Este proceso, una vez obtenidos los polvos metlicos se puede
resumir en tres partes principales:1. La mezcla: Se deben mezclar
los polvos metlicos con sus respectivas adiciones (dependiendo de
las propiedades deseadas para la pieza terminada), creando una
mezcla homognea de ingredientes.2. El compactado: Se compacta la
mezcla obteniendo as la forma y el tamao deseado de la pieza. Este
compactado slo requiere la suficiente cohesin para ser manejada con
seguridad y transportada a la siguiente etapa.3. El sinterizado: Se
ingresan las piezas a un horno con temperatura controlada que no
exceda el punto de fundicin del metal base. A esta temperatura los
enlaces mecnicos entre los polvos obtenidos por el compactado se
transforman en enlaces metalrgicos, dndole as sus principales
propiedades de resistencia. Este procedimiento se conoce como
sinterizado.Fuera de estos tres procesos que conforman la
pulvimetalurgia, se le pueden hacer a la pieza terminada todos los
tratamientos trmicos y acabados necesarios para que tenga un ptimo
desempeo.Reduccin a Estado Slido (Solid State Reduction): Este
proceso ha sido, por mucho tiempo el ms utilizado para la produccin
de polvo de hierro. Materia prima seleccionada es aplastada,
mezclada con carbn y pasada por un horno continuo en donde
reacciona. Este proceso deja una especie de torta esponjada de
hierro. Despus se aplasta nuevamente, se separan los materiales no
metlicos y se tamiza para producir el polvo. Debido a que no se
hace ninguna refinacin, la pureza del polvo es totalmente
dependiente de la pureza de la materia prima. Este mismo proceso se
puede utilizar para hacer polvo de cobre.Electrlisis:Escogiendo las
condiciones apropiadas - posicin y fuerza del electrolito,
corriente, densidad, temperatura, etc., muchos metales pueden
convertirse en polvos metlicos. Este proceso puede requerir de
otros procesos (secado, aleado, lavado, etc.) para lograr las
propiedades deseadas. Se usa por lo general para producir polvo de
Cobre, pero tambin se puede utilizar para la produccin de polvo de
Cromo y Manganeso. Dos de las mayores cualidades de este proceso
son la alta pureza y la alta densidad alcanzada en los
polvos.Atomizacin:En este proceso, el metal fundido es separado en
pequeas goteras que luego son congeladas rpidamente antes de que
entren en contacto entre ellas o con una superficie slida. El
principal mtodo para desintegrar la delgada corriente de metal
fundido es el de someterla al impacto de fuertes golpes de gas (se
usan comnmente Aire, Nitrgeno y Argn) o de lquido (generalmente
agua). Variando diferentes parmetros del proceso se puede controlar
el tamao de las partculas.En principio la tcnica es aplicable para
todos los metales que se puedan fundir pero es comercialmente
utilizada para la produccin de polvos de Hierro, Cobre, Aceros,
Bronce, Aluminio, Plomo y Zinc.Adems de estos tres procesos, hay
varios que estn obteniendo una creciente aceptacin, debido a sus
aplicaciones. Los Procesos de Electrodo Rotatorio y Trituracin
Mecnica son ejemplos representativos de estos mtodos.El Proceso de
Electrodo Rotatorio tiene la gran ventaja de que se puede ejecutar
en envases cerrados, con atmsfera controlada e inclusive en el
vaco, con esto se obtiene un polvo muy puro y limpio, adems permite
trabajar con metales altamente reactivos.El Proceso de Trituracin
Mecnica tiene gran aplicabilidad en la produccin de polvos
extremadamente finos. Esto se alcanza con la pulverizacin mecnica
en un molino de bolas. Para este proceso se acostumbra utilizar
como materia prima metales que ya hallan sido pulverizados.La
finura de los polvos producidos por este mtodo, le ha representado
un incremento en su uso sobre todo para la fabricacin de polvos
finos para el moldeo por inyeccin (Mtodo nuevo de la metalurgia de
polvos).Caractersticas de los PolvosLos futuros procesos y el
resultado final alcanzado despus del sinterizado estn altamente
ligados con las caractersticas del polvo tales como: tamao de las
partcula, forma de las partculas, estructura y condicin de la
superficie. Una de las propiedades ms importantes de los polvos es
la Densidad Aparente; esto se debe a que la dureza alcanzada en el
compactado depende directamente de la Densidad Aparente. A su vez
esta caracterstica depende de la forma y de la porosidad promedio
de las partculas.Una vez se tiene el polvo empieza el proceso de
fabricacin de la pieza deseada. Este proceso est compuesto por
bsicamente tres etapas - la mezcla, el compactado y la
sinterizacin. Cada una de estas etapas contribuye en las
