Todo lo que necesita saber sobre la pulvimetalurgia

La pulvimetalurgia es uno de los cursos importantes que los ingenieros mecánicos deben conocer. Los productos hechos de este material son comunes a nuestro alrededor, especialmente las piezas de automóviles. La pulvimetalurgia comprende una familia de tecnologías de producción, utilizadas para fabricar componentes de varios tipos. Además, la pulvimetalurgia, que se abrevia como PM, es un término que abarca una amplia gama de formas en que los materiales o componentes se fabrican a partir de polvos metálicos.

Hoy conocerá la definición, la importancia, los tipos, el proceso, la aplicación, así como las ventajas y desventajas de la pulvimetalurgia en nuestra vida moderna.

¿Qué es la pulvimetalurgia?

La pulvimetalurgia es un proceso de fabricación que se utiliza para producir objetos terminados o semiacabados. Esto se hace comprimiendo el polvo metálico en moldes adecuados. Este proceso metalúrgico es uno de los más económicos que ofrece alta calidad y resistencia. También se utiliza para obtener formas complejas con un alto grado de precisión. Debido a esto, el proceso es adecuado para la producción en masa. La pulvimetalurgia implica principalmente cuatro pasos básicos que incluyen la preparación del polvo, la mezcla y combinación, la compactación y la sinterización. Todo esto se explicará con más detalle en este artículo.

La pulvimetalurgia es un proceso que existe desde hace más de 100 años, es decir, durante el último cuarto de siglo. Ha sido un método superior para producir piezas de alta calidad para diferentes aplicaciones importantes. El proceso fue exitoso porque ofrece mayores beneficios sobre otros procesos de conformado de metales, como la forja y la fundición de metales, etc. Estos beneficios incluyen además la utilización del material, la complejidad de la forma, el control dimensional de forma casi neta, entre otros. Debido a esto, la pulvimetalurgia fue reconocida como tecnología verde.

Además, la pulvimetalurgia se utiliza para fabricar componentes únicos que son imposibles de obtener mediante fusión o formación. Un producto importante muy similar es el carburo de tungsteno (WC). Se utiliza para cortar y dar forma a otros metales y está hecho de partículas de WC unidas con cobalto. Este proceso se utiliza principalmente en la industria para peajes de varios tipos y, globalmente, PM fabrica ~50 000 toneladas/año (t/a).

Aplicaciones de la pulvimetalurgia

A continuación se muestran las aplicaciones de los componentes de pulvimetalurgia en varios campos.

Las aplicaciones de Automoción

Alrededor del 80 % de las piezas pulvimetalúrgicas son para aplicaciones automotrices. Alrededor del 75% de estos componentes son para transmisiones tanto automáticas como manuales y partes del motor. Estas aplicaciones de transmisión incluyen partes del sistema sincronizador, cubos de embrague, componentes de cambio de marchas, portadores de engranajes planetarios, cubos de turbina, embrague y placas de bolsillo. Las partes del motor que se fabrican con pulvimetalurgia incluyen poleas, ruedas dentadas y cubos, particularmente los asociados con el sistema de correa de distribución del motor, guías de válvulas, insertos de asientos de válvulas, lóbulos PM para árboles de levas ensamblados, engranajes equilibradores, tapas de cojinetes de árboles de levas y motor. sensores de gestión de anillos.

Algunos otros sistemas automotrices usan pulvimetalurgia en algunas de sus partes, que incluyen:

• Bombas de aceite, especialmente engranajes.
• Amortiguadores como guías de vástago de pistón, válvulas de pistón, válvulas finales.
• Sistemas de frenos antibloqueo (ABS), suena su sensor.
• Bridas, salientes de sensores de oxígeno de los sistemas de escape.
• Sistemas de sincronización variable de válvulas.
• Turbocompresores
• Sistemas de recirculación de gases de escape (EGR)
• Componentes del chasis
• Transmisiones continuamente variables.

Otras aplicaciones de la pulvimetalurgia incluyen:

• Aplicaciones aeroespaciales
• Industria del petróleo y el gas.
• Sector de la salud, etc.

En un agarre rápido las aplicaciones de la pulvimetalurgia son:

• Las herramientas de corte, como las herramientas de carburo cementado, las herramientas de cerámica, etc., son productos de pulvimetalurgia.
• Los casquillos eléctricos fabricados mezclando Cu y Ag con grafito son productos P/M.
• Toberas para cohetes y misiles.
• Piezas pequeñas en aplicaciones automotrices y de electrodomésticos donde la capacidad de producir una forma casi final que requiere un mecanizado mínimo proporciona una gran ventaja económica.
• Cojinetes, casquillos, etc.
• Los metales blandos magnéticos como Fe, Fe-3Si, etc. se transforman fácilmente en una forma final mediante P/M.

