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Tema 6. Operaciones de acabado.

Operaciones de acabadoDesbarbado y limpiezaDesbarbado y limpieza

Calibrado,Calibrado,

GranalladoGranallado

MecanizadoMecanizadoMecanizadoMecanizado

Uniones.Uniones.

Operaciones secundariasTratamientos Térmicos y termoquímicosTratamientos Térmicos y termoquímicos

Recubrimientos electrolíticosRecubrimientos electrolíticos

InfiltraciónInfiltración

ImpregnaciónImpregnación

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

Operaciones finales

••Afectan a las Afectan a las dimensiones y toleranciasdimensiones y tolerancias, sin modificar la , sin modificar la composición:composición:

••Desbarbado y limpiezaDesbarbado y limpieza

••Calibrado,Calibrado,

••GranalladoGranallado

••MecanizadoMecanizado

••Uniones.Uniones.

Operaciones de acabado

••Afectan a la Afectan a la composición de la piezacomposición de la pieza y modifica sus y modifica sus propiedades finales:propiedades finales:

•Tratamientos Térmicos y termoquímicos

•Tratamiento al vapor

•Recubrimientos electrolíticos

•Infiltración

•Impregnación

Operaciones secundarias


Operaciones finales: operaciones de acabado.

Desbarbado y limpieza

Reprensado, calibrado, acuñado

Afectan a las Afectan a las dimensiones y toleranciasdimensiones y tolerancias, sin modificar la , sin modificar la composición:composición:

Granallado

Mecanizado

Uniones

http://icsp9.iitt.com/images/engrenage.jpg

"Powder Metallurgy, materials, processes and applications", European Commission's Leonardo ds Vinci Programme Contract nº EUR/97/2/00202/PI/II.1a/FPC http://www1.istockphoto.com/file_thumbview_approve/4082303/2/istoc

kphoto_4082303-machining-drill.jpgTec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M3

Operaciones de acabado: desbarbado y limpieza

•Depositadas en un tambor giratorioBarrilado

•Barrilado + vibraciónDesbarbadoVibratorio

•Desbarbado por medios abrasivos Shot blasting

•Desbarbado por medios abrasivos y aire comprimidoShot blasting

• Tanque con medio de ultrasonidos, elimina las contaminaciones

Limpieza por ultrasonidos

•Electrolisis en medio alcalino, elimina los recubrimientos no metálicos

Limpieza electrolítica-alcalina

http://icsp9.iitt.com/images/engrenage.jpg

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


Operaciones de acabado: desbarbado y limpieza

RebabasRebabas

Grasa o Grasa o suciedadsuciedad

Eliminación de rebabas y limpieza de las piezas sinterizadasEliminación de rebabas y limpieza de las piezas sinterizadas

Aceite o lubricanteAceite o lubricante

El acabado a vibración es un tratamiento mecánico de componentes con movimiento de abrasivos, con la ayuda de uno o más productos químicos (compuestos).


Operaciones de acabado: reprensado, acuñado, calibrado

Todos implican deformación plástica, pero

REPRENSADO:

Aumentar la densidad de las piezas (entre un 5-20%) Se necesitan P comparables a las de

compactación

CALIBRADO: aumentar la precisión dimensional. Necesita F moderadas y

supone una densificación <5%

plástica, pero con objetivos

distintos

ACUÑADO: Intermedio. Proporciona tanto densificación

como precisión dimensional. Aumentando las propiedades

mecánicas del material.


Operaciones de acabado: calibrado y acuñado

Deformación plástica a elevada presión para Deformación plástica a elevada presión para mejorar el acabado superficial y las tolerancias.mejorar el acabado superficial y las tolerancias.

