Questo articolo è dedicato alla metallurgia delle polveri e a una delle fiere di settore più importanti: Euro PM2017 Congress & Exhibition, tenutasi il 1-5 ottobre a Milano.

Le applicazioni della metallurgia delle polveri sono in costante sviluppo e i visitatori della fiera hanno potuto sperimentare in prima persona queste innovazioni. L'attenzione di molti, infatti, è stata catturata dal forno a vuoto che TAV VACUUM FURNACES ha esposto nel suo stand.

L’impianto TAV VACUUM FURNACES ha suscitato grande interesse tra gli addetti ai lavori e molte domande sul funzionamento e sulle sue caratteristiche tecniche. Nell’articolo troverete le risposte a queste domande.

Ma, prima di affrontare ciò, è importante avere una visione comune di quali siano le tecnologie inerenti alla metallurgia delle polveri (in inglese, Powder Metallurgy o semplicemente P/M).

Che cos’è la metallurgia delle polveri?

Si tratta di una tecnologia a ridotto consumo energetico specifico e basso impatto ambientale. La metallurgia delle polveri è un processo produttivo dove vengono compattate (o portate a coalescenza) varie polveri di metalli o leghe e poi sinterizzati per legare metallurgicamente le particelle. La miscelazione del materiale può essere usata per creare un prodotto finale con proprietà specifiche per un'applicazione o un'industria specifica.

Negli ultimi decenni, la metallurgia delle polveri si è consolidata come metodo per la produzione di parti e componenti di qualità elevata. Questo successo è dovuto ai vantaggi che il processo offre rispetto ad altre tecnologie di formatura del metallo, come la pressofusione. Rispetto alle procedure esistenti, la metallurgia delle polveri offre notevoli vantaggi quali utilizzo dei materiali senza sprechi, forme complesse, controllo dimensionale.

Oggi la metallurgia delle polveri comprende al suo interno diverse tecnologie per la fabbricazione di componenti. Queste tecnologie sono:

• metallurgia metallica convenzionale, denominata in inglese press-and-sinter;
• stampaggio ad iniezione di metallo (MIM);
• pressatura isostatica a caldo (HIP);
• “additive manufacturing” (AM), nota anche come stampa 3D.

Perché optare per la metallurgia delle polveri?

La metallurgia delle polveri offre molti vantaggi rispetto agli altri metodi. Create miscelando polveri metalliche e compattando la miscela in un stampo, le forme risultanti vengono poi sinterizzate in un forno ad atmosfera controllata per legare le particelle metallurgicamente. Il processo produce parti "near-net-shape" e in molti casi non è richiesta nessuna lavorazione secondaria. Per raggiungere questo risultato, la metallurgia delle polveri si basa sulla capacità di formare direttamente forme geometriche complesse e di mantenere un controllo di tolleranza dimensionale nel prodotto sinterizzato.

Forme complesse che richiedono curve irregolari, eccentrici, proiezioni radiali o incavi spesso possono essere prodotte solo con questo metodo. Parti che richiedono fori irregolari, chiavi, lati piani o fori quadrati che sono difficili da lavorare possono essere facilmente realizzati con il processo di metallurgia delle polveri.

Spesso viene utilizzata la metallurgia delle polveri per la produzione di ingranaggi perché consente una certa personalizzazione sulle proprietà del materiale lavorato per una particolare applicazione. I vantaggi della metallurgia delle polveri sono:

• forme ad alta complessità;
• meno sprechi di materiale;
• porosità controllata;
• ripetibilità;
• ottime proprietà meccaniche;
• soluzioni personalizzate con materiali unici;
• grande precisione e buona finitura superficiale.

La metallurgia delle polveri è adatta alle tue esigenze?

Ovunque ci sia la necessità di ottenere il massimo ciclo di vita possibile in condizioni di estremo calore, usura e corrosione, questa tecnologia può essere un’opzione. Dai cuscinetti aerospaziali ai denti delle seghe industriali, i componenti prodotti con questo processo hanno dimostrato di avere un’eccellente resistenza all'usura e delle ottime proprietà meccaniche.

Componenti e parti meccaniche realizzate mediante processi tecnologici primari (tecniche fusorie, deformazione plastica a caldo e a freddo, etc.) richiedono, generalmente, l’impiego di processi tecnologici di lavorazione prima che il prodotto sia pronto per l’utilizzo finale. Talvolta questi processi non sono in grado di operare in modo corretto e affidabile. Lo sviluppo di tali processi innovativi, spinto generalmente da settori industriali di avanguardia (meccanica di precisione, aeronautica, etc.), si rende particolarmente necessario quando la natura del materiale in lavorazione, la geometria del componenete o la produttività richiesta rendono inapplicabili le soluzioni tecnologiche consolidate.

