--- title: "Aços de Pulvimetalurgia: Normas, Conceção de Ligas,…" description: "Explore como os aços produzidos por metalurgia do pó diferem em termos de estrutura, composição, processamento e normas ASTM e ISO aplicáveis." canonical: https://steelequivalents.com/pt/wiki/fam%C3%ADlias-de-a%C3%A7o/a%C3%A7os-de-pulvimetalurgia-normas-conce%C3%A7%C3%A3o-de-ligas-porosidade-e-carbonetos language: pt robots: index, follow og_type: article type: wiki-article language_alternates: en: https://steelequivalents.com/wiki/steel-families/powder-metallurgy-steels.md cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/skupiny-ocelí/oceli-vyráběné-práškovou-metalurgií-normy-návrh-slitin-pórovitost-a-karbidy.md de: https://steelequivalents.com/de/wiki/stahlgruppen/pulvermetallurgische-stähle-normen-legierungsdesign-porosität-und-karbide.md es: https://steelequivalents.com/es/wiki/familias-de-aceros/aceros-de-pulvimetalurgia-normas-diseño-de-aleaciones-porosidad-y-carburos.md fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/familles-d-aciers/aciers-de-la-métallurgie-des-poudres-normes-conception-des-alliages-porosité-et-carbures.md hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/acélcsaládok/porkohászati-acélok-szabványok-ötvözettervezés-porozitás-és-karbidok.md it: https://steelequivalents.com/it/wiki/famiglie-di-acciai/acciai-da-metallurgia-delle-polveri-norme-progettazione-delle-leghe-porosità-e-carburi.md nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/staalgroepen/poedermetallurgische-staalsoorten-normen-legeringsontwerp-porositeit-en-carbiden.md pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/grupy-stali/stale-wytwarzane-metodą-metalurgii-proszków-normy-projektowanie-stopów-porowatość-i-węgliki.md pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/fam%C3%ADlias-de-a%C3%A7o/a%C3%A7os-de-pulvimetalurgia-normas-conce%C3%A7%C3%A3o-de-ligas-porosidade-e-carbonetos.md ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/группы-сталей/порошковые-стали-стандарты-проектирование-сплавов-пористость-и-карбиды.md tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/çelik-grupları/toz-metalurjisi-çelikleri-standartlar-alaşım-tasarımı-gözeneklilik-ve-karbürler.md zh: https://steelequivalents.com/zh/维基/钢材分类/粉末冶金钢-标准-合金设计-孔隙率与碳化物.md ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/鋼種の分類/粉末冶金鋼-規格-合金設計-気孔率-炭化物.md ar: https://steelequivalents.com/ar/ويكي/مجموعات-الفولاذ/فولاذ-تعدين-المساحيق-المعايير-وتصميم-السبائك-والمسامية-والكربيدات.md ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/강종-계열/분말야금강-표준-합금-설계-기공률-및-탄화물.md pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/famílias-de-aços/aços-da-metalurgia-do-pó-normas-projeto-de-ligas-porosidade-e-carbonetos.md hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/स्टील-समूह/पाउडर-धातुकर्म-इस्पात-मानक-मिश्रधातु-अभिकल्पना-रंध्रता-और-कार्बाइड.md content_hash: sha256:dd4fdbedb5ed3464539e18aa2f32cc7dcac2eb7a0fe3d2d8d82506b875ea006a generated: 2026-09-26 --- > **Machine-readable Markdown rendering.** This is a Markdown representation of a web page, > served for AI agents and crawlers as a token-efficient alternative to the full HTML. > Full interactive HTML version: https://steelequivalents.com/pt/wiki/fam%C3%ADlias-de-a%C3%A7o/a%C3%A7os-de-pulvimetalurgia-normas-conce%C3%A7%C3%A3o-de-ligas-porosidade-e-carbonetos > Canonical URL: https://steelequivalents.com/pt/wiki/fam%C3%ADlias-de-a%C3%A7o/a%C3%A7os-de-pulvimetalurgia-normas-conce%C3%A7%C3%A3o-de-ligas-porosidade-e-carbonetos > Available languages: en, cs, de, es, fr, hu, it, nl, pl, pt, ru, tr, zh, ja, ar, ko, pt-br, hi > Change detection: `content_hash` is the SHA-256 of this document's Markdown body — everything > below this block, whitespace-trimmed, excluding the front-matter. 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O termo descreve uma família de processos e materiais. Não identifica uma composição química específica, uma microestrutura específica nem um nível de densidade específico. #### Sequência típica de processamento por pulvimetalurgia 1. **Produção do pó** O pó de ferro ou de aço ligado é produzido e classificado. 2. **Mistura** Podem ser combinados elementos de liga, grafite, cobre, níquel, molibdénio e lubrificantes. 3. **Compactação** A mistura é prensada, formando uma peça moldada no estado verde. 4. **Sinterização** O aquecimento desenvolve ligações entre as partículas e altera o sistema de poros. 5. **Processamento secundário** Podem seguir-se operações de calibração, recompatação, infiltração, maquinação, cementação, têmpera, revenido ou densificação. Um processo típico começa com a produção de pó de ferro ou de aço ligado, seguida da classificação do pó, mistura, compactação e sinterização. O compactado pode depois ser submetido a calibragem, recompacção, infiltração, maquinagem, cementação, têmpera, revenido ou outra operação de densificação e tratamento térmico. Cada fase altera a relação entre a composição, a estrutura dos poros, as dimensões e o comportamento mecânico. A obra *A-Z of Powder Metallurgy*, de Randall German, aborda a produção dos pós, a compactação, a sinterização, a densificação, a microestrutura e a porosidade como partes interligadas do tema, e não como designações permutáveis para o aço acabado. O próprio pó é a primeira fonte de variação. Os pós atomizados, reduzidos e de outros tipos diferem quanto à forma das partículas, à distribuição granulométrica, ao óxido superficial, à porosidade interna e ao comportamento de escoamento. Essas características afetam a forma como as partículas se empacotam numa matriz, a quantidade de lubrificante necessária, a transmissão da pressão através do compactado e a ligação entre as partículas durante a sinterização. Uma mistura de pós pode também conter partículas pré-ligadas, adições elementares, partículas de liga-mestra, grafite, cobre, níquel, molibdénio ou lubrificantes de processamento. Consequentemente, duas peças descritas genericamente como aço PM podem apresentar distribuições de elementos de liga diferentes antes mesmo do início da etapa no forno. \[1\] \[1\] [**Ferrous Powder Metallurgy**](https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/ferrous-powder-metallurgy). ScienceDirect Topics. ScienceDirect Topics, 2024. A composição continua a ser importante, mas não atua isoladamente. A metalurgia ferrosa dos pós utiliza habitualmente cobre, níquel e molibdénio como adições de liga, enquanto o carbono é frequentemente introduzido através de grafite ou de um pó que contenha carbono. As composições ferro–cobre–carbono representam aproximadamente metade das peças ferrosas de PM, segundo a referência *Ferrous Powder Metallurgy*, publicada pela ScienceDirect Topics em 2024. Esse valor descreve um grupo de composição importante, mas não constitui uma definição de todos os aços PM. #### Por que razão a densidade faz parte da descrição do material Os poros residuais reduzem a secção transversal resistente à carga e podem proporcionar locais para a iniciação de fissuras. A forma, o tamanho e a conectividade dos poros também influenciam o processamento posterior e o desempenho mecânico. A ASTM B783-24 classifica os materiais estruturais ferrosos de pulvimetalurgia utilizando a composição química, a densidade, o limite de elasticidade no estado sinterizado e a resistência máxima à tracção após tratamento térmico. Strong evidence A ASTM B783-24 demonstra por que razão a designação de uma qualidade ou um rótulo geral do processo são insuficientes. A norma classifica os materiais ferrosos estruturais de PM com base na composição química, na densidade, no limite de elasticidade no estado sinterizado e na resistência à tração após tratamento térmico. A densidade não é apenas uma questão de apresentação de resultados: os poros residuais reduzem a secção transversal resistente e podem constituir locais de iniciação de fissuras, enquanto a forma, o tamanho e a conectividade desses poros influenciam o resultado de processamentos posteriores. Uma especificação tem, portanto, de identificar mais do que os elementos adicionados ao ferro. A ISO 5755:2022 especifica igualmente requisitos para materiais metálicos sinterizados, incluindo materiais estruturais de ferro sinterizado, aço sinterizado, aço ligado sinterizado e aço inoxidável sinterizado. O seu âmbito reflete a amplitude da categoria. “Aço PM” pode referir-se a um material estrutural sinterizado com porosidade residual controlada, a uma peça forjada a partir de pó com uma densidade muito superior ou a um aço-ferramenta de metalurgia dos pós cuja principal característica distintiva reside na sua população de carbonetos e no seu grau de limpeza. A microestrutura pode diferir da de um material equivalente produzido por metalurgia de lingote com uma composição química nominalmente semelhante. Os aços-ferramenta de metalurgia dos pós podem formar estruturas de carbonetos finas, arredondadas e mais uniformes, além de permitirem níveis ou composições de carbonetos difíceis ou impossíveis de obter através da metalurgia convencional de lingotes. A solidificação rápida durante a produção do pó limita a segregação associada a um grande lingote vazado; a consolidação subsequente e o tratamento térmico determinam quanto dessa vantagem permanece no produto acabado. O resultado não é automaticamente superior nem inferior. Tem uma história metalúrgica diferente. ![Aços de Pulvimetalurgia: Normas, Conceção de Ligas, Porosidade e Carbonetos](/images/uploads/4af4d880-7b39-4720-9603-79172debcc39/wiki-inline-a-labeled-process-schematic-comparing-press-and-sinter-powder-forging-hot-isosta-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/4af4d880-7b39-4720-9603-79172debcc39/wiki-inline-a-labeled-process-schematic-comparing-press-and-sinter-powder-forging-hot-isosta-1920x1094.avif "Ampliar imagem — Aços de Pulvimetalurgia: Normas, Conceção de Ligas, Porosidade e Carbonetos")Powder-based routes share feedstock concerns but differ in consolidation physics and thermal history. ### Processos convencionais de compactação e sinterização, forjamento de pós e processos relacionados Os processos de fabrico de aço à base de pós diferem na compactação, no historial térmico, na densificação e na formação de defeitos. | Processo | Mecanismo primário de consolidação | Característica distintiva típica | |---|---|---| | Prensagem e sinterização | Compactação em matriz seguida de sinterização em forno | Porosidade residual controlada e conformação quase à forma final | | Forjamento de pós | Pré-forma sinterizada seguida de forjamento a quente | Maior redução da porosidade e deformação por forjamento | | Prensagem isostática a quente | Temperatura e pressão elevadas | Fecho dos poros internos | | Moldação por injecção de metais | Moldação, remoção do ligante e sinterização | Matéria-prima em pó fino e geometrias complexas | | Fabrico aditivo | Fusão ou coalescência camada a camada | Trajectória digital da ferramenta e historial térmico camada a camada | Peça verde **Peça verde** Um compactado moldado mas não sinterizado, cuja resistência temporária provém principalmente do encravamento entre partículas e da pressão de compactação. O processo convencional de compactação e sinterização em PM começa com uma mistura de pós doseada. Uma matriz e punções compactam essa mistura numa peça “em verde”, cuja forma é mantida pelo encravamento entre partículas e pela pressão de compactação. O compactado em verde é depois aquecido abaixo do intervalo de fusão da liga, permitindo a difusão e o crescimento de pescoços de ligação entre as partículas. A sinterização reforça a rede de partículas, altera as dimensões e arredonda ou contrai partes do sistema de poros. Não elimina necessariamente toda a porosidade. A distribuição da pressão na matriz, o atrito na parede da matriz, o escoamento do pó e a geometria da peça podem produzir gradientes de densidade. A sinterização pode provocar retração ou, dependendo da composição e da condição inicial de empacotamento, crescimento dimensional. Estas alterações têm de ser consideradas em conjunto com as características das partículas do pó e com o tratamento térmico previsto. Um tratamento de cementação, por exemplo, atua sobre um material cujo acesso do carbono e cuja resposta à transformação são afetados pelos seus poros, pela distribuição dos elementos de liga e pela microestrutura sinterizada. As peças estruturais produzidas por este processo são frequentemente especificadas no estado sinterizado ou após uma operação secundária definida. A calibragem pode melhorar o controlo dimensional; a recompacção pode aumentar a densidade em regiões selecionadas; a infiltração pode preencher os poros interligados com outro material; e o endurecimento por sinterização pode combinar o arrefecimento no forno com transformações de endurecimento. Nenhuma destas operações transforma todas as peças compactadas e sinterizadas em aço totalmente conformado plasticamente. O processo de fabrico continua a fazer parte da sua identidade. \[2\] \[2\] [**ISO 13947:2024**](https://www.iso.org/standard/85818.html). International Organization for Standardization. ISO standard, 2024. O forjamento de pós acrescenta uma etapa de consolidação mecânica. Primeiro, é produzido um pré-formado por compactação e sinterização; depois, este é aquecido e forjado para reduzir a porosidade e adquirir uma forma forjada. A sua história de produção difere, portanto, tanto da de uma peça sinterizada convencional como da de uma peça forjada obtida a partir de um bilete vazado. O controlo das inclusões é importante neste processo: a ISO 13947:2024 especifica um método para determinar inclusões não metálicas em pós metálicos e permite a aplicação do método a peças de aço forjadas a partir de pó. A norma deixa claro que as inclusões podem ser avaliadas na fase do pó, continuando a ser relevantes para o componente consolidado. A prensagem isostática a quente é outro processo de consolidação de pós, que utiliza temperatura e pressão elevadas para fechar os poros internos, enquanto a moldação por injeção de metais combina pó metálico fino com um sistema ligante, moldação, remoção do ligante e sinterização. Estes processos não devem ser englobados na produção convencional por compactação e sinterização. Os seus pós, o comportamento do corpo em verde, os ciclos térmicos, as alterações dimensionais e as geometrias possíveis são diferentes. O fabrico aditivo também começa com pó metálico em muitos sistemas, mas não constitui metalurgia dos pós convencional simplesmente por utilizar pó. Um laser ou feixe de eletrões funde ou aglutina seletivamente regiões sucessivas