Proceso de pulvimetalurgia

Tal como se indicó anteriormente, la metalurgia de energía tiene cuatro procesos básicos que incluyen:

Preparación en polvo:

Antes de que se pueda producir un objeto, el material debe convertirse en energía. Los diversos procesos para producir dicho polvo incluyen atomización, molienda, reacción química, proceso de electrólisis, etc.

Mezclar y mezclar:

Este proceso pulvimetalúrgico consiste en mezclar dos o más materiales para producir material de aleación de alta resistencia. Bueno, dependiendo del requerimiento del producto. Este paso garantiza una distribución uniforme del polvo con aditivos, aglutinantes, etc. Para mejorar la característica de flujo del polvo, a veces se agregan lubricantes en el proceso de mezcla.

Compactación:

Este proceso consiste en comprimir la mezcla de polvo preparada en moldes predefinidos. La compactación asegura que se reduzcan los vacíos y aumenta la densidad del producto. El polvo se compacta en un molde usando presión para formar un producto que se llama compacto verde. Esto significa que el producto se forma por compactación. La presión utilizada oscila entre 80 y 1600 MPa. Aunque la presión depende de las propiedades del polvo metálico y los aglutinantes. es decir, para la compactación de polvo blando, la presión es de aproximadamente 100 a 350 MPa, y para acero, hierro, etc. La presión es de 400 a 700 MPa.

Sinterización:

Debido a que el compacto verde producido por la compresión no es tan fuerte y no puede usarse como producto final, se realiza la sinterización. Sinterizar significa calentar el compacto verde a una temperatura elevada para que se pueda obtener una unión fuerte permanente. El proceso de pulvimetalurgia proporciona resistencia al compacto verde y lo convierte en un producto final. En general, la temperatura de sinterización es aproximadamente del 70 al 90 por ciento de la temperatura de fusión del polvo metálico.

Operación secundaria:

Dado que el objeto sinterizado es más poroso en comparación con el material completamente denso. La densidad del producto depende de la capacidad de la prensa, la temperatura de sinterización, la presión de compresión, etc. A veces, los productos no necesitan alta densidad, lo que hace que los productos sinterizados se utilicen directamente como productos finales. Aunque a veces se requiere un producto muy denso (por ejemplo, la producción de rodamientos). La operación secundaria es necesaria para hacer que el producto sea de alta densidad y alta precisión dimensional. La operación secundaria comúnmente realizada incluye dimensionamiento, acuñación, infiltración, forja en caliente, impregnación, etc.

Mire el video a continuación para conocer el proceso de pulvimetalurgia:

Tipos de procesos de pulvimetalurgia

Los procesos de pulvimetalurgia se pueden realizar de varias formas, dependiendo de los productos a producir. A continuación se muestran los diversos tipos de procesos de pulvimetalurgia que se encuentran en las industrias de polvos metálicos.

Proceso de pulvimetalurgia convencional:

Con el siguiente diagrama, se explican los tipos convencionales de procesos de pulvimetalurgia. Implica mezclar polvos elementales o de aleación, compactar la mezcla en una matriz y luego sinterizar o calentar. Tal como se explicó anteriormente, las formas resultantes en un horno de atmósfera controlada unen metalúrgicamente las partículas.

Tal como se mencionó anteriormente, la mayoría de las piezas de pulvimetalurgia pesan menos de 5 libras. (2,27 kg), aunque algunas piezas que pesan 35 lb (15,89 kg) se pueden fabricar en equipos PM convencionales. Piezas como bujes y cojinetes tienen formas simples. Bueno, hoy en día existe un proceso de PM sofisticado que puede producir componentes con contornos complejos y múltiples niveles. Estas máquinas son bastante económicas.

Moldeo por inyección de metales (MIM)

El moldeo por inyección de metal tiene la capacidad de fabricación de producir formas complejas en grandes cantidades. En este proceso se utilizan polvos metálicos finos normalmente de menos de 20 micrones. Estos polvos metálicos se formulan a la medida con un aglutinante (diferentes termoplásticos, ceras y otros materiales) en una materia prima. La materia prima se introduce en una cavidad (múltiples cavidades) de una máquina de moldeo por inyección convencional. Cuando se elimina el componente "verde", casi todo el aglutinante se extrae mediante procesamiento térmico o con solvente. El resto del ligante se elimina durante el proceso de sinterización, que se realiza en un horno de atmósfera controlada.

