-
Fabricarea pieselor sinterizate.
1
10. Fabricarea pieselor sinterizate.
10.1. Introducere
Piesele sinterizate sunt utilizate foate mult n construcia de maini, n industria
autovehiculelor, la fabricaia aparatelor i echipamentelor de uz casnic etc. Aceasta datorit
faptului c tehnologia de fabricaie a pieselor sinterizate prezint o serie de avantaje, cum ar fi:
un coeficient foarte ridicat de utilizare a materialului (98% faa de prelucrrile prin
achiere, care au un coeficient de utilizare de pn la 60%);
se obin produse de nalt precizie printr-o tehnologie simpl, precizie care poate fi mbuntit prin
procedee de prelucrare post-sinterizare;
posibilitatea nlocuirii unor materiale scumpe sau deficitare;
productivitate ridicat;
echipamente de baz universale.
La obinerea pieselor sinterizate se utilizeaz o pulbere care este pus n form prin diferite procedee
tehnologice, iar semifabricatele formate sunt supuse procesului de sinterizare n cuptoare cu funcionare
continu, cel mai adesea, n atmosfer protectoare. Limitele de aplicare a procedeului se datoreaz:
costului ridicat al pulberilor (de 2-2,5 ori mai scumpe dect al produselor laminate);
costul ridicat al dispozitivelor de lucru, dar care poate fi amortizat prin seria de fabricaie;
nu se pot realiza dect anumite forme tehnologice;
limite impuse dimensiunilor de gabarit a pieselor, care trebuie corelate cu dimensiunile posibile ale
dispozitivelor de lucru i a forelor dezvoltate de ctre echipamentele de presare.
Piesele sinterizate sunt foarte mult utilizate n industrie, datorit avantajelor pe care
le au, ndeosebi cu privire la costul lor de producie.
Cunoaterea procesului tehnologic de fabricaie a pieselor sinterizate este deosebit
de important, ndeosebi n ceea ce privee selecia pulberilor n vederea utilizrii lor la
diferite aplicaii, a tehnologiei i a echipamentelor utilizate la obinerea acestor piese. Ele
permit formarea unei viziuni de ansamblu cu privire la desfurarea procesului de
fabricaie a pieselor sinterizate i de stabilire a limitelor de aplicare a acestui procedeu tehnologic.
Obiectivele acestui capitol sunt:
o Prezentarea tehnologiei de fabricaie a pieselor sinterizate;
o Pulberi utilizate la obinerea pieselor, metode de elaborare i caracteristici;
o Procedee de punere n form a pulberilor;
o Sinterizarea pieselor din pulberi metalice;
o Determinarea proprietilor pieselor sinterizate;
o Operaii post-sinterizare.
Durata medie de studiu individual: 70 minute.
Concluzie:
Obiectivele capitolului:
-
Fabricarea pieselor sinterizate.
2
10.2. Procesul tehnologic de obinere a pieselor sinterizate.
Procesul de fabricaie a pieselor sinterizate se caracterizeaz prin utilizarea unor materii prime, sub form
de pulbere, care sunt puse n form prin diferite procedee. Consolidarea particulelor aflate n semifabricatele
crude formate, se face prin tratamente termice specifice (sinterizare) care atribuie proprietile finale ale
acestora. La obinerea pieselor sinterizate concur mai multe elemente, procesul tehnologic presupunnd
parcurgerea mai multor etape (Fig. 1).
Aa cum se poate observa n imaginea din figura 1, se pornete de la elaborarea pulberii metalice
elementale sau aliate. Cracteristicile acestei pulberi i compoziia ei influeneaz ntreg procesul tehnologic,
alturi de proprietile structurale i mecanice ale pieselor sinterizate. Acestei pulberi i se adaug diferii aditivi,
cum ar fi: lubrifiani, elemente de aliere sau liani, toate acestea pentru a mbunti procesul de punere n form
sau pentru atribuirea unor proprieti superioare pieselor sinterizate.
Pulberea i aditivii se omogenizeaz n vederea obinerii unei ct mai mari uniformiti compoziionale,
omogenitate care va oferi piesei sinterizate o mare izotropie a proprietilor. n funcie de proprietile dorite a fi
atribuite pieselor, n raport cu destinaia acestora, pentru omogenizare sunt dozate anumite cantiti de pulbere
(amestecuri de pulbere) i de aditivi.
Fig. 1: Procesul tehnologic de obinere a pieselor sinterizate
-
Fabricarea pieselor sinterizate.