de acordo com uma trajetória digital da ferramenta; a peça desenvolve uma história térmica camada a camada, em vez de ser compactada como uma forma completa numa matriz. O capítulo do *ASM Handbook* sobre fabrico aditivo de aços e aços inoxidáveis, publicado pelo NIST em 2020, identifica a porosidade, as inclusões, as tensões residuais e o processamento térmico após a construção como fatores centrais nas peças de aço fabricadas aditivamente. Estas questões sobrepõem-se às da metalurgia dos pós, mas os mecanismos de formação de defeitos e os gradientes térmicos não são os mesmos que num compactado prensado que atravessa um forno de sinterização. ### Por que razão o termo não identifica uma qualidade específica Uma designação de aço aponta normalmente para um intervalo de composição química especificado e para uma norma de produto ou de aplicação. “Aço de metalurgia dos pós” não faz isso por si só. Identifica um processo suficientemente amplo para incluir aços estruturais, aços inoxidáveis, aços-ferramenta, materiais relacionados com rolamentos e sistemas de ligas concebidos para forjamento de pós ou fabrico aditivo. \[3\] \[3\] [**ISO 4957:2018**](https://www.iso.org/standard/70646.html). International Organization for Standardization. ISO standard, 2018. As normas demonstram esta distinção. A ASTM B783-24 aborda os materiais ferrosos estruturais de PM através de vários critérios interligados, e não de uma única qualidade universal. A ISO 5755:2022 abrange materiais estruturais de ferro sinterizado, aço sinterizado, aço ligado sinterizado e aço inoxidável sinterizado. A ISO 4957:2018 aplica os requisitos relativos aos aços-ferramenta a produtos fabricados por metalurgia dos pós, bem como a produtos laminados a quente, forjados, estirados a frio e laminados a frio. Assim, um aço-ferramenta PM pode continuar a ser identificado por uma designação reconhecida de aço-ferramenta, enquanto o seu processo de fabrico explica a sua estrutura de carbonetos, o seu padrão de segregação, o estado dos seus poros e a inspeção necessária. A descrição relevante é, portanto, estratificada: composição química do pó, morfologia das partículas e distribuição granulométrica, método de compactação, densidade em verde, ciclo de sinterização, densidade final, morfologia dos poros, população de inclusões, alteração dimensional e processamento térmico. Alterar uma destas camadas pode modificar o material acabado, mesmo quando a designação nominal da liga permanece constante. É por isso que o aço PM não deve ser tratado como aço convencional sob a forma de pó. É uma família de materiais cuja composição e história de processamento estabelecem conjuntamente a microestrutura final. Uma designação de qualidade fornece apenas parte dessa história. ## O quadro normativo para materiais ferrosos de metalurgia dos pós Os aços produzidos por metalurgia dos pós não são definidos apenas pela produção do pó. A sua classificação depende da composição química do compactado de pó, da densidade alcançada durante o processamento, da estrutura dos poros retida após a sinterização e do estado mecânico em que a peça é ensaiada. Uma especificação pode, portanto, identificar uma família de materiais sem descrever todas as operações necessárias para produzir um componente acabado. Esta distinção é importante porque duas peças com teores nominais semelhantes de ferro, carbono, cobre, níquel ou molibdénio podem apresentar propriedades diferentes quando diferem a distribuição granulométrica dos pós, as pressões de compactação, os ciclos de sinterização, as velocidades de arrefecimento ou os tratamentos posteriores à sinterização. A obra *A-Z of Powder Metallurgy* (2005), de Randall German, considera a produção dos pós, a mistura, a compactação, a sinterização, a densificação, a microestrutura e a porosidade como partes interligadas de uma única rota de processamento. As normas dividem esses temas em requisitos geríveis, mas não eliminam as relações entre eles. ### Lógica de classificação da ASTM B783-24 A ASTM B783-24, publicada pela ASTM International em 2024, classifica os materiais estruturais ferrosos de metalurgia dos pós segundo quatro atributos principais: composição química, densidade, tensão de cedência no estado sinterizado e resistência à tração última após tratamento térmico. O seu âmbito abrange peças produzidas por compactação e sinterização. Trata-se de um sistema de classificação para materiais estruturais ferrosos de metalurgia dos pós, e não de um sistema universal de designação para todos os aços produzidos a partir de pó. A composição química estabelece a família da liga e os teores admissíveis de elementos como carbono, cobre, níquel e molibdénio. As composições ferro–cobre–carbono representam aproximadamente metade das peças ferrosas de metalurgia dos pós, segundo a entrada *Ferrous Powder Metallurgy* da ScienceDirect Topics (2024). Outros sistemas utilizam níquel, molibdénio, crómio, manganês ou combinações destes elementos de liga para alterar a temperabilidade, a resistência, a resposta dimensional ou o comportamento à corrosão. A composição indicada num requisito relativo ao material deve, contudo, ser analisada em conjunto com o estado da peça; o teor elementar, por si só, não especifica a porosidade nem o desempenho mecânico. A densidade constitui um eixo de classificação separado. Numa peça compactada e sinterizada, a densidade exprime a proporção do compactado ocupada por metal sólido, em vez de por poros interligados ou fechados. Uma composição nominal de liga pode, portanto, ocorrer a vários níveis de densidade, cada um com uma área efetiva de suporte de carga diferente e uma resposta diferente à maquinagem, à fadiga, ao impacto ou ao tratamento térmico. A ASTM B783-24 reconhece esta distinção, em vez de tratar a densidade como um resultado incidental do fabrico. As categorias mecânicas também distinguem dois estados diferentes do material. A tensão de cedência no estado sinterizado descreve a peça após a rota de compactação e sinterização, sem depender de um tratamento posterior de endurecimento para estabelecer o estado indicado. A resistência à tração última após tratamento térmico refere-se à resistência alcançada depois do tratamento térmico especificado para a classificação aplicável. Estes valores não são permutáveis. Um aço que cumpra uma categoria de tensão de cedência no estado sinterizado não cumpre automaticamente uma categoria de resistência à tração última após tratamento térmico, e um desenho técnico deve indicar qual dos estados rege a aceitação. As normas abrangem diferentes níveis de identificação, ensaio e controlo do produto. | Estrutura | Tema principal | O que não estabelece por si só | |---|---|---| | ASTM B783-24 | Materiais estruturais ferrosos de pulvimetalurgia | Especificação completa do componente | | ISO 5755:2022 | Materiais estruturais de ferro sinterizado, aço, aço ligado e aço inoxidável | Uma única classe universal de pulvimetalurgia | | ISO 4957:2018 | Requisitos para aços-ferramenta aplicáveis a diferentes processos de fabrico | Microestruturas idênticas entre processos | | ISO 13947:2024 | Inclusões não metálicas em pós e peças forjadas a partir de pós | Classe da liga, densidade ou condição de resistência à tracção | A ASTM B783-24 fornece, consequentemente, um quadro para comparar materiais segundo eixos definidos, mas esse quadro não constitui uma especificação completa do componente. Não elimina a necessidade de indicar tolerâncias, geometria, estado superficial, orientação dos ensaios, amostragem, variação dimensional, requisitos de impregnação ou infiltração e o ciclo térmico exato, quando esses fatores afetam o desempenho em serviço. Uma designação de classificação também não descreve integralmente a morfologia do pó, a escolha do lubrificante, as ferramentas de compactação, a atmosfera de sinterização ou a morfologia dos poros. ### ISO 5755:2022 e materiais estruturais sinterizados A ISO 5755:2022 atua a um nível relacionado, mas distinto. No âmbito da ISO ICS 77.160, especifica requisitos para materiais metálicos sinterizados, incluindo materiais estruturais de ferro sinterizado, aço sinterizado, aço ligado sinterizado e aço inoxidável sinterizado. A formulação é importante: o documento aborda os materiais estruturais sinterizados enquanto classe, em vez de apresentar a metalurgia dos pós como um único grau convencional de aço. “Sinterizado” também define um estado de processamento, e não apenas uma identidade química. Um compactado é formado a partir de pó, aquecido abaixo do seu ponto de fusão e transformado através de fenómenos de ligação, retração, evolução dos poros e alteração microestrutural. O pó pode ser elementar, pré-ligado ou uma mistura que contenha elementos de liga e auxiliares de processamento. Após a sinterização, a peça pode ser submetida a calibragem, cunhagem, maquinagem, tratamento a vapor, impregnação, cementação, têmpera e revenido, ou a outra operação de densificação ou tratamento térmico. A inclusão de uma determinada operação no requisito relativo ao material deve ser indicada separadamente. A ISO 5755:2022 é, portanto, útil para requisitos aplicáveis a produtos de ferro e aço sinterizados, enquanto o desenho do produto ou a especificação de compra deve identificar a designação e o estado do material requeridos. Um requisito pode prescrever uma gama de composição química, uma densidade, uma propriedade de tração, uma dureza ou um método de ensaio. Não prescreve necessariamente a rota completa através da qual o fabricante deve obter esse resultado. Inversamente, uma especificação de processo pode exigir um tipo de pó, uma sequência de compactação, uma atmosfera de sinterização, uma velocidade de arrefecimento ou um tratamento térmico, mesmo quando a norma do material não fornece esses detalhes. Esta separação torna-se especialmente importante no caso dos materiais inoxidáveis produzidos por metalurgia dos pós. “Aço inoxidável” identifica uma família de ligas resistentes à corrosão segundo os requisitos químicos aplicáveis; não identifica se a peça foi produzida por compactação e sinterização, moldação por injeção de metais, prensagem isostática a quente ou fabrico aditivo. Essas rotas produzem estruturas de poros diferentes e podem exigir ensaios de aceitação diferentes. A ISO 5755:2022 não deve ser interpretada como uma declaração de que todas as peças inoxidáveis à base de pó partilham uma única microestrutura ou um único historial de processamento. ### Como as normas diferem das designações de graus Uma designação de grau identifica ou organiza um material segundo um determinado sistema. Uma norma pode definir esse sistema, especificar limites, estabelecer métodos de ensaio ou fornecer categorias de classificação, mas os dois conceitos continuam a ser diferentes. Em termos gerais, “grau” responde à questão de qual é o material identificado. Uma norma responde à questão de o que deve ser controlado, medido ou comunicado para que essa identificação seja válida. A ASTM B783-24 ilustra esta diferença através da utilização combinada da composição química, da densidade, da tensão de cedência no estado sinterizado e da resistência à tração última após tratamento térmico. Uma designação baseada nessa estrutura contém mais informação do que uma simples designação química, mas ainda assim não substitui o desenho técnico do componente. O desenho pode controlar a densidade em função da localização, as tolerâncias dimensionais após a sinterização, a deformação admissível, a porosidade ligada à superfície e a direção em que são retirados os provetes de tração. A ISO 4957:2018 aplica os requisitos relativos aos aços-ferramenta tanto aos produtos de pulvimetalurgia como aos produtos laminados a quente, forjados, trefilados a frio e laminados a frio. Strong evidence O mesmo princípio aplica-se aos aços-ferramenta. A ISO 4957:2018 aplica explicitamente os requisitos relativos aos aços-ferramenta a produtos fabricados por metalurgia dos pós, bem como a produtos laminados a quente, forjados, trefilados a frio e laminados a frio. Essa norma comum não torna esses produtos metalurgicamente idênticos. Os aços-ferramenta produzidos por metalurgia dos pós podem desenvolver estruturas de carbonetos finas, arredondadas e comparativamente uniformes, bem como níveis ou composições de carbonetos difíceis ou impossíveis de obter através da metalurgia convencional de lingotes. A rota de fabrico continua a fazer parte da identidade do material, mesmo quando uma norma comum para aços-ferramenta fornece os requisitos químicos ou relativos às propriedades. As inclusões constituem outro limite entre a designação do material e o controlo do processo. A ISO 13947:2024 especifica um método para determinar inclusões não metálicas em pós metálicos e permite aplicar o método a peças de aço forjadas a partir de pó. Os ensaios de inclusões podem revelar contaminação ou partículas não metálicas que afetam o início da fadiga, mas um resultado relativo às inclusões não define, por si só, o grau da liga, a densidade ou o estado do tratamento térmico. \[4\] \[4\] [**Additive Manufacturing of Steels and Stainless Steels**](https://www.nist.gov/publications/additive-manufacturing-steels-and-stainless-steels). National Institute of Standards and Technology. ASM Handbook, 2020. A porosidade deve ser tratada com o mesmo cuidado. O capítulo do *ASM Handbook* sobre o fabrico aditivo de aços e aços inoxidáveis, publicado pelo NIST (2020), aborda a porosidade, as inclusões, as tensões residuais e o processamento térmico após o fabrico como fatores significativos nas peças de aço produzidas por fabrico aditivo. Essas questões apresentam pontos de sobreposição com a metalurgia convencional dos pós, mas o fabrico aditivo não deve ser confundido com a metalurgia dos pós por compactação e sinterização: a matéria-prima em pó, a formação das camadas, o historial térmico, a formação de defeitos e o estado de tensões residuais são diferentes. Uma designação adequada do material combina, portanto, a norma aplicável, o grau ou a classificação, a forma do produto, a condição de densidade ou de propriedades e os requisitos de processamento que afetam a aceitação. As normas estabelecem uma linguagem controlada. Não apagam o historial do aço enquanto material produzido a partir de pó. ## Variáveis da Produção do Pó e da Matéria-Prima O pó não é um substituto neutro da barra, do tarugo ou do metal fundido atomizado. A sua forma, distribuição granulométrica, estrutura interna, estado superficial e história química determinam a forma como a matéria-prima preenche uma matriz, responde