Tecnología de fabricación ecológica: pulvimetalurgia

La pulvimetalurgia es un método de procesamiento que utiliza polvo metálico como materia prima, que se prensa y sinteriza para fabricar diversos productos. No se trata de un proceso o una tecnología nuevos, e incluso se remonta al antiguo Egipto. Sin embargo, en la búsqueda actual del desarrollo sostenible y el desarrollo ecológico, está en consonancia con el desarrollo de los tiempos y se ha utilizado cada vez más. Hoy, echemos un vistazo a este método de fabricación, que puede proporcionar una nueva opción para el método de fabricación de piezas de todo el mundo.

Proceso
La pulvimetalurgia es similar a la forja o la fundición, pero la diferencia es que su materia prima es polvo metálico (comúnmente hierro, acero, cobre, etc.). Las materias primas en polvo se prensan a temperatura ambiente (calentadas en casos especiales) utilizando moldes complejos. El tamaño de la pieza prensada es cercano al producto terminado, pero sus propiedades mecánicas aún son inestables. Para fortalecerla aún más, luego se sinteriza a una temperatura cercana pero ligeramente inferior al punto de fusión del metal utilizado. En este momento, la microestructura del producto cambiará y se obtendrá un componente con dimensiones precisas y alta resistencia.

En términos generales, las piezas obtenidas mediante pulvimetalurgia se pueden utilizar directamente, pero también se pueden procesar para un procesamiento secundario según sea necesario, como acabado, tratamiento térmico, galvanoplastia o recubrimiento, granallado, etc., para mejorar o mejorar la tolerancia, densidad, resistencia, forma, resistencia a la corrosión y otras propiedades de las piezas. Ventajas de la pulvimetalurgia En comparación con otras tecnologías de producción y fabricación, la pulvimetalurgia casi no produce desperdicio de material, la tasa de utilización del material supera el 97% y puede formar directamente formas geométricas complejas y mantener un estricto control de tolerancia dimensional en productos sinterizados, lo que puede reducir o incluso eliminar por completo las operaciones de procesamiento en los procesos de fabricación tradicionales. Por eso la llamamos tecnología de fabricación ecológica. Además de los ahorros que aportan estos procesos, la pulvimetalurgia tiene su propia singularidad. Utiliza la ventaja de sus materias primas como polvos para lograr algunos controles que son difíciles o imposibles de lograr en el procesamiento tradicional, como el control de la proporción de combinaciones de composición química, el control de la microestructura y el control de la porosidad. Utilicemos algunos ejemplos de productos específicos para mejorar la comprensión de todos.

1. Combinación de materiales incompatibles

La pulvimetalurgia permite procesar combinaciones de materiales que normalmente se consideran incompatibles en formas híbridas íntimas.
Ejemplos establecidos de tales aplicaciones de pulvimetalurgia incluyen: materiales de fricción para forros de freno y superficies de embrague donde una gama de materiales no metálicos (usados ​​para impartir resistencia al desgaste o controlar los niveles de fricción) están incrustados en una matriz de cobre o hierro. Los carburos cementados se utilizan comúnmente para herramientas de corte, herramientas de conformado o abrasivos. Incluyen una fase dura unida a un metal, una microestructura que solo se puede producir mediante sinterización en fase líquida a temperaturas superiores al punto de fusión del aglutinante. El carburo de tungsteno unido al cobalto es el principal ejemplo de un material de este tipo, pero también están disponibles otros carburos cementados que incluyen una gama de otros carburos, nitruros, carbonitruros u óxidos, y se pueden usar metales distintos del cobalto como aglutinantes (Ni, Ni-Cr, níquel-cobalto, etc.).

Materiales para herramientas de corte de diamante en los que el grano fino de diamante se distribuye uniformemente en una matriz metálica. También en este caso, se emplea la sinterización en fase líquida para el mecanizado de estos materiales. Materiales de contacto eléctrico como cobre/tungsteno, óxido de plata/cadmio.

2. Procesamiento de materiales con puntos de fusión muy elevados
La tecnología de pulvimetalurgia permite procesar materiales con puntos de fusión muy elevados, incluidos metales refractarios como el tungsteno, el molibdeno y el tántalo. Estos metales son difíciles de producir mediante fundición y colada, y suelen ser muy frágiles en estado fundido. La producción de palanquillas de tungsteno fue una de las primeras aplicaciones de la pulvimetalurgia, que posteriormente se utilizó para trefilar cables para lámparas incandescentes.

3. Productos con porosidad controlada
La tecnología de la pulvimetalurgia permite producir productos con porosidad estructural controlada. Los elementos filtrantes sinterizados son un ejemplo de este tipo de aplicación. Otro ejemplo importante son los cojinetes autolubricantes o que retienen aceite, una de las aplicaciones más antiguas de la pulvimetalurgia, en la que la porosidad interconectada en la estructura sinterizada se utiliza para contener aceite lubricante.

4. Productos con propiedades superiores
En determinadas aplicaciones específicas, el proceso de pulvimetalurgia puede producir a menudo propiedades superiores gracias a un excelente control de la microestructura, en comparación con los procesos de fundición o forjado convencionales. Buenos ejemplos de tales aplicaciones son:

Materiales magnéticos
Casi todos los imanes duros (permanentes) y aproximadamente el 30% de los imanes blandos se procesan a partir de materia prima en polvo. En comparación con los productos forjados, el acero de alta velocidad y los materiales procesados ​​por pulvimetalurgia tienen microestructuras más finas y controlables, mayor tenacidad y rendimiento de corte. Aleaciones de alta temperatura a base de níquel o cobalto Las superaleaciones a base de níquel o cobalto se utilizan en aplicaciones de motores aeroespaciales, donde los procesos de pulvimetalurgia pueden proporcionar un rango de composición y un control de microestructura que no se pueden lograr de manera convencional, mejorando así las temperaturas de operación y el rendimiento. Limitaciones de la pulvimetalurgia Aunque la pulvimetalurgia tiene varias ventajas, todavía existen algunas limitaciones en su aplicación. Los puntos principales son los siguientes:

(1) El tamaño y el peso de las piezas son limitados: la pulvimetalurgia requiere un proceso de prensado durante el proceso, para lo cual se utilizará una prensa. Por lo tanto, debido a las limitaciones actuales del tonelaje de la prensa, el tamaño no se puede hacer muy grande, generalmente alrededor de 250 mm como máximo. Además, debido a la fluidez limitada de los polvos metálicos, todavía es difícil producir piezas que pesen más de 20 kg mediante el proceso de pulvimetalurgia.
(2) No apto para aplicaciones de impacto y carga dinámica Debido a que la densidad de las piezas de pulvimetalurgia suele ser baja, su resistencia y tenacidad no son tan buenas como las de las piezas forjadas o mecanizadas. Los poros presentes después de la compactación y sinterización del polvo también afectarán las propiedades mecánicas del material. Esto hace que las piezas de pulvimetalurgia sean menos adecuadas para aplicaciones con alto estrés y alta deformación, como impacto y altas cargas dinámicas.
(3) Mayores costos de equipos y moldes
El proceso de pulvimetalurgia requiere el uso de moldes y equipos especiales y su coste es relativamente alto. No resulta rentable en producciones de lotes pequeños, por lo que la pulvimetalurgia suele ser adecuada para producciones a gran escala.