Novità in sinterizzazione

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Particolari sinterizzati per trasmissioni d’automobile, per strumenti chirurgici, per pompe industriali, per veicoli fuoristrada hanno catturato l’attenzione degli esperti del settore selezionati per giudicare i risultati migliori, nell’ambito della competizione annuale organizzata dalla Metal Powder Industries Federation. La MPIF seleziona pezzi vincenti fabbricati mediante diverse tecnologie, accomunate dal tipo di materia prima:
• metallurgia delle polveri convenzionale,
• sinteroforgiatura,
• formatura per iniezione metallica (MIM, Metal, Injection Molding),
• pressatura isostatica a caldo,
• laminazione diretta di polveri,
• sinterizzazione per gravità.
Il processo scelto dagli ingegneri cui sono stati assegnati i premi principali è stato quello della metallurgia delle polveri convenzionale, che è risultata vincente nei confronti di getti fusi, pezzi stampati a freddo, pezzi stampati a caldo, pezzi lavorati per asportazione di truciolo. Il primo premio nella categoria dei pezzi a base ferro è stato assegnato a un gruppo complicato che costituisce la gabbia di trasporto di ingranaggi planetari. Il gruppo sinterizzato, prodotto dalla Stackpole Ltd. di Ontario, Canada, viene montato su una trasmissione pesante dalla Powertrain Operation della General Motors. L’insieme unisce le funzioni di trasporto del planetario e di mozzo della frizione. Il collegamento del portasatelliti, in acciaio basso-legato, al mozzo della frizione, che è realizzato in acciaio al rame, viene ottenuto mediante sinterobrasatura (vale a dire mediante sinterizzazione e brasatura in unico passaggio di forno). Rispetto alla soluzione precedente, in ghisa lavorata di macchina, la metallurgia delle polveri ha consentito una riduzione del peso ed un aumento della rigidezza. Il materiale del portasatelliti presenta una resistenza a trazione di 760 N/mm2 ed una durezza di 25 HRc. Il materiale del mozzo della frizione, relativamente meno sollecitato, ha una resistenza a trazione di 450 N/mm2 ed una durezza di 85 HRB. La forma dei pezzi è molto prossima a quella finita, ma il gruppo richiede comunque alcune operazioni secondarie, quali calibratura, tornitura su macchine a controllo numerico, brocciatura e sbavatura. Il primo premio nella categoria dei pezzi non ferrosi è stato assegnato ad otto pezzi di alpacca, che azionano un meccanismo temporizzatore operante all’interno di una cassetta antincendio a triplice allarme. I pezzi sono cinque ingranaggi di classe 7, due nottolini ed una camma; il materiale corrisponde allo standard MPIF CNZ-1818-17; le sue caratteristiche sono: massa volumica di 8 g/cm3, carico di rottura a trazione di 235 N/mm2, durezza di 90 HRH.

Il produttore è la Precision Powdered Metal Parts Inc., di Pomona, California. Rispetto alla versione precedente, ottenuta mediante stampaggio e lavorazione meccanica, la metallurgia delle polveri ha consentito di dimezzare i costi. L’elemento di azionamento e la staffa distale, entrambi prodotti mediante formatura per iniezione di polveri (MIM), cui è stato assegnato il gran premio della categoria, sono impiegati in un dispositivo endoscopico a minima invasività; questo dispositivo è fabbricato per la Da Vinci Robotics Surgical System della Intuitive Surgical, Mountain View, California. Il materiale è acciaio inossidabile indurente per precipitazione, tipo 17-4PH. L’applicazione del MIM ha ridotto il costo a un decimo di quello della versione precedente, ottenuta mediante lavorazione da barra L’elemento di azionamento e la staffa distale sono prodotti dalla Smith Metal Products, di Lindstrom, Minnesota.
Le caratteristiche dei materiali sono:
• per la staffa distale
• carico di rottura a trazione di oltre 1100 N/mm2, durezza di 35 ÷ 38 HRC, allungamento 10%;
• per l’azionatore
• carico di rottura a trazione di 1070 N/mm2, durezza di 38 ÷ 42 HRC, allungamento 8%; in entrambi i casi, la massa volumica è compresa fra 7,68 e 7,72 g/cm3.
Il primo premio nella categoria dei pezzi in acciaio inossidabile è stato assegnato ad una complessa guida sfera, prodotta dalla FMS Corp, di Minneapolis. Il materiale corrisponde allo standard MPIF SS-316N1-25; esso presenta un limite di snervamento minimo di 173 N/mm2 ed un carico di rottura non inferiore a 273 N/mm2.
I vincitori dei premi di distinzione esemplificano le capacità della metallurgia delle polveri per la realizzazione di forme finite, per la buona resistenza dei materiali, per la competitività economica, per la potenzialità e l’elasticità di realizzazione nel caso di esigenze severe. Un mozzo per albero secondario di trasmissione, pesante 3,6 kg, prodotto dalla Caterpillar Inc., Advanced Compacting Technology Group. di Rockwood, ha condiviso il premio per i materiali ferrosi con un supporto per overdrive (marcia sovramoltiplicata), prodotto dalla Keystone Powdered metal Co. di St. Marys, Pennsylvania. Il mozzo per albero secondario di trasmissione opera in una frizione a pacco, usata in sistemi scorrevoli di trasmissione di potenza, che la Caterpillar impiega per caricatori rotanti, trasportatori integrati di utensili e pattini a impulso. Il montaggio dei due pezzi – camicia e mozzo, con massa volumica minima di 6,8 g/cm3 – avviene mediante sinterobrasatura. Il mozzo flangiato ed il portasatelliti del supporto dell’overdrive della Keystone Carbon sono assiemati mediante sinterobrasatura; la massa volumica tipica è di 7,0 g/cm3. Le proprietà meccaniche tipiche sono: carico di rottura a trazione di 485 N/mm2; limite di snervamento di 394 N/mm2; durezza di 70 HRB. Un premio di distinzione per l’acciaio inossidabile è stato assegnato ad un finecorsa di mortasa (realizzato in AISI 316) e ad un insieme ruota conica e dente di arresto e di riferimento, realizzato in acciaio AISI 304. Il materiale del finecorsa corrisponde alla sigla SS-316N1-25 della MPIF; la sua massa volumica minima è 6,65 g/cm3. Il pezzo è prodotto dalla Asco Sintering Co. di Commerce, California. Il dente di arresto e di riferimento è impiegato nel meccanismo di azionamento di una cucitrice chirurgica a punti metallici. Il pezzo è prodotto dalla Al lied Sintering Inc., di Danbury, Connecticut, direttamente in forma finita, vale a dire senza necessità di lavorazioni di macchina.

La soluzione in sinterizzato sostituisce la versione precedente, ottenuta mediante lavorazione meccanica e saldatura, con una riduzione di costo del 70 %. Un premio di distinzione per la categoria MIM (metal injection molding, formatura da polveri mediante iniezione) è stato assegnato alla FloMet LLC., di Deland, Florida, per la realizzazione di undici pezzi in acciaio inossidabile duplex, impiegati in uno strumento automatico per biopsia. Le proprietà tipiche del materiale sono:
• carico di rottura a trazione minimo di 504 N/mm2;
• limite di snervamento minimo di 297 N/mm2;
• allungamento a rottura 40%;
• durezza compresa fra 70 e 80 HRB.
Per informazioni sulla competizione internazionale di progettazione programmata per la Conferenza Mondiale di Metallurgia delle Polveri del 2002, contattare la MPIF (Metal Powder Industries Federation), 105 College Road East, Princeton, NJ 08540, USA.

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