à compactação, sinteriza e desenvolve poros e inclusões. A obra *A-Z of Powder Metallurgy* (2005), de Randall German, trata estas características como variáveis de processo interligadas: a produção do pó afeta a compactação; a compactação estabelece a estrutura porosa do compactado em verde; a sinterização altera essa estrutura e a microestrutura envolvente; a densificação posterior e o tratamento térmico não conseguem eliminar completamente todas as decisões anteriores. \[5\] \[5\] [**ASTM B783-24**](https://store.astm.org/b0783-24.html). ASTM International. ASTM standard, 2024. Esta distinção é importante ao comparar um aço de metalurgia do pó com um produto conformado aparentemente semelhante. A ASTM B783-24 classifica os materiais estruturais ferrosos de metalurgia do pó pela composição química, densidade, resistência de cedência no estado sinterizado e resistência à tração máxima após tratamento térmico. A ISO 5755:2022 especifica igualmente requisitos para materiais estruturais de ferro, aço, aço ligado e aço inoxidável sinterizados. Nenhuma das duas normas trata o pó como uma forma de fornecimento incidental. A matéria-prima faz parte da rota de produção do material. ![Aços de Pulvimetalurgia: Normas, Conceção de Ligas, Porosidade e Carbonetos](/images/uploads/313b3c15-83f6-41a4-8d7f-ac2936bdb0a0/wiki-inline-a-macro-view-of-mixed-atomized-and-reduced-iron-alloy-powder-particles-showing-s-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/313b3c15-83f6-41a4-8d7f-ac2936bdb0a0/wiki-inline-a-macro-view-of-mixed-atomized-and-reduced-iron-alloy-powder-particles-showing-s-2027x2560.avif "Ampliar imagem — Aços de Pulvimetalurgia: Normas, Conceção de Ligas, Porosidade e Carbonetos")Particle shape and size distribution influence flow, packing, compaction, and sintering. ### Morfologia das partículas e distribuição granulométrica A morfologia das partículas descreve a forma externa das partículas individuais e, em alguns casos, a sua porosidade interna. Os pós atomizados por gás e por água são frequentemente irregulares em diferentes graus, enquanto a atomização por gás pode produzir partículas mais arredondadas. Os pós reduzidos conservam habitualmente formas angulares, esponjosas ou porosas que refletem a redução de um óxido ou de outro precursor. Estas descrições não são intercambiáveis. Uma partícula arredondada pode escoar facilmente, mas estabelecer menos contactos mecânicos durante a compactação inicial; uma partícula irregular pode formar interligações mecânicas e resistir ao movimento, criando simultaneamente uma rede de poros diferente no compactado em verde. #### Características do pó que devem ser distinguidas - **Distribuição granulométrica** Regista a gama e a proporção dos tamanhos das partículas. - **Densidade aparente** Descreve a massa que ocupa um volume definido de pó solto. - **Escoamento** Descreve o tempo ou as condições necessárias para o pó atravessar um aparelho de ensaio. - **Compressibilidade** Relaciona a pressão de compactação aplicada com a densidade da peça verde. A terminologia de German distingue várias medições que são frequentemente agrupadas na expressão vaga “qualidade do pó”. A distribuição granulométrica regista a gama e a proporção dos diferentes tamanhos de partículas, enquanto a densidade aparente descreve a massa que ocupa um volume definido de pó solto. A fluidez descreve o tempo ou as condições necessários para que uma quantidade especificada atravesse um aparelho de ensaio. A compressibilidade diz respeito à relação entre a pressão de compactação aplicada e a densidade em verde. Estas propriedades interagem, mas uma não pode substituir outra. Distribuição granulométrica **Distribuição granulométrica** A gama e a proporção relativa dos tamanhos das partículas num lote de pó. Uma distribuição ampla pode permitir que partículas mais pequenas ocupem os espaços entre partículas maiores, alterando a densidade aparente e a estrutura de empacotamento antes da prensagem. As mesmas partículas finas podem aumentar a área de contacto, a fricção, a formação de poeiras ou a tendência para a aglomeração. Partículas sobredimensionadas podem dificultar o enchimento da matriz ou deixar diferenças locais de densidade. Durante a prensagem, a fricção nas interfaces partícula–partícula e partícula–ferramenta afeta a forma como a pressão se transmite através da coluna de pó. Essa pressão não é perfeitamente uniforme, pelo que uma peça pode sair da matriz com gradientes de densidade, mesmo quando a composição nominal é constante. A morfologia também afeta a extração. Partículas muito irregulares podem aumentar o encravamento mecânico e a fricção contra as paredes; partículas arredondadas podem reduzir alguma resistência, mas produzir um compactado menos coeso se a formulação e o programa de pressões não tiverem em conta esse comportamento. Os lubrificantes alteram a fricção contra as paredes da matriz e a extração, mas não eliminam a influência da forma das partículas nem da rugosidade superficial. Do mesmo modo, um tamanho médio de partícula indicado não descreve a distribuição completa que controla o enchimento e o empacotamento local. As consequências prolongam-se durante a sinterização. A área de contacto entre partículas, a distância ao longo dos canais de poros e a conectividade da porosidade aberta influenciam a retração, o transporte de gases, a difusão e a formação de pescoços de sinterização. A morfologia dos poros constitui, por isso, um registo tanto da matéria-prima como da história de processamento. Um valor final de densidade pode ocultar poros alongados, isolados, interligados ou ligados à superfície, com efeitos diferentes no tratamento térmico e no comportamento mecânico. ### Pós atomizados, reduzidos e misturados A atomização começa com uma liga fundida e fragmenta o fluxo em gotículas utilizando gás, água ou outro fluido. A solidificação pode produzir partículas com segregação interna, satélites, gás retido ou películas superficiais, dependendo da liga e das condições de atomização. As partículas atomizadas por gás são geralmente mais esféricas do que as partículas atomizadas por água, mas a morfologia, por si só, não permite estabelecer a limpeza, a compressibilidade ou a adequação a uma determinada rota de produção de aço. O pó deve ser caracterizado como matéria-prima, e não identificado apenas pelo nome do seu método de produção. Os pós reduzidos são produzidos através da remoção química do oxigénio de um óxido ou de um precursor relacionado. A redução pode produzir uma partícula porosa, com uma grande superfície reativa e uma forma herdada do material de partida. Esse pó pode compactar-se de forma diferente de um pó atomizado com uma composição nominal semelhante. O oxigénio residual, o material não reduzido e as alterações do estado superficial continuam a ser relevantes, pois afetam as reações de sinterização e os gases libertados durante o aquecimento. Os pós misturados combinam um pó de ferro de base ou de liga com pós elementares, pós de ligas-mãe, grafite, cobre, níquel, molibdénio, lubrificantes ou outras adições controladas. Num sistema misturado, os elementos de liga começam por existir como partículas separadas ou adições localizadas. A sua distribuição durante o enchimento da matriz, a compactação e a sinterização depende do tamanho das partículas, da densidade, da morfologia, da difusão e do ciclo térmico. “Misturado” não significa que as partículas de pó tenham a mesma composição em todo o seu volume. Os pós pré-ligados diferem pelo facto de os elementos de liga serem incorporados em cada partícula durante a produção a partir do material fundido. Isto confere a cada partícula uma composição nominal mais uniforme, mas também pode alterar a dureza, a compressibilidade, a resposta à sinterização e o equilíbrio entre a resistência em verde e a densidade alcançável. As adições elementares ou de ligas-mãe podem proporcionar uma resposta de processamento diferente e permitir a formação da liga por difusão durante a sinterização. A distinção é metalúrgica, não se trata apenas de terminologia comercial. As composições ferro–cobre–carbono representam aproximadamente metade das peças ferrosas de metalurgia do pó, segundo a referência *Ferrous Powder Metallurgy* alojada em ScienceDirect Topics (2024). Essa prevalência não torna equivalentes todas as matérias-primas de ferro–cobre–carbono: o cobre pode estar presente como pó separado, constituinte pré-ligado ou outra adição controlada, e cada rota afeta a mistura, a segregação, a variação dimensional e a química local. A mesma cautela se aplica às adições de níquel e molibdénio. No caso dos aços para ferramentas, a história do pó tem consequências estruturais ainda maiores. A solidificação rápida e a consolidação subsequente podem produzir carbonetos finos, arredondados e distribuídos de forma mais uniforme. A referência *Steel Powder Metallurgy* (2024), da ScienceDirect, observa que, nos aços para ferramentas produzidos por metalurgia do pó, podem ser obtidos níveis ou composições de carbonetos difíceis ou impossíveis de alcançar através da metalurgia convencional do lingote. A ISO 4957:2018 aplica explicitamente os requisitos relativos aos aços para ferramentas a produtos fabricados por metalurgia do pó, bem como a produtos laminados a quente, forjados, trefilados a frio e laminados a frio. A designação comum não implica uma população de carbonetos nem uma história de processamento comuns. ### Óxidos superficiais, limpeza e manuseamento #### Precaução de processamento Não se deve considerar a análise química global como uma descrição completa da limpeza do pó. Óxidos superficiais, humidade, hidrocarbonetos e partículas estranhas podem interferir na ligação, na remoção do lubrificante e nas reacções de sinterização. Cada partícula de pó apresenta uma área superficial exposta ao oxigénio, à humidade, aos hidrocarbonetos, aos equipamentos de manuseamento e à atmosfera envolvente. Os óxidos superficiais podem ser finos e contínuos, descontínuos ou estar associados a contaminantes e inclusões. A sua quantidade e composição química afetam a ligação entre partículas durante a sinterização, as reações de redução, a remoção do lubrificante e os gases que têm de escapar do compactado. Por conseguinte, a composição química do pó medida a granel não consegue, por si só, descrever o estado superficial. A limpeza inclui mais do que um baixo teor de oxigénio. Inclusões não metálicas, fragmentos refratários, partículas estranhas, satélites aderentes e aglomerados podem atuar como defeitos locais ou interromper os contactos entre partículas. A ISO 13947:2024 especifica um método para determinar inclusões não metálicas em pós metálicos e permite aplicar o método a peças de aço forjadas a partir de pó. A existência desta norma recorda que as inclusões constituem uma preocupação relativa à matéria-prima antes de se tornarem uma característica do aço consolidado. O armazenamento e a transferência podem alterar o pó. A vibração pode segregar as partículas por tamanho ou densidade; o ar húmido pode aumentar a oxidação ou a aglomeração; o transporte repetido pode alterar o teor de partículas finas e introduzir detritos provenientes do equipamento. Os recipientes, peneiros, ferramentas de mistura e lubrificantes devem, por isso, ser tratados como possíveis fontes de contaminação. A história do manuseamento pertence ao registo do material. A metalurgia do pó convencional por prensagem e sinterização deve também permanecer distinta do fabrico aditivo. O capítulo do *ASM Handbook* publicado pelo NIST sobre o fabrico aditivo de aços e aços inoxidáveis (2020) aborda a porosidade, as inclusões, as tensões residuais e o processamento térmico pós-construção, mas uma camada fundida num leito de pó não é um compactado prensado em verde. As variáveis do pó sobrepõem-se; a física da consolidação não. Na metalurgia do pó convencional, o estado da matéria-prima combina-se com o enchimento da matriz, a compactação, a sinterização e qualquer densificação posterior para determinar a estrutura final de poros e inclusões. A composição química inicia a especificação. Não a conclui. ## Conceção de ligas na metalurgia dos pós ferrosos A conceção de ligas na metalurgia dos pós ferrosos começa com uma restrição que não se aplica da mesma forma ao aço convencional trabalhado: a composição tem de funcionar durante o fabrico do pó, a mistura, a compactação, a sinterização e qualquer densificação ou tratamento térmico posterior. A composição química nominal é apenas uma parte do material. A forma das partículas, a distribuição granulométrica, os óxidos superficiais, o teor de lubrificante, a morfologia dos poros e a localização de cada elemento de liga influenciam a estrutura final. É por isso que o aço PM não deve ser tratado como um grau convencional que, por acaso, foi produzido a partir de pó. A ASTM B783-24 classifica os materiais estruturais ferrosos de PM pela composição química, densidade, limite de elasticidade no estado sinterizado e resistência última à tração após tratamento térmico. A ISO 5755:2022 especifica igualmente requisitos para materiais estruturais de ferro, aço, aço ligado e aço inoxidável sinterizados. Estas normas refletem um sistema material no qual o historial de processamento está diretamente associado à composição e às propriedades. ### Sistemas ferro–cobre–carbono O ferro–cobre–carbono é a família de ligas mais conhecida na metalurgia estrutural dos pós ferrosos. Uma referência de 2024 da *ScienceDirect Topics* afirma que as composições de ferro–cobre–carbono constituem aproximadamente metade das peças ferrosas de PM. Este valor é uma estimativa abrangente de uma referência técnica, não uma regra universal aplicável a todos os países, classes de produtos ou períodos de reporte. Ainda assim, indica a importância desta via de liga. O cobre é normalmente introduzido sob a forma de pó elementar misturado ou, em algumas formulações, através de um pó de ferro pré-ligado. Durante a sinterização, o cobre funde a uma temperatura inferior ao intervalo de sinterização habitual das peças à base de ferro e forma uma fase líquida transitória. O líquido pode espalhar-se pelos contactos entre partículas e promover o rearranjo, enquanto o cobre também penetra na matriz de ferro por difusão. O resultado é frequentemente um crescimento dimensional, e não uma simples contração, embora a direção e a magnitude da alteração dimensional dependam do teor de cobre, do estado do pó, da pressão de compactação, da densidade em verde, da geometria, da temperatura de sinterização e da atmosfera do forno. Esta