Il vantaggio primario del processo è che non c’è spreco nella produzione delle parti. La metallurgia delle polveri è particolarmente adatta alla produzione di grandi serie di pezzi con tolleranze strette e può essere utilizzata per produrre parti complesse.

Obiettivi quali riduzione dei costi e sostenibilità della vostra azienda potrebbero essere soddisfatti portando la metallurgia delle polveri all’interno del processo di fabbricazione.

Ma, prima di sfidare il mercato con questa affascinante tecnologia che vi consentirebbe un vantaggio competitivo notevole, vediamo dove si applica la metallurgia delle polveri e quali sono le caratteristiche tecniche del forno per sinterizzazioni in vuoto che ha suscitato notevole interesse all’Euro PM2017.

Quali applicazioni per la metallurgia delle polveri?

La metallurgia delle polveri consente di produrre parti complesse a costi contenuti per una varietà di applicazioni. Inoltre, consente di ottenere parti che richiedono poca o nessuna lavorazione secondaria. Il processo di metallurgia delle polveri è particolarmente indicato, ad esempio, per la produzione di ingranaggi ad alta resistenza per l'industria automobilistica.

Le applicazioni della metallurgia delle polveri includono materiali che sono difficili da lavorare con altre tecniche, come i metalli refrattari (es: tungsteno, molibdeno e tantalio) e i metalli reattivi (es: titanio). Alcune combinazioni di super leghe e materiali possono essere ottenute solo mediante la lavorazione a polvere.

I materiali avanzati di oggi sono raramente fatti di soli metalli e leghe metalliche. Spesso includono ceramiche e materiali compositi. Questi materiali possono includere:

• cermet;
• materiali nanostrutturati;
• materiali compositi di allumina WIDIA (matrice metallica + WC e TiC);
• diamante policristallino (PCD);
• nitruro di boro cubico policristallino (PCBN);
• zirconia parzialmente stabilizzata (PSZ).

La tecnologia di utilizzo delle polveri metalliche consente di produrre un prodotto uniforme ad un costo ragionevole. Questo metodo consente la produzione di parti con tolleranze strette e costi di scarto minimi. Viene utilizzato per la produzione di filtri, cuscinetti e ingranaggi, utensili e stampi di taglio, impianti medici, scudi termici, magneti e celle a combustibile. Le industrie che beneficiano di questa tecnologia includono:

• Settore automobilistico;
• Aviazione e aerospaziale;
• Lavorazioni a macchina;
• Tecnologia medica;
• Elettronica.

Polveri metalliche e forno per sinterizzazioni in vuoto

Dopo aver visto diverse ragioni che determinano la qualità della metallurgia delle polveri, eccoci al forno da vuoto che TAV VACUUM FURNACES ha allestito per Euro PM2017 e che ha attirato un notevole interesse da parte dei visitatori.

TAV VACUUM FURNACES ha scelto di esporre un forno per sinterizzazioni in vuoto con le seguenti caratteristiche principali:

• Dimensioni: 300 mm x 300 mm x 450 mm (w x h x d);
• Max carica lorda: 100 kg;
• Camera termica: circolare “all metal”;
• Max temperatura operativa: 1450 °C;
• Predisposizione per alto vuoto (non montato in fiera per esigenze di spazio).

L'impianto TAV VACUUM FURNACES ha suscitato grande interesse tra gli addetti ai lavori e molte domande sul funzionamento e sulle sue caratteristiche tecniche.

Grazie alla presenza di un MIM Box e ad opportuni flussaggi del gas in entrata e in uscita dalla camera, il forno consente di abbinare (qualora richiesto dal cliente) entrambe le fasi del processo di sinterizzazione (debinding e sintering). Questa scelta offre vantaggi economici in termini di costi e riduzione del tempo di esecuzione.

Se volete saperne di più sulle due parti del processo di sinterizzazione, date un’occhiata all’articolo sinterizzazione in vuoto: la guida passo passo.

La camera termica in metallo permette una grande flessibilità e pulizia risultando adatta sia alla sinterizzazione di componenti industriali che di componenti medicali o aeronautici.

Se volete saperne di più sulle camere termiche metalliche, benefici e performance, leggete camere termiche per forni a vuoto: grafite o metallo?

Naturalmente, il forno esibito era destinato ad un prodotto standard. Oltre al sistema qui descritto, TAV VACUUM FURNACES offre soluzioni tecniche adatte alla maggior parte delle applicazioni inerenti a Euro PM2017. La nostra grande flessibilità risiede non solo nell'ampia gamma di forni a vuoto, ma anche in ogni singolo forno, che può essere personalizzato per soddisfare applicazioni uniche.