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
Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M2
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
Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M4
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).
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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.
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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/
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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.
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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
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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
"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 UC3M11
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))
Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M12
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
Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M13
Operaciones secundarias: tratamientos térmicos y termoquímicos
� Cementación
� Carbonitruración
� Nitruración
� Nitruración por Plasma
� Carbonitruración
Control de la profundidad del tratamiento
�Densidad�Porosidad interconectada
� Carbonitruración
� Tratamiento al vapor
� Fosfatado
� Recubrimientos electrolíticos
� Impregnación
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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
Höganäs AB, PM School, www.hoganas.comTec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M16
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
Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M17
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
Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M18
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
Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M19
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
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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
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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
"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 UC3M22
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
Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M23
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
Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M24
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.
Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M25
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
Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M26
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
Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M27
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
Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M28
Operaciones secundarias: impregnación con polímeros
Ventajas Desventajas
Tec. Polvos Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M29