•• Dureza de las piezas< 180 Dureza de las piezas< 180 HVHV

•• Calibración de manera Calibración de manera progresivaprogresiva

Res

iste

ncia

a la

trac

ción

N/m

m2

progresivaprogresiva

•• El utillaje debe diseñarse El utillaje debe diseñarse con gran rigidez, aunque con gran rigidez, aunque las cargas de deformación las cargas de deformación deben estar dentro del deben estar dentro del límite elástico del material límite elástico del material del utillaje, su recuperación del utillaje, su recuperación puede afectar a las puede afectar a las dimensiones de la pieza.dimensiones de la pieza.Presión de calibrado

Res

iste

ncia

a la

trac

ción

N/m

m

"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 UC3M7

Operaciones de acabado: granallado

� Endurece la superficie y mejora la resistencia a fatiga

� Las piezas son golpeadas con perdigones de acero u perdigones de acero u otra granalla.

� Deforma la superficie y cierra los poros

� Introduce tensiones de compresión en la superficie http://homepages.cae.wisc.edu/~ltan/


Operaciones de acabado: mecanizado.

� Factores que afectan al mecanizado:� Porosidad

� Microestructura: Puede llegar a ser muy heterogénea.

� Limpieza superficie

� Conocimiento

� � Producen muy baja conductividad térmica ⊕condiciones discontínuas de corte ⊕ diferente condiciones discontínuas de corte ⊕ diferente dureza producida por superficies oxidadas o descarburadas ⊕ diferente dureza por microestructura heterogénea…..

� � Los materiales sinterizados NO SE PUEDEN mecanizar de la misma forma que los de colada de similar composición.


Operaciones de acabado: mecanizado

Flank wear,mmFlank wear,mm

0,250,25

0,500,50

0,750,75

Facing(cont)Distalloy AE+0,5% CDistalloy AE+0,5% C

Dry

Wet

DRY & OILIMPREGNATION

No of passesNo of passes4040 6060 8080 100100 120120

0,000,00

CNMG120408-MF,GC1015v=200 m/min, Feed=0.1 mm/r , D.O.C.=0,5 mm, DRY

CNMG120408-MF,GC1015v=200 m/min, Feed=0.1 mm/r , D.O.C.=0,5 mm, DRY

~GBW1114:1 1997-11-19

OILIMPREGNATION

El mecanizado en seco y la impregnación en aceite reducen sustancialmente el desgaste

Höganäs AB, PM School, www.hoganas.comTec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M10

Operaciones de acabado: técnicas de unión

Soldadura con aporteSoldadura con aporteUnión por difusiónUnión por difusión

Soldadura por resistenciaSoldadura por resistencia Ajuste por presiónAjuste por presión


Operaciones de acabado: técnicas de unión

PIEZAS SOLDADAS

Caja Caja Planetaria (Toyota Planetaria (Toyota Motor Motor CompanyCompany))

Pieza lateral para bomba de Pieza lateral para bomba de dirección (dirección (SumitomoSumitomo Electric Electric IndustriesIndustries))


Operaciones finales

••Afectan a las Afectan a las dimensiones y toleranciasdimensiones y tolerancias, sin modificar la , sin modificar la composición:composición:

••Desbarbado y limpiezaDesbarbado y limpieza

••ReprensadoReprensado, calibrado , acuñado,, calibrado , acuñado,

••GranalladoGranallado

••MecanizadoMecanizado

••Uniones.Uniones.

Operaciones de acabado

••Afectan a la Afectan a la composición de la piezacomposición de la pieza y modifica y modifica sus propiedades finales:sus propiedades finales:

••Tratamientos Térmicos y termoquímicosTratamientos Térmicos y termoquímicos

•Recubrimientos electrolíticos

••InfiltraciónInfiltración

••ImpregnaciónImpregnación

Operaciones secundarias


Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos

� Cementación

� Carbonitruración

� Nitruración

� Nitruración por Plasma


Control de la profundidad del tratamiento

�Densidad�Porosidad interconectada


� Tratamiento al vapor

� Fosfatado

� Recubrimientos electrolíticos

� Impregnación


Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos. Control de la profundidad de tratamiento

�� Profundidad uniformeProfundidad uniforme

�� Zona de transición de dureza Zona de transición de dureza controladacontrolada

Densidad de Densidad de

85% D.T.

