Domande sulla metallurgia delle polveri

1. Che cos’è la metallurgia delle polveri?

La metallurgia delle polveri è una tecnologia che produce polveri metalliche e utilizza polveri metalliche (talvolta con una piccola quantità di polvere non metallica) come materie prime per produrre materiali o prodotti mediante miscelazione, formatura e sinterizzazione. Comprende due parti, ovvero:

(1) Produrre polveri metalliche (comprese anche le polveri di leghe, di seguito indicate collettivamente come “polveri metalliche”).

(2) Utilizzare polveri metalliche (talvolta con una piccola quantità di polvere non metallica) come materie prime e, attraverso miscelazione, formatura e sinterizzazione, produrre materiali (denominati “materiali di metallurgia delle polveri”) o prodotti (denominati “prodotti di metallurgia delle polveri”).

 

2. Quali sono i principali vantaggi della metallurgia delle polveri?

La metallurgia delle polveri presenta due vantaggi principali:

(1) Può produrre materiali e prodotti che non possono essere fabbricati, o sono difficili da fabbricare, mediante altri processi, come materiali e prodotti porosi, traspiranti, fonoassorbenti e antivibranti, nonché materiali e prodotti in metalli refrattari come tungsteno, molibdeno e titanio, e materiali e prodotti compositi metallo-plastica, bimetallici e di altro tipo.

(2) Può produrre direttamente prodotti conformi o prossimi ai requisiti dimensionali del prodotto finito, riducendo o eliminando così le lavorazioni meccaniche. Il tasso di utilizzo del materiale può raggiungere o superare il 95%. In alcuni prodotti può inoltre sostituire il rame con il ferro, ottenendo un “risparmio di materiali e di energia”.

 

3. Che cosa si intende per “a base di ferro”? Che cos’è la metallurgia delle polveri a base di ferro?

Per materiale a base di ferro si intende un materiale avente il ferro come matrice. La metallurgia delle polveri a base di ferro è il termine generale per il processo di produzione, mediante sinterizzazione (compresa anche la forgiatura delle polveri), di materiali e prodotti di metallurgia delle polveri (componenti meccanici a base di ferro, materiali antifrizione, materiali d’attrito e altri materiali di metallurgia delle polveri a base di ferro) con il ferro come componente principale.

 

4. Quali sono i principali tipi di metodi di produzione delle polveri utilizzati nella metallurgia delle polveri?

I metodi di produzione delle polveri si dividono principalmente in due categorie: metodi fisici e chimici e metodi di frantumazione meccanica. I primi includono il metodo di riduzione, il metodo elettrolitico e il metodo del carbonile, ecc.; i secondi includono il metodo della macinazione e il metodo dell’atomizzazione.

 

5. A cosa serve il metodo di riduzione per produrre polvere metallica?

Questo metodo consiste nell’utilizzare un agente riducente per rimuovere l’ossigeno dagli ossidi metallici e ottenere polvere metallica.

 

6. Che cos’è un agente riducente?

Un agente riducente è una sostanza in grado di sottrarre ossigeno a un ossido. L’agente riducente utilizzato per preparare polveri metalliche è una sostanza in grado di rimuovere l’ossigeno da un ossido metallico. Per quanto riguarda gli ossidi metallici, qualsiasi sostanza la cui affinità con l’ossigeno sia maggiore di quella del metallo con l’ossigeno è chiamata agente riducente dell’ossido metallico.

 

7. Qual è lo scopo della ricottura di riduzione della polvere?

Gli scopi della ricottura di riduzione della polvere sono principalmente i seguenti tre:

(1) Rimuovere la pellicola di ossido sulla superficie delle particelle di polvere metallica;

(2) Rimuovere le sostanze estranee, come gas e umidità, adsorbite sulla superficie delle particelle;

(3) Eliminare l’incrudimento delle particelle.

 

8. Quali sono gli aspetti generalmente considerati per la determinazione delle proprietà delle polveri utilizzate nella metallurgia delle polveri?

