicação:Automobilística - Bomba de direção hidráulica.

Projeto original:Aço torneado, brochado, tratado termicamente,errado/retificado (10 canais), e retificado nas faces.

Conversão para o sinterizado:MPIF-FLC4608, compactado, sinterizado e simultaneamente tratado termicamente (sinterhardening),e retificado.

Comentários:Fluxo de processo reduzido de 06 etapas para 03 etapas, além do fato de todos os rasgos e o entalhado serem gerados simultaneamente na etapa de compactação do sinterizado.

Blank de rotor




Aplicação:Automobilística – Amortecedor de suspensão.

Projeto original:Material: aço ABNT 12L14Processo: usinagem em 4 operações a partir de barra.

Conversão para o sinterizado:Material: aço sinterizado MPIF F-0005-15Processo: compactação, sinterização, usinagem (1 operação), ferrox.

Comentários:Vantagens na maior precisão dimensional e eliminação da operação de lavagem antes da montagem da peça.

Arruela suporte




Aplicação:Automobilística – Motor diesel.

Projeto original:Polia em aço estampado e repuxado.Cubo em aço estampado.Montagem com parafusos.

Conversão para o sinterizado:Aço sinterizado DIN 30910 Sint D10Compactado, sinterizado, calibrado, usinado.

Comentários:Redução de custo em função da unificação emuma única peça, eliminando componentes e operação de montagem. Maior precisão dimensional e acabamento superficial, com melhoria do desempenho e aumento da vida.

Polias Estampadas




Aplicação:Automobilística - Caixa de transmissão.

Projeto original:Material: latãoProcesso: forjado e usinado (2 operações).

Conversão para o sinterizado:Material: aço sinterizado MPIF FN-0208-35Processo: compactação, pré-sinterização, recompactação, sinterização, usinagem (1 operação) e carbonitretação.

Comentários:Vantagem no aumento da resistência mecânica do componente.

Anel de sincronização




Usinado

Aplicação:Automobilística - Caixa de mudanças (câmbio).

Projeto original:Ferro fundido.Usinado, tratado termicamente e polímeroinjetado nas sapatas.

Conversão para o sinterizado:Aço sinterizado DIN 30910 Sint D39Compactado, sinterizado, calibrado, usinado, tratado termicamente, e é montada uma sapata polimérica anti-fricção.

Comentários:Redução de custo em função da eliminação de operações de usinagem. Menor variabilidade das propriedades mecânicas e tribológicas.

Garfo de engate 3ª e 4ª




Aplicação:Automobilística - Caixa de mudanças (câmbio).

Projeto original:Ferro fundido.Usinado.

Conversão para o sinterizado:Aço sinterizado DIN 30910 Sint D39Compactado, sinterizado, calibrado, usinado.

Comentários:Redução de custo em função da eliminação de operações de usinagem. Menorvariabilidade das propriedades mecânicas e tribológicas.

Garfo de engate do reverso




Aplicação:Automobilística – Motor diesel, refrigeração de pistão

Projeto original:AçoCorpo fabricado com perfil cortado, usinado, furado.

Conversão para o sinterizado:MPIF-FC0208, corpo moldado, sinterizado e ferroxidado.

Comentários:Foram eliminadas 03 operações de usinagemdo corpo. Demais operações (montagem do tubo e brazagem) foram mantidas.

Borrifador de óleo




Aplicação:Automobilística - Engrenagem

Projeto original:Chapa estampada.Aço trefilado, usinado, cementadoe tratado termicamente.

Conversão para o sinterizado:Aço sinterizado MPIF FC-0205-35Compactado e sinterizado.

Comentários:O processo resultava em uma peça com baixa precisão dimensional que encurtavaa vida do produto final. A peça sinterizada é um monocomponente cujo material possui 0,5% de carbono. Mesmo sem o tratamento térmico a peça dobrou a vida útil do produto final.

Engrenagem




Usinado

Aplicação:Automobilística - Tampa da polia do alternador

Projeto original:Material: aço SAE 1020.Processo: porca – usinagem (2 operações).corpo – usinagem (5 operações), montagem da porca por interferência.

Conversão para o sinterizado:Material: aço sinterizado MPIF F-0005-20Processo: compactação, sinterização, usinagem (1 operação) e ferrox.

Comentários:O componente foi reprojetado para adaptação ao sinterizado, sendo feito em uma só peça, com ganho da operação de montagem e da qualidade do conjunto.

Tampa de polia




Aplicação:Automobilística - Capa de mancal de eixo de comando, motor diesel.

Projeto original:Ferro fundidoUsinado, cortado, furado, colocadas buchas de localização.

Conversão para o sinterizado:MPIF-FC0208 compactado, sinterizado e dividido por fratura.

Comentários:O sinterizado já é compactado com os furos de montagem. Passa depois por uma etapade fratura que acaba por dispensar o uso de buchas localizadoras e torna-se um“poka-yoke” de montagem.Esta peça ganhou um premio de design da MPIF em 2006.

