ndice

1. Qu ventajas ofrece la pulvimetalurgia respecto a otros mtodos de fabricacin? Cules son sus principales limitaciones? Describa la secuencia de procesos necesarios para producir una pieza mediante la tcnica pulvimetalrgica convencional. Cundo no es aplicable esta tcnica? ........................................................................................................... 2

2. Elija una pieza para cuya fabricacin se utilice alguna tcnica pulvimetalrgica. Investigue sobre la tcnica de fabricacin empleada y explique por qu se fabrica por este mtodo. .................................................................................................................................. 3

3. Cules son las diferencias ms importantes entre polvos metlicos y cermicos y como podran influir sobre su procesamiento mediante pulvimetalurgia? ......................................... 3

4. Los polvos metlicos suelen tener aplicaciones muy diversas. Dos aplicaciones de las aleaciones de aluminio son como combustible slido para cohetes y para la fabricacin de piezas del fuselaje de aviones. Qu diferencias cree que pueden tener los polvos que se utilicen en cada caso? ............................................................................................................ 3

5. Qu materias primas y qu procesos se utilizan para la produccin de polvos metlicos? .............................................................................................................................. 3

6. El maquinado de piezas pulvimetalrgicas es poco frecuente. Mencione algunos casos en qu se recurre al mecanizado de dichas piezas. ............................................................... 5

7. Qu entiende por densificacin total? Cmo se consigue? ......................................... 5

8. La tcnica de fabricacin de las espadas de Damasco fue un misterio durante siglos. Recin en 1985 pudo develarse el secreto, y a partir de entonces es posible fabricar espadas y cuchillos con aceros de caractersticas similares a las antiguas espadas damascenas. Investigue el proceso de fabricacin de dichas espadas y explique las tcnicas pulvimetalrgicas empleadas. Qu monumento de la antigedad fue construido empleando un acero similar? Qu particularidad presenta dicho monumento que dio lugar a leyendas y supersticiones? ...................................................................................................................... 5

9. Describa el proceso de obtencin de filamentos de tungsteno para lmparas incandescentes (Proceso Coolidge). Analice otras posibles tcnicas de fabricacin e infiera cul es la razn de la eleccin de la pulvimetalurgia para su fabricacin. .............................. 6

10. Cules son los principales desarrollos pulvimetalrgicos a lo largo de la historia de la humanidad? Qu diferencias existen entre la pulvimetalurgia de principios del siglo XX y la actual?.................................................................................................................................... 6

11. En qu consista la tcnica utilizada por las culturas preincaicas para fabricar objetos de platino? Se usa alguna tcnica similar en la actualidad? ................................................. 7

1. Qu ventajas ofrece la pulvimetalurgia respecto a otros mtodos de fabricacin? Cules son sus principales limitaciones? Describa la secuencia de procesos necesarios para producir una pieza mediante la tcnica pulvimetalrgica convencional. Cundo no es aplicable esta tcnica?

1.1. Ventajas:

Si se compara este proceso con otros mtodos de fabricacin, podemos observar las

distintas ventajas entre las que se encuentran:

El bajo o nulo desperdicio. esto tiene que ver con las caractersticas del proceso. Ya

que se utiliza la cantidad exacta de material para la realizacin de la pieza.

Precisin dimensional y buen acabado.

Tiempos de fabricaciones cortos.

Costos bajos para grandes cantidades de produccin.

Se pueden producir piezas de materiales que no se pueden conseguir mediante

otros procesos.

Porosidad controlada.

Mezcla de metales y no metales.

Reproducibilidad.

1.2. Limitaciones:

Elevado costo de equipamiento.

Si se realiza por el proceso convencional se obtiene menores caractersticas

mecnicas debido a la porosidad.

Restricciones por la forma de la pieza, debido a las limitaciones de compactacin.

Alto nivel de complejidad de los componentes.

1.3. Proceso:

Este proceso se puede dividir en 4 operaciones fundamentales que pueden o no estar acompaados de operaciones secundarias dependiendo de las caractersticas requeridas de la pieza:

Obtencin de polvos y aditivos: estos polvos pueden ser de metales puros o polvos

pre-aleados, as como materiales no metlicos. Los aditivos pueden funcionar como

lubricantes y aglutinantes.

Mezclado: para la obtencin de caractersticas requeridas se deber realizar la

mezcla de polvos de distintos tamaos y composiciones.

Compactado: el polvo suelto se comprime mediante prensas mecnicas o hidrulicas

en una matriz. De esta compactacin se obtiene la forma requerida y se denomina

pieza verde o compactado crudo

Sinterizado: consiste en el calentamiento de la pieza verde en un horno con atmosfera

controlad a un 75 % de la temperatura de fusin

1.4. Operaciones adicionales:

Calibrado: consiste en aplicar presin a una pieza ya sinterizada mediante una matriz de forma idntica pero de dimensiones ms precisas y as obtener tolerancias ms estrechas.

