3. Rutas de conformadox -...

Tema 3. Principales rutas de conformado en Tecnología de Polvos

• Objetivo

• Clasificación de los métodos de conformado

• Métodos de conformado sin aplicación de temperatura ni de presión• Métodos de conformado sin aplicación de temperatura ni de presión

• Métodos de conformado sin aplicación de temperatura y con aplicación de presión

Métodos contínuos

Métodos discontínuos

• Métodos de conformado con aplicación simultánea de presión y temperatura

Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M1

Objetivos

� Consolidar el polvo en la forma deseada.

� Comunicar, en la medida de lo posible, la dimensión final de la

probeta considerando cualquier cambio como resultado del proceso

de sinterización.

� Conseguir el nivel y tipo de porosidad requerido. POROSIDAD

PRIMARIAPRIMARIA

� Proporcionar la resistencia necesaria para el manejo subsiguiente

de las piezas.

� En algunos casos el objetivo es la obtención de una preforma de

densidad y microestructura apropiadas .


Clasificación de los métodos de conformado

CONFORMADO

Con aplicaciónSin aplicación de

temperatura

Sin aplicación de presión

Con aplicaciónde presión

Con aplicaciónde presión y

temperatura de forma simultánea



CONFORMADO sin aplicación de temperatura


Con aplicación de

presión

Loose sinteringMoldeo en

barbotina (slip casting)

Métodos contínuos

Laminación de polvos

Métodos discontínuos

Compactación uniaxial en matriz

Compactación isostática

Moldeo por inyección de polvos (PIM)


Métodos de conformado sin aplicación de temperatura y s in aplicación de presión

Loose sintering

- Procesado típico de filtrosmetálicos

- Materiales con porosidadabierta

Moldeo en barbotina(slip casting)

. Típico para materiales cerámicos

Figuras: "Powder Metallurgy, materials, processes and applications", European Commission's Leonardo ds Vinci Programme Contract nº EUR/97/2/00202/PI/II.1a/FPC


Métodos de conformado sin aplicación de temperatura y s in aplicación de presión: Slip Casting o Moldeo en Barbotina

� Vertido de la Barbotina en un molde de yeso

� El agua se elimina parcialmente por capilaridad. � se deposita una capa sólida en las paredes. Se vuelve a rellenar de barbotina � Límite, el crecimiento se hace más lento debido a la propia barrera de la cerámica.

� Para pequeñas producciones y piezas � Para pequeñas producciones y piezas de espesor pequeño.

Limitaciones.� Lento� Espesor máximo 10mm.� Control de contracciones y saturación del molde.

Variaciones:Variaciones:Moldeo bajo presión, Moldeo bajo presión, moldeo ultrasónico, moldeo ultrasónico, centrífugo, etc.centrífugo, etc.



Métodos de conformado sin aplicación de temperatura y c on aplicación de presión: métodos contínuos


Sin aplicaciónde presión

Con aplicación de

presión



Métodoscontínuos

Laminacíónde polvos

Métodosdiscontínuos

Compactación uniaxial en

matriz

Compactación isostática

Moldeo porinyección de polvos (PIM)


Métodos de conformado sin aplicación de temperatura y c on aplicación de presión: métodos contínuos.

Laminación de polvos

(Powder rolling)

ASM Handbook, vol. 7, Powder Metallurgy, p 402


Métodos de conformado sin aplicación de temperatura y c on aplicación de presión: métodos discontínuos


Sin aplicaciónde presión

Con aplicación de

presión



Métodoscontínuos

Laminacíónde polvos

Métodosdiscontínuos

Compactaciónuniaxial en matriz

Compactaciónisostática

Moldeo porinyección de polvos (PIM)


Métodos de conformado sin aplicación de temperatura y c on aplicación de presión: métodos discontínuos.

Compactación uniaxialen en matriz

CompactaciónCompactaciónisostática en frío

Moldeo por inyección de polvos



Compactación uniaxial en matriz: ciclo de compactaci ón de una pieza simple

Höganäs AB, PM School, www.hoganas.com


Compactación uniaxial en matriz: consideraciones gene rales de diseño.

1. Todas las partes del interior de la matriz deben rellenarse con

la cantidad exacta de polvos.

2. La densidad del compacto debe ser lo mas homogénea

posible.

3. En todas las zonas del interior de la matriz, la densificación de

los polvos debe producirse de forma simultánea , con el fin los polvos debe producirse de forma simultánea , con el fin

de asegurar una unión suficiente entre las partes adyacentes.

4. El compacto se debe retirar del utillaje de compactación sin

sufrir daños.


Compactación isostática en frío: esquema de una CIP

PolvoRango de P en

MPa

Al 55-140

Cu 140-275

Fe 310-415

Acero rápido

240-345

Acero Inoxidable

310-415

Ti 310-415

W 240-400

WC 170-200



Moldeo por inyección de polvos

"Powder Metallurgy, materials, processes and applications", European Commission's Leonardo ds Vinci Programme Contract nº EUR/97/2/00202/PI/II.1a/FPC Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M14

� Gran complejidad geométrica.

� Estrechas tolerancias (±0.3%) y sin necesidad de

mecanizar.

� Grandes series de producción

Moldeo por inyección de polvos: ventajas de la técn ología

� Grandes series de producción

� Altas propiedades finales.

� Aplicabilidad en diferentes materiales.

� Facilidad de automatización.


� Tamaño, espesor y forma de piezas.