Capa de mancal




Análise de custosBiela (x forjado)

Liga: Fe-Cu-C

Vantagens: redução de custo em relação ao forjado,

pequena variação de peso (2g), homoneneidade

microestrutural e maior resistência à fadiga



Liga: Fe-Ni-Cu-Mo-C

Vantagens: redução de custo, redução de etapas de usinagem

e eliminação de tratamento térmico (liga auto temperante).

Análise de custosEngrenagem (x usinado)



53

COMPARAÇÃO COMPARAÇÃO COM PROCESSOS COM PROCESSOS CONCORRENTESCONCORRENTES



Fonte: Höganäs, modificado por Pallini

M/P comparada com outros processos: Resistência vs Complexidade

Sinterizados

Usinados

Forjados

Estampados

Plásticos

Alta

Média

Baixa

Muito Pobre

MédiaPobre Boa Muito boa

Resi

stên

cia

Tolerâncias

Fundidos

54



M/P comparada com outros processos: Tolerância IT

Fonte: P/M Science – R.M. German 55



Fonte: MPIF P/M Design Book atualizado por M. Pallini

M/P comparada com outros processos: Resistência

56



Tolerâncias

57Fonte: The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996



Tolerâncias

58Fonte: The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996



59

Produção da

matéria-prima

Fabricação do

produto

Fim da vida

Período de vida

Reciclagem

Montagem

e uso

0

20

40

60

80

100

Exploração mineral Aquecimentoglobal

Reação foto-oxidante

Acidificação Desbalanceamentode nutrientes

Toxidade humana

Sinterizado Convencional

Influê

ncia

no

Impa

cto

Am

bien

tal

Life Cycle Assessment (LCA)

Fonte: LCA of Powder Metallurgy, Jan Tengzelius – Höganäs AB

PROCESSO ECOLOGICAMENTE CORRETO!



Forjamento Convencional (40% do material inicial)

Sinterizado Forjado (80% do material inicial)

85% Utilização

43% Utilização

EXEMPLO: USO EFETIVO DA MATÉRIA PRIMA EM BIELAS

Fonte: Metaldyne

0

200400

600

8001000

1200

14001600

1800

Mas

sa d

o m

ater

ial (

gram

as)

Matéria Prima Blank moldado/forjado Biela usinada acabada



REQUISITOS DO CONSUMIDOR: ECONOMIA DE COMBUSTÍVEL, REDUÇÃO DE EMISSÕES, E REDUÇÃO DO CONSUMO ENERGÉTICO

Forças Motrizes Globais:– Aumento de preço do petróleo;– Aumento de instabilidades na região dos

países produtores de petróleo;– Aumento do consumo global (BRIC);– Políticas de energia e emissões (USA-E10,

E85, B20, EURO 5);– Legislações governamentais;– Meio ambiente (Global warming); – Preferências do consumidor (eficiência).

Necessidades do usuário final

Legislações governamentais

Selo verde / Amigo do ambiente

Preço do petróleo &

Instabilidades

Fonte: Metaldyne

O SINTERIZADO CONTRIBUI PARA ASATISFAÇÃO DO CONSUMIDOR, POIS REDUZPESO, ECONOMIZA ENERGIA, E É AMIGÁVELPARA COM O MEIO AMBIENTE



DESIGNDESIGN

62



63

PROJETANDO UMA PEÇA SINTERIZADA:Tamanho da peça:•Os limites básicos do tamanho da peça sinterizada são a compressibilidade do pó base e tonelagem da prensa, porém existem alguns valores típicos para aços sinterizados: área: < 320cm2; comprimento: 1,5...75mm; parede: > 1,5mm; comprimento/diâmetro: 5/1; (área para não ferrosos: < 480cm2);

Volume mensal:•Devido ao custo do ferramental, tempo de setup, e velocidade de moldagem um volume mínimo deve ser negociado. O valor típico de mercado é >20.000 peças/mês, porém volumes menores podem ser negociados caso a caso;

Requerimentos físicos e mecânicos:• As normas fornecem uma vasta gama de propriedades de projeto que auxiliam o projetista na escolha do material mais adequado para a aplicação. Tipicamente aços sinterizados com densidade entre 6,4...6,9g/cc substituem FoFo cinzentos e aços carbono, enquanto que densidades entre 7,0...7,4g/cc substituem FoFo nodulares e aços de construção mecânica. Sinterizados forjados ou sem poros podem substituir aços convencionais de alto desempenho. Propriedades específicas além das encontradas nas normas devem constar nos desenhos;



64

Dureza Aparente:• Devido a porosidade típica dos sinterizados, durezas macro Vickers ou Rockwell não podem ser comparadas diretamente com os materiais convencionais. Por exemplo um aço sinterizado temperado pode apresentar 30 HRC, e dureza de partícula Vickers HV0,1 de 650, que corresponde a ~58HRC;

Efeito da Densidade:• A densidade varia de acordo com a pressão aplicada e outros parâmetros de processo (aditivos, ferramental (geometria da peça), tipo de prensa, etc...). É importante lembrar que além das propriedades mecânicas, outras características críticas da peça também são afetadas pela densidade, como por exemplo, condutividade térmica/ magnética e módulo de elasticidade (fortemente), coeficiente de Poisson e expansão térmica (moderadamente);

PROJETANDO UMA PEÇA SINTERIZADA (CONT.):

Geometria da Peça:• A geometria da peça deve ser compatível com a direção vertical da compactação. Rebaixos, reentrâncias, e roscas devem ser usinadas em operação secundária. Diferenças significativas de altura na área transversal da peça vão requerer movimentos especiais do ferramental. Tipicamente prensas/ferramentais permitem peças com até 05 níveis de altura. Alturas superiores a 25 mm vão causar variações de densidade do topo (máx.) até o meio da peças (mín.).