3
Amestecurile de pulberi sunt puse n form printr-o presare la rece sau la cald. Alegerea unuia dintre
aceste procedee se face n funcie de proprietile ce se urmresc a fi obinute i n funcie de posibilitile
tehnologice de aplicare, n raport cu configuraia piesei.
Sinterizarea este operaia prin care se urmrete consolidarea particulelor de pulbere i care se realizeaz
la o temperatur inferioar temperaturii de topire a componentului principal din amestecul de pulberi. La
temperatura de sinterizare i la nivelul contactului dintre particule apar procese de difuzie nsoite i de alte
fenomene de care trebuie s se in seama, deoarece conduc la modificarea volumului piesei.
Operaiile ulterioare sinterizrii se aplic pieselor obinute, cu scopul mbuntirii proprietilor mecanice, a
preciziei dimensionale, a calitii suprafeei acestora, dar i pentru atribuirea unor proprieti funcionale
specifice lor.
10.3. Obinerea pulberilor metalice.
Pulberile metalice sunt particule (granule) de metale pure, aliaje, compui intermetalici sau compui
chimici ai metalelor utilizare la obinerea pieselor sinterizate. Mrimea particulelor utilizate, n mod curent, n
metalurgia pulberilor este cuprins ntre 0,1 pn la 400 m. Domeniile de utilizare a pulberilor sunt n funcie de
anumite caracteristici pe care acestea le au. Proprietile fizico-mecanice ale pulberilor sunt:
Forma granulelor, caracterizat prin raportul dintre lungimea l, limea b i grosimea g a particulelor.
granule fibroase sau aciculare (l>>b=g);
granule lamelare (l=b>g);
granule echiaxiale (sferice sau poliedrice) (l=b=g).
Structura intern a granulelor poate fi caracterizat prin una spongioas, poroas sau compact.
Mrimea granulelor i distribuia granulometric se definete prin valoarea diametrului echivalent sau
prin mrimea ochiului de sit prin care trece pulberea. n practic nu se poate realiza i utiliza o pulbere
monogranular, ci numai o pulbere de granulaie eterogen, cuprins ntre anumite limite. Distribuia
granulometric se poate reprezenta pe fracii
granulometrice, sub forma graficului reprezentat n
figura 2.
Densitatea aparent (a, g/cm3) este o
proprietate care se refer la densitatea granulei
care, din cauza structurii sale interne care nu este
compact, difer de densitatea metalului sau
aliajului din care este obinut.
Volumul de umplere (Vu, cm3/g) reprezint
volumul ocupat de o anumit cantitate de pulbere
(de obicei 100g), n stare liber vrsat.
Densitatea de umplere (u, g/cm3) se
calculeaz din volumul de umplere, determinat n stare liber vrsat, cu urmtoarea relaie:
=100
, g/cm3 (1)
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
0
5
10
15
20
25
30
Refu
z p
e s
ita, %
d, m
Fig. 2: Didtribuia granulometric
-
Fabricarea pieselor sinterizate.
4
Suprafaa specific a pulberii reflect mrimea suprafeei totale a granulei de pulbere (inclusiv a porilor)
raportat la unitatea de greutate sau de volum.
Fluiditatea (Fl, g/s) este dat de cantitatea de
pulbere care curge n unitatea de timp prin orificiul
calibrat al unei plnii. Ea depinde de forma i suprafaa
granulelor, de repartiia granulometric, de mrimea
granulelor i de umiditatea masei de pulbere.
Cunoaterea fluiditii i a densitii de umplere servesc
la dimensionarea elementelor de dozare i a matrielor.
Presabilitatea arat densitatea (compactitatea) ce
poate fi realizat cu o mas de pulbere supus unei
anumite presiuni de compactizare P. Compactizarea,
sub aciunea forei de presare, se realizeaz treptat
conducnd la reducerea volumului iniial ocupat de
pulbere i la creterea densitii presatului, de la
densitatea de umplere creia i corespunde o
compactitate de umplere, la densitate a presatului,
creia i corespunde o anumit compactitate. Curba de presabilitate este prezentat n figura 3.
Densitatea de presare p, compactitatea presatului Cp i porozitatea acestuia Pp se determin cu relaiile:
=
, g/cm3 (2)
=
100 , % (3)
= 100 , % (4)
n care: mp reprezint masa presatului;
Vp volumul presatului;
t densitatea teoretic a metalului sau aliajului din care este obinut pulberea.
Pulberile se obin prin mai multe procedee, fiecare procedeu avnd o anumit nfluen asupra
caracteristicilor pulberii (Fig. 4).