� No es válido para piezas grandes o piezas

relativamente sencillas (geometría simétrica y

axial)

Moldeo por inyección de polvos: limitaciones de la tecnología

� Espesor<100 m

� No todos los polvos son adecuados para PIM

� Tamaño y sofisticación de los equipos


Compacto en verdeCompacto en verde

Moldeo por inyección de polvos: evolución macroscóp ica.

Compacto en verdeCompacto en verde

Compacto en marrón Compacto en marrón

SinterizadoSinterizadoFiguras: "Powder Metallurgy, materials, processes and applications", EuropeanCommission's Leonardo ds Vinci Programme Contract nº EUR/97/2/00202/PI/II.1a/FPC


Métodos de conformado con aplicación simultánea de pres ión y temperatura.

CONFORMADOCONFORMADO

Con Con aplicaciónaplicaciónSin Sin aplicaciónaplicación de de

temperaturatemperatura


Con aplicaciónde presión

Con Con aplicaciónaplicaciónde de presiónpresión y y

temperaturatemperatura de de forma forma simultáneasimultánea



CONFORMADO con aplicación de presióny temperatura de forma simultánea

Prensado uniaxial en caliente (‘hot pressing’)

Sinter-forjadoCompactación

isostática en calienteSpray forming



Prensado uniaxial en caliente (hot pressing)

Sinterforjado

Compactación isostática en caliente (HIP)

Spray forming


1.1. Prensado en calientePrensado en caliente

2.2. SinterSinter forjadoforjado

3.3. HIP Hot HIP Hot IsostaticIsostatic PressingPressing

4.4. SpraySpray FormingForming


P y T P y T simultáneassimultáneas

Objetivo:Objetivo: Alcanzar sistemas de alta densidad o densidad total.Alcanzar sistemas de alta densidad o densidad total.



Cortesía del Prof. Randall M. German y Metal Powder Industries Federation MPIF (EEUU)


Compactación Uniaxial en Caliente



Mapa de densificación total





Sinterforjado


Spray forming


Proceso de Sinterforjado



Proceso de Sinterforjado: Bielas

referencia

Flechas – indican zonas de fractura criogénica



Bielas Forjadas vs Sinterforjadas

Propiedades mecánicas

Acero forjado

Sinter forjado

Límite elástico Rp0.2 550 N/mm2 670 N/mm2

Resistencia a la tracción

Rm 1050 N/mm2 1030 N/mm2

Alargamiento A5 10% 11%Alargamiento A5 10% 11%

Densidad p 7.82 g/cm3 7.80 g/cm3

Módulo de elasticisdad

E 206 GPa 207 GPa

Módulo de Poisson 0.294 0.294

Dureza en el corazón

28-34 HRC 21-31 HRC




Sinterforjado


Spray forming


HIP



� Mejora la distribucion de presión dentro del compacto: Uniformidad de

propiedades.

� No existen problemas de fricción

� Permite formas más complejas, y de mayor esbeltez.

� Se consiguen mejores densidades en verde.

� HIP: Conformado de superaleaciones, aceros rápidos, aleaciones de Ti, cerámicas

avazadas, etc, materiales con alto valor asociado.

Compactación Isostática en Caliente

� Desventajas

� Lento, baja productividad

� Toleracias dimensionales bajas.

� Peor acabado superficial

� Discontinuidad del proceso.

� En HIP: Alto precio del autoclave.


HIPHIP haha evolucionadoevolucionado comocomo unun procesoproceso dede conformadoconformadoesencialesencial enen 44 áreasáreas dede aplicaciónaplicación::

1. Producción en masa de semiproductos pulvimetalúrgicos (áceros

rápidos, Ti, lingotes de Superaleaciones)

2. Eliminación de la porosidad en componentes fabricados por distintas vías

Compactación Isostática en Caliente

(moldeo, PM...)

3. Producir materiales bimetálicos o de función gradiente, donde un metal

o aleación está unido a un substrato de material similar o disimilar para

producir una mejora superficial en desgaste, corrosión, fluencia...

4. Reparación y rejuvenecimiento de piezas deterioradas en servicio MIM


HIP: Proceso

Se prefieren para la producción

de piezas mediante HIP polvos

atomizados en gas dada su alta

densidad de empaquetamiento y

su alta pureza.Cortesía del Prof. Randall M. German y Metal Powder Industries Federation MPIF (EEUU)


HIP: Proceso

Objetivo:Objetivo:

Introducir el polvo encapsulado (o una preforma sin porosidad

interconectada) en una prensa dónde la P se aplica através de un gas

noble (Ar) y además se ↑T.

Materiales Densos, con grano fino y homogéneos

↑ ↑$ →suele asociarse a materiales y piezas con alto valor añadido

Desventaja

↑Nº muestras por

lote→Vasijas grandes

Grandes cápsulas


HIP: Ciclo

Ciclos secundarios son más cortos – algunas horas





Sinterforjado


Spray forming


Método OSPREY

1. Para la producción de piezas

semi-acabadas

2. Velocidades de enfriamiento

(104-105 k�s-1)

3. El proceso tiene dos etapas:

4. Atomización de un metal fundido

con una ducha de gas inerte.

Spray Forming: Método Osprey

con una ducha de gas inerte.

5. Conformado del lingote

aprovechando la energía

cinética y el calor que contienen

las partículas.

Se combina Solidificación rápida con un proceso simúltaneo de obtención de las piezas. La

energía térmica y cinética de las partículas atomizadas se aprovechan para depositar el

material sobre un sustrato de ρ 98%.

W. Shaft y K-P Wieters, Powder Metallurgy, Processing and Materials, EPMA


Spray Forming



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