90% D.T.Densidad de Densidad de

sinterizadosinterizado

Evitar porosidad Evitar porosidad interconectada:interconectada:

•• Densidad > 6.9 g/cmDensidad > 6.9 g/cm33

••Añadir P ó SAñadir P ó S

90% D.T.

95% D.T.

Figuras: "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 UC3M15

Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos

0

250

500

750

1000

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25Distanacia a la superficie, mm

Du

reza

, HV

0.05

550

Determinación de la profundidad del tratamiento


Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos. Cementación - temple

OH CH CO 1. 2Fe2 ++++⇔⇔⇔⇔++++

2Fe4 2HCCH 2. ++++⇔⇔⇔⇔

Reacciones Cementación Reacciones Cementación catalizadas en la superficie de catalizadas en la superficie de la pieza:la pieza:

(Si hay presencia de CH(Si hay presencia de CH44))

Temperatura de tratamiento:Temperatura de tratamiento:

820ºC a 920ºC820ºC a 920ºC

Tiempo:Tiempo:

11--4 horas de 850ºC a 860ºC4 horas de 850ºC a 860ºC

15 min a 920ºC15 min a 920ºC

Aceite 50Aceite 50--60ºC60ºC


Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos. Carbonitruración- Reacciones

OH CH CO 1. 2Fe2 ++++⇔⇔⇔⇔++++

2Fe4 2HCCH 2. ++++⇔⇔⇔⇔ (Si hay presencia de metano)(Si hay presencia de metano)

223 3HN2NH 3. ++++⇔⇔⇔⇔Añadimos amoniaco disociado a la atmósfera:Añadimos amoniaco disociado a la atmósfera:

Temperatura de tratamiento:Temperatura de tratamiento:Temperatura de tratamiento:Temperatura de tratamiento:820ºC a 920ºC820ºC a 920ºCTiempo:Tiempo:11--4 horas de 850ºC a 860ºC4 horas de 850ºC a 860ºC

Efecto de nitruraciónEfecto de nitruraciónAumenta el Aumenta el endurecimientoendurecimientoEstabiliza austenitaEstabiliza austenita

�� CarbonitruraciónCarbonitruración en aceros de baja aleación. Aumenta la templabilidad, en aceros de baja aleación. Aumenta la templabilidad, pero estabiliza la pero estabiliza la austenitaaustenita..

�� Cementación en componentes con alto contenido en NiCementación en componentes con alto contenido en Ni


Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos. Nitruración

Temperatura:Temperatura:500500--520ºC520ºC

Atmósfera:Atmósfera:Amoniaco disociadoAmoniaco disociado

2NH2NH333H3H22

22NN

1. Endurecimiento estructural por temple. Antes de la nitruración, el acero

se austeniza y se le hace un bonificado, por lo que la temperatura de

revenido debe ser superior a la de formación de nitruros con el fin de

tener una microestructura del núcleo de la probeta estable durante el

tratamiento.

2. Limpieza

3. Nitruración a 500-520ºC con enfriamiento normal


Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos. Nitruración

NITRURACIÓN POR PLASMANITRURACIÓN POR PLASMA

Pieza

Hornoánodo N2 gas a baja P Astaloy Mo + 0.5% C

ρ sinterizado 7.1g/cm3

Pieza Cátodo

470 a 570 °C


Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos. Tratamiento al vapor

Reacción en la superficie:Reacción en la superficie:

3Fe+4H3Fe+4H22O O ⇒⇒FeFe33OO4 4 +4H+4H22

(Reacción exotérmica)(Reacción exotérmica)

Vapor sobrecalentado (HVapor sobrecalentado (H22O)O)

T< 550ºCT< 550ºC

La magnetita es muy dura y La magnetita es muy dura y resistente al desgasteresistente al desgaste


Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos. Influencia en las propiedades mecánicas

sincon tratamiento

al vapor

Densidad, g/cm3

Es importante:Es importante:

1)1) Alta turbulencia en el vaporAlta turbulencia en el vapor

2)2) Evitar puntos muertosEvitar puntos muertos

3)3) Extraer el aire que pueda reaccionar con el HExtraer el aire que pueda reaccionar con el H2. 2.