In genere, per la determinazione delle proprietà delle polveri utilizzate nella metallurgia delle polveri si considerano tre aspetti: composizione chimica, proprietà fisiche e proprietà tecnologiche.

 

9. Quali sono i principali aspetti delle proprietà fisiche delle polveri utilizzate nella metallurgia delle polveri?

Le principali proprietà fisiche delle polveri utilizzate nella metallurgia delle polveri comprendono i seguenti tre aspetti:

(1) Forma delle particelle di polvere;

(2) Granulometria e composizione granulometrica della polvere;

(3) Superficie specifica della polvere.

 

10. Quali sono le principali proprietà tecnologiche delle polveri utilizzate nella metallurgia delle polveri?

Le principali proprietà tecnologiche delle polveri utilizzate nella metallurgia delle polveri comprendono i seguenti cinque aspetti:

(1) Densità apparente;

(2) Densità apparente dopo costipamento:

(3) Scorrevolezza;

(4) Compressibilità;

(5) Attitudine alla formatura.

 

11. Da cosa dipende la forma delle particelle di polvere utilizzate nella metallurgia delle polveri? Quali sono i tipi principali?

A causa dei diversi metodi di preparazione della polvere, anche la forma delle particelle varia. In generale, le particelle possono essere irregolari, lamellari, poliedriche, dendritiche, granulari, sferiche, a forma di goccia, fibrose...

 

12. Che cos’è la granulometria della polvere? Quale metodo viene generalmente utilizzato per determinarla?

La granulometria della polvere si riferisce alla dimensione delle particelle di polvere. Di solito viene determinata mediante setacciatura.

 

13. Che cos’è la composizione granulometrica della polvere?

La composizione granulometrica della polvere è chiamata anche distribuzione granulometrica. Si riferisce alla percentuale in peso di ciascuna frazione granulometrica della polvere.

 

14. Che cos’è l’intervallo granulometrico della polvere?

L’intervallo granulometrico della polvere si riferisce alla granulometria delle particelle di polvere compresa tra due granulometrie specificate. Se l’intervallo granulometrico di una polvere è -80+150 mesh, significa che la granulometria di queste polveri è pari o inferiore a 80 mesh, ma superiore a 150 mesh. In altre parole, queste polveri passano attraverso il setaccio da 80 mesh, ma non attraverso quello da 150 mesh.

 

15. Che cos’è la setacciatura della polvere?

La setacciatura della polvere si riferisce al metodo di determinazione della granulometria delle particelle di polvere mediante setacciatura.

 

16. Che cos’è l’analisi granulometrica della polvere?

L’analisi granulometrica della polvere si riferisce al metodo di setacciatura di un campione di polvere con una serie di setacci standard, per determinare la percentuale in peso di ciascuna frazione granulometrica e rappresentare la distribuzione granulometrica della polvere.

 

17. Qual è il numero di maglie del setaccio?

Il numero di maglie del setaccio (ad esempio, il setaccio standard Taylor) si riferisce al numero totale di maglie presenti su una lunghezza di 1 pollice.

 

18. Che cos'è la superficie specifica della polvere?

La superficie specifica della polvere si riferisce alla somma delle superfici di tutte le particelle contenute in 1 grammo di polvere (c㎡ o ㎡), detta anche superficie specifica per grammo.

 

19. Che cos'è la densità apparente libera della polvere?

La densità apparente libera della polvere si riferisce alla massa di polvere per unità di volume misurata lasciando scorrere liberamente la polvere in un contenitore standard (cilindro graduato) in condizioni controllate e poi livellandola, espressa in g/cm3.

 

20. Che cos'è la densità apparente battuta della polvere?

Quando la polvere viene lasciata liberamente in un contenitore standard, tra le particelle si forma un ponte ad arco dovuto all'attrito. Se la polvere viene sottoposta a vibrazione in condizioni controllate per far crollare il ponte ad arco, la massa di polvere per unità di volume così misurata è chiamata densità apparente battuta della polvere.