NormasAs normas de materiais contém informações necessárias para fabricação e caracterização do produto:

- Composição química do material: %Ferro, %Cobre, % Carbono, …

- Propriedades físicas: densidade, condutibilidade térmica e elétrica, coeficiente de expansão térmica…

- Propriedades mecânicas: dureza, resistência à ruptura, resistência ao impacto, alongamento, res. à fadiga/RCF...

- Propriedades magnéticas: força coerciva, Indução magnética, Permeabilidade magnética, …

- Resistência à corrosão, etc…

65



Imagens cedidas por Metaldyne

Normas relacionadas a M/P

- MPIF – EUA (é a norma com mais informações e a mais utilizada atualmente)

- SAE - EUA

- ASTM - EUA

- DIN (SINT) - Alemanha

- JIS - Japão …

- BS - (Grã Bretanha)

- ISO - (Internacional)

- EN - (Comunidade Européia)

… e também normas criadas pelo próprio cliente, fundamentadas ou não em normas internacionais.

66



Fonte: DIN-EN 30910-4-2004-05

Norma Din – SINT – Tolerâncias muito abertas!

67



Fonte: MPIF35-2003

Norma MPIF35

68



Fonte: MPIF35-2007

Norma MPIF35

69



Fonte: MPIF35-2007

Norma MPIF35

70



Fonte: MPIF35-2003

Norma MPIF35

71



Fonte: MPIF35-2003

Norma MPIF35

72



DICAS BÁSICAS DE PROJETO DE UMA PEÇA SINTERIZADA

Ação SimplesAção Dupla

Matriz Flutuante

• Todos detalhes da peça que estão no sentido da moldagem podem ser fabricados;

•Existirá uma variação de densidade ao longo da peça, de acordo com o processo de prensagem escolhido (vide abaixo).

Imagem cedida por Metaldyne 73



Peças com vários degraus demandam punções múltiplos

MatrizPunção 1Puncão 2Puncão 3

Macho

Peça

The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996

Este tipo de ferrramental

normalmente é caro!

74



Múltiplos degraus com matriz com projeção (Shelf Die)

Shelf die

1,5 mm mínimo!


Este tipo de ferramental é uma

alternativa economica ao anterior, porém

dificulta o controle da densidade ao longo

da peça

75



Dicas de Projeto: Cantos vivos e raios

Vista de topoVista de topo

Possível Preferível

The Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996 76



Dicas de Projeto: Chanfros de M/P

PunçãoPeça

30° a 45°

W mín. = 0,125 mmW típico = 0,250 mm

H


Canto vivo na ferramenta causa quebra prematura!

77



Dicas de Projeto: Raios / Acabamentos

Puncão

R REsta parede fina no punção vai fraturar rapidamente em serviço!

0,25 mm típico

Evite Preferível

A linha de junção pode ser eliminada por

tamboreamento posterior, caso

necessário




Dicas de Projeto: furo cego

Evite Preferível Preferível




Dicas de Projeto: Rebaixos

Evite Preferível

Deve ser usinado




Dicas de Projeto: Saídas / Conicidade2º min

7º min

Evite

PreferívelEvite

PreferívelThe Powder Metallurgy Electronic Design Guide, Precitech, 1996 81

Se possível, colocar raios



RECADO AOS ENGENHEIROS DE PRODUTO & PROJETISTAS

REALIDADE

-Um novo componente normalmente já está definido pela engenharia antes da área comercial iniciar as cotações;

-Nem sempre a M/P é considerada no primeiro momento;

-As tolerâncias de projeto e/ou montagem não são bem estudadas. O mesmo aplica-se às propriedades de resistência;

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RECOMENDAÇÃO:

-Contatar o fabricante de sinterizado no início do projeto do componente;

- “O papel aceita tudo”. Dimensões determinadas pelo departamento de engenharia nem sempre podem ser atingidas em regime de produção. Considerar as limitações e vantagens da M/P, escolhendo a melhor relação entre requerimentos técnicos e de montagem e o que pode ser produzido.



Créditos

Coordenação: Marco Pallini - Metaldyne

O conteúdo desta apresentação foi referenciado na obra

A Metalurgia do PóAlternativa econômica com menor impacto ambiental

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MINI CURSO METALURGIA DO PÓ (M/P): MÓDULO 2 – Rev. … · Metalurgia do Pó - Mini-Curso...

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