Procedeele mecanice, n funcie de starea de agregare a materialului de pornire (solid sau lichid),
se pot grupa n dou categorii: obinerea pulberilor prin mcinare (mcinarea) sau elaborarea pulberilor
prin pulverizare (atomizare).
Metodele de obinere a pulberilor prin mcinare sunt utilizate numai atunci cnd se cere obinerea unei
cantiti mici de pulbere, de obicei pulberi lamelare, cu suprafa neted i de compactitate ridicat. Procesul de
mcinare se realizeaz n diferite tipuri de mori, preferndu-se morile rotative cu bile (Fig. 5), n special cele
vibratorii i morile cu vrtej. Procesul de mcinare se realizeaz ca urmare a ciocnirilor dintre corpurile de
mcinare i materialul supus mcinrii, dar i datorit altor procese de ciocnire care au loc n moar (ntre
particulele de material sau ntre material i pereii morii). Mcinarea este cu att mai uoar cu ct energia de
mcinare este mai mare i materialul este mai fragil.
Fig. 3: Variaia compactitii i a porozitii
pulberii supuse presrii (Cu, Pu, - compactitatea
i, respectiv, porozitatea de umplere; Cp, Pp, - compactitatea i, respectiv, porozitatea
presatului)
-
Fabricarea pieselor sinterizate.
5
Mcinarea n mori cu bile poate antrena o impurificare a pulberilor, n special cu materialele desprinse din
corpurile de mcinare i din cptueala nstalaiei. Pulberea obinut poate deveni piroforic, din cauza
temperaturii i a pulberii fine care se poate afla n suspensie. Pentru evitarea exploziilor, mcinarea se poate
realiza ntr-un mediu umed sau protector (argon sau toluen, pentru mcinarea aluminiului).
Alturi de morile cu bile, pulberile se pot obine i prin mcinarea materialului n mori cu vrtej de tip
Hametag, care asigur o productivitate mai ridicat procesului.
n prezent, elaborarea pulberilor prin pulverizare este un procedeu foarte mult utilizat. Procedeul const
n pulverizarea metalului sau aliajului aflat n
stare topit, cu diferii ageni de pulverizare,
solizi, lichizi sau gazoi. n funcie de aceti
ageni de pulverizare s-au dezvoltat mai multe
Fig. 4: Procedee de obinere a pulberilor
Fig. 5: Moara cu bile
Fig. 6: Instalaie de elaborare a pulberilor prin pulverizare
-
Fabricarea pieselor sinterizate.
6
variante tehnologice (Fig. 6). n urma procesului de pulverizare se obin pulberi echiaxiale, sferoidale cu
suprafa neted i goluri interioare. Datorit productivitii ridicate i a costurilor sczute ale pulverizrii,
aceast metod se utilizeaz pe scar larg, mai ales pentru obinerea pulberilor din metale i aliaje avnd
temperaturi de topire sczute sau mijlocii.
Cea mai cunoscut metod fizico-chimic de obinere a pulberilor este metoda reducerii. Prin
reducerea anumitor oxizi metalici cu ajutorul unor reductori solizi sau gazoi se obin pulberi ce pot fi utilizate la
obinerea pieselor sinterizate. Compoziia granulometric depinde de granulaia oxizilor, i care poate fi uor
modificat prin mcinare. Puritatea pulberii este determinat de puritatea oxizilor, motiv pentru care la elaborare
se utilizeaz, fie minereuri bogate i uor de concentrat, fie oxizi tehnici. n cursul reducerii, datorit temperaturii
ridicate, particulele se pot aglomera prin sinterizare, motiv pentru care, dup aceast etap, este necesar o
operaie de dezaglomerare n diferite mori.
Metoda carbonil const n obinerea pulberilor prin descompunerea unor combinaii gazoase a grupului
CO cu diferite metale. n acest fel se obin pulberi de Ni, Fe, Mo, W, Cr, caracterizate printr-o form sferic, de
granulaie foarte mic (110 m) avnd o structur stratificat i de nalt puritate. Aceste pulberi sunt scumpe,
se utilizeaz limitat i numai la obinerea pieselor pretenioase.
Metoda electrolitic permite obinerea unei game largi de pulberi i const n depunerea metalelor pe
catodul unei celule de electroliz. Parametrii electrolizei influeneaz electrocristalizarea, permind obinerea
unor pulberi cu proprieti diferite, mai ales din punct de vedere granulometric. Depozitele de metale sunt fragile
i pot fi uor mcinate, obinndu-se pulberi de form dendritic, uneori spongioase.
ntrebare? La obinerea pieselor sinterizate se utilizeaz diferite tipuri de pulbere.
