Materiales Sinterizados de Importancia en la Industria

Dentro sus mayores usos destacan principalmente las partes estructurales, que construidas mayoritariamente por hierro; con además aleaciones de cobre, latón, bronce y aluminio, o también fabricadas en titanio o Berilio. Otros importantes grupos en la industria son también: las aplicaciones para la obtención de refractarios de molibdeno y wolframio, dado a las altas temperaturas de fusión de estos y las aplicaciones en la obtención de Cermets, que consisten en materiales compuestos de una fase metálica y una cerámica, como los basados en carbonitruro de titanio.

Veamos algunos ejemplos más particulares:

Cojinetes de fricción auto-lubricantes: Para los cojinetes se emplea cobre y estaño, de estos se compone el polvo sinterizado. La principal característica que presenta esta aplicación, es que puede absorben aceite de hasta un 30% de su propio volumen. Con la finalidad de un lubricado, por medio de canales capilares finos que absorben el aceite y los desprenden al girar el eje.

Cojinetes de bronce sinterizado

Metales Duros: Compuestos de carburos duros de tungsteno, titanio, o tántalo.

Plaquitas de corte para herramientas: En las aleaciones, la mayoría de los metales presentan un limite de para una temperatura de entre 400 a 600 °C, temperaturas sobre este nivel empiezan a perder dureza y resistencia. A diferencia de los materiales sinterizados que poseen todavía una dureza considerable a temperaturas de entre 1200 a 1500 °C. (ver gráfica).

Gráfica: dependencia de la temperatura en la dureza, para diferentes materiales por arranque de viruta.

Cerámicas de corte:

Cermets: Son materiales resistentes a altas temperaturas, dado a los componentes cerámicos como óxido de aluminio o dióxido de silicio, así como también componentes metálicos como cobalto, cromo y hierro. Notemos que en una aleación no es posible alear un cerámico con un metal, sin embargo en una sinterización es posible y la llamamos Cermets (Ceramic metals). Aca es posible además tener plaquitas de corte, donde a diferencia de metales duros son mas baratas y se suministran muchas veces como plaquitas reversibles, que no se afilan. Otra ventaja es que la velocidad de corte puede ser incluso dos veces superior a la velocidad de corte con metales duros.

Plaquita de corte reversible.

Fuentes: Tecnología de los Metales (H.Appild, K.Feiler,A.Reinhard, P.Schmidt), Propiedades de los polvos y de los materiales sinterizados

Materiales Sinterizados

Introduciendo en el tema, sinterización en términos generales, consiste en un tratamiento térmico de un conglomerado de polvo, compactado metálico o cerámico sin llegar al punto de fusión, que moldeados por presión produce materiales de alta resistencia y dureza. Es necesario destacar nuevamente el hecho de que a diferencia de una fusión esta no llega al punto de fusión.

Donde la obtención de los materiales dependerá del material a fabricar, sin embargo, en términos generales se pueden clasificar los siguientes procesos: Obtención de Polvo, Preparación de Polvo, Compactación, Sinterización, y Acabado de la Pieza.
El proceso parte con la obtención de polvos metálicos, donde la técnica mas común es la pulverización de metales líquidos mediante chorro de aire comprimido o un chorro de vapor de agua, como se muestra en la figura.

Continuando con un prensado, realizado por herramientas de presión de acción hidráulica, que trabajan con presiones de hasta 600 Mpa. Para pasar luego a un sinterizado, llevado generalmente por un horno de inducción, donde la temperatura de trabajo se ubica entre un 60-80% de la temperatura de fusión para una sustancia, mientras que para varias sustancias la temperatura podría superar a la sustancia con menor punto de fusión.

Aplicación de un prensado a el polvo

Luego de aplicar esta energía reflejada en temperatura, el material es vuelto a prensar y sometido a un sinterizado posterior (doble prensado). Para luego terminar en ocasiones en un calibrado, que consiste en conformar las piezas mediante una herramienta que no implica un arranque de viruta, obteniendo así tolerancias de 0,01 hasta 0,03 mm. Cabe destacar que este último procedimiento es sólo realizable para materiales de hierro y materiales no férreos sinterizados.

Sinterización acabada

En resumen de lo anterioir destacan algunas ventajas y desventajas que presenta el sinterizado, dentro de las primeras se encuentran:

- Los granos se pueden unir entre si mucho mas fácil que por fusión.
- No hay desperdicio de metal.
- Presión dimensional y buen acabado.
- Tiempo de fabricación corto y costos reducidos.
- Posibilidad de piezas: mediante porosidad controlada, mezcla de metales y no metales (cerámicos).

En cuanto a desventajas:

- Elevado costo en las matrices de compactación.
- Características mecánicas inferiores debido a la porosidad del metal.
- Limitaciones del diseño en cuanto a la uniformidad de la pieza.

En el siguiente video se observa la secuencia de procedimientos para la conformación de un material sinterizado.

Fuentes: Tecnología de los Metales (H.Appild, K.Feiler,A.Reinhard, P.Schmidt), Propiedades de los polvos y de los materiales sinterizados, La Construcción de Herramientas (R.Lehnert), Tecnología de los oficios metalúrgicos (A.Leyensetter)