caractersticas finales de la pieza.La mezclaEn la etapa del
mezclado se debe alcanzar una mezcla homognea de los materiales y
aadir el lubricante. La principal funcin del lubricante es la
reducir la friccin entre el polvo metlico y las superficies de las
herramientas utilizadas en el proceso. Adems, el lubricante debe
deslizarse durante la compactacin, y as ayudar a conseguir una
densidad uniforme en toda el compactado. De igual importancia
resulta el hecho de que la reduccin de friccin tambin ayuda a la
eyeccin de el compactado minimizando la posibilidad de formacin de
grietas. Se debe tener gran cuidado en la escogencia del
lubricante, debido a que una mala escogencia puede resultar en
efectos adversos en las durezas del compactado antes y despus de
sinterizar. Otra precaucin que se debe tener en esta etapa del
proceso es la de no sobre mezclar. El sobre mezclar aumenta la
densidad aparente de la mezcla y reduce la dureza de la pieza antes
del sinterizado.El compactadoLa mezcla es introducida en un molde
de acero o carburo rgido y presionada para obtener la forma
deseada. La presin a la cual se somete la mezcla durante esta etapa
es de 150900 MPa. La mezcla debe ser presionada lo suficiente para
que soporte la fuerza de la eyeccin del molde y que pueda ser
movida antes del sinterizado. El compactado es una etapa muy
importante ya que la forma y las propiedades mecnicas finales de la
pieza estn fuertemente relacionadas con la densidad al presionar.
Debido a que los polvos metlicos bajo presin no se comportan como
lquidos, la presin no es transmitida uniformemente por el molde y
hay virtualmente cero flujo lateral. Por esto, la obtencin de
buenas densidades en la pieza depende en un alto grado de el diseo
de la herramienta que aplica la presin. Las siguientes son
consideraciones que se deben tener al disear una herramienta para
el compactado. Relacin entre longitud y ancho. La presin aplicada y
por ende la densidad decrece a lo largo de la pieza. La compactacin
de doble lado (se aplica presin por los dos lados de la mezcla)
mejora la distribucin de la presin pero sigue dejando una regin en
la mitad de la pieza con menos densidad. Por esto relaciones entre
largo y ancho de piezas superiores a 3:1 no son recomendadas.
Cambios bruscos en las secciones se deben omitir, debido que
producen mas estrs, lo que puede llevar a fracturas en la pieza. La
complejidad en la forma de la pieza y el numero de operaciones de
presin que se necesitan entran en juego para la velocidad en que se
puede fabricar una pieza.Prensa hidrulica utilizada para hacer la
operacin del compactado. La friccin entre los granos del polvo y
las paredes del molde reduce progresivamente la transmisin de
presin y por lo tanto la densidad obtenida a lo largo de la pieza.
Estos efectos se pueden minimizar con la ayuda de buenos
lubricantes. La curva de densidad vs. presin aplicada sigue una
relacin hiperblica. Por esta relacin se debe buscar la presin a la
que la densidad es ptima ya que una mayor presin presentara un
efecto negativo en la densidad. El compactado del polvo a
temperaturas normales y sin un ambiente controlado es muy til, por
su bajo costo, para la fabricacin de muchas piezas; sin embargo
tiene grandes limitantes en materia de la densidad del compactado.
Por esta razn se han desarrollados varios mtodos que mejoran esta y
otras propiedades del compactado.Compactacin semi-caliente (Warm
Compaction)La compactacin semi-caliente nos permite aumentar la
densidad del compactado considerablemente con un costo extra muy
bajo. Este mtodo utiliza la maquinaria y el polvo metlico que se
usa en el proceso convencional. Lo nico que requiere es que la
mezcla, el molde y toda la herramienta utilizada para la
compactacin sea calentada a una temperatura de 130o 1500C. Un
lubricante que permite bajar su porcentaje en peso en la mezcla a
slo 0.6 % fue desarrollado para poder realizar la compactacin
semi-caliente. Adems existe un incremento significativo en la
fuerza del compactado, reduciendo as los riesgos de dao en su
manejo. Al usar este mtodo y una vez la pieza es sinterizada la
resistencia de la pieza es incrementada ms o menos en un 10% y
consigue un cambio dimensional casi de cero.Presionado en Caliente
(Sinterizado a presin)A temperaturas elevadas los metales son
generalmente ms blandos, haciendo posible generalmente que sean
compactados a una densidad mucho mayor sin necesidad de elevar la
presin. Despus de esta operacin tambin es requerido el sinterizado
normal debido a que este, en la mayora de los casos mejora las
propiedades de la pieza. El uso de este mtodo se ve reducido por el