 

21. Qual è la densità delle lamine pressate allo stato verde?

La densità delle lamine pressate allo stato verde è il valore medio della massa effettiva per unità di volume delle lamine pressate allo stato verde, espressa in g/cm3.

 

22. Quali sono la densità relativa delle lamine pressate allo stato verde e la densità relativa dei pezzi sinterizzati?

Il rapporto tra la densità del compatto allo stato verde e la densità di un materiale denso della stessa composizione è chiamato densità relativa del compatto allo stato verde; il rapporto tra la densità del pezzo sinterizzato e la densità di un materiale denso della stessa composizione è chiamato densità relativa del pezzo sinterizzato.

 

23. Che cos'è la scorrevolezza della polvere?

La scorrevolezza della polvere è un termine qualitativo che descrive le proprietà della polvere quando scorre attraverso un foro definito. Di solito è espressa dal tempo (s) impiegato da 50 grammi di polvere per passare attraverso un imbuto di scorrimento con un'apertura di uscita di 2,54 mm e un angolo del cono di 60 gradi.

 

24. Che cos'è la comprimibilità della polvere?

La comprimibilità della polvere si riferisce al grado in cui la polvere può essere compressa sotto una pressione specifica per unità di superficie (ad esempio 392 MPa, cioè 4 TF/cm²). Questa proprietà è solitamente espressa dalla densità del compatto allo stato verde. La comprimibilità della polvere riflette la capacità di deformazione irreversibile della polvere quando è sottoposta a pressione ed è un parametro importante delle proprietà fisiche della polvere.

 

25. Che cos'è la formabilità della polvere?

La formabilità della polvere si riferisce alla capacità della polvere di mantenere una determinata forma dopo la formatura. Può essere misurata mediante una prova al tamburo ed espressa tramite la resistenza a compressione o la resistenza a flessione del compatto pressato allo stato verde.

 

26. Che cos'è la formabilità delle polveri?

La formatura delle polveri è un processo di lavorazione dei metalli che produce parti in materiale solido di forma e dimensioni prestabilite miscelando polveri metalliche o non metalliche con un legante e sottoponendole poi a pressatura o iniezione mediante attrezzature specifiche, come una pressa per polveri o una macchina per lo stampaggio a iniezione delle polveri. Questa tecnologia è ampiamente utilizzata in vari settori, tra cui aerospaziale, elettronica, automobilistico e medicale, in particolare nella tecnologia dello stampaggio a iniezione dei metalli (MIM), che consente di produrre parti complesse e ad alta precisione, come piccole strutture tridimensionali. I principali vantaggi della tecnologia di formatura delle polveri includono la possibilità di produrre in serie parti complesse e ad alta precisione, la capacità di fabbricare materiali compositi, nonché l'elevato tasso di utilizzo delle materie prime e l'elevata efficienza della produzione di massa.

 

 

27. Quali sono i metodi speciali di formatura delle polveri?

Esistono cinque principali metodi speciali di formatura delle polveri:

(1) Pressatura isostatica;

(2) Formatura continua;

(3) Formatura senza pressione;

(4) Formatura ad alta energia;

(5) Stampaggio a iniezione.

 

28. Qual è lo scopo della miscelazione delle polveri?

Miscelando le polveri, i componenti con proprietà diverse possono formare una miscela uniforme, favorendo la pressatura e la sinterizzazione e garantendo l'uniformità del materiale del prodotto e la stabilità delle prestazioni.

 

 

29. Qual è l'effetto della durata della miscelazione delle polveri sulla polvere?

Il tempo di miscelazione delle polveri deve essere determinato in base ai requisiti specifici della polvere e alle condizioni dell'attrezzatura. Se il tempo è troppo breve, la miscelazione sarà disomogenea; se è troppo lungo, si verificheranno molti fattori sfavorevoli, come l'incrudimento di polveri metalliche quali ferro e rame e variazioni nella forma delle particelle e nella distribuzione granulometrica.