Mecanizados: en general este proceso requiere poco mecanizado.

Tratamientos trmicos: se aplican los mismos que para la metalurgia convencional.

Impregnacin: Para penetrar en la red porosa del material, bien con aceite, caso de los cojinetes, o bien con metal fundido cuando no se desee que el material sea poroso.

1.5. Cuando la tcnica convencional no es aplicable:

Piezas de gran tamao, esto se debe a las limitaciones de las prensas, cuanto mayor

es la pieza mayores presiones se requieren.

Formas que restringen el prensado. Dado que el prensado es en una direccin

existen formas que no permiten un prensado adecuado.

Determinados polvos que, de ser sometidos al proceso de sinterizacin, perderan

algunas de sus propiedades.

Para un bajo volumen de produccin la fabricacin resulta econmicamente inviable.

2. Elija una pieza para cuya fabricacin se utilice alguna tcnica pulvimetalrgica. Investigue sobre la tcnica de fabricacin empleada y explique por qu se fabrica por este mtodo.

Los discos de corte con carburos cementados se fabrican mediante Pulvimetalurgia,

debido a que al ser los mismos una combinacin de partculas metlicas con partculas

no metlicas, la fabricacin mediante otra tcnica resulta imposible.

3. Cules son las diferencias ms importantes entre polvos metlicos y cermicos y como podran influir sobre su procesamiento mediante pulvimetalurgia?

La principal diferencia es que los polvos metlicos poseen una elevada ductilidad,

mientras que la de los polvos cermicos es reducida. Esto jugar un rol preponderante

en el proceso de compactacin. Al aplicar presin a los polvos metlicos, stos se

deformarn debido a la interaccin con las partculas que los rodean y se favorecer la

difusin, amoldndose a la forma de la matriz y obteniendo una pieza en la que las

partculas estn medianamente ligadas entre s. En el caso de los polvos cermicos, al

aplicar presin, las partculas se quebrarn debido a su pobre ductilidad y no se lograr

que los polvos estn ligados como en el caso de los polvos metlicos.

4. Los polvos metlicos suelen tener aplicaciones muy diversas. Dos aplicaciones de las aleaciones de aluminio son como combustible slido para cohetes y para la fabricacin de piezas del fuselaje de aviones. Qu diferencias cree que pueden tener los polvos que se utilicen en cada caso?

El polvo de aluminio como combustible probablemente sea de partculas muy pequeas con forma de escamas, mayor superficie especfica para que la combustin se genere lo ms fcil posible. En cambio en las piezas de fuselaje, las partculas de polvo de aluminio pueden llegar a tener forma irregular para que la densidad sea mayor, se logre una buena compresibilidad y el material tenga una buena resistencia.

5. Qu materias primas y qu procesos se utilizan para la produccin de polvos metlicos?

5.1. Materias Primas

Para la produccin de polvos metlicos pueden utilizarse como materias primas xidos, minerales, sales y otros compuestos; o a partir de la fundicin de metales o aleaciones.

5.2. Procesos para la fabricacin de polvos metlicos

Atomizacin: consiste en la desintegracin de un lquido en finas gotas, esto se puede

llevar a cabo mediante distintos mtodos:

Por agua: se utiliza para grandes producciones de polvos y la forma de los mismos es irregular y con mayor contenido de xidos si lo comparamos con la atomizacin

por gas.

Por Gas: se obtienen polvos de forma esfrica o circular y si se utilizan gases inertes con atmosfera controlada se obtienen una menor concentracin de xidos

Atomizacin centrifuga Por vaco o gas soluble Por ultrasonido

5.2.1. Atomizacin por gas o agua:

Se cuela el metal fundido en un reservorio que provee flujo uniforme y controlado de metal fundido a la boquilla, este flujo metlico controlado choca con un flujo de gas o agua a alta velocidad y se desintegra en finas gotas.

5.2.2. Atomizacin centrfuga

5.2.2.1. Electrodo rotante

Este proceso consiste en la fundir el extremo de un electrodo mediante un arco elctrico, mientras este gira alrededor de su eje horizontal. El metal fundido es dispersado por la fuerza centrfuga, produciendo gotas que solidificaran en polvos de formas esfricas. Esta tecnologa es apropiada para cantidades experimentales de polvo o para aleaciones inherentemente frgiles. Las partculas esfricas no son adecuadas para ser procesadas por tcnicas convencionales debido a su baja resistencia en verde, por lo tanto tienden a utilizarse en aplicaciones especiales, donde la consolidacin se logra por compactacin isosttica en caliente u otros procesos de alta temperatura

5.2.2.2. Disco rotante:

Consiste en hacer chocar un chorro de metal fundido sobre la superficie de un disco que gira a alta velocidad. El metal lquido resulta mecnicamente atomizado y es expulsado del disco. La solidificacin se produce en vuelo y puede acelerarse haciendo pasar una corriente de helio a travs de las partculas emergentes. Las partculas son generalmente esfricas, con tamao medio inversamente proporcional a la velocidad de rotacin del disco.

