Curs sinterizare

1. PRELUCRARI PRIN
SINTERZARE.
TEHNOLOGII AVANSATE.
Prof. dr. ing. Viorel PAUNOIU
Catedra TCM

2. Partea I – Prelucrari prin sinterizare
Introducere
1.1. Obiectul şi domeniile de aplicaţii ale pieselor
sinterizate
1.2. Definirea tehnologiei
1.3. Scurt istoric
1.4. Locul tehnologiei în cadrul procedeelor de prelucrare
1.5. Avantajele tehnologiei
Bibliografie

3. 1.1. OBIECTUL ŞI DOMENIILE DE APLICAŢII ALE
PIESELOR SINTERIZATE
Un material se consideră economic dacă îndeplineşte următoarele condiţii:
1. corespunde cerinţelor tehnice;
2. prelucrarea lui se face fără dificultate;
3. i se pot aplica prelucrări ulterioare, mecanice şi/sau termice;
4. preţul lui şi al piesei fabricate din el este cât mai scăzut posibil.
În accepţiunea generală expresia “piesă sinterizată” defineşte o componentă
fabricată din materiale care în stare primară sunt sub formă de pulbere sau
de granule.
În cazul cel mai general, pentru obţinerea piesei sinterizate este necesar ca
materialul să fie supus unei operaţii de prelucrare prin formare urmată de o
operaţie de tratament termic numit tratament de sinterizare.
Piesa sinterizată rezultă cu o anumită porozitate. În funcţie de mărimea
porozităţii, domeniile de aplicare ale pieselor sinterizate sunt foarte diverse şi
cuprind în principal:

4. - piese pentru construcţia de maşini. Acestea au la bază pulberi
nealiate sau aliate, de fier, cupru, bronz, aluminiu, sau metale
rare cum ar fi beriliu şi titan. Porozitatea pieselor mecanice
este sub 8%.
- - materiale poroase. Acestea au la bază pulberi de bronz,
bronz-grafit, fier, fier-cupru-grafit, etc. Porozitatea acestor
materiale este cu atenţie controlată şi serveşte îndeplinirii unui
anumit rol funcţional. Din acesta grupă fac parte filtrele
sinterizate, cu porozitatea cuprinsă între 25-90% şi lagărele
autolubrifiante cu porozitatea cuprinsă între 8-25%.
- - metalele refractare. Anumite metale, în particular cele cu
puncte de topire ridicate, sunt greu de obţinut prin topire şi
turnare, şi în mod frecvent sunt friabile în stare turnată.
Wolframul, molibdenul, tantalul fac parte din această
categorie. Un semifabricat sinterizat, obţinut din pulberile
acestor metale, având o densitate finală apropiată de 90% de
cea teoretică, poate fi deformat mecanic la o temperatură
ridicată, obţinându-se o microstructură cu o orientare
preferenţială. Acest lucru conferă materialului ductilitate chiar
la temperatura ambiantă;
- aliaje speciale. Un domeniu care se extinde foarte mult este
cel al fabricării materialelor de înaltă rezistenţă: oţeluri rapide
şi superaliaje pe bază de nichel (cobalt). În general, pulberea
este presată într-un semifabricat care apoi poate fi forjat sau
extrudat prin tehnologiile clasice
- - materiale compozite. Aceste materiale constau din două sau
mai multe metale care sunt insolubile în stare lichidă, sau
amestecuri de metale cu materiale nemetalice cum ar fi oxizii
şi alte materiale refractare. Din aceasta grupă fac parte:

5. 1.2. DEFINIREA TEHNOLOGIEI
Tehnologia de obţinere a pieselor sinterizate se
ocupă de transformarea pulberii metalice într-o
componentă mecanică ca urmare a aplicării
unor procedee de formare şi sinterizare.
Procesul de obţinere a pieselor sinterizate
cuprinde trei operaţii principale: amestecarea,
formarea şi tratamentul termic de sinterizare.
În funcţie de cerinţele dimensionale şi de
exploatare ale piesei sinterizate se stabileşte
pulberea metalică şi aditivii (lubrifianţi, elemente
de aliere, lianţi) ce urmează a fi folosiţi.