alto sobre costo que demanda. Requiere moldes especiales
resistentes al calor, una atmsfera controlada y las velocidades de
produccin se ven disminuidas significativamente. Sin embargo este
mtodo se usa para la produccin de metales duros y piezas para corte
hechas de diamante; estos dos materiales son costosos y por esto
ameritan el tratamiento.ToleranciasAunque la pieza hecha por presin
puede tener una calidad de tolerancias dimensionales muy alta,
estas se pueden ver afectadas por la etapa de sinterizacin. Una
nueva etapa de compactacin puede servir para mejorar los niveles de
las tolerancias dimensinales.Fuera de las etapas del proceso
normal, los tratamientos trmicos pueden llevar a drsticos cambios
en las dimensiones. Por esto hay que tener conciencia, al disear el
proceso, de los tratamientos trmicos y del uso final de la pieza.La
SinterizacinLa etapa de la sinterizacin es clave para el proceso de
la metalurgia de polvos. Es aqu en donde la pieza adquiere la
resistencia y fuerza para realizar su funcin ingenieril para la
cual se ha fabricado. El termino Sinterizado tiene la siguiente
definicin: Es el tratamiento trmico de un polvo o compactado
metlico a una temperatura inferior a la temperatura de fusin de la
base de la mezcla. Tiene el propsito de incrementar la fuerza y las
resistencias de la pieza creando enlaces fuertes entre las
partculas. Para describir este proceso (sin entrar en una parte
tcnica y qumica, que poco interesa en este artculo) basta con decir
que ocurre una difusin atmica y las partes unidas durante el
proceso de compactacin se fortalecen y crecen hasta formar una
pieza uniforme. Esto puede inducir a un proceso de Recristalizacin
y a un incremento en el tamao de los granos. Los poros tienden a
volverse redondos y la porosidad en general como porcentaje del
volumen total tiende a decrecer. Esta operacin, casi siempre, se
lleva a cabo dentro de un ambiente de atmsfera controlada y a
temperaturas entre el 60 y 90% de la temperatura de fusin del mayor
constituyente. Cuando hay mezcla de polvos, hay ocasiones en donde
el proceso de sinterizacin se efecta a una temperatura superior a
la de fusin de uno de los constituyentes secundarios- como en
partes estructurales de Hierro/Cobre, Carburo de Tungsteno/Cobalto,
etc. Al hacer el proceso a una temperatura superior a la
temperatura de fusin de un constituyente, se esta haciendo un
sinterizado con presencia de fase lquida. Por esto es esencial
controlar la cantidad de fase lquida que se presenta durante el
proceso para poder asegurar paridad en la forma de la pieza.Se debe
llevar un control sobre la rata de calentamiento, tiempo,
temperatura y atmsfera para obtener resultados que puedan ser
reproducidos. El horno elctrico se usa en la mayora de los casos
pero si se requieren temperaturas superiores (para incrementar la
resistencia de las piezas) se puede variar a diferentes tipos de
hornos, segn la temperatura deseada. Para proceso normales se
alimentan las piezas al horno en una banda hecha de alambre
entrecruzado. Este alambre est hecho de una aleacin Nickel/Cromo
(80/20) que permite temperaturas hasta de 11500C. Para temperaturas
superiores se pueden usar Carburos de Silicio que pueden operar a
temperaturas hasta 13500C. Ya si son casos especiales y se
necesitan temperaturas an mayores se utilizan piezas para
calentamiento hechas con Molibdeno, aunque este requiere de que sea
operado en una atmsfera pura de hidrgeno.Las atmsferas controladas
son una parte esencial en casi cualquier proceso de sinterizacin ya
que previenen la oxidacin y otras reacciones que no conviene al
proceso. Algunas de las atmsferas ms usadas son las compuestas con
hidrgeno seco o con hidrocarburos sometidos parcialmente a la
combustin. Ya si se requieren usos mas especiales y que puedan
soportar el incremento en el costo de la atmsfera se pueden
utilizar las llamadas atmsferas sintticas. Debido a que son
producidas mezclando cuidadosamente Nitrgeno con Hidrgeno y con gas
de hidrocarburos para la sinterizacin de aceros. Estos tipos de
atmsferas tienen las ventajas de ser mucho ms limpias, tener mayor
adherencia al material sinterizado y un nivel muy bajo de vapor de
agua.Hay diferentes tipos de sinterizado que se pueden aplicar segn
sea el caso, ya sea que se requiere bajar costo, aumentar
propiedades de la pieza, trabajar con un material especial,
etc.Temperaturas de SinterizadoMateriales Grados CHierro / Acero
1100 - 1300Aleaciones de aluminio 590 - 620Cobre 750 - 1000Latn 850
- 950Bronce 740 - 780Metales Duros 1200 - 1600