Estos tipos de procesos de pulvimetalurgia son muy similares al moldeo por inyección de plástico y la fundición a presión a alta presión. También pueden producir muchas de las mismas formas y características de configuración. Sin embargo, se han limitado a piezas relativamente pequeñas (normalmente menos de 250 gramos) y muy complejas que, de otro modo, requerirían un mecanizado de acabado extenso. Los beneficios de este proceso metalúrgico se deben a su capacidad para producir propiedades mecánicas similares a las de los materiales forjados. Es una tecnología de proceso de forma neta con buen control de tolerancia dimensional. Por último, las piezas de moldeo por inyección de metal ofrecen una forma casi ilimitada y una capacidad de características geométricas. También tiene la capacidad de altas tasas de producción mediante el uso de herramientas de múltiples cavidades.

Prensado isostático

El prensado isostático es un tipo popular de proceso de formación de pulvimetalurgia. Aplica la misma presión en todas las direcciones sobre un polvo compacto. Debido a esto, logro de la máxima uniformidad de densidad y microestructura sin las limitaciones geométricas del prensado uniaxial.

El prensado isostático se puede realizar en frío o en caliente. El siguiente diagrama describe el prensado isostático en frío. El prensado isostático en frío (CIP) se utiliza para compactar piezas verdes a temperatura ambiente. Sin embargo, el prensado isostático en caliente (HIP) consolida completamente las piezas a temperaturas elevadas a través de la difusión de estado sólido. Este proceso de prensado en caliente también se puede utilizar para eliminar la porosidad residual de una pieza PM sinterizada.

Fabricación aditiva de metales

Fabricación aditiva de metal que se abrevia como AM y también se puede llamar impresión 3D. Este proceso tiene el potencial de cambiar profundamente la producción, el tiempo de comercialización y la simplicidad de los componentes y ensamblajes. El proceso no funciona como los procesos de fabricación convencionales o sustractivos (p. ej., torneado o taladrado). Estos procesos crean piezas mediante la eliminación de material, lo que no ocurre en la fabricación aditiva. La fabricación aditiva crea piezas utilizando un proceso capa por capa directamente desde un modelo digital.

En este proceso, no se utilizan moldes o troqueles, por lo que no se desperdicia mucho material, lo que genera gastos en el proceso de fabricación. La fabricación aditiva se ha utilizado como herramienta de diseño y creación de prototipos durante mucho tiempo. Sin embargo, su enfoque ahora está cambiando a la producción directa de componentes que incluyen partes de motores de aviones, implantes médicos y joyas.

Este proceso de fabricación no es un único tipo de tecnología o proceso. Sin embargo, aunque todos los sistemas de fabricación aditiva emplean un enfoque común de capa por capa, siguen utilizando una amplia variedad de materiales, tecnologías y procesos.

Las tecnologías de fabricación aditiva que utilizan polvos metálicos incluyen:

• Sinterizado por láser (LM/SLS/SLFS)
• Encuadernación por inyección de tinta selectiva (SIB)
• Fusión por haz de electrones (EBM)
• Formación de polvo por láser (LPF)
• Proceso de lecho de polvo
• Modelado por deposición fundida (FDM)/Extrusión

Ventajas y desventajas del proceso de pulvimetalurgia

Ventajas:

A continuación se muestran los beneficios del proceso de pulvimetalurgia:

• Rentabilidad para la producción en masa ya que no hay más costos de maquinado, costos de mano de obra, etc.
• No se requiere un operador altamente calificado.
• Algunas aleaciones solo se pueden producir con tecnología PM.
• Los productos bimetálicos y laminados se producen fácilmente con este método.
• Alta tasa de producción. Se pueden producir de 500 a 1000 piezas en una hora.
• La forma compleja se puede producir fácilmente.

Desventajas:

A pesar de las grandes ventajas del proceso de pulvimetalurgia, aún existen algunas limitaciones. a continuación se muestran las desventajas del proceso de pulvimetalurgia:

• El costo del equipo es alto.
• es caro para una sola producción.
• Los diseños complejos pueden ser difíciles de producir debido a la menor fluidez del polvo metálico.
• No se pueden producir productos densos uniformes completos.
• Los tamaños de los productos están restringidos debido a la capacidad de prensado.
• No se puede utilizar el polvo metálico que puede producir una explosión.
• Es difícil fundir metales de bajo punto de fusión mediante el proceso PM.
• Los productos finales pueden experimentar propiedades de bajo impacto y fatiga.

Conclusión

La pulvimetalurgia es un proceso que ha facilitado la producción de piezas en masa. Ha estado disponible desde hace un tiempo, pero sigue avanzando a medida que la tecnología sigue aumentando. Hoy hemos aprendido la definición, los tipos, el proceso y las aplicaciones de la pulvimetalurgia. También hemos examinado sus ventajas y desventajas.

Espero que haya aprendido mucho de esta publicación, si es así, compártala con otros estudiantes técnicos. ¡Gracias por leer! Hasta la próxima.