Prin ce se caracterizeaz aceast pulbere i prin ce metode se poate obine?
Pulberea se caracterizeaz prin forma sa geometric, prin structura intern, prin calitatea
suprafeei (suprafaa specific) i prin distribuia granulometric. Principalele proprieti
tehnologice ale acesteia se refer la densitatea aparent, densitatea de umplere,
presabilitatea i fluiditatea. Toate aceste depind de morfologia granulelor de pulbere.
Pulberile pot fi obinute prin procedee mecanice (prin mcinare n diferite categorii de mori i prin
pulverizare cu anumii ageni de pulverizare), prin procedee fizico-chimice (reducerea oxizilor i prin
descompunerea carbonililor) i prin electroliza unor soluii de sruri.
10.4. Omogenizarea.
Pregtirea amestecurilor de pulbere necesit cteva operaii prin care se urmrete realizarea unei
compoziii chimice i a unor proprieti corespunztoare semifabricatelor presate.
Dozarea amestecurilor de pulbere i a aditivilor se face n cantiti determinate, pentru a se realiza o
compoziie dat n raport cu proprietile necesare a fi atribuite pieselor sinterizate. De cele mai multe ori
dozarea se realizeaz prin cntrire. Proprietile tehnologice pot fi dirijate mai ales prin compoziia
granulometric i prin tipul pulberilor utilizate.
-
Fabricarea pieselor sinterizate.
7
Omogenizarea componentelor dozate se face n diferite
tipuri de instalaii dintre care cele mai utilizate sunt:
omoginezatorul cilindric (Fig. 7), tip pantalon (Fig. 8), dublu
conic (Fig. 9) i omogenizatorul spaial. Prin omogenizare se
urmrete distribuia ct mai uniform a componentelor n masa
ncrcturii. Aceast omogenizare este cu att mai dificil cu ct
raportul cantitilor i al densitilor categoriilor de pulbere i
aditivi este mai mare. Granulaia fin aflat n cantitate mic i
prezena unui lubrifiant favorizeaz procesul de omogenizare.
Omogenizatoarele dublu-
conice sunt de mare capacitate,
se utilizeaz frecvent n
industrie datorit asigurrii unei
omogenizri foarte bune al
amestecului. Omogenizatoarele
spaiale sunt mai eficiente dar,
datorit ineriilor mari care apar
n timpul desfurrii
procesului, se utilizeaz n
laboratoare sau la
omogenizarea unor cantiti mici de pulbere.
10.5. Compactizarea pulberilor.
Prin compactizarea pulberilor se urmrete obinerea unor semifabricate de form stabil i cu proprieti
fizico-mecanice care s le permit
manipularea acestora. Presiunea de
compactizare trebuie s fie aleas n aa
fel nct s se obin o compactizare
maxim n condiiile unei funcionri n
siguran i de durat a echipamentelor
i a sculelor de presare.
Presarea pulberilor (Fig. 10) este
metoda cea mai utilizat pentru obinerea
pieselor, deoarece prezint urmtoarele
avantaje:
obinerea unor produse de
precizie ridicat;
realizarea unor piese de form complex cu suprafa de calitate superioar i o mare precizie a
geometriei;
Fig. 7: Omogenizator cilindric
Fig. 8: Omogenizator pantalon
Fig. 9: Omogenizator dublu conic
Fig. 10: Procedee de presare a pulberii
-
Fabricarea pieselor sinterizate.
8
porozitate, respectiv, compactitate se poate realiza n limite largi prin variaia presiunii de compactizare;
Presarea n matri se caracterizeaz printr-o productivitate ridicat, putndu-se mecaniza i
automatiza;
gradul de utilizare a materiei prime este aproape de 100%.
Conform procedeului de formare prin presare, pulberea este dozat n cavitatea unei matrie prin
intermediul unui dozator (Fig. 11).
Compactizarea pulberii prin presare se realizeaz prin mai multe procedee: presare unilateral, presare
bilateral, presare cu matri mobil i presare cu matri mobil i
cu micare controlat.
Presarea unilateral presupune compactizarea pulberii de
ctre un singur poanson, cellalt avnd o poziie fix sau este
inexistent (Fig. 11). Dup presare unul dintre poansoane
realizeaz scoaterea piesei din matri. Dezavantajul acestui
procedeu const n faptul c apare o densitate neuniform pe
nlimea semifabricatului presat.