6. Pulberi metalice
elementare sau
aliate
Aditivi ( lubrifianţi,
elemente de aliere,
lianţi)
Formare la cald
(presare izostatică, presare
în matriţă, extrudare)
Formare la cald
(presare izostatică, presare
în matriţă, extrudare)
Formare la rece
(presare în matriţă, presare
izostatică, laminare,
injectare)
Produs final
Operaţii secundare
(calibrare, represare,
impregnare,
aşchiere, forjare,
tratamente termice
şi de suprafaţă)
Operaţii secundare
(calibrare, represare,
impregnare,
aşchiere, forjare,
tratamente termice
şi de suprafaţă)
Schema tehnologiei de obţinere a pieselor sinterizate
Amestecare
Sinterizare

7. 1.3. SCURT ISTORIC
Cele mai vechi utilizări ale pulberilor metalice datează de acum 3000 de ani înainte
erei noastre. Incaşii foloseau pulberea de aur pentru bijuterii, iar egiptenii utilizau
pulberea de fier. In India, în anul 300 a fost ridicată coloana din Delhi, coloană care
este construită din 6,5 tone de pulbere de fier obţinută prin reducere.
Epoca modernă a utilizării tehnologiei începe cu anul 1896 când Moisseu elaborează
pulberea din carbură wolfram, utilizată în construcţia plăcuţelor de aşchiere. În 1910,
Colidge realizează filamentul din wolfram pentru becul lui Edison. Materialul are la
bază pulberea de wolfram. În 1940, în Germania se elaborează primele materiale
refractare din pulberi.
În domeniul pieselor pentru construcţia de maşini, cu precădere pentru industria
automobilelor, primele realizări datează din anul 1921. În acel an, s-au fabricat
primele lagăre autolubrifiante, de către actuala firmă GKN Sinter Metals. Firma
General Motors a realizat în anul 1937, prima pompă de ulei care are în construcţie
repere fabricate din pulberi metalice.
Două au fost direcţiile care, iniţial, s-au dezvoltat în fabricarea reperelor pentru
industria automobilului. O prima direcţie, aplicată în Statele Unite, a fost aceea a
realizării unor piese de densitate relativ scăzută, 6,4-6,8 g/cm3, dar de dimensiuni
mari, pentru a compensa proprietăţile de rezistenţă scăzută. Cea de-a doua direcţie,
aplicată în Europa şi Japonia, a fost aceea a realizării unor repere de dimensiuni mici
dar de densitate ridicată, 7,4-7,6 g/cm3 şi cu proprietăţi de rezistenţă mai ridicate.

8. MOTOR: ghid supapă, scaun
supapă, segmenţi piston, roţii de lanţ
şi dinţate pentru transmisie, roţii
dinţate pentru pompa de apă, piese
pentru pompa de injecţie
Piese pentru instalaţia de
aer condiţionat
Piese pentru
amortizorul de şoc
Piese pentru coloana de
direcţie
TRANSMISIA: butuci şi inele
de sincronizare, butuci pentru
turbină, roţi de pompă, inele
senzor
Inele senzor
ABS
Roţi dinţate pentru
pompa de ulei

9. 1.4. LOCUL TEHNOLOGIEI ÎN CADRUL
PROCEDEELOR DE PRELUCRARE
O piesă mecanică poate fi obţinută printr-o varietate de
procedee de prelucrare. Aşchierea, ştanţarea de
precizie, ştanţarea, forjarea, turnarea în forme de nisip,
turnarea de precizie, turnarea în matriţă şi tehnologia de
fabricare a pieselor din pulberi metalice constituie
alternative viabile de prelucrare a pieselor mecanice.
Fiecare are propriile ei avantaje şi dezavantaje. Unde
este posibil, tehnologia de fabricare a pieselor din pulberi
metalice poate fi aplicată cu succes în realizarea
reperelor mecanice.