resposta dimensional não constitui uma correção menor. O projetista tem de equilibrar a contribuição do cobre para a resistência e a temperabilidade com os seus efeitos nas tolerâncias e nos gradientes de densidade. O pó de cobre também pode reduzir a compactabilidade em comparação com uma base de ferro limpa e altamente compressível, sobretudo quando a mistura contém quantidades substanciais de partículas duras ou irregulares. Os lubrificantes facilitam a extração e reduzem o atrito contra as paredes da matriz, mas ocupam volume e deixam produtos carbonáceos ou gasosos durante o aquecimento. A sua seleção afeta, por conseguinte, tanto a resistência em verde como as reações iniciais de sinterização. O carbono é normalmente fornecido sob a forma de grafite, embora o seu papel seja mais amplo do que a percentagem final determinada numa análise química. A distribuição do grafite controla o potencial local de carbono durante a sinterização e o teor de carbono da matriz de ferro após a difusão. Uma mistura deficiente pode deixar regiões ricas em carbono e regiões pobres em carbono, produzindo um comportamento de transformação misto durante o arrefecimento ou o tratamento térmico. O carbono também altera a resposta ao cobre: em conjunto, estas adições podem produzir regiões ferríticas, perlíticas, bainíticas ou martensíticas, dependendo da velocidade de arrefecimento, da densidade e da concentração local da liga. Os poros continuam a fazer parte da microestrutura. Mesmo quando o cobre e o carbono produzem uma matriz adequada, os poros interligados ou angulares reduzem a área efetiva de suporte de carga e atuam como concentradores de tensão. O seu tamanho, forma e conectividade são controlados tanto pela compactação e pela sinterização como pela seleção da liga. Uma densificação adicional, incluindo a recompactação, a calibração ou o forjamento de pós, quando especificados, pode alterar estas características e modificar a resposta ao tratamento térmico subsequente. ### Adições de níquel e molibdénio O níquel é utilizado quando se pretende uma temperabilidade, tenacidade ou reforço da matriz superiores às que uma simples mistura de ferro–cobre–carbono pode proporcionar. Nas formulações convencionais de PM obtidas por mistura, as partículas de níquel difundem-se no ferro durante a sinterização, mas a difusão pode não ser completa. Isto pode deixar zonas ricas em níquel junto de regiões relativamente pobres. Esta partição química constitui uma preocupação de processamento determinante: após o arrefecimento ou a têmpera, a microestrutura pode conter diferentes produtos de transformação dentro do mesmo compacto. O níquel não funde durante a sinterização convencional à base de ferro da mesma forma que o cobre e, por isso, não proporciona o mesmo rearranjo em fase líquida. A sua localização na mistura, o tamanho das partículas, o estado dos óxidos e o ciclo de sinterização são, por conseguinte, muito importantes. A homogeneização incompleta pode ser útil ou prejudicial, consoante a estrutura pretendida, mas torna menos direta a relação entre a composição nominal e a dureza local. O tratamento térmico pode aumentar a resistência de uma peça contendo níquel, mas o resultado depende da morfologia dos poros e da distribuição do níquel, do carbono e de outras adições. O molibdénio é adicionado em pequenas quantidades relativamente à matriz de ferro e é valorizado sobretudo por aumentar a temperabilidade e influenciar o comportamento de transformação. Pode também contribuir para conceções de ligas destinadas a formar estruturas martensíticas ou bainíticas após o arrefecimento a partir da sinterização ou após um tratamento térmico separado. Os pós que contêm molibdénio podem ser produzidos por mistura, por liga de difusão ou por pré-ligação. Estas vias não produzem compactos equivalentes. Um pó atomizado pré-ligado coloca o molibdénio no interior de cada partícula, ao passo que um pó obtido por mistura depende da difusão no estado sólido entre partículas e pode conservar diferenças locais de composição. O molibdénio também afeta a compressibilidade. Quando os elementos de liga são dissolvidos no pó de ferro antes da compactação, o pó pode tornar-se mais duro e menos compressível do que uma base de ferro elementar. Um teor de liga mais elevado pode, por conseguinte, dificultar a obtenção de uma elevada densidade em verde a uma determinada pressão de compactação. A contrapartida é que a pré-ligação pode melhorar a uniformidade química e reduzir o enriquecimento local acentuado associado a adições misturadas de partículas grosseiras. A estratégia de liga tem também de considerar a atmosfera de sinterização. Os óxidos presentes nas superfícies do ferro, do níquel, do molibdénio ou de outros pós podem atrasar a ligação entre partículas, enquanto as atmosferas que contêm carbono podem alterar as reações superficiais e a transferência de carbono. O ciclo do forno determina se a difusão produz uma matriz razoavelmente uniforme ou se deixa zonas quimicamente distintas. O fecho dos poros é limitado num compacto convencional obtido por compactação e sinterização, pelo que uma liga que responda bem numa barra trabalhada densa pode não apresentar o mesmo comportamento de transformação numa peça de PM porosa. ### Composições pré-ligadas versus composições misturadas Numa composição misturada, pós elementares ou de ligas-mãe são misturados com pó de ferro antes da compactação. Este método permite ajustar de forma flexível o cobre, o níquel, o molibdénio, o grafite e outras adições, podendo preservar a elevada compressibilidade de uma base de ferro relativamente macia. A sua limitação é espacial: as partículas misturadas não são quimicamente idênticas, e a sinterização tem de proporcionar a difusão necessária para se aproximar da composição pretendida. A segregação das partículas durante o manuseamento pode acrescentar outra fonte de variação, especialmente quando os pós constituintes diferem significativamente em densidade ou tamanho. A estratégia de liga altera a compressibilidade do pó, a química local e a resposta à sinterização. | Estratégia de liga | Localização dos elementos de liga antes da sinterização | Principal implicação no processamento | |---|---|---| | Misturados | Partículas elementares ou de liga-mãe separadas | Química flexível, mas maior dependência da mistura e da difusão | | Pré-ligados | Elementos de liga incorporados em cada partícula | Maior uniformidade química entre partículas, mas frequentemente menor compressibilidade | | Ligados por difusão | Elementos ligados às partículas de ferro ou parcialmente difundidos nelas | Equilíbrio intermédio entre compressibilidade e controlo da segregação | O pó pré-ligado contém os principais elementos de liga no interior das partículas de ferro antes da compactação. A atomização por gás ou por água é normalmente utilizada para produzir estes pós e, consequentemente, a composição das partículas é mais uniforme de partícula para partícula. Isto pode melhorar a consistência da temperabilidade e reduzir grandes regiões enriquecidas em liga. O custo é frequentemente uma menor compressibilidade, porque as partículas ligadas são mais duras, bem como uma maior necessidade de controlar a forma das partículas, as películas de óxido e a pressão de compactação. Uma elevada densidade em verde pode exigir um lubrificante e um projeto da matriz cuidadosamente selecionados, em vez de simplesmente aumentar a pressão. Os pós ligados por difusão ocupam uma posição intermédia. Os elementos de liga estão aderentes às partículas de pó de ferro ou parcialmente difundidos nelas, preservando uma maior compressibilidade do pó de base do que a pré-ligação completa e reduzindo simultaneamente a segregação em comparação com uma mistura solta de elementos. A sua resposta à sinterização continua, contudo, a depender do contacto entre as partículas de liga e o substrato de ferro. Estas escolhas determinam a microestrutura final. Um compacto convencional de ferro–cobre–carbono pode desenvolver uma matriz contendo ferrite e perlite, com regiões ricas em cobre, enquanto as conceções que contêm níquel ou molibdénio podem produzir estruturas mais temperáveis após arrefecimento controlado ou tratamento térmico. Os aços-ferramenta de PM levam este princípio mais longe: através do processamento de pós, é possível obter estruturas de carbonetos finas, arredondadas e quase isotrópicas, bem como teores de carbonetos difíceis ou impossíveis de obter pela metalurgia convencional de lingotes. A ISO 4957:2018 aplica os requisitos relativos aos aços-ferramenta a produtos fabricados por metalurgia dos pós, bem como a produtos laminados a quente, forjados, trefilados a frio e laminados a frio. O controlo das inclusões deve ser integrado na mesma discussão sobre a conceção. A ISO 13947:2024 especifica um método para determinar inclusões não metálicas em pós metálicos e permite a sua aplicação a peças de aço forjadas a partir de pó. O capítulo do *ASM Handbook* de 2020, publicado pelo NIST, sobre o fabrico aditivo de aços e aços inoxidáveis identifica igualmente a porosidade, as inclusões, as tensões residuais e o processamento térmico pós-construção como variáveis importantes, mas o fabrico aditivo não deve ser confundido com a PM convencional obtida por compactação e sinterização. Em ambos os casos, a via de processamento altera o significado da composição nominal da liga. ## Compactação: Transformar Pó numa Peça em Verde A compactação é a fase em que uma mistura de pós medida se transforma num componente moldado, mas ainda frágil. A operação de prensagem não cria a microestrutura final do aço. Reorganiza as partículas, colapsa parte do volume de poros original e confere ao compactado resistência temporária suficiente para ser manipulado antes da sinterização. Esse corpo temporário é a **peça em verde**. O seu comportamento depende de mais do que da composição nominal da liga. A distribuição granulométrica, a forma das partículas, os óxidos superficiais, a densidade aparente, a fluidez, o teor de lubrificante e o projeto da matriz afetam tanto a forma como o pó entra na cavidade como a resposta do compactado à pressão. Por essa razão, *A-Z of Powder Metallurgy* (2005), de Randall German, aborda a compactação em conjunto com a produção de pós, a sinterização, a densificação, a microestrutura e a porosidade: o historial da prensagem continua visível nas etapas posteriores do processamento. ### Compactação uniaxial em matriz Na prensagem uniaxial convencional, o pó é introduzido numa cavidade da matriz e nivelado ou doseado até uma altura de enchimento controlada. Um punção inferior suporta a carga; em seguida, um ou mais punções deslocam-se ao longo do eixo da matriz para aplicar pressão. Inicialmente, as partículas deslizam e rodam, preenchendo os vazios de maiores dimensões. Com o aumento da pressão, as asperezas deformam-se, as partículas frágeis fraturam, quando aplicável, e as áreas de contacto aumentam. O compactado ganha resistência através do encravamento mecânico e da ligação local, embora ainda não esteja ligado metalurgicamente como uma peça sinterizada. A mistura de pós pode conter pós de elementos de liga, grafite e um lubrificante. A metalurgia dos pós ferrosos utiliza habitualmente adições de cobre, níquel e molibdénio, enquanto as composições ferro–cobre–carbono representam aproximadamente metade das peças de metalurgia dos pós ferrosos, segundo a referência *ScienceDirect Topics* sobre metalurgia dos pós ferrosos (2024). Um lubrificante, como o estearato de zinco ou um lubrificante orgânico adicionado internamente, reduz o atrito entre o pó e as ferramentas e diminui a força necessária para extrair o compactado. Também ajuda a evitar a aderência de pó às faces dos punções e às paredes da matriz. No entanto, um excesso de lubrificante ocupa volume que não se pode transformar em aço e pode gerar gases durante o aquecimento; por isso, a sua quantidade e o programa de remoção afetam tanto a densidade em verde como a sinterização. O ligante é uma questão distinta. Algumas misturas necessitam de um ligante para melhorar a resistência dos grânulos, a fluidez ou a capacidade de manipulação, sobretudo quando o pó apresenta fraca coesão ou quando se prepara uma matéria-prima moldada por outra via. Na produção convencional de aço por prensagem e sinterização, lubrificante e ligante não são termos intercambiáveis. Qualquer adição orgânica deve ser removida numa fase controlada de remoção do ligante ou de aquecimento inicial; caso contrário, o carbono residual, a libertação de gases ou as reações formadoras de poros podem alterar a peça. A prensagem pode utilizar um único punção móvel, punções opostos ou vários punções a diferentes níveis. A escolha é determinada pela altura do componente, pelas variações da secção transversal e pela distribuição de material necessária. Um conjunto de ferramentas para um anel relativamente simples é diferente de um conjunto destinado a um cubo escalonado com várias superfícies funcionais. As ferramentas não se limitam a reproduzir um desenho. Determinam a direção em que o pó é deslocado e as tensões impostas durante a extração. ![Aços de Pulvimetalurgia: Normas, Conceção de Ligas, Porosidade e Carbonetos](/images/uploads/dc83cd40-7af6-4d8f-b76e-065534acc35b/wiki-inline-a-labeled-cross-section-of-a-uniaxially-compacted-green-steel-part-showing-punch-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/dc83cd40-7af6-4d8f-b76e-065534acc35b/wiki-inline-a-labeled-cross-section-of-a-uniaxially-compacted-green-steel-part-showing-punch-1920x1288.avif "Ampliar imagem — Aços de Pulvimetalurgia: Normas, Conceção de Ligas, Porosidade e Carbonetos")Uniaxial pressing can create local density differences that affect sintering and final properties. ### Densidade em verde e gradientes de densidade A densidade em verde é a massa do compactado dividida pelo seu volume exterior antes da sinterização. É um resultado do processo, não uma constante fixa do material. Uma média determinada pode ocultar variações locais substanciais. Perto de um punção móvel, as partículas recebem uma carga direta; mais longe, a força é transmitida através de uma massa granular que perde pressão devido ao atrito contra a parede da matriz. O resultado é um gradiente de densidade ao longo da direção de prensagem. O atrito com a parede da matriz é central para este efeito. À medida que o punção superior desce, o atrito resiste ao movimento descendente das partículas ao longo da parede. A zona próxima do punção carregado pode compactar-se mais fortemente do que uma região afastada, enquanto