Presarea bilateral este cea mai folosit metod, din cauza
realizrii unei mai bune uniformiti a densitii n masa presatului,
n special pe nlimea acestuia. Procesul const n compactizarea
pulberii cu ajutorul a dou poansoane care acioneaz simultan
(Fig. 12). Presarea bilateral se recomand a fi aplicat la
obinerea unor semifabricate cu raportul dintre nlime i diametru
mai mic de 2.
Fig. 11: Procesul de dozare i presare
Fig. 12: Presarea bilateral a pulberii
-
Fabricarea pieselor sinterizate.
9
Deoarece nu toate presele permit acionarea uniform a celor dou poansoane, se utilizeaz, n anumite
cazuri, matrie cu manta mobil (Fig. 13). Aceste mantale se spriijin elastic, iar cnd forele de frecare dintre
pulbere i pereii matriei ating o anumit valoare, aceasta ncepe s coboare peste poansonul inferior. n acest
mod se pot obine rezultate mult mai bune n ceea ce privete uniformitatea densitii presatului.
Exist i alte procedee de punere n form a pulberilor, printre acestea numrndu-se: presarea n matrie
la cald, presarea izostatic, extrudarea pulberilor, laminarea pulberilor, turnarea simpl fr presare, turnarea
pulberilor n forme de ipsos, compactizarea prin vibrare, formarea prin injecie, fiecare dintre ele cutnd s
conduc la obinerea unor piese de densitate cerut i uniform distribuit, avnd o form ct mai complex i
dimesiuni precise.
10.6. Sinterizarea.
Sinterizarea este un tratament termic realizat n
atmosfer controlat, prin care se urmrete
consolidarea amestecului de pulbere, prin realizarea
unor legturi metalice continue ntre granule.
Temperatura de sinterizare se situeaz sub
temperatura de topire a componentului principal aflat n
amestecul de pulberi. Fenomenele care predomin n
procesul de sinterizare sunt cele de difuzie i care
determin un transport de mas la suprafa sau n
volum (Fig. 14).
Sinterizare
Transport de suprafa
Transport n volum
o evaporare
o condensare
o difuzie de
suprafa o difuzie de
adeziune
o difuzie n reea o difuzie la limita
grunilor o difuzie prin
curgere plastic
Fig. 14: Mecanismele de sinterizare.
Fig. 13: Presarea n matri cu manta mobil
-
Fabricarea pieselor sinterizate.
10
Sub aciunea tensiunilor din zona de contact i a altor factori,
se consolideaz i cresc zonele de contact dintre particule. Aceste
fenomene sunt prezentate n figura 15 la sinterizarea a dou
particule de pulbere sferice. Evoluia contactului dintre particulele
de pulbere pe parcursul sinterizrii este prezentat n figura 16. Se
observ c, odat cu avansarea procesului de sinterizare
suprafaa contactului dintre particule crete, acestea pierzndu-i
identitatea, iar mrimea porilor i porozitatea scade pn n stadiul
final al sinterizrii.
Principalii parametri ai procesului de sinterizare sunt:
temperatura de sinterizare, durata sinterizrii i mediul de
sinterizare.
Temperatura de sinterizare este principalul parametru care
trebuie s fie cel puin egal cu temperatura de recristalizare a
materialului. Practic, aceast temperatur se situeaz ntre 2/34/5
din temperatura absolut de topire a componentului principal.
Temperaturile nalte favorizeaz procesul de sinterizare, dar
aceasta este limitat de caracteristicile cuptorului de sinterizare. O
importan tehnologic o au i vitezele de nclzire i de rcire a
pieselor n vederea pstrrii unei temperaturi omogene n material
i de a nu determina formarea unor structuri de clire la o rcire
mai rapid.
Durata sinterizrii trebuie corelat cu gradul de sinterizare
urmrit, deoarece ea nu influeneaz nici mecanismul sinterizrii i
nici intensitatea procesului de sinterizare. Durata sinterizrii se
determin experimental i se stabilete n funcie de nivelul proprietilor pe care trebuie s le atribuim
materialului sinterizat.
Mediul sau atmosfera de sinterizare influeneaz procesele superficiale care au loc n timpul desfurrii
procesului. Prin alegerea corect a atmosferei de sinterizare se poate determina obinerea unor proprieti mai
bune i reducerea duratei i temperaturii de sinterizare.
Din punct de vedere chimic, atmosfera de sinterizare poate fi neutr, oxidant, reductoare. Utilizarea uneia
sau a altei atmosfere se face n funcie de reaciile chimice pe care dorim s le obinem ntre pulbere i mediul
de sinterizare. Cel mai adesea, se utilizeaz mediile gazoase reductoare sau neutre. Utilizarea atmosferelor
reductoare se impun datorit faptului c majoritatea particulelor de pulbere sunt acoperite de oxizi (provenii de
la elaborare sau de la depozitarea pulberilor n atmosfere umede i n aer), care trebuie nlturai deoarece se
interpun la contactul dintre particule formnd bariere care frneaz procesul de sinterizare prin difuzie.
