CENTRO UNIVERSITRIO DA FEI

LUCAS GUEDES E. DE MORAES

MATERIAS MAGNETICAMENTE MOLES SINTERIZADOS

So Bernardo do Campo2015

LUCAS GUEDES E. DE MORAES

MATERIAS MAGNETICAMENTE MOLES SINTERIZADOS

Trabalho apresentado ao Centro Universitrio da FEI, como parte dos requisitos da matria Processos Metalrgicos de Fabricao (MR6320), em Engenharia de Produo, lecionada pelo Prof. Domingos.

So Bernardo do Campo 2015RESUMO

Na siderurgia h trs tipos de processos que envolvem aglomerao de minrio so a britagem, a sinterizao e a pelotizao. Nesse trabalho, estudaremos com enfoque a Sinterizaao em matrias magneticamente moles, que tem como objetivo transformas a frao ultrafina do minrio de ferro em massas e corpos coesos. Sua qualidade deve ser apropriada para a devida utilizao. Entre as etapas de processamento da sinterizaao, destacamos o aquecimento a temperaturas abaixo do ponto de fuso do material, que tem como enfoque a melhoria da porosidade.Os matrias magneticamente moles tem como caracterstica alta permeabilidade e baixa fora coerciva, este grupo de matrias apresentam varias aplicaes importantes. So utilizados principalmente na indstria eletroeletrnica, porm a partir da disseminam-se para outros segmentos tais como a indstria automobilstica, de eletrodomsticos e de ferramentas eltricas. Dependendo dos condies que se apresentam e dos parmetros de processamento, podem apresentar uma ampla faixa de propriedades mecnicas e caractersticas.

AGRADECIMENTOS

Agradecemos ao professor Domingos T.A. Figueira Filho, da disciplina de Processos Metalrgicos de Fabricao, do setor de Engenharia de Materiais pelo apoio e orientao para a realizao deste estudo.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1:Fluxo do processo..............................................................................................7Figura 2:Processo de pelotizao.....................................................................................8Figura 3:Pelotas................................................................................................................9Figura 4:Disco pelotizador...............................................................................................9Figura 5:Pelotizao em disco.......................................................................................10Figura 6:Forno Rotativo.................................................................................................11

SUMARIO

1INTRODUO61.1Pelotizao72CONCLUSO11

INTRODUO

a etapa do processo de metalurgia do p que tem o proposito de aquecer um compactado verde, a uma temperatura inferior ao seu ponto de fuso, podendo ser um metal nico ou uma liga metlica, sendo necessrio que as condies de tempo, atmosfera e temperatura estejam controladas. As temperaturas geralmente so especificadas na ordem de 2/3 a 3/4 da temperatura de fuso da liga ou do metal considerado, quando se quer siterizar vrios constituintes (bronze) esse processo realizado a uma temperatura superior ao do metal de menor ponto de fuso.O uso da atmosfera controlada importante, pois ela tem como objetivo:

- Prevenir ou minimizar o acontecimento de qualquer reao qumica entre o compacto verde, que sempre apresenta uma porosidade, com o ambiente. A oxidao o fenmeno mais importante que a atmosfera controlada evita; - Remover as impurezas que esto presentes, na maioria das vezes so pelculas de oxido, presentes na superfcie, como tambm no interior do compactado por apresentar uma porosidade tpica; - fornecer um ou mais elementos qumicos para se ligarem com o metal do compactado. A atmosfera tambm pode atuar para manter a condio de equilbrio, fazendo com que no se perca algum elemento qumico, presente no compactado; - Ajuda na eliminao dos lubrificantes e ligantes usados na compactao; - Estabelece uma atmosfera carburante;

Os fornos usados na sinterizao so a gs onde a temperatura mxima fica em torno de 1200 C, eltricos a resistncia onde temperatura mxima de 3000 C e eltricos a induo que possuiu uma temperatura mxima de 2000 C. Os fornos so na maioria das vezes contnuos, j os que so a vcuo sua operao intermitente. Nas figuras abaixo possvel observar os dois tipos de fornos utilizados.