uma configuração com punções opostos pode reduzir a diferença ao aplicar carga a partir de ambas as extremidades. A lubrificação altera o coeficiente de atrito, mas não elimina o problema. Compactados mais altos, cavidades estreitas e alterações abruptas da espessura da secção dificultam geralmente a compactação uniforme. A densidade também varia em torno de furos, cantos, nervuras e transições. O pó tem de fluir para essas regiões, em vez de simplesmente se comprimir no local. Uma flange fina ligada a uma saliência espessa pode atingir uma densidade local diferente, mesmo quando ambas estão sujeitas à mesma força nominal de prensagem. As zonas de baixa densidade contraem-se posteriormente de forma diferente das zonas de alta densidade, porque a velocidade de sinterização depende da estrutura dos poros, do contacto entre partículas e da composição local. A alteração dimensional, a distorção e a porosidade residual começam, portanto, com o padrão de enchimento e de prensagem. É por isso que as normas identificam mais do que a composição química. A ASTM B783-24 classifica os materiais estruturais ferrosos de metalurgia dos pós pela composição química, densidade, tensão de cedência no estado sinterizado e resistência à tração última após tratamento térmico. A ISO 5755:2022 especifica requisitos para materiais estruturais de ferro, aço, aço ligado e aço inoxidável sinterizados. Nenhuma das normas transforma uma mistura de pós num tipo de material independente da sua densidade e do seu historial de processamento. Os poros de uma peça em verde são espaços interligados e irregulares deixados entre as partículas; a sua forma e conectividade posteriores influenciam a remoção do lubrificante, a sinterização, a infiltração e qualquer densificação subsequente. A compactação pode reduzir o volume de poros, mas não pode garantir uma rede de poros uniforme. A metalurgia dos pós por prensagem e sinterização também deve permanecer distinta do fabrico aditivo. O capítulo do *ASM Handbook* sobre fabrico aditivo de aços e aços inoxidáveis, publicado pelo NIST (2020), relaciona a porosidade, as inclusões, as tensões residuais e o tratamento térmico pós-construção com as camadas depositadas e os seus ciclos térmicos, não com o enchimento uniaxial de uma matriz. ### Extração, fissuração e limites geométricos Após a prensagem, os punções têm de recuar e a peça tem de sair da matriz sem perder a sua forma. A extração é mecanicamente exigente porque o compactado se expandiu ligeiramente contra a parede da matriz e tem de vencer o atrito estático. A força necessária pode gerar tensões de tração no interior da peça em verde, sobretudo quando a densidade é irregular ou quando o componente tem uma superfície de apoio longa. Um compactado pode parecer íntegro imediatamente após a prensagem e fissurar ao subir através da matriz. Também podem formar-se fissuras durante a compressão. Uma ligação insuficiente entre partículas, ar retido, excesso de lubrificante, cantos internos vivos e grandes diferenças de densidade local aumentam o risco. A delaminação é um defeito característico no qual se desenvolvem no compactado separações frágeis e aproximadamente planas, frequentemente associadas a ar retido ou à libertação de tensões durante a descarga. A lascagem das arestas é comum quando uma secção fina não consegue suportar a manipulação ou a retirada do punção. A geometria deve, por isso, ser adequada à direção de prensagem. Os furos passantes paralelos ao movimento dos punções são geralmente fáceis de gerir, porque uma haste-núcleo pode permanecer fixa ou deslocar-se com os punções. Rebaixos, características reentrantes e furos laterais exigem ferramentas móveis, maquinagem secundária ou outra via de fabrico. Uma matriz não consegue libertar uma característica que bloqueie mecanicamente a peça no seu lugar. Roscas, ranhuras transversais profundas e alterações acentuadas da espessura das paredes também podem ultrapassar os limites práticos das ferramentas ou da extração. As alterações da espessura da secção merecem particular atenção. Uma alma fina pode compactar-se e ser extraída de forma diferente de uma secção espessa adjacente e, posteriormente, contrair-se a uma velocidade diferente durante a sinterização. Os cantos vivos concentram tensões e dificultam o escoamento do pó; os raios proporcionam às partículas e às tensões um percurso mais gradual. Projetar a peça em verde é, consequentemente, um problema de previsão que se estende até ao forno. A forma prensada tem de sobreviver à manipulação, permitir a remoção do ligante ou do lubrificante e acomodar as alterações dimensionais produzidas à medida que os poros se fecham e as ligações entre partículas se desenvolvem. Nos aços produzidos por metalurgia dos pós, a compactação não é um simples atalho neutro para dar forma. Estabelece o campo espacial de densidade, a geometria dos poros e grande parte do risco mecânico transportado para a sinterização. Essas características interagem com as inclusões e a distribuição da liga; a ISO 13947:2024 especifica inclusivamente a determinação de inclusões não metálicas em pós metálicos e permite a aplicação a peças de aço obtidas por forjamento de pós. O compactado em verde está inacabado, mas o seu historial já se tornou parte do material. ## Sinterização e densificação A sinterização é a consolidação térmica de um pó compactado. Uma prensa transforma o pó misturado num compactado “em verde” com uma forma definida, mas, nessa fase, as partículas estão apenas mecanicamente interligadas. A sinterização aquece o compactado a uma temperatura inferior à sua principal temperatura de fusão, permitindo que os átomos se difundam através dos contactos entre partículas, que se desenvolvam ligações, que os poros alterem a sua forma e dimensão e que a peça adquira uma resistência útil. O processo não é simplesmente uma etapa de secagem nem uma versão em forno da produção convencional de aço. O seu resultado depende da composição química do pó, da forma das partículas, da densidade do compactado, da remoção do lubrificante, da atmosfera do forno, da velocidade de aquecimento, da temperatura máxima, do tempo de manutenção, do percurso de arrefecimento e da resposta dimensional da composição específica. As normas refletem este historial do processo. A ASTM B783-24 classifica os materiais estruturais ferrosos de metalurgia dos pós pela composição química, densidade, tensão de cedência no estado sinterizado e resistência à tração última após tratamento térmico. A ISO 5755:2022 especifica requisitos para materiais estruturais de ferro, aço, aço ligado e aço inoxidável sinterizados. Nenhuma das normas trata o “aço de metalurgia dos pós” como um único tipo de material. A sinterização transforma um determinado compactado num material cuja composição e estrutura dos poros têm de ser consideradas em conjunto. ### Ligação no estado sólido e crescimento dos pescoços Pescoço de sinterização **Pescoço de sinterização** Uma ponte sólida que cresce entre partículas de pó em contacto durante a sinterização, à medida que os átomos se difundem em direcção à zona de contacto. No início da sinterização, os pontos de contacto entre partículas adjacentes tornam-se locais de transporte atómico. A curvatura da superfície cria uma diferença de potencial químico: os átomos abandonam as regiões de elevada curvatura e deslocam-se em direção ao contacto, onde cresce uma ponte sólida, ou pescoço, entre as partículas. Inicialmente, este pescoço é pequeno, mas a sua área de secção transversal aumenta à medida que a difusão prossegue. O compacto adquire resistência antes de atingir uma elevada densidade, porque estas pontes criam uma rede contínua capaz de suportar cargas. #### Mecanismos de transporte na sinterização - **Difusão superficial** Aumenta as zonas de contacto e os pescoços entre partículas, com contracção limitada. - **Difusão pelos limites de grão** Desloca material ao longo dos limites e pode contribuir para a densificação. - **Difusão pela rede cristalina** Transporta átomos através da rede cristalina e favorece a redução da porosidade. - **Escoamento líquido** Pode predominar quando um constituinte da liga forma uma fase líquida transitória. Podem atuar simultaneamente várias vias de difusão. A difusão superficial pode aumentar o tamanho dos pescoços sem provocar uma contração significativa. A difusão pelos limites de grão e a difusão pela rede cristalina podem deslocar material para os espaços dos poros e contribuir mais diretamente para a densificação. A evaporação e a condensação são relevantes em alguns sistemas, enquanto o escoamento viscoso ou líquido pode dominar quando uma adição de liga forma uma fase líquida transitória. O mecanismo varia, portanto, em função da temperatura, do tamanho das partículas, dos constituintes da liga e da distribuição dos poros. As composições ferro–cobre–carbono representam aproximadamente metade das peças de PM ferrosas, segundo a entrada *Ferrous Powder Metallurgy* em ScienceDirect Topics (2024). O cobre pode difundir-se para o ferro durante o aquecimento e, dependendo da composição e das condições do forno, pode formar-se uma fase líquida rica em cobre durante a sinterização. Esta fase líquida molha partes do esqueleto de ferro e pode acelerar o rearranjo e o preenchimento dos poros, mas também pode provocar inchamento ou outras alterações dimensionais. O carbono afeta a fase de ferro, as reações de sinterização e a microestrutura final; não é simplesmente uma adição destinada a aumentar a dureza. O níquel e o molibdénio são também adições comuns nos aços ferrosos de PM. A sua dissolução, velocidade de difusão e distribuição espacial afetam a temperabilidade local e a composição das regiões que rodeiam os poros. Os pós pré-ligados contêm os elementos de liga no interior de cada partícula, enquanto os pós misturados deixam algumas adições distribuídas entre as partículas de ferro antes da sinterização. Estas vias podem produzir diferentes velocidades de homogeneização e diferentes microestruturas locais, mesmo quando a composição química nominal do volume é semelhante. A contração é uma consequência da redução dos poros, mas não é uniforme em todas as composições ou geometrias. Um compacto pode contrair-se numa direção, expandir-se noutra ou apresentar alterações dimensionais locais causadas pela gravidade, pelo atrito, pelo movimento da fase líquida ou por uma densidade em verde desigual. A matriz e a direção de compactação também deixam uma assinatura do processo. As regiões que começaram com uma densidade em verde inferior dispõem de um maior volume de poros passível de se fechar e podem contrair-se de forma diferente das regiões fortemente compactadas. O controlo dimensional começa, portanto, antes da passagem pelo forno. Os aços-ferramenta de pulvimetalurgia podem desenvolver populações de carbonetos mais finas, mais arredondadas e distribuídas de forma mais uniforme do que as obtidas por processos convencionais a partir de lingotes. Strong evidence A estrutura dos carbonetos constitui outro exemplo da importância do histórico de sinterização. Os aços para ferramentas produzidos por metalurgia dos pós podem desenvolver populações de carbonetos finas, arredondadas e mais uniformemente distribuídas, incluindo níveis ou composições de carbonetos difíceis ou impossíveis de obter através da metalurgia convencional de lingotes, conforme descrito por ScienceDirect Topics (2024). A ISO 4957:2018 aplica os requisitos relativos aos aços para ferramentas tanto a produtos fabricados por metalurgia dos pós como a produtos fabricados por laminagem a quente, forjamento, trefilagem a frio e laminagem a frio. A norma comum não torna as microestruturas idênticas; reconhece que a via de fabrico faz parte da identidade do material. ### Atmosfera, temperatura e tempo A atmosfera do forno controla as reações nas superfícies das partículas e no interior dos poros abertos. O hidrogénio pode reduzir determinados óxidos superficiais, enquanto o vácuo reduz a pressão parcial dos gases reativos. O azoto, o gás endotérmico, o amoníaco dissociado e outras atmosferas controladas podem ser selecionados de acordo com a composição química do aço e com o potencial de carbono necessário. O oxigénio ou o vapor de água podem oxidar as superfícies dos pós, interferir na formação dos pescoços, alterar o teor de carbono e deixar películas de óxido retidas nos limites entre partículas. As atmosferas que contêm carbono podem adicionar carbono; as condições descarbonizantes podem removê-lo. O controlo da atmosfera é, portanto, uma operação química, e não apenas uma proteção contra a carepa visível. #### Advertência relativa ao ciclo do forno Os gases resultantes da decomposição de lubrificantes e ligantes têm de escapar através de poros interligados. Uma velocidade de aquecimento ou uma trajectória do fluxo gasoso inadequada pode causar bolhas, resíduos retidos ou pressão interna anormal. A remoção do lubrificante deve ocorrer antes ou durante a fase inicial do ciclo a alta temperatura. A decomposição do aglutinante ou do lubrificante produz gases. Se esses gases não conseguirem escapar através dos poros interligados do compacto, podem criar bolhas, resíduos retidos ou uma pressão interna anormal. A velocidade de aquecimento e o percurso do escoamento gasoso são particularmente importantes em componentes grandes ou fortemente compactados, nos quais o exterior pode tornar-se relativamente impermeável antes de o interior ter libertado os produtos de decomposição. A temperatura determina quais os mecanismos de transporte que estão ativos e se os constituintes da liga permanecem sólidos ou formam uma fase líquida. Uma temperatura mais elevada aumenta geralmente as velocidades de difusão, mas o ciclo útil é limitado pelo crescimento dos grãos, pela distorção, pelas reações superficiais, pela exsudação da fase líquida e por interações indesejáveis entre o aço e os componentes do forno. O tempo de manutenção permite o crescimento dos pescoços, o arredondamento dos poros, a redistribuição da liga e a transformação de fases. Não garante, contudo, a eliminação completa dos poros. Quando os poros ficam isolados no interior dos grãos ou são encerrados por limites de grão convergentes, a pressão dos gases e o esqueleto sólido em contração podem abrandar o seu fecho subsequente. O arrefecimento também faz parte do ciclo de sinterização. Dependendo do carbono, dos elementos de liga, da velocidade de arrefecimento e de qualquer tratamento térmico subsequente, as transformações de fase podem produzir ferrite, perlite, bainite, martensite ou misturas