Fig. 15: Transportul materialului la nivelul punilor dintre dou particule
sinterizate.
difuzie de suprafa
difuzie de volum
curgere plastic
difuzie la limita granulelor difuzie de
adeziune
evaporare condensare
pulbere liber stadiul iniial
stadiul intermediar stadiul final
Fig. 16: Dezvoltarea punilor intergranulare i modificarea structurii n timpul sinterizrii.
-
Fabricarea pieselor sinterizate.
11
10.7. Procedee de prelucrare post-sinterizare.
n urma procesului de presare i sinterizare, piesele nu ndeplinesc, ntotdeauna, toate cerintele impuse
unor piese finite. Aceasta din cauza tehnologiei de fabricaie, a echipamentelor i a materialelor prime utilizate n
procesul de fabricaie a pieselor sinterizate. Din aceste motive, unele piese sunt supuse unor operaii de
prelucrare post-sinterizare, operaii prin care li se atribuie acestora proprietile cerute. Neajunsurile pe care le
pot avea piesele sinterizate i cauzele care stau la baza obinerii lor sunt prezentate n figura 17.
Se poate constata c aceste neajunsuri sunt legate de calitatea suprafeei, de precizia dimensional, de
macrostructura lor i de dorina atribuirii acestora a unor proprieti speciale. Principalele prelucrrile de
prelucrare post-sinterizare aplicate acestor piese sunt prezentate n figura 18.
Debavurarea: Piesele din pulberi metalice prezint o serie de bavuri, care sunt rezultatul realizrii
necorespunztoare a echipamentelor de formare, de calibrare dar i a prelucrrilor mecanice. Debavurarea
pieselor se face prin amestecarea lor n tobe vibratoare sau n cilindri rotativi, n prezena unui mediu abraziv.
Mediul abraziv poate fi pe baz de SiO2 sau de Al2O3 sinterizat, avnd diferite duriti, forme i densiti. n
interiorul utilajului se poate introduce ap i diferii compui chimici care au rolul de a spla continuu piesele i
mediul de debavurare.
Pentru debavurarea n cilindri rotativi se recomand ca viteza de lucru s fie de aproximativ 10 25 rot/min,
pentru o perioad care variaz ntre o or i 24 de ore. Raportul dintre cantitatea materialului abraziv i piesele
sinterizate trebuie s fie de 3:1. Pentru piesele mai grele, fragile, sau la care se cere o suprafa de finisare
special, acest raport este necesar s fie de 5:1 i 25:1.
Calibrarea pieselor din pulberi metalice este o operaie de presare cu modificare de volum, efectuat n
matrie specifice, cu scopul de a se obine o precizie dimensional mai mare, nlturnd orice abatere
dimensional. Mrimea deformrii plastice, n acest caz, este mic i, ca urmarea, creterea valorii densitii nu
depete 5% (Fig. 19).
Fig. 17: Neajunsurile ntlnite la piesele sinterizate i cauzele care stau la baza acestora
-
Fabricarea pieselor sinterizate.
12
Calibrarea i represarea urmrete,
att mbuntirea preciziei dimensionale,
ct i creterea densitii piesei sinterizate.
Datorit puternicei deformri plastice,
materialul se ecruiseaz i, ca urmare,
rezistena mecanic i duritatea cresc, n
timp ce alungirea scade. Aceast
mbuntire a proprietilor mecanice
asigur utilizarea pieselor sinterizate n
condiii mai severe de funcionare.
Calibrarea se execut, fie pe presele
destinate compactizrii pulberilor metalice,
fie pe presele mecanice simple. Foarte
adesea calibrarea i represarea se
combin ntr-o singur operaie. Calibrarea
simpl este utilizat mai ales la finisarea bucelor autolubrifiante.
Un factor important n procesul de calibrare i represare este gradul de lubrifiere a suprafeelor piesei. O
ungere bun reduce fora de calibrare, reduce uzura sculelor i mbuntete calitatea suprafeei calibrate.
Lubrifierea pentru calibrare trebuie s fie numai superficial, deoarece o umplere complet a porilor cu ulei ar
mpiedica deformarea piesei.