5.2.3. Atomizacin por vaco:

Se basa en el principio de que cuando un metal fundido sobresaturado con gas bajo presin se expone instantneamente al vaco, el gas se expande, sale de solucin y produce la atomizacin del metal lquido.Se producen polvos de aleaciones de nquel, cobre, cobalto, hierro y aluminio atomizados por hidrgeno

5.2.4. Solidificacin ultra-rpida:

Este proceso permite una gran flexibilidad en el control de las propiedades de los materiales mediante la variacin de la microestructura y la composicin de las aleaciones. Los procesos comerciales viables son: bloque fro - hilo lquido, extraccin de lquido, atomizacin ultrasnica y atomizacin centrfuga.

6. El maquinado de piezas pulvimetalrgicas es poco frecuente. Mencione algunos casos en qu se recurre al mecanizado de dichas piezas.

Debido a que la Pulvimetalurgia permite la fabricacin de piezas de geometra compleja,

la aplicacin del mecanizado a este tipo de piezas se encuentra reducido, dado que la

Pulvimetalurgia se aplica para evitar mecanizar, y en este sentido, el maquinado

incrementara el costo de la pieza. Sin embargo, su utilizacin incide favorablemente

aumentando la densidad y mejorando el aspecto superficial, adems permite un mejor

ajuste de las dimensiones; desde este punto de vista, la realizacin del mecanizado se

deber evaluar para cada pieza en particular, es decir, determinadas piezas requerirn

un mecanizado para ajustar las dimensiones, como un maquinado de aristas, y otras

piezas requerirn un mejoramiento del aspecto superficial.

7. Qu entiende por densificacin total? Cmo se consigue?

Por lo general, las piezas fabricadas mediante pulvimetalurgia son porosas debido a la

naturaleza del proceso. La densificacin total busca reducir al mnimo la porosidad, esto

es, obtener piezas totalmente slidas con una densidad del 100% respecto al material

fundido. Para lograrlo se utilizan mtodos de procesado como la Compactacin

isosttica en caliente en la que se aplican simultneamente presin y temperatura, o con

un forjado post sinterizado, entre otros.

8. La tcnica de fabricacin de las espadas de Damasco fue un misterio durante siglos. Recin en 1985 pudo develarse el secreto, y a partir de entonces es posible fabricar espadas y cuchillos con aceros de caractersticas similares a las antiguas espadas damascenas. Investigue el proceso de fabricacin de dichas espadas y explique las tcnicas pulvimetalrgicas empleadas. Qu monumento de la antigedad fue construido empleando un acero similar? Qu particularidad presenta dicho monumento que dio lugar a leyendas y supersticiones?

La materia prima para fabricar las espadas de Damasco vena de la India y se llamaba

"wootz". El wootz era un acero muy rico en carbono que producan los herreros indios. El

procedimiento de la fabricacin consta de un horno de piedra donde se introducan una

mezcla de mineral muy rico en xido de hierro y carbn de lea. Con la ayuda de

sopladores en la base del horno, se genera un ambiente rico en monxido de carbono.

Estos hornos podan alcanzar temperaturas cercanas a los 1 200C, que son inferiores a

la temperatura de fusin del hierro. Por este motivo el hierro no se funda, sino que se

volva poroso, ahora se conoce como hierro esponja. En los poros de la esponja se

acumulaban muchas de las impurezas que inevitablemente acompaan a los minerales

y que usualmente se encuentran en forma de escoria lquida al salir del horno. Esta

escoria lquida era removida del hierro esponja a golpe de martillo. El hierro esponja

martillado se mezclaba de nuevo con el carbn de lea y se colocaba en un crisol de

arcilla cerrado que a su vez se introduca de nuevo a un horno de piedra. En unas horas,

el hierro esponja y el carbono se fundan parcialmente para dar origen al acero de ultra

alto carbono conocido como wootz.

En el patio de un templo de Delhi, se encuentra una columna hecha de este acero, hace

unos 4000 aos y no presenta principios de oxidacin.

La particularidad que posee el monumento es que el hierro que se utiliz para construirlo

contiene una gran cantidad de fsforo, formando una pelcula que lo protege de la

corrosin.

9. Describa el proceso de obtencin de filamentos de tungsteno para lmparas incandescentes (Proceso Coolidge). Analice otras posibles tcnicas de fabricacin e infiera cul es la razn de la eleccin de la pulvimetalurgia para su fabricacin.