 

30. Quali sono le funzioni delle parti principali nello stampo di pressatura?

Le funzioni delle parti principali nello stampo di pressatura sono: matrice, superficie esterna del pezzo grezzo formato; punzone superiore, superficie terminale superiore del pezzo grezzo formato; punzone inferiore, superficie terminale inferiore del pezzo grezzo formato; asta centrale, superficie interna del pezzo grezzo formato; manicotto di pressatura, superficie esterna e superficie terminale del pezzo grezzo formato.

 

31. Quali sono i principi di selezione dei materiali per la fabbricazione degli stampi per la metallurgia delle polveri?

Le parti principali dello stampo per la metallurgia delle polveri devono essere fabbricate in base alle specifiche condizioni d'impiego. La resistenza all'usura, la lavorabilità, il costo e altri fattori del materiale devono essere valutati complessivamente e il materiale deve essere selezionato in modo appropriato. La sua durezza deve raggiungere almeno HRC55. L'acciaio per utensili al carbonio, l'acciaio per utensili legato e il metallo duro possono soddisfare i requisiti di durezza e resistenza.

 

32. Di quali materiali sono realizzate le parti dello stampo di pressatura?

La matrice e il punzone centrale possono essere realizzati in acciaio per utensili al carbonio (T10A, T12A, ecc.), acciaio legato per utensili (GCr15, Cr12, 9CrSi, Cr12Mo, Cr12W, Cr12MoV, CrWMn, CrW5), acciaio rapido (W18Cr4V, W9Cr4V, W12Cr4V4Mo), metallo duro (metallo duro legato all'acciaio, YG15, YG8); il punzone può essere realizzato in acciaio per utensili al carbonio (T8A, T10A), acciaio legato per utensili (GCr15, Cr12, 9CrSi, Cr12Mo, CrWMn, CrW5); la bussola di pressatura può essere realizzata in acciaio legato per utensili (GCr15, 9CrSi, Cr12, Cr12Mo, CrWMn, CrW5).

 

33. Come selezionare i materiali dello stampo in modo mirato?

Per la pressatura di pezzi in grandi lotti, è necessario utilizzare materiali con buona resistenza all'usura, come l'acciaio rapido e il metallo duro; per la pressatura di pezzi in piccoli lotti, si possono utilizzare materiali economici come l'acciaio per utensili al carbonio. Per la pressatura di pezzi di forma complessa, si dovrebbero utilizzare materiali come l'acciaio legato per utensili, facili da lavorare e con una ridotta deformazione durante il trattamento termico; per la pressatura di polveri metalliche tenere, come rame e piombo, si dovrebbe utilizzare acciaio per utensili al carbonio o acciaio legato per utensili; per la pressatura di materiali in polvere metallica duri, come tungsteno e molibdeno, nonché di metallo duro e materiali d'attrito, è necessario utilizzare materiali in metallo duro. Per la pressatura di pezzi ad alta densità, si dovrebbero utilizzare materiali con buona resistenza all'usura; per gli stampi di pressatura ad alta precisione, si dovrebbero utilizzare materiali resistenti all'usura e, per quanto possibile, metallo duro.

 

34. Qual è la durezza dopo il trattamento termico delle parti principali dello stampo di pressatura per metallurgia delle polveri?

La durezza delle parti principali dello stampo di pressatura per metallurgia delle polveri è la seguente: per la matrice, HRC60-63 per le parti in acciaio, HRC64-72 per le parti in metallo duro legato all'acciaio e HRA88-90 per le parti in metallo duro; il punzone centrale richiede HRC60-63, la durezza del punzone centrale sottile può essere opportunamente ridotta e la durezza locale del collegamento del punzone centrale mobile è HRC35-40; il punzone richiede HRC56-60; la bussola di pressatura richiede HRC53-57. La bussola di protezione non è sottoposta a trattamento termico; in alternativa, viene rinvenuta e la sua durezza è HRC28-32.