Os gases usados nos fornos so inertes, ou seja, so neutros ou redutores, os mais utilizados so:Hidrognio: altamente redutor para a grande parte dos xidos metlicos, pela sua fcil inflamao exige um cuidado muito alto, remove muito fcil impurezas como oxignio e vapor de agua, pelo seu alto custo sua aplicao limitada;Nitrognio: gs neutro, por isso no redutor, reage com alguns elementos como ferro gama, podendo formar nitretos com certos elementos de liga, fazendo com que o compactado sinterizado fique mais frgil e no muito usado na atmosfera de sinterizao, mas sim para purgar os fornos que usam atmosfera inflamvel;Amnia desassociada: tem 75% de hidrognio por isso altamente redutora e inflamvel, usado na sinterizao de quase todos os matrias;Gases reformados: so as chamadas atmosferas endotrmicas (altos teores de nitrognio, hidrognio e monxido de carbono) e exotrmicas (nitrognio em maior parte, hidrognio e monxido de carbono), nas endotrmicas as reaes absorvem calor, j as exotrmicas originam reaes que liberam calor;Argnio e Hlio: so utilizadas por serem inertes na sinterizao, mas seu custo muito elevado;Vcuo: ausncia total de atmosfera tem sido muito empregada na sinterizao;

O processo de sinterizao tem como objetivo conferir a uma massa compactada verde (que tem inicio no pr-aquecimento, dentro do forno ocorre manuteno da temperatura e por fim o resfriamento), originando ligaes definitivas entre as varias partculas de p, produzindo as propriedades finas desejadas para cada material. Essa ligao ocorre quimicamente entre as diversas partculas compridas, fazendo com que fiquem conectas entre si, assim resultam uma massa ou um corpo coeso. Os estgios que ocorrem durante a sintetizao so: Ligao inicial entre as partculas: material aquecido e em consequncia da difuso dos tomos h um contato intimo entre as partculas adjacentes, promovendo a ligao entre elas; Crescimento do pescoo: em consequncia da ligao inicial (pescoo), resulta um maior grau de ligao, onde no h diminuio dos poros, portanto no existe contrao e medida que a sinterizao prossegue nossos pescoos se formam; Fechamento dos canais que interligam os poros: provoca mudana aprecivel na porosidade, isso acontece pelo fechamento dos canais e crescimento dos pescoos, na tambm a contrao dos poros leva a esse fechamento, onde este afeta nas caractersticas de auto lubrificao e filtragem; Arredondamento dos poros: consequncia natural do crescimento dos pescoos e este fenmeno se verifica com o aumento da temperatura na sinterizao; Contrao dos Poros: estagio mais importante, onde ocasiona no crescimento da densidade da massa sinterizada. Crescimento dos Poros: este estagio nem sempre ocorre, pois neste ponto h um decrscimo no numero de poros, ou seja, ocorre um aumento na densidade do material;

Os fatores que influenciam na sinterizao so:

Tamanho da partcula; Forma da partcula; Estrutura da Partcula; Composio da Partcula; Densidade Verde; Temperatura; Tempo; Adies;

Portanto, dependendo de diversos fatores que foram apresentados anteriormente no processo de sinterizao, possvel obter matrias com diversas estruturas, propriedade mecnicas e porosidades, sendo assim pode-se ter diversas aplicaes, tudo depende do que o material ter que suportar.

Matrias Magnticos Sinterizados

Na metalurgia do p se encontra diversas aplicaes importantes, uma delas a fabricao de matrias magnticos, onde eles possuem duas caractersticas muito respeitveis que so a permeabilidade e a fora coerciva. A permeabilidade corresponde ao valor de induo magntica dividida pela intensidade do campo que esta atuando sobre ele, j a forca coerciva, relaciona-se com a curva de magnetizao do material, onde esta mostra a variao da induo com a intensidade do campo.Com base nas caractersticas de permeabilidade e fora coerciva, os matrias magnticos podem ser divididos em dois grupos. Os matrias de alta permeabilidade e alta fora coerciva (magneticamente moles) ou matrias de alta fora coerciva e baixa permeabilidade (magneticamente duros ou ims permanentes). Muitas dessas peas so produzidas por processos que envolvem a metalurgia do p.