Para prevenir la reacción del HPara prevenir la reacción del H2 2 y Fey Fe33OO4 4


Operaciones secundarias: Recubrimientos electrolíticos. Fosfatado

Reacción que se producen en la superficieReacción que se producen en la superficie. . Es un tratamiento Es un tratamiento químico que se realiza por contacto de la pieza ya químico que se realiza por contacto de la pieza ya desengrasadas con una solución de desengrasadas con una solución de fosfatos ácidos de Zn, Fe o fosfatos ácidos de Zn, Fe o Mn.Mn. En el fosfatado, la superficie de las piezas se recubre con una En el fosfatado, la superficie de las piezas se recubre con una película de fosfatos de los metales citados, que posee una película de fosfatos de los metales citados, que posee una elevada resistencia a la corrosión y ofrece una muy buena base elevada resistencia a la corrosión y ofrece una muy buena base adherente para las pinturas.adherente para las pinturas.

FeFeIIII + H+ H33POPO44⇒⇒ FeFeIIII HPOHPO44+ H+ H22

2Fe2FeII II I+ 2HI+ 2H POPO ⇒⇒ 2Fe2FeIII III POPO + 3H+ 3H

Ácido Ácido fosfóricofosfórico

33 44 44 22

2Fe2FeII II I+ 2HI+ 2H33POPO44⇒⇒ 2Fe2FeIII III POPO44+ 3H+ 3H22


Operaciones secundarias:Protección frente a la corrosión

Tratamiento Tratamiento al Vaporal Vapor FosfatadoFosfatado

Forma magnetita en la superficie, que cierra los

poros y

Forma fosfatos de hierro en la

que cierra los poros y

protege frente a mayor

corrosión

hierro en la superficie,

que impiden la corrosión


Operaciones secundarias: recubrimientos electrolíticos.

� capa fina metálica

Las piezas son sumergidas en un electrolítico donde la pieza es el Las piezas son sumergidas en un electrolítico donde la pieza es el cátodo recubriéndose del material del ánodo.cátodo recubriéndose del material del ánodo.

Recubrimientos Recubrimientos típicos : Ni, Cr, Zn típicos : Ni, Cr, Zn

y Cdy Cdy Cdy Cd

Los poros deben ser eliminados para prevenir la corrosión, y obtener Los poros deben ser eliminados para prevenir la corrosión, y obtener una capa metálica bien definida.una capa metálica bien definida.


Operaciones secundarias: Infiltración.

Disco de cobre o Disco de cobre o aleación base aleación base cobre prensado cobre prensado

Pieza Pieza sinterizadasinterizada

•• T> superior al punto de fusión T> superior al punto de fusión del infiltrado (1085ºC)del infiltrado (1085ºC)

•• Hay que controlar la densidad en Hay que controlar la densidad en verde de ambos compactosverde de ambos compactos

Ventajas Desventajas

Matriz

Poros

Ventajas

� Incremento de densidad y resistencia

� Impermeabilidad y presurización de las piezas

Desventajas

� Precisión dimensional

� Coste de materias y producción"Powder Metallurgy, materials, processes and

applications", European Commission's Leonardo ds Vinci Programme Contract nº EUR/97/2/00202/PI/II.1a/FPC


Operaciones secundarias:Impregnación en aceite

Objetivos:�Proporcionar propiedades de autolubricación a

cojinetes� Incrementar la resistencia al desgaste de

engranajes

Cámara con baja presiónCámara con baja presión Incremento de presiónIncremento de presión

Aceite caliente Aceite caliente o fríoo frío


Operaciones secundarias: impregnación con polímeros

Cámara a baja presiónCámara a baja presión

Incremento de Incremento de presiónpresión

PolímeroPolímeroliquidoliquido

Seguido de calentamiento Seguido de calentamiento para el curado del para el curado del polímeropolímero


Operaciones secundarias: impregnación con polímeros

Ventajas Desventajas


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