Perché la terminologia metallurgica è importante
La sinterizzazione e la famiglia più ampia dei processi di metallurgia delle polveri sono descritti da un vocabolario specializzato e la confusione in quel vocabolario si trasforma direttamente in un rischio commerciale. Un ordine d'acquisto che cita la densità senza dire se significhi densità relativa o assoluta, o un disegno che richiede durezza senza distinguere la durezza apparente da quella solida, possono essere prodotti, rifiutati e riproposti prima che qualcuno ne individui la vera causa. La norma ISO 3252 fornisce il vocabolario standardizzato per la metallurgia delle polveri e i termini seguenti sono raggruppati nel modo in cui appaiono nelle discussioni tecniche, nei test e nei documenti di ispezione.
Per un fornitore o acquirente di materiali metallurgici, il valore pratico di questo elenco è che ogni termine può essere collegato a una variabile misurabile e a una condizione di test specifica. I termini senza una condizione di misurazione sono di scarsa utilità quando un ordine deve essere accettato o rifiutato.
Fondamenti di sinterizzazione
La sinterizzazione è il trattamento termico di una polvere o di un compatto a una temperatura inferiore al punto di fusione del suo costituente principale, effettuato in modo che il legame metallurgico tra le particelle aumenti la resistenza della parte. Intorno a questa definizione fondamentale si trovano diversi termini che descrivono come viene eseguito un ciclo e cosa succede al suo interno.
Sinterizzazione:legame termico di particelle in una polvere o compatto, a una temperatura inferiore al punto di fusione del componente principale.
Presinterizzazione (pre-masterizzazione):riscaldare il compatto a una temperatura inferiore alla temperatura di sinterizzazione finale, tipicamente per rimuovere il lubrificante o per conferire resistenza alla manipolazione della parte.
Materiale da imballaggio:un letto di polvere in cui vengono incorporati i compatti durante la presinterizzazione o la sinterizzazione, in modo che siano separati e protetti.
Sinterizzazione a pressione:un processo di sinterizzazione in cui viene applicata una pressione uniassiale mentre la parte è a temperatura.
Sinterizzazione di polvere sciolta (sinterizzazione per gravità):la polvere viene sinterizzata direttamente, senza fase di pressatura.
Sinterizzazione in fase-liquida:una polvere o un compatto di almeno due componenti viene sinterizzato in condizioni che formano una fase liquida.
Infiltrazione:i pori di un pezzo non sinterizzato o sinterizzato sono riempiti, allo stato fuso, con un metallo o una lega il cui punto di fusione è inferiore a quello del pezzo.
Deparaffinazione (bruciatura-):utilizzando il calore per espellere gli additivi organici come leganti e lubrificanti dal compatto.
Vale la pena sottolineare la distinzione tra presinterizzazione e sinterizzazione finale, perché un ciclo descritto solo come "sinterizzazione" può in realtà essere una fase di rimozione del legante-seguita da un trattamento separato ad alta-temperatura e le due fasi comportano rischi di qualità diversi.
Processi di sinterizzazione e tipi di forni
I forni continui dominano la sinterizzazione di produzione perché mantengono un profilo termico stabile e forniscono una produttività prevedibile. Le tre configurazioni comuni sono:
| Tipo di forno | Principio del trasporto | Utilizzo tipico |
|---|---|---|
| Forno a nastro a rete | I pezzi vengono trasportati in continuo su un nastro a rete protetto da una muffola | Parti di piccole e medie dimensioni ad alto-volume |
| Forno a travi mobili- | Le parti posizionate nei vassoi di sinterizzazione vengono fatte avanzare mediante un sistema-a trave mobile | Carichi più pesanti e atmosfere controllate |
| Forno a spinta | Le parti caricate nelle barche vengono fatte avanzare tramite un meccanismo di spinta | Pezzi di grandi dimensioni e temperature di sinterizzazione più elevate |
La scelta dipende dalla massa del pezzo, dalla produttività e dall'atmosfera richiesta. Quando tale termine appare su una scheda tecnica o un rapporto di prova, il requisito misurabile è il profilo termico effettivamente riscontrato dalla parte, quindi le seguenti proprietà possono essere confrontate su base simile-per-uguale.
Difetti e deviazioni del processo
Le deviazioni dal ciclo previsto producono un proprio vocabolario e ciascuno di questi termini indica un'azione correttiva specifica.
Sovrasinterizzazione:temperatura di sinterizzazione troppo elevata o tempo troppo lungo, quindi le prestazioni finali del prodotto peggiorano.