destas estruturas. Um segmento de arrefecimento rápido pode preservar uma estrutura diferente da obtida através de um arrefecimento lento no forno, mesmo quando a temperatura máxima foi a mesma. As propriedades finais dependem, consequentemente, do percurso térmico completo e não apenas da temperatura máxima. A atmosfera de sinterização e as inclusões devem ser consideradas em conjunto. Películas de óxido, partículas não metálicas e resíduos podem interromper a ligação entre partículas ou atuar como locais de retenção dos poros. A ISO 13947:2024 especifica um método para determinar inclusões não metálicas em pós metálicos e permite a sua aplicação a peças de aço forjado a partir de pós. Esse âmbito é significativo: o controlo das inclusões começa na produção e no manuseamento dos pós e prossegue durante a compactação, a sinterização e qualquer operação de forjamento. Um forno limpo não consegue corrigir todos os defeitos introduzidos antes de o compacto entrar no forno. ### Evolução da porosidade e densificação secundária Porosidade residual **Porosidade residual** O volume de vazios interligados ou isolados que permanece após a sinterização ou outra operação de consolidação. A porosidade altera-se continuamente durante a sinterização. Inicialmente, os poros são espaços irregulares entre as partículas e estão frequentemente ligados ao exterior. O crescimento dos pescoços divide e arredonda esses espaços; a contração reduz o seu volume; e a difusão pode deslocá-los em direção aos limites de grão ou fazer com que fiquem isolados. O tamanho, a forma, a conectividade e a localização dos poros resultantes afetam o comportamento à fadiga, a iniciação da fratura, a permeabilidade a fluidos, a resposta ao tratamento térmico e a estabilidade dimensional. Duas peças com a mesma densidade global podem, portanto, comportar-se de forma diferente se uma contiver poros finos, arredondados e fechados, enquanto a outra contiver poros alongados e interligados. A porosidade residual pode ser intrínseca aos materiais compactados e sinterizados, porque o compacto inicial contém vazios e o esqueleto sólido nem sempre consegue eliminá-los completamente. O gás retido, as películas de óxido rígidas, a pressão local insuficiente, as adições de liga e os poros isolados opõem-se ao fecho final. A compactação em matriz também impõe limites à densidade que pode ser alcançada uniformemente, sobretudo em formas complexas. A sinterização convencional reduz e remodela a rede de poros; não produz automaticamente uma estrutura completamente semelhante à de um material conformado. As operações secundárias alteram a densidade, as dimensões ou a estrutura dos poros de formas diferentes. | Operação | Acção sobre a peça | Limitação principal | |---|---|---| | Recompactação | Aplica outra etapa de compactação após a sinterização | Pode ser selectiva, em vez de volumétrica | | Calibração | Corrige dimensões seleccionadas numa matriz | Não elimina a porosidade em toda a peça | | Infiltração | Introduz outro material nos poros interligados | Requer conectividade dos poros e molhabilidade adequadas | | Forjamento de pós | Aplica deformação a quente a uma pré-forma sinterizada | Acrescenta deformação de forjamento, variáveis de ferramentas e variáveis dimensionais | Os processos de densificação secundária abordam essa limitação através de diferentes famílias de processos. A recompação aplica uma nova etapa de compactação após a sinterização, frequentemente para fechar poros e recuperar a precisão dimensional. O calibramento é uma operação relacionada que força uma peça sinterizada a atravessar uma matriz para corrigir determinadas dimensões, embora não remova a porosidade em todo o volume. A infiltração introduz um constituinte de menor ponto de fusão nos poros interligados, preenchendo parte do espaço vazio e alterando a estrutura do compósito. O resultado depende da conectividade dos poros e da relação de molhabilidade entre o infiltrante e o aço. O forjamento de pós combina uma pré-forma porosa com uma deformação a quente substancial. A deformação aplicada fecha os poros de forma mais agressiva do que o processamento convencional de compactação e sinterização e pode alterar o escoamento dos grãos e o alinhamento das inclusões. Continua a ser distinto da sinterização isolada. Outras vias de alta pressão, incluindo a compactação a morno e sequências especializadas de densificação a quente ou a frio, também alteram o equilíbrio entre o fecho dos poros, a distorção e o desenvolvimento microestrutural. A fabrico aditivo não deve ser integrado nesta descrição apenas por também começar com pó metálico. O capítulo do ASM Handbook sobre fabrico aditivo de aços e aços inoxidáveis, publicado pelo NIST (2020), considera a porosidade, as inclusões, as tensões residuais e o processamento térmico pós-fabrico preocupações centrais, mas o seu histórico de fusão e solidificação camada a camada difere do da compactação convencional em matriz seguida de sinterização. Os aços produzidos por metalurgia dos pós são definidos pela interação entre o pó, o compacto, o ciclo do forno e qualquer via de densificação especificada. Os poros que permanecem e as ligações que se formam em seu redor fazem parte desse histórico. ## Microestrutura: poros, fases e carbonetos Aço produzido por metalurgia dos pós não pode ser avaliado apenas com base na composição química nominal. Dois materiais com o mesmo teor de carbono, crómio, molibdénio ou níquel podem comportar-se de forma diferente se os respetivos pós, pressões de compactação, ciclos de sinterização, gradientes de densidade, redes de poros, inclusões ou tratamentos térmicos forem diferentes. O material relevante não é apenas um sistema de ligas. É um sistema de ligas após uma sequência específica de produção e mistura dos pós, compactação, prensagem, sinterização, densificação opcional e tratamento térmico. Esta distinção está refletida nas normas. A ASTM B783-24 classifica os materiais ferrosos estruturais produzidos por metalurgia dos pós com base na composição química, densidade, limite de elasticidade no estado sinterizado e resistência máxima à tração após tratamento térmico, e não apenas com base na química. A ISO 5755:2022 especifica igualmente requisitos para materiais estruturais de ferro sinterizado, aço, aço ligado e aço inoxidável sinterizado. Estas classificações reconhecem que a densidade e o historial de processamento fazem parte da descrição do material. A microestrutura regista esse historial. Contém a matriz à base de ferro, as fases formadas durante o arrefecimento ou o tratamento térmico, os carbonetos de liga, as inclusões e os poros deixados entre ou no interior das partículas compactadas. Cada uma destas características afeta as restantes. A movimentação do carbono durante a sinterização altera o equilíbrio local de fases; os elementos de liga modificam a temperabilidade e a formação de carbonetos; os poros interrompem a área resistente à carga e proporcionam superfícies a partir das quais podem crescer fissuras. Uma designação de qualidade é, por conseguinte, um ponto de partida, não uma previsão completa do comportamento. ![Aços de Pulvimetalurgia: Normas, Conceção de Ligas, Porosidade e Carbonetos](/images/uploads/bf66b345-9a09-4316-8aee-13a1b8e4cf86/wiki-inline-a-metallographic-micrograph-comparing-fine-rounded-powder-metallurgy-tool-steel-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/bf66b345-9a09-4316-8aee-13a1b8e4cf86/wiki-inline-a-metallographic-micrograph-comparing-fine-rounded-powder-metallurgy-tool-steel-2027x2560.avif "Ampliar imagem — Aços de Pulvimetalurgia: Normas, Conceção de Ligas, Porosidade e Carbonetos")Powder processing can produce a finer, more evenly distributed carbide population. ### Morfologia dos poros e resposta mecânica A porosidade é a distinção estrutural mais evidente entre muitos aços PM prensados e sinterizados e aços totalmente conformados por deformação plástica. Durante a compactação, as partículas de pó rearranjam-se, deformam-se e formam contactos, mas o compactado conserva normalmente vazios interligados ou isolados. A sinterização reforça as ligações entre partículas e arredonda alguns vértices dos poros, enquanto a retração, o empacotamento local do pó e as condições do forno determinam a população final de poros. Os processos de densificação podem reduzir ou fechar os poros, embora a sua eficácia dependa do processo utilizado e do compactado inicial. O volume dos poros é importante, mas a geometria dos poros é igualmente relevante. Um poro pequeno, arredondado e isolado cria um campo de tensões diferente do de um vazio aguçado e alongado. Este último comporta-se como um concentrador local de tensões mais forte, porque a sua extremidade estreita amplifica a tensão local de tração ou de corte. Uma cadeia de poros em contacto pode formar um percurso preferencial para uma fissura, mesmo quando a densidade média parece aceitável. O tamanho, a forma, a continuidade e a posição dos poros relativamente à superfície ou a uma secção submetida a carga devem, por isso, ser considerados em conjunto. A localização altera a resposta. Os poros ligados à superfície expõem uma região maior à oxidação, à corrosão e a danos mecânicos, enquanto os poros próximos de uma aresta ou entalhe altamente solicitado podem interagir com o campo de tensões do entalhe. Os poros internos podem ter uma influência menor sob algumas formas de carga monotónica, mas tornam-se importantes sob carga cíclica, quando a plasticidade local repetida ou a abertura da ponta da fissura se acumulam. A sensibilidade à fadiga está, consequentemente, ligada aos defeitos de maior dimensão e mais desfavoravelmente localizados, e não simplesmente a um valor médio de porosidade. A direção de compactação também pode deixar uma assinatura estrutural. O rearranjo das partículas e os gradientes de densidade podem variar ao longo da peça prensada, sobretudo em secções com variações de espessura ou com características que tornam desigual o escoamento do pó e a transmissão da pressão. A sinterização pode reduzir estas diferenças, mas não elimina todas as variações locais. Uma secção metalográfica obtida paralelamente a um eixo pode, portanto, revelar uma distribuição de poros diferente da de uma secção obtida perpendicularmente a esse eixo. O controlo das inclusões deve ser incluído na mesma discussão. As partículas não metálicas podem atuar como concentradores de tensões independentes ou associar-se a poros e limites entre partículas. A ISO 13947:2024 especifica um método para determinar inclusões não metálicas em pós metálicos e permite aplicar o método a peças de aço forjado a partir de pós. A norma não transforma a medição das inclusões num substituto do exame microestrutural; reforça a necessidade de identificar características do material que as medições de química e de densidade podem não detetar. Um processo relacionado à base de pós não deve ser confundido com a metalurgia dos pós convencional por prensagem e sinterização. O capítulo de 2020 do ASM Handbook sobre fabrico aditivo de aços e aços inoxidáveis, publicado pelo NIST, identifica a porosidade, as inclusões, as tensões residuais e o processamento térmico posterior à construção como fatores importantes nas peças fabricadas aditivamente. Estas questões sobrepõem-se às da metalurgia dos pós, mas a deposição por camadas, a solidificação da poça de fusão e os efeitos da direção de construção criam um historial de processamento diferente do da prensagem e sinterização. ### Ferrite, perlite, bainite, martensite e carbonetos de liga #### Constituintes comuns da matriz Ferrite Uma fase de ferro relativamente pobre em carbono, geralmente mais macia do que os produtos de transformação mais duros. Perlite Um constituinte de ferrite e cementite formado por uma transformação por difusão. Bainite Um produto de transformação com um equilíbrio de dureza e tenacidade distinto do da perlite grosseira ou da martensite totalmente transformada. Martensite Um produto de transformação duro formado quando a austenite é arrefecida suficientemente depressa para suprimir a transformação por difusão. A matriz de ferro pode conter ferrite, perlite, bainite, martensite ou misturas destes constituintes. As respetivas proporções e distribuições dependem da atividade do carbono, dos elementos de liga, da velocidade de arrefecimento, da atmosfera de sinterização, da dimensão da secção e do tratamento térmico subsequente. A mesma composição nominal pode, assim, produzir diferentes estruturas da matriz quando se alteram as condições de arrefecimento ou de têmpera. A ferrite tem um teor de carbono relativamente baixo e é geralmente mais macia do que os produtos de transformação mais duros. A perlite é constituída por ferrite e cementite alternadas, sendo a sua escala e distribuição afetadas pelas condições de transformação. A bainite forma-se através de uma via de transformação diferente e pode proporcionar uma combinação de dureza e tenacidade distinta da de uma perlite grosseira ou de uma martensite completamente transformada. A martensite forma-se quando a austenite é arrefecida suficientemente depressa para suprimir a transformação por difusão; a sua dureza depende, então, fortemente do carbono, dos elementos de liga, do revenido e da austenite retida. Estes nomes descrevem fases ou constituintes, não valores garantidos de propriedades. Um aço PM pode conter uma matriz ferrítica em torno de poros e regiões ricas em elementos de liga, ou uma matriz martensítica cuja continuidade é interrompida por poros residuais e carbonetos. O tratamento térmico pode alterar a dureza da matriz, deixando a geometria dos poros praticamente intacta. Pode também modificar as tensões residuais e o estado dos limites entre partículas. Por esse motivo, um aço PM tratado termicamente não é simplesmente o material no estado sinterizado com um valor de dureza mais elevado. O cobre, o níquel e o molibdénio são adições comuns nos aços ferrosos produzidos por metalurgia dos pós. A referência técnica citada sobre metalurgia dos pós ferrosos indica que as composições ferro–cobre–carbono representam aproximadamente metade das peças ferrosas PM. O cobre pode contribuir para a variação dimensional e para o reforço da matriz; o níquel e o molibdénio influenciam a temperabilidade e o comportamento de transformação. Os seus efeitos dependem da forma como as adições são introduzidas: como pós elementares, partículas pré-ligadas, pós ligados por difusão ou outras formulações de pós. A distribuição antes da sinterização afeta a distância de difusão e a uniformidade química