 

35. Cosa sono i compatti monostrato e i compatti a doppio strato?

 I compatti monostrato sono compatti realizzati con polveri aventi la stessa composizione; i compatti a doppio strato sono compatti costituiti da due strati di polveri con composizioni diverse; i compatti multistrato sono compatti realizzati con più di due strati di polveri con composizioni diverse.

 

36. Quali sono i difetti comuni dei compatti e le relative cause?

I difetti comuni dei compatti e le relative cause sono i seguenti:

(1) Densità non uniforme.

Le cause includono: rapporti di compressione incoerenti tra le diverse parti; finitura dello stampo insufficiente, aumento della resistenza all'attrito; lubrificazione insufficiente; dimensioni irragionevoli delle parti (rapporto d'aspetto troppo grande, rapporto tra lunghezza e spessore della parete eccessivo...); metodo di pressatura errato.

(2) Crepe.

Le cause includono: densità non uniforme; scarsa formabilità della polvere, grande ritorno elastico dei pezzi verdi pressati; metodo di sformatura errato; rigidità insufficiente dello stampo; presenza di rastremazione inversa nello stampo.

(3) Perdita di bordi e spigoli.

Le cause includono: scarsa formabilità della polvere; bassa densità dei pezzi verdi pressati.

(4) Graffi superficiali.

Le cause includono: graffi sulla superficie dello stampo; noduli dello stampo.

 

37. Che cos'è la sinterizzazione nella metallurgia delle polveri?

La sinterizzazione è uno dei principali processi della metallurgia delle polveri. In generale, la polvere o i pezzi verdi pressati vengono riscaldati a una temperatura compresa tra 2/3 e 4/5 del punto di fusione del componente principale, in modo che le particelle subiscano processi fisici e chimici, come la coesione, formando il materiale o il prodotto richiesto.

 

38. Che cos'è l'atmosfera protettiva di sinterizzazione? Qual è la sua funzione?

L'atmosfera protettiva di sinterizzazione è l'atmosfera utilizzata per prevenire l'ossidazione dei prodotti in polvere durante la sinterizzazione.

L'atmosfera protettiva può prevenire l'ossidazione dei pezzi sinterizzati, ridurre gli ossidi sulla superficie delle particelle di polvere, rimuovere i gas e l'umidità adsorbiti sulla superficie delle particelle di polvere e garantire che i prodotti in polvere a base di ferro non subiscano né decarburazione né carburazione.

 

39. Quali sono le atmosfere protettive di sinterizzazione comunemente utilizzate?

Le atmosfere protettive di sinterizzazione sono generalmente riducenti o neutre, come idrogeno, ammoniaca dissociata, monossido di carbonio, azoto e vuoto.

 

40. Quali sono gli utilizzi delle caratteristiche di porosità dei materiali di metallurgia delle polveri?

La porosità è una delle caratteristiche importanti dei materiali di metallurgia delle polveri. Sfruttando questa caratteristica, possiamo:

(1) Fabbricare materiali a sudorazione. Ciò significa impregnare sostanze a basso punto di fusione nei pori dei comuni materiali di metallurgia delle polveri. Quando lavorano ad alta temperatura, le sostanze impregnate fondono e fuoriescono, facendo "sudare" il materiale per dissipare il calore. In questo modo, i materiali comuni possono sostituire le costose leghe resistenti al calore, aumentando ulteriormente la temperatura di utilizzo dei componenti termoresistenti.

(2) Fabbricare materiali filtranti. Utilizzati per filtrare gas, liquidi e sostanze tossiche, ecc.

(3) Impregnare agenti antifrizione per fabbricare cuscinetti lubrificati a olio e autolubrificanti; impregnare spezie per fabbricare manufatti profumati, ecc.

(4) In alcuni casi, utilizzare il ferro in sostituzione di metalli non ferrosi come rame e piombo.

(5) Fabbricare materiali antivibranti, fonoassorbenti, isolanti e altri materiali.

(6) Aumentare l'area superficiale specifica del materiale e utilizzarlo come supporto della sostanza (ad esempio per supportare catalizzatori, ecc.).