9.1. Proceso Coolidge:

Los polvos muy finos de xido de tungsteno se reducen con hidrogeno, luego se compactan y pre-sinterizan a 1200 C, para darle suficiente resistencia para poder sujetarlos con contactos. Mediante los contactos mencionados se aplica una corriente tal, que produzca un aumento de temperatura en el material hasta llegar a los 3000 C y as llevar a cabo el proceso de sinterizado. Luego de este proceso el material queda con una densidad prxima al 90 % si lo comparamos con el tungsteno macizo. El tungsteno se hace ms maleable a temperaturas prximas a los 2000 C. a estas temperaturas se realiza un proceso de forja para mejorar la densidad. Con el incremento de la deformacin en tibio, el tungsteno se hace ms dctil, la temperatura de forjado puede bajarse progresivamente y la barra forjada puede trefilarse en forma de alambre muy fino a temperaturas relativamente bajas.

9.2. Posibles tcnicas de fabricacin para la obtencin de filamentos de Tungsteno

Una de las tcnicas ms utilizadas para la fabricacin de piezas y elementos metlicos es la fundicin, por ende, podramos proponerla como una tcnica para la obtencin de piezas de Tungsteno. Sin embargo, si deseamos fundir dicho metal debemos tener en cuenta que su punto de fusin es superior a los 3400C, y que para hacerlo debemos poseer un horno capaz de alcanzar y superar esta temperatura, cosa que resulta prcticamente imposible. Adems, si esto fuera posible, deberamos poseer un crisol que sea capaz de contener al Tungsteno fundido y que no se derrita a tan elevadas temperaturas, esto tambin resulta en un impedimento para lograrlo. Por lo mencionado resulta obvio pensar en la Pulvimetalurgia como primera opcin a la hora de fabricar elementos de Tungsteno.

10. Cules son los principales desarrollos pulvimetalrgicos a lo largo de la historia de la humanidad? Qu diferencias existen entre la pulvimetalurgia de principios del siglo XX y la actual?

Los primeros usos de polvos metlicos han sido rastreados hacia varios lugares. Por

ejemplo, polvos de oro fueron fusionados sobre joyas por los Incas, y los egipcios

utilizaron polvos de acero en el ao 3000 AC. Otro ejemplo de uso temprano es la

Columna de Delhi en la India la que data al ao 300 DC. En 1855 Towsend empez a

usar las amalgamas dentales (polvo de plata en mercurio). Pero no fue hasta principios

del siglo XX que tuvo lugar un desarrollo serio del proceso con la manufacturacin de

alambre de tungsteno para filamentos de lmparas (Coolidge). En los aos 30 se

desarrollaron rodamientos porosos de bronce y contactos elctricos de grafito-cobre.

Luego siguieron los materiales de carburos sinterizados para herramientas (por ejemplo,

WIDIA: carburo de tungsteno en cobalto), aleaciones estructurales frreas y aleaciones

de metales refractarios. Desde los aos cuarenta, varios materiales menos comunes han

sido procesados desde polvos incluyendo metales refractarios y sus aleaciones (Nb, W,

Mo, Zr, Ti y Re). Adicionalmente, el crecimiento de metales estructurales ha avanzado

igual en el perodo.

Inicialmente, componentes basados en polvos fueron seleccionados simplemente por su

bajo costo. Ms reciente, la principal razn de seleccionar una ruta de la pulvimetalurgia

ha sido asociada con el mejoramiento de la calidad, homogeneidad o propiedades en

conjunto de costo atractivo y productividad. Las superaleaciones de altas temperaturas

de nquel, la dureza especfica de aleaciones de aluminio para aeronaves y compuestos

de aluminio con expansin termal controlado son algunos buenos ejemplos de esta

evolucin. No solo podrn ser fabricados con mejor economa de material por medio de

polvos, sino tambin por nuevas y mejores composiciones que estn siendo

desarrollados as aprovechando el control qumico y de la microestructura.

11. En qu consista la tcnica utilizada por las culturas preincaicas para fabricar objetos de platino? Se usa alguna tcnica similar en la actualidad?

Las culturas preincaicas y posteriores a los Incas, emplearon tcnicas pulvimetalrgicas

para la produccin de objetos de platino. La tcnica utilizada consista en cementar los

granos de platino con una aleacin de oro y plata, de mucho menor punto de fusin, que

mojaba la superficie del Pt sin necesidad de fundentes ni atmosfera protectora. Las

piezas que producan eran muy pequeas por lo que se cree que el calentamiento se

efectuaba en hornos primitivos de carbn soplados. La composicin de estas elaciones

vara considerablemente, los contenidos de Pt oscilan entre 26 y 72 %, los de Au entre

16 y 64% y los de Ag entre 3 y 15 %, tambin se encontraron trazas de cobre hasta un 4

%.