Sottosinterizzazione:temperatura di sinterizzazione troppo bassa o tempo troppo breve, per cui il prodotto non riesce a raggiungere le prestazioni richieste.
Vesciche:violenta evoluzione di gas che forma bolle sulla superficie del pezzo sinterizzato.
Sudorazione:fase liquida che fuoriesce dal compatto durante il trattamento termico.
Pelle di sinterizzazione:uno strato superficiale formato durante la sinterizzazione le cui proprietà differiscono da quelle dell'interno del pezzo.
Formazione del collo:i ponti a forma di collo-che crescono tra le particelle man mano che procede il legame; questo descrive il meccanismo previsto piuttosto che un difetto.
In pratica, la sottosinterizzazione e la sovrasinterizzazione vengono spesso segnalate come reclami relativi alla densità, motivo per cui la densità deve essere qualificata prima di poter essere utilizzata come prova.
Proprietà misurate e come vengono espresse
I termini di proprietà richiedono la stessa precisione dei termini di processo, poiché molti di essi hanno significato solo se la condizione di misurazione è indicata accanto al valore.
| Termine | Definizione |
|---|---|
| Densità relativa | Rapporto tra la densità del corpo poroso e la densità della stessa composizione allo stato privo di pori-, espresso in percentuale |
| Porosità | Rapporto tra il volume di tutti i pori del corpo e il volume totale |
| Porosità per diffusione | I pori si formano quando un componente si diffonde in un altro, come descritto dall'effetto Kirkendall |
| Distribuzione della dimensione dei pori | Proporzione di pori ad ogni livello di dimensione, calcolata per numero o per volume |
| Forza di schiacciamento radiale | Resistenza allo scoppio di un provino cilindrico sinterizzato misurata applicando una pressione radiale |
| Durezza apparente | Durezza del materiale sinterizzato misurata in condizioni specifiche, inclusa l'influenza dei pori |
| Durezza solida | Durezza di una fase, particella o area specificata, misurata in condizioni specifiche ed escludendo l'influenza dei pori |
La conseguenza pratica è che la durezza apparente e la durezza solida misurate sullo stesso provino possono differire sostanzialmente e nessuna delle due cifre è sbagliata; rispondono a domande diverse. La densità relativa si comporta allo stesso modo, perché è confrontabile solo quando viene indicata la densità di riferimento utilizzata nel calcolo. Per ogni parte acquistata, la specifica utile nomina quindi insieme la proprietà, la condizione di prova e il limite di accettazione.
La verifica normalmente combina una misurazione della densità o della porosità con prove di durezza e una valutazione metallografica della struttura dei pori, supportata da controlli dimensionali sul pezzo sinterizzato, perché una microstruttura corretta in dimensioni sbagliate è comunque un lotto scartato.
Domande frequenti
D: Qual è la differenza tra durezza apparente e durezza solida?
La durezza apparente viene misurata sul materiale sinterizzato in condizioni specifiche e include l'effetto dei pori, mentre la durezza solida viene misurata su una particolare fase, particella o area ed esclude tale effetto.
D: Perché la sovrasinterizzazione riduce le prestazioni?
Una temperatura o un tempo eccessivi rendono grossolana la microstruttura e possono provocare una crescita indesiderata dei grani o un movimento della fase liquida-, pertanto le proprietà meccaniche scendono al di sotto di quelle di una parte sinterizzata correttamente.
D: La formazione del collo è un difetto?
No. La formazione del collo è il legame metallurgico tra le particelle che la sinterizzazione è destinata a produrre; diventa un problema solo quando viene misurato nel posto sbagliato o nella fase sbagliata.
D: Come dovrebbe essere citata la densità relativa in una specifica?
Sempre con la densità di riferimento utilizzata per il calcolo e il metodo di prova applicato, poiché la stessa parte può essere riportata con densità relative diverse da linee di base diverse.
D: Cosa c'entra l'effetto Kirkendall con la porosità?
Quando un componente si diffonde nell'altro a velocità diverse, i posti vacanti si accumulano e si condensano nei pori; questi sono descritti come porosità di diffusione e sono distinti dai difetti di pressatura.
D: Qual è la differenza tra infiltrazione e sinterizzazione in fase liquida-?
Nella sinterizzazione in fase liquida-il liquido si forma dai costituenti della polvere stessa, mentre l'infiltrazione introduce un riempitivo separato con punto di fusione-inferiore che scorre nei pori esistenti.