da matriz final. Os carbonetos acrescentam outro nível estrutural. A cementite é o carboneto de ferro associado à perlite e a outros produtos de transformação, enquanto os carbonetos de liga podem conter crómio, vanádio, tungsténio, molibdénio ou combinações destes elementos. O seu tamanho, composição química, fração volúmica e espaçamento afetam o comportamento ao desgaste, a dureza, a tenacidade e a propagação de fissuras. Grandes aglomerados irregulares de carbonetos podem ser mais prejudiciais do que uma quantidade semelhante de carbonetos distribuída sob a forma de partículas finas. Uma secção polida pode revelar diretamente esta distinção, ao passo que uma análise química global não o pode fazer. Os aços-ferramenta produzidos por metalurgia dos pós são especialmente importantes neste contexto. Podem produzir níveis ou composições de carbonetos difíceis ou impossíveis de obter através da metalurgia convencional de lingotes, porque as partículas de pó atomizado solidificam rapidamente e podem limitar a segregação grosseira existente num lingote de grandes dimensões. A consolidação subsequente preserva uma distribuição muito mais fina do que a que o processamento convencional de lingotes pode proporcionar. A ISO 4957:2018 aplica explicitamente os requisitos relativos aos aços-ferramenta a produtos fabricados por metalurgia dos pós, bem como a produtos laminados a quente, forjados, estirados a frio e laminados a frio. A existência de uma norma comum não significa que estes processos de produção originem microestruturas idênticas. ![Aços de Pulvimetalurgia: Normas, Conceção de Ligas, Porosidade e Carbonetos](/images/uploads/e621bde3-65d8-4ac4-be22-eeefbba55287/wiki-inline-a-labeled-cross-sectional-illustration-showing-isolated-rounded-pores-elongated-1920x1920.jpg)[](/images/uploads/e621bde3-65d8-4ac4-be22-eeefbba55287/wiki-inline-a-labeled-cross-sectional-illustration-showing-isolated-rounded-pores-elongated-1920x1920.avif "Ampliar imagem — Aços de Pulvimetalurgia: Normas, Conceção de Ligas, Porosidade e Carbonetos")Pore shape, size, connectivity, and location can matter as much as average density. ### Estruturas finas e arredondadas de carbonetos isotrópicos Estrutura isotrópica dos carbonetos **Estrutura isotrópica dos carbonetos** Uma distribuição de carbonetos com alinhamento direccional relativamente limitado, em comparação com padrões de carbonetos alongados ou dispostos em cordões. A afirmação característica relativa aos aços-ferramenta PM não é simplesmente a de que contêm “mais carbonetos”. A sua estrutura distintiva é uma população fina, arredondada e relativamente isotrópica de carbonetos dispersa pela matriz. “Isotrópica” refere-se aqui a uma distribuição menos fortemente alinhada com a direção de trabalho do que os padrões de carbonetos em bandas normalmente associados a produtos de lingote submetidos a forte deformação. A forma das partículas é importante, porque os vértices aguçados dos carbonetos e as bandas longas de carbonetos produzem concentrações locais de tensões mais fortes do que as partículas pequenas e arredondadas. Os carbonetos finos também reduzem o comprimento das características frágeis contínuas. O resultado é uma microestrutura na qual o espaçamento e a orientação dos carbonetos podem diferir substancialmente dos de um aço convencionalmente fundido e trabalhado, com uma química nominal semelhante. Isto não elimina os riscos de fratura ou de fadiga; altera a escala dos defeitos e os percursos disponíveis para uma fissura. O processo de produção a partir de pós não é automaticamente suficiente. A limpeza do pó, a distribuição granulométrica das partículas, o teor de oxigénio e de inclusões, a uniformidade da compactação, a sinterização, a densificação e o tratamento térmico determinam se a estrutura de carbonetos pretendida se desenvolve efetivamente. Uma segregação excessiva no interior das partículas, superfícies de pó contaminadas, uma ligação incompleta ou um processamento térmico inadequado podem comprometer a matriz, mesmo quando a análise da liga está correta. A avaliação microestrutural deve, por conseguinte, associar a análise química à medição da densidade, à caracterização dos poros, ao exame das inclusões, à identificação das fases e à morfologia dos carbonetos. Uma especificação pode identificar uma família de materiais, mas são os poros e as fases que explicam de que modo esse material suportará a carga. Nos aços de metalurgia dos pós (PM), o historial de processamento faz parte da metalurgia. ## Propriedades mecânicas e respetiva especificação O aço de metalurgia dos pós (PM) não possui um único perfil de propriedades mecânicas. O seu comportamento medido depende da composição química do pó, da forma das partículas, da pressão de compactação, do ciclo de sinterização, da estrutura dos poros, das alterações dimensionais e de qualquer densificação posterior ou tratamento térmico. Por conseguinte, um resultado de tração constitui uma afirmação sobre uma condição material e um provete de ensaio específicos, não uma descrição completa de todas as peças produzidas com a mesma composição nominal. A ASTM B783-24 proporciona um enquadramento útil, uma vez que não classifica os materiais estruturais ferrosos de metalurgia dos pós apenas pela composição química. A norma utiliza a composição química, a densidade, a tensão de cedência no estado sinterizado e a resistência à tração máxima após tratamento térmico. Esta organização separa duas condições materialmente diferentes: as propriedades obtidas após a prensagem e a sinterização, e as propriedades obtidas após um tratamento térmico especificado. A ISO 5755:2022 aborda os materiais metálicos sinterizados, incluindo materiais estruturais de ferro sinterizado, aço sinterizado, aço ligado sinterizado e aço inoxidável sinterizado. O seu âmbito reforça a necessidade de identificar o material sinterizado e a sua condição, em vez de tratar “aço PM” como uma única designação de grau. Os aços forjados a partir de pó, infiltrados, prensados isostaticamente a quente ou fabricados por processos aditivos podem exigir especificações diferentes e não devem ser classificados com base num resultado de prensagem e sinterização sem evidência que o sustente. ### Densidade e tensão de cedência no estado sinterizado A densidade é uma das primeiras variáveis mecânicas a comunicar, porque os poros residuais reduzem a área da secção transversal que suporta a carga e atuam como concentradores de tensão. Dois provetes com a mesma liga nominal podem apresentar tensões de cedência diferentes se um deles tiver uma porosidade total mais elevada, poros interligados de maiores dimensões ou uma forma dos poros menos favorável. A localização da porosidade também é importante. Os poros alinhados com uma direção principal de tensão podem afetar a iniciação de fissuras e a deformação de forma diferente dos poros pequenos, arredondados e isolados. \[6\] \[6\] [**A-Z of Powder Metallurgy**](https://books.google.com/books/about/A_Z_of_Powder_Metallurgy.html?hl=de&id=4bxTAAAAMAAJ). Randall German. Book, 2005. A densidade indicada para um aço de metalurgia dos pós deve ser entendida como uma condição material, e não simplesmente como um valor teórico calculado a partir dos constituintes da liga. A densidade em verde após a compactação, a densidade sinterizada e a densidade após uma densificação secundária são grandezas diferentes. A remoção do lubrificante, a contração ou o crescimento durante a sinterização, a alteração dimensional associada ao cobre e as variações locais causadas pelo enchimento da matriz podem alterar o resultado final. A obra *A-Z of Powder Metallurgy*, de Randall German (2005), aborda a produção dos pós, a compactação, a sinterização, a densificação, a microestrutura e a porosidade como partes interligadas da sequência de processamento; essa ligação é essencial para interpretar os dados de resistência. A tensão de cedência no estado sinterizado descreve o início da deformação permanente antes de um tratamento de endurecimento ter alterado a matriz ou a estrutura dos carbonetos. É particularmente relevante para peças utilizadas na condição fornecida após a sinterização, a calibragem, a cunhagem ou outras operações permitidas. O valor pode variar consoante a direção do ensaio, uma vez que a compactação convencional em matriz pode produzir gradientes de densidade e contactos entre partículas que não são idênticos ao longo da direção de prensagem e transversalmente a ela. Assim, um provete transversal e um provete longitudinal podem representar estruturas locais diferentes, mesmo quando provêm do mesmo lote de produção. A geometria do provete também altera o resultado comunicado. Uma barra de tração maquinada a partir de um compacto de maiores dimensões pode remover a região exterior, alterar a densidade da secção útil ou expor uma população de poros diferente da de uma pequena barra de ensaio prensada à forma. Os provetes entalhados, as barras de tração não maquinadas e as barras maquinadas não medem a mesma resposta. O comprimento de referência, a medição da secção transversal, o acabamento superficial, o método de fixação, a velocidade de deformação e a definição utilizada para a cedência — como um critério de desvio — devem acompanhar o valor numérico. A abordagem de classificação da ASTM B783-24 impede que uma designação baseada na tensão de cedência no estado sinterizado seja confundida com uma designação baseada na resistência à tração após tratamento térmico. Esta distinção é mais do que administrativa. Uma peça pode apresentar um comportamento de cedência aceitável no estado sinterizado e, ainda assim, responder de forma diferente após cementação, têmpera e revenido, efeitos de precipitação decorrentes de adições de elementos de liga ou outro ciclo térmico especificado. ### Resistência à tração máxima após tratamento térmico Os valores das propriedades mecânicas não são permutáveis e requerem a indicação da condição de ensaio. | Propriedade | O que mede | Condição ou qualificação necessária | |---|---|---| | Limite de elasticidade no estado sinterizado | Início da deformação permanente antes do tratamento de endurecimento | Densidade, orientação, geometria do provete e critério de cedência | | Resistência máxima à tracção | Tensão de engenharia máxima num ensaio de tracção | Condição do tratamento térmico e método de tracção | | Desempenho à fadiga | Resposta a tensões repetidas ou flutuantes | Razão de tensões, frequência, superfície, poros e número de ciclos | | Tenacidade à fractura | Resistência ao crescimento de fissuras sob carregamento definido | Geometria do entalhe, espessura, orientação e método de ensaio | | Desempenho ao desgaste | Perda ou dano do material sob contacto | Contra-superfície, lubrificação, carga, velocidade, temperatura e morfologia dos carbonetos | A resistência à tração máxima (UTS) é a tensão de engenharia máxima atingida durante um ensaio de tração. Não é a mesma propriedade que a tensão de cedência. A tensão de cedência assinala o início selecionado da deformação plástica; a UTS inclui os efeitos da deformação plástica, do encruamento, da estricção e do comportamento à fratura na barra de ensaio. A ASTM B783-24 utiliza a UTS após tratamento térmico como uma das suas variáveis de classificação, pelo que a condição do tratamento térmico deve ser indicada juntamente com a designação do material. #### Precaução relativa ao tratamento térmico Não se deve transferir um ciclo de tratamento térmico de uma barra forjada compacta para um componente poroso de pulvimetalurgia sem verificação específica do processo. A densidade, a conectividade dos poros, o tamanho da secção, a distribuição da liga e a velocidade de arrefecimento podem produzir transformações locais diferentes. O tratamento térmico pode alterar mais do que a dureza. A temperatura de austenitização, a atmosfera, a severidade da têmpera, a temperatura de revenido e a dimensão da secção influenciam a matriz, a austenite retida, as tensões residuais e a distribuição dos carbonetos. Num compacto poroso, o ciclo térmico também interage com as superfícies internas e com a densidade local. Um ciclo nominalmente idêntico pode produzir propriedades diferentes numa barra de tração fina e num componente de produção espesso, devido às diferenças nas respetivas velocidades de arrefecimento. As adições de elementos de liga complicam ainda mais as comparações. O cobre, o níquel e o molibdénio são comuns nos aços ferrosos de metalurgia dos pós, enquanto as composições ferro–cobre–carbono representam aproximadamente metade das peças ferrosas de metalurgia dos pós, segundo a entrada sobre metalurgia dos pós ferrosos da *ScienceDirect Topics* (2024). O método de adição é importante: um elemento de liga pré-ligado no pó não produz necessariamente a mesma temperabilidade ou compactabilidade que um pó elementar misturado. A distribuição do carbono, a atmosfera de sinterização e a segregação local também podem afetar a matriz final. Os aços-ferramenta de metalurgia dos pós ilustram por que razão a composição e o historial de processamento não podem ser reduzidos a um único valor de resistência à tração. Podem obter-se populações de carbonetos finos e arredondados com teores ou composições de carbonetos difíceis ou impossíveis de alcançar através da metalurgia convencional de lingotes. Essas estruturas podem alterar a resistência ao desgaste, a fratura, a maquinabilidade e a resposta ao tratamento térmico, independentemente da UTS indicada. A ISO 4957:2018 inclui explicitamente produtos fabricados por metalurgia dos pós, juntamente com produtos de aço-ferramenta laminados a quente, forjados, trefilados a frio e laminados a frio, mas a norma comum não torna idênticas as suas microestruturas ou respostas em serviço. Uma comparação válida deve identificar a densidade, a orientação, a geometria do provete, a condição de maquinagem, o ciclo de tratamento térmico, a temperatura de ensaio, a velocidade de deformação e o método de ensaio de tração. Os resultados de uma peça totalmente densa forjada a partir de pó, de um compacto prensado e sinterizado e de um provete fabricado por processo aditivo não devem ser incluídos numa única classificação sem ter em conta as diferenças entre as respetivas morfologias dos poros e tensões residuais. O capítulo do *ASM Handbook* sobre o fabrico aditivo de aços e aços inoxidáveis, publicado pelo NIST (2020), identifica a porosidade, as inclusões, as tensões residuais e o processamento térmico pós-fabrico como influências importantes; esses fatores são relevantes para os materiais à base de pó em