PRELUCRAREA PRIN AGREGARE DE PULBERI METALICE

1.Notiuni introductive

Prelucrarea prin agregare de pulbere este un procedeu de prelucrare metalurgica care spre deosebire de metalurgia clasica, bazata pe topire si turnare, consta in obtinerea si utilizarea pulberilor metalice ca atare sau sub forma de produse sinterizate.

Caracteristicile procedeului sunt urmatoarele:

n    se bazeaza pe fenomenul de sudare a particulelor metalice sub influenta presiunii si caldurii;

n    evita topirea si turnarea metalelor sau a aliajelor lor;

n    permite obtinerea produselor cu configuratie mai putin complexa, direct la forma geometrica si dimensiunile finale;

Principiul metodei consta in amestecul pulberilor metalice, presarea lui la forme dorite in matrite si un tratament termic adecvat numit sinterizare.

Pulberea este un material format din particule de metale pure, de aliaje, de compusi intermetalici sau de compusi chimici ale caror dimensiuni pot varia intre 0 si 1000 micrometri. Marimea granulelor utilizate pe scara industriala variaza intre limite mai restranse1 - 400 micrometri.

Pulberile metalice se caracterizeaza printr-o serie de proprietati fizice si chimice care determina in mare masura proprieatile finale ale produselor obtinute prin agregare de pulberi. Dintre proprietatile fizice mai importante enumeram:

formarea particulelor: fibroase, lamelare, echiaxiale;

calitatea suprafetei: particule cu suprafata netedaa si regulata si particule cu suprafata neregulata (sunt mai frecvente si au tendinta de a se aglomera mai usor);

structura interna: spongioasa, dentritica sau compacta;

repartitia granulometrica;

Esenta procesului de obtinere a produselor prin aglomerare de pulberi metalice o constitue operatiile de formare si de sinterizare, care determina aparitia, marirea si stabilizarea suprafetelor de contact, deci aparitia legaturilor coezive, interatomice intre particule.

Formarea acestor legaturi de consolidare a particulelor de pulbere se realizeaza prin urmatoarele faze:

Formarea legaturilor punct cu punct.

Cresterea legaturilor tip punct si formarea suprafetelor de contact.

Cresterea cristalelor noi, sferoidizarea si disparitia porilor.

Formarea legaturilor punct cu punct apare in masa de pulberi metalice sub forma primelor puncte de contact dintre particule. Prin tasarea pulberilor suprafetele de contact se maresc, insa in majoritatea cazurilor aceste suprafete raman tot instabile. In cazul formarii cu presare realizarea acestor legaturi este determinata de compactizarea pulberii prin redistribuirea si alunecarea particulelor, imprimand asfel semifabricatului o forma stabila de dimensiunile matritei.

Cresterea legaturilor tip “punct” si formarea suprafetelor de contact se produce in timpul sinterizarii, fiind favorizate de cresterea mobilitatii atomilor odata cu cresterea temperaturii. Asfel “punctele” realizate in faza anterioara cresc lateral, iar nucleele de cristalizare se dezvolta peste granitele retelelor cristaline initiale.

In continuare datorita procesului de difuziune si de curgere plastica, noii graunti se dezvolta, porii dintre particulese micsoreaza. Cresterea legaturilor tip punct si formarea suprafetelor de contact se considera terminata, atunci cand porii sunt izolati intre ei.

Cresterea cristalelor noi, sferoidizarea si disparitia porilor reprezinta ultima faza in obtinerea produselor prin agregare de pulberi. Cresterea granulara se accentueaza , porii sunt micsorati si eliminati treptat.

Recristalizarea se realizeaza in trei stadii, in functie de temperatura:

I.    (0,3 - 0,4)T_t - recristalizare de suprafata;

II. (0,4 - 0,45)T_t - recristalizare spatiala;

III. Peste 0,45T_t - recristalizarea de asamblare intre particule;

Pulberile metalice se pot obtine prin urmatoarele metode:

Macinare in mori cu bile si vibratoare.

Macinare in mori cu vartej.

Pulverizare din faza lichida.

Metoda carbonil - obtinerea pulberilor din faza gazoasa ; se aplica pentru Fe, Ni, Co, Cr, Mo, W , pulberile astfel obtinute sunt fine si pure.

Metoda electrolitica.

2. Procesul tehnologic de fabricare a produselor prin agregare de pulberi

Operatii fundamentalesunt :

I.    Pregatirea pulberilor sau a amestecurilor de pulberi.

II. Formarea produselor prin agregare de pulberi.

III. Operatii suplimentare ulterioare.

IV. Controlul produselor sinterizate.

Formarea se poate face prin presare :

n    in matrita la cald;

n    presarea izostatica;

n    extrudarea pulberilor;

n    laminarea pulberilor;

Cea mai utilizata este presarea in matrita datorita urmatoarelor avantaje:

n    calitate superioara a suprafetelor cu o mare precizie a geometriei;

n    porozitatea se realizeaza in limite largi, variind forta specifica de presare;

n    productivitate mare;

n    nu necesita prelucrari ulterioare;

n    se obtin materiale metalice care nu se pot obtine prin alte metode

Presiunile maxime ating 2 10⁶ daN/cm². Sectiunile maxime prestabilite sunt limitate la 100 - 200 cm².

Sinterizarea - se realizeaza prin incalzirea semifabricatelor, obtinute in urma formarii, la o temperatura ce trebuie sa fie cel putin cat cea de recristalizare (0 - 0,8)T_t .

Structura poroasa a produselor sinterizate variaza intre 1 si 30% in functie de porozitatea obtinuta la operatia de formare, precum si de temperatura si durata de sinterizare.

Dupa obtinerea pieselor finite ele suporta operatii suplimentare ca:

n    calibrarea - folosita pentru cresterea preciziei dimensionale;

n    compactizarea - marirea densitatii si imbunatatirea proprietatilor mecanice;

Temperatura de sinterizare fiind sub cea de topire a componentelor, sau cel putin a componentului principal din amestecul de pulberi, fenomenele care predomina in procesul de sinterizare sunt cele de difuzie.

Parametrii tehnologici ai sinterizarii sunt:

a = formarea legaturilor “punct cu punct “

b = cresterea legaturilor “punct cu punct “ si formarea suprafetelor de contact

c = dezvoltarea noilor graunti cristalini

d = cresterea noilor cristale , sferoidizarea , disparitia porilor

Fig.1. Mecanismul sinterizarii pulberilor metalice cu un singur constituent

Domenii de aplicare sunt :

S-au obtinut materiale metalice care nu puteau fi elaborate prin topire, cum ar fi:

n    metale refractare pure - W, Mo, Ta, cu punct de topire foarte ridicat si turnare practic imposibila;

n    materiale dure cu structura omogena WC-Co, TiC-Co, care constau din combinarea unui produs dur refractar nedescompus (WC) cu un liant metalic tenace (Co);

De asemenea prin agregarea pulberilor se obtin materiale:

n    de mare puritate;

n    materiale magnetice;

n    piese de rezistenta in constructia de masini;

n    scule de aschiere si pentru deformare plastica (pastile pentru matrite diverse);