Matrias Magneticamente Moles Sinterizados

As propriedades magnticas de corrente continua dos compactados sinterizados, so definidas pela sua composio qumica e a densidade e o tamanho de gro sinterizado, os compactados sinterizados de ferro puro apresentam alta densidade de fluxo magntico. A densidade do fluxo nos matrias ferrosos, esta diretamente ligado com a pureza do material e a densidade do sinterizado. Portanto quando mais puro material e tambm quando maior for densidade do compactado (obtido pela compactao a quente), ele apresentara mais densidade de fluxo.Nas peas sinterizadas adies de pequenas quantidades de fsforos ao ferro puro, proporciona crescimento do gro, podendo produzir compactados sinterizados com tamanhos grosseiros de gro. Alm de sua composio qumica e densidade do compactado sinterizado, as propriedades magnticas de corrente alternada, tambm pode ser influenciadas pelo formato da pea. As perdas de ncleo ocorrem quando os matrias magnticos macios so usados em campos de corrente alternada.No grupo dos matrias magneticamente moles, as mais importantes aplicaes com tcnicas de metalurgia do p so: Peas polares para motores de corrente continua ou geradores; Armaduras para geradores; Anis para sensores de freios ABS; Solenoides, polos, rels e atuadores; Rotores para motores com ims; Peas estruturais; Ligas de Fe-Ni so empregadas em alto falantes, transformadores de rdios e instrumentos de medida; Na produo de ncleos de autoindutncia, para aplicao de altas frequncias (utilizando-se ps puros de ferro ou ligas de Fe-Ni);

As vantagens da metalurgia do p , quando se utiliza p de ferro, esta no fato de que podem ser usados por de alta pureza, como os dos tipos eletroltico ou carbonila. Para as peas polares de pequenos motores as melhores propriedades magnticas so obtidas pela sinterizao a 1300 C, sob atmosfera de hidrognio, por um tempo que varia de 1,5 horas a 3 horas, tudo depende das dimenses da pea e de suas propriedades magnticas resultantes. Os materiais magnticos moles so os que proporcionam fora magntica exclusivamente em presena de um campo magntico externo.

Em relao temperatura de sinterizao, quando mais alta ela for e maior tempo de permanncia a esta temperatura, mais altos sero os valores de permeabilidade, caracterstica que muito importante nos matrias magneticamente moles, por consequncia menor sero as perdas por histerese. Outra importante aplicao j citada anteriormente consiste na produo de armaduras para geradores, com adies de silcio no ferro puro. Os matrias magneticamente moles sao utilizados principalmente na indstria eletroeletrnica, porm a partir da disseminam-se para outros segmentos tais como a indstria automobilstica, de eletrodomsticos e de ferramentas eltricas.

Nas aplicaes em equipamentos de comunicao, na produo de ncleos de autoindutncia para alta frequncia, usam- se ps-metlicos isolados, por oxidao e tratamento com goma laca, apenas compridos, sem sinterizao posterior. Nesse caso o p metlico utilizado no processo um ferro eletroltico. Outro material empregado para essas mesmas aplicaes a liga Permalloy (Fe-Si com 70 a 90 % de Ni).

O processo de sinterizao nos matrias magneticamente moles ocorre primeiramente com a compactao tradicional da matria prima, seguido por tratamentos trmicos a baixas temperaturas, de acordo com a figura X, onde este processo no degrada a camada do material isolante, envolto nas partculas de ferro. As mais variadas propriedades magnticas e mecnicas so obtidas dependendo do ligante, aditivos lubrificantes e revestimentos orgnicos nas partculas de ferro assim como a compactao a quente ou a frio.

Portanto dependendo dos parmetros de processamento, dos ps usados, do tipo de compactao usada, temperatura e tempo de forno e a taxa de resfriamento, uma ampla faixa de propriedades mecnicas e magnticas possvel ser obtida.