geral, mas o fabrico aditivo não constitui a mesma via de processamento que a prensagem e a sinterização convencionais. ### Considerações sobre tração, fadiga, fratura e desgaste A resistência à tração responde a uma questão restrita: como se comporta um provete especificado sob uma carga uniaxial continuamente crescente. Não prevê a vida à fadiga. Os danos por fadiga desenvolvem-se sob tensões repetidas ou flutuantes, frequentemente a níveis de tensão inferiores à tensão de cedência à tração. No aço de metalurgia dos pós, os poros e as inclusões podem atuar como pontos internos de iniciação de fissuras, enquanto os poros comunicantes com a superfície, as marcas de maquinagem e as transições geométricas acentuadas proporcionam locais adicionais de iniciação. Numa comparação de fadiga, devem ser especificados a densidade, a distribuição do tamanho dos poros, a razão de tensões, a frequência, o estado superficial e o número de ciclos. O comportamento à fratura exige evidência própria. Uma UTS elevada pode coexistir com uma tenacidade à fratura limitada se os poros, os carbonetos grosseiros, as inclusões ou as regiões transformadas frágeis permitirem que uma fissura avance com pouca deformação plástica estável. Os ensaios de fratura também dependem da geometria do entalhe, da espessura do provete, da orientação, do modo de carregamento e de a grandeza comunicada ser a energia de impacto, a tenacidade em deformação plana, a velocidade de propagação da fissura ou uma medida relacionada. A energia de impacto Charpy não pode ser substituída pela tenacidade à fratura, nem qualquer uma delas pode ser inferida apenas a partir da resistência à tração. O controlo das inclusões começa antes da compactação. A limpeza do pó, as condições de atomização, o historial do pó reciclado, os resíduos de lubrificante e a atmosfera do forno podem introduzir ou preservar partículas não metálicas. A ISO 13947:2024 especifica um método para determinar inclusões não metálicas em pós metálicos e permite a sua aplicação a peças de aço forjadas a partir de pó. Esse método apoia o controlo do processo, mas uma medição de inclusões não substitui os ensaios de tração, fadiga ou fratura no material acabado. O desempenho ao desgaste é determinado pela pressão de contacto, pela velocidade de deslizamento, pela lubrificação, pelo material da contra-superfície, pela temperatura, pela dureza, pela morfologia dos carbonetos, pela rugosidade superficial e pela formação de detritos. Uma estrutura de carbonetos fina e uniformemente distribuída pode comportar-se de forma diferente de uma rede de carbonetos grosseira ou interligada, mesmo quando ambos os materiais apresentam valores semelhantes de resistência à tração última (UTS). A porosidade pode reter lubrificante numa aplicação, mas permitir a penetração de fluidos, reduzir o suporte ao contacto ou acelerar os danos superficiais noutra. Por conseguinte, os resultados dos ensaios de desgaste devem indicar a configuração do ensaio e o critério de falha. O desempenho dimensional é uma questão distinta. A contração ou o crescimento durante a sinterização, os gradientes de densidade, a recuperação elástica, a calibragem, a sobremedida de maquinagem e a deformação resultante do tratamento térmico determinam se uma peça mantém a geometria exigida. Um provete de tração pode cumprir a resistência especificada, enquanto um componente de produção pode não respeitar uma tolerância dimensional após a têmpera. Consequentemente, as especificações mecânicas devem identificar o estado do material e o método de ensaio, enquanto a validação do projeto aborda a fadiga, a fratura, o desgaste, o impacto e a estabilidade dimensional como requisitos de serviço distintos. ## Tratamento térmico de aços de metalurgia dos pós O tratamento térmico não atua sobre um corpo de aço totalmente denso e homogéneo da mesma forma que atua sobre uma barra obtida a partir de um lingote. Num aço de metalurgia dos pós (PM), o ciclo térmico altera a matriz, a distribuição de carbonetos, o estado de tensões residuais e, por vezes, a forma e a conectividade dos poros. Essas alterações afetam a estabilidade dimensional e o comportamento à fratura, além da dureza e das propriedades à tração. O resultado depende da composição do pó, da pressão de compactação, do histórico de sinterização, dos gradientes de densidade, da morfologia dos poros e de qualquer densificação subsequente. É por isso que o aço PM não deve ser descrito simplesmente como um tipo convencional produzido a partir de pó. A norma ASTM B783-24 separa os materiais estruturais ferrosos de PM por composição química, densidade, limite de elasticidade no estado sinterizado e resistência máxima à tração após tratamento térmico. A distinção entre as classificações no estado sinterizado e após tratamento térmico é significativa: a condição especificada faz parte da descrição do material, não sendo um simples pormenor de produção. A ISO 5755:2022 especifica igualmente requisitos para materiais estruturais de ferro, aço, aço ligado e aço inoxidável sinterizados. Nenhuma das duas normas considera o tratamento térmico intercambiável com a sinterização. ### Conceitos de têmpera, revenido e sinterização com endurecimento #### Sequência de endurecimento e revenido 1. **Austenitização** Aquecer o aço até ao intervalo de austenite e mantê-lo durante o tempo necessário à transformação. 2. **Têmpera** Arrefecer suficientemente depressa para formar a estrutura martensítica ou mista pretendida. 3. **Revenido** Aquecer novamente a uma temperatura inferior para ajustar a dureza, a tenacidade e as tensões residuais. 4. **Verificação** Verificar a dureza, as dimensões, o estado das fases e, quando necessário, as propriedades sensíveis à fractura. A têmpera convencional envolve normalmente o aquecimento do aço até à formação de austenite, a manutenção da temperatura durante o tempo necessário à transformação pretendida e o arrefecimento brusco para formar martensite. O revenido consiste então em reaquecer o material endurecido a uma temperatura mais baixa, de modo a reduzir as tensões de têmpera e ajustar o equilíbrio entre dureza, tenacidade e estabilidade dimensional. Dependendo da composição e do tratamento, o revenido pode provocar precipitação de carbonetos, recuperação da matriz martensítica e transformação da austenite retida instável. No aço PM, ocorrem as mesmas transformações de fase, mas os poros interrompem o fluxo de calor e reduzem a secção resistente. Um poro pode estar isolado, com pouca ligação à rede de poros circundante, ou interligado, permitindo a circulação de gases e alterando a velocidade com que o interior troca calor com a atmosfera do forno. A porosidade aberta também pode proporcionar vias de acesso para o oxigénio ou para os meios de têmpera. Consequentemente, um ciclo nominal do forno não garante o mesmo histórico térmico local num compactado de baixa densidade e numa peça quase totalmente densa. O cobre, o níquel e o molibdénio são elementos de liga comuns nos materiais ferrosos de PM, enquanto as composições ferro–cobre–carbono representam aproximadamente metade das peças ferrosas de PM, de acordo com a referência *Ferrous Powder Metallurgy* da ScienceDirect Topics (2024). Estes elementos influenciam a formação de austenite, a cinética das transformações, a temperabilidade e a resposta ao revenido. O carbono pode estar presente sob a forma de grafite, difundir-se durante a sinterização ou variar localmente devido à segregação e aos gradientes de densidade. A matriz após a têmpera pode, por conseguinte, diferir de uma região para outra do componente. A sinterização com endurecimento é um conceito de processamento e não uma família de aços distinta. O compactado é arrefecido suficientemente depressa, diretamente após a sinterização, para produzir uma transformação martensítica substancial, reduzindo ou eliminando uma operação de têmpera separada. A velocidade de arrefecimento deve ser ajustada à liga, à geometria da peça, à densidade e ao projeto do forno. A sinterização com endurecimento não é equivalente ao arrefecimento normal ao ar: a peça deve possuir temperabilidade suficiente para que o seu interior se transforme conforme pretendido. Pode continuar a ser necessário um revenido para reduzir as tensões residuais e controlar o equilíbrio final das fases. O processo pode limitar as etapas de manuseamento e de reaquecimento, mas os seus efeitos devem ser avaliados em todo o componente. Uma região exterior arrefecida rapidamente pode tornar-se martensítica, enquanto um núcleo que arrefece mais lentamente retém bainite, perlite ou austenite retida. Estes gradientes podem produzir deformações locais e respostas à fratura diferentes. Os aços-ferramenta de metalurgia dos pós apresentam uma consideração adicional. As suas estruturas finas e arredondadas de carbonetos, relativamente isotrópicas, bem como níveis ou composições de carbonetos difíceis ou impossíveis de obter pela metalurgia convencional de lingotes, são determinantes para a sua resposta à austenitização, à têmpera e ao revenido. A ISO 4957:2018 aplica os requisitos relativos aos aços-ferramenta a produtos fabricados por metalurgia dos pós, bem como a produtos laminados a quente, forjados, estirados a frio e laminados a frio; contudo, a via de fabrico continua a afetar a resposta ao tratamento. ### Temperabilidade e efeitos da secção A temperabilidade descreve a capacidade de um aço para formar martensite até uma determinada profundidade sob uma condição de arrefecimento especificada; não é o mesmo que dureza superficial. Nas peças PM, os efeitos da secção são controlados por mais fatores do que a espessura. A densidade, a forma dos poros, a distribuição da liga, as transições de secção e o contacto com ferramentas ou dispositivos de fixação influenciam todos o aquecimento e o arrefecimento. Uma camada exterior densa que envolva um interior mais poroso pode arrefecer de forma diferente de uma secção uniforme. Os poros interligados podem permitir a penetração do gás do forno durante o aquecimento e a oxidação, enquanto os poros isolados se comportam mais como vazios internos e podem concentrar tensões sem proporcionar uma via para os gases. Os poros grandes ou irregulares também atuam como locais de iniciação de fissuras. A têmpera pode acrescentar tensões de transformação a estas concentrações de tensão preexistentes. Uma peça que atinja o objetivo de dureza à superfície pode ainda conter um núcleo mais macio, austenite retida ou uma região martensítica sensível à fissuração junto de um aglomerado de poros. Os elementos de liga podem melhorar a temperabilidade, permitindo que um arrefecimento mais lento produza martensite a maior profundidade na secção. Isso não elimina os efeitos da secção. O arrefecimento lento reduz os gradientes térmicos, mas pode permitir transformações indesejáveis; o arrefecimento rápido aumenta a probabilidade de deformação e fissuração. O equilíbrio adequado é, portanto, uma propriedade do compactado específico, não uma característica universal do “aço PM”. Os gradientes de densidade formados durante o enchimento e a compactação são particularmente importantes. Regiões com diferentes densidades em verde podem contrair de forma diferente durante a sinterização e responder de forma diferente durante a têmpera. As superfícies maquinadas podem expor poros que não eram visíveis no exterior original, alterando tanto o acesso do meio de têmpera como a oxidação local. A produção e a mistura dos pós também são relevantes, uma vez que inclusões, aglomerados e partículas de liga segregadas podem permanecer como locais de transformação localizados. A ISO 13947:2024 especifica um método para determinar inclusões não metálicas em pós metálicos e permite a sua aplicação a peças de aço forjadas a partir de pó; o controlo das inclusões está, por conseguinte, ligado à fiabilidade do tratamento térmico, e não apenas à limpeza do pó. ### Deformação, oxidação e fases retidas O tratamento térmico pode alterar as dimensões através da expansão térmica, da contração durante a transformação, da redução de tensões e de diferenças no momento da transformação entre regiões. As peças PM podem apresentar crescimento, contração, empeno ou alterações de retilineidade após a têmpera e o revenido. Estes efeitos podem ser amplificados pela compactação anisotrópica, pelos poros interligados, pela densidade não uniforme e pela contração anterior durante a sinterização. Os dispositivos de fixação e as superfícies de apoio podem restringir o movimento durante o arrefecimento, deixando tensões residuais que são posteriormente libertadas durante o revenido, a maquinagem ou o serviço. A oxidação exige particular atenção quando a porosidade aberta atinge a superfície ou comunica com o interior. Podem formar-se películas de óxido nas paredes dos poros e nas superfícies exteriores, consumindo localmente elementos de liga e enfraquecendo os pescoços de ligação entre partículas. Essas películas também podem interferir com a maquinagem ou a união subsequentes. Atmosferas de forno controladas, um carregamento adequado e condições de transferência cuidadosamente selecionadas reduzem a exposição, mas o controlo da atmosfera não pode compensar uma estrutura de poros inadequada. O tratamento em vácuo, em atmosfera inerte ou em atmosfera controlada deve ser selecionado tendo em conta a densidade da peça e a química da liga. A austenite retida constitui outra fonte de instabilidade dimensional. Se a têmpera não transformar toda a austenite, a fase remanescente pode transformar-se durante o revenido, o serviço ou um tratamento criogénico posterior. A sua transformação pode produzir expansão e tensões adicionais. O excesso de martensite sem revenido adequado apresenta o problema oposto: tensão interna elevada e menor tolerância à fratura, sobretudo quando os poros ou as inclusões não metálicas constituem locais de origem de fissuras. O capítulo do ASM Handbook sobre fabrico aditivo de aços e aços inoxidáveis, publicado pelo NIST (2020), identifica a porosidade, as inclusões, as tensões residuais e o processamento térmico pós-fabrico como fatores interligados nas peças de aço fabricadas por adição. Essa comparação é útil, mas o fabrico aditivo não deve ser confundido com a metalurgia convencional dos pós por prensagem e sinterização. O histórico térmico, a geometria dos poros, a estrutura em camadas e a população de defeitos são diferentes. No caso dos aços produzidos por prensagem e sinterização, o ciclo de tratamento térmico deve ser desenvolvido com base no compactado e na condição de sinterização