10. Tabelul 1.1. Comparaţii calitative ale diferitelor procedee tehnologice
din punct de vedere economic [7]
Nr.
crt.
Procedeul
tehnologic
Costul
sculelor
Costul
unitar
Posibilităţile
de
prelucrare
Libertate în
proiectarea
formei
Seria
de
fabricaţie
1. Tehnologia
fabricării din
pulberi
mediu scăzut mari medie medie-
ridicată
2. Prelucrarea
mecanică
scăzut ridicat ridicate ridicată mică
3. Ştanţarea de
precizie
ridicat scăzut medii scăzut-mediu ridicată
4. Ştanţare mediu-
ridicat
foarte
scăzut
medii scăzut masă
5. Forjarea ridicat mediu medii neînsemnată ridicată
6. Turnarea în
forme de nisip
scăzut mediu ridicate medie scăzută-
medie
7. Turnarea
de precizie
mediu ridicat ridicate mare scăzută-
medie
8. Turnarea
în matriţă
ridicat scăzut limitate ridicată ridicată

11. Tabelul 1.2. Comparaţii calitative ale diferitelor procedee tehnologice din punct
de vedere al preciziei şi calităţii [7]
Nr.
crt.
Procedeul
tehnologic
Utilizare
conicităţi/
racordări
Toleranţa
maximă
[mm]
Dimensiuni
maxime
de gabarit
Calitatea
suprafeţei
[µm]
Lăţimea
minimă a
peretelui
[mm]
1. Tehnologia
fabricării
din pulberi
nu 0,076 16 [kg],
457 [mm]
comparabilă
cu a metalelor
dense
1,52
2. Prelucrarea
mecanică
limite largi variabilă
3. Ştanţarea
de precizie
da 0,025 609x609
x14,3
[mm]
până la
16
0,5-1,3 ori
din
grosime
4. Ştanţarea da 0,127 mari variază 1-2
ori din
grosime
5. Forjarea da 0,51 mari scăzută 6,35
6. Turnarea
în forme
de nisip
da 0,76 mari 300-900 3,175
7. Turnarea
de precizie
nu 0,127 54,5 [kg] 125 1,27-2,03
8. Turnarea în
matriţă
da 0,076 medii 20-120 0,508
/ 0,762

12. Tabelul 1.3. Rezistenţa la rupere a diferitelor materiale [7]
Nr. Material Rezistenţa la rupere,
crt. Mpa
1. Aluminiu 319 (turnat în nisip) 186
2. Fontă cenuşie (turnată în nisip) 213
3. SAE alamă (turnată în nisip) 255
4. Zamak 3 (turnat în matriţă) 282
5. Aluminiu 380 (turnat în matriţă) 324
6. Fier maleabil (turnat în nisip) 344
7. Oţel carbon sinterizat 372
8. Oţel inoxidabil sinterizat 413
9. Otel sinterizat infiltrat 530
10. Oţel carbon sinterizat şi tratat termic 586
11. Oţel inoxidabil sinterizat şi tratat termic 723
12. Otel sinterizat infiltrat şi tratat termic 827

13. 1.5. AVANTAJELE TEHNOLOGIEI
În ultimii 30 de ani au fost aduse importante îmbunătăţiri procesului tehnologic de
obţinere a pieselor sinterizate. Aceste îmbunătăţiri conferă tehnologiei următoarele
avantaje:
- utilizarea completă a materiei prime în comparaţie cu alte procedee de fabricare în
care utilizarea materialului se face în proporţie de maxim 50%;
- obţinerea de piese de forme complexe de precizie ridicată, mergând până în clasa
IT3, şi calitate bună a suprafeţei, eliminând astfel prelucrările mecanice necesare
altor procedee de fabricare (tabelul 1.2);
- reproductibilitate ridicată, chiar şi în cazul pieselor complicate ca formă;
- flexibilitate în proiectare şi în fabricare. Utilizarea CAD-CAPP-CAM asigură o
proiectare rapidă a echipamentelor, a utilajelor şi tehnologiilor de presare şi
sinterizare. Echiparea utilajelor de presare cu adaptoare asigură importante economii
în pregătirea fabricaţiei; - proprietăţi izotrope datorită structurii;
- proprietăţi mecanice superioare: duritate ridicată, mergând până la 60-65 HRC,
rezistenţa la rupere şi impact (tabelul 1.3), proprietăţi de uzură şi alungire suficiente,
rezistenţă la oboseală;
- structura fină şi controlată;
- obţinerea unor proprietăţi noi, unice. Aceste proprietăţi sunt legate de prezenţa
porilor în structură şi sunt reprezentate de capacitatea de auto lubrifiere şi de filtrare.
- cost scăzut pentru serii de fabricaţii mari şi ridicate în comparaţie cu tehnologiile de
forjare, turnare sau aşchiere (tabelul 1.1).