Fig. 18: Principalele operaii de prelucrare post sinterizare
Fig. 19: Principiul calibrrii: a calibrarea exterioar n matri
tronconic, cu dorn; b calibrarea cu bil a alezajului; 1 - poanson; 2 - miez de calibrare; 3 - buc sinterizat; 4 - matri; 5 - mas; 6 - bil; 7 - roat dinat bucat.
-
Fabricarea pieselor sinterizate.
13
Prelucrarea prin deformare plastica a pieselor sinterizate este una din metodele de procesare post-
sinterizare care permite obinerea unei poroziti minime, sau chiar egale cu zero, n tot volumul acestora ori ntr-
o zon restrns. Datorit densitilor mari obinute, piesele sinterizate deformate plastic sunt folosite, n
principal, n industria automobilelor, unde pot nlocui cu succes piesele de acelai tip, fabricate prin turnarea sau
a celor din materiale compacte forjate. Prelucrarea prin deformare plastic poate fi realizat n mai multe moduri
(Fig. 20).
Una dintre cele mai
importante operaii de
prelucrare prin deformare
plastic este forjarea,
operaie care are loc la
rece sau cald. n timpul
deformrii, materialul poate
s curg sau nu lateral n
matri. Se precizeaz
faptul c, indiferent de modul de curgere, la sfritul
operaiei materialul este complet nchis n matri,
nct piesa rezult fr bavuri (Fig. 21).
La forjarea convenional b, pentru ca piesa
s rezulte corespunztoare, trebuie ca matria s fie
prevzut cu canale de curgere. Ca urmare, la final,
piesa va prezenta bavuri care trebuie s fie
eliminate prin operaii de debavurare.
La presarea pulberilor a i la forjarea pieselor
sinterizate b nu mai este nevoie de aceste canale,
deoarece presarea se face n matri nchis,
materialul deformndu-se n dauna porilor (porii se nchid).
Alte operaii post-sinterizare se refer la: tratamentele termice i termochimice, infiltrarea pieselor,
impregnarea i colorarea.
Tratamentele termice i termo-chimice se realizeaz n acelai mod ca i cele aplicate materialelor
obinuite.
Infiltrarea pieselor din pulberi cu un alt metal se realizeaz cu scopul mbuntirii proprietilor mecanice.
n afara creterii acestor proprieti, infiltrarea poate determin:
dispariia porozitii materialului, lucru care se face n vederea acoperirilor metalice prin electroliz;
creterea prelucrabilitii mecanice;
formarea n structur a unor zone gazoase sau lichide.
Impregnarea este operaia prin care se urmrete introducerea, n porii unei piese sinterizate, a unui fluid
(indeosebi ulei) pentru atribuirea unor proprietati functionale specifice mai bune. Porozitatea controlat a
pieselor din pulberi permite impregnarea acestora cu uleiuri sau rini conferindu-le funcia de autolubrifiere.
Fig. 20: Prelucrarea prin deformare plastic
Fig. 21: Prelucrarea prin forjare
-
Fabricarea pieselor sinterizate.
14
Operaia se aplic lagrelor, rulmenilor i pieselor mecanice supuse uzurii, cum ar fi came, unelte i tije de
legtur.
Colorarea pieselor sinterizate din pulberi pe baz de fier se realizeaz prin mai multe metode, cum ar fi:
Pentru atribuirea unei bune rezistene la coroziune, ele pot fi nnegrite printr-o nclzire n cuptor;
Imersia n ulei d o culoare neagra mai profund precum i un plus la creterea rezistenei la coroziune;
Piesele din pulberi metalice feroase pot fi, de asemenea, nnegrite chimic ntr-o baie lichid de sruri.
Tratamentul cu aburi este un procedeu obinuit, folosit n vederea creterii rezistenei la coroziune a
pieselor din pulberi feroase. Tratamentul const ntr-o nclzire a pieselor la 400600 oC, dup care acestea
sunt introduse n aburul supranclzit aflat sub presiune.
Placrile, incluznd cuprarea, nichelarea, cromarea, cadmierea, i zincarea, pot fi aplicate i pieselor din
pulberi metalice.
ntrebare? Pentru obinerea pieselor sinterizate, pulberile dozate sunt supuse unor
operaii specifice. Care sunt aceste operaii i cu ce scop se aplic ele? Pulberile sunt
supuse urmtoarelor operaii, cum ar fi: omogenizarea, punerea n form ndeosebi prin
presare, sinterizarea i prelucrrile post-sinterizare. Omogenizarea se realizeaz cu scopul
obinerii unei distribuii uniforme a tuturor componentelor n masa amestecului de pulbere.
Punerea n form urmrete atribuirea formei, asemenea piesei sinterizate, a amestecului de pulbere i
asigurarea unei rezistene care poate s le permit manipularea pn la sinterizare. Cel mai adesea, punerea n
form se realizeaz prin presare. Sinterizarea este operaia de consolidare a particulelor de pulbere aflate n
semifabricatul crud, prin procese de difuzie. Parametrii procesului de sinterizare sunt: temperatura, durata i
atmosfera de sinterizare, ele determinnd proprietile mecanice are piesei sinterizate. Prelucrrile post-
sinterizare urmresc mbuntirea preciziei dimensionale, a calitii suprafeei sau modificare macrostructurii i
atribuirea unor caracteristici funcionale specifice. Principalele operaii post-sinterizare sunt: debavurarea,
calibrarea, prelucrarea prin deformare plastic (forjarea), tratamente termice i termochimice, impregnarea,
infiltrarea, placarea, colorarea etc.
Ce tipuri de pulbere se utilizeaz la obinerea pieselor sinterizate?
Prin ce se caracterizeaz pulberile metalice?
Care sunt proprietile tehnologice a pulberilor?
n ce const dozarea pulberilor?
n ce const omogenizarea pulberilor i ce echipamente se utilizeaz?
n ce const punerea n form i ce procedee cunoatei?
Ce este sinterizarea i la ce temperatur se realizeaz?
Care sunt parametri sinterizrii i cum influeneaz proprietile mecanice ale
pieselor sinterizate?
Care sunt operaiile post-sinterizare?
n ce const calibrarea i ce efect are asupra proprietilor pieselor sinterizate?
n ce const inpregnarea i infiltrarea i cu ce scop se aplic?
n ce const colorarea i cum se desfoar procedeul.
ntrebri i discuii:
-
Fabricarea pieselor sinterizate.
15
REZUMAT:
Cursul prezint tehnologia obinerii pieselor sinterizate. Pentru aceasta sunt utilizate
diferite tipuri de pulberi, ele caracterizndu-se prin form, structur intern, distribuie
granulometric etc. Aceste proprieti sunt atribuite n procesul de elaborare a pulberilor,
procedee care sunt prezentate n curs. Pulberile obinute se caracterizeaz prin diferite
proprieti tehnologice cum ar fi : densitatea de umplere, presabilitatea, fluiditatea etc.
n curs sunt prezentate toate operaiile care stau la baza obinerii pieselor sinterizate,
mpreun cu importana lor. Este prezentat operaia de omogenizare i echipamentele
utilizate n acest scop. Este prezentat operaia de punere n form, insistndu-se asupra
procesului de formare prin presare, operaie cea mai des folosit. Sinterizarea este
prezentat mpreun cu fenomenele care au loc n timpul desfurrii procesului i
modificrile structurale ale acestora. Se arat c, parametri procesului de sinterizare prin
temperatur, durat i atmosfera din instalaie influeneaz proprietile pieselor obinute.
Datotit faptului c piesele sinterizate nu sunt, ntotdeauna, conforme cu cerinele
impuse prin desenul de execuie, acestea sunt supuse unor operaii post-sinterizare. Prin
urmare, n curs sunt prezentate operaiile de debavurare, de calibrare, de prelucrare prin
deformare plastic, de impregnare, infiltrare, colorare etc. Odat cu ele se subliniaz
efectul lor asupra proprietilor mecanice sau a structurii acestora.
[1]. S. Sontea, M. Mangra s.a. Metalurgia pulberilor, Tehnologii de lucru si aplicatii,
Editura Universitaria, Craiova, 1999;
[2] * * * Handbook, Vol. 7
[3] G. S. Upadhyaya, Powder Metallurgy Technology, Department of Materials and
Metallurgical Engineering, Indian Institute of Technology, Kanpur, India, CAMBRIDGE
INTERNATIONAL SCIENCE PUBLISHING, August 2002 .
[4] V. Paunoiu, Tehnologia pieselor sinterizate, Universitatea Dunarea de jos Galati,
2010.
[5]. A. Nanu, Tehnologia materialelor, EDP-Bucuresti, 1986.
[6]. N. Vintila, Tehnologia metalelor, Litografia Institutului Politehnic Cluj, Vol. I, 1978.
[7]. I. Mlureanu, C. Bejinaru, Tehnologia Materialelor, Editura Gh. Asachi, Iai, 1999.
[8]. A. Palfalvi, Tehnologia materialelor, EDP-Bucuresti, 1982.
[9]. L. Brandusan, Xiao Ping An, Formarea prin injectie a pulberilor, Editura Todesco, Cluj-
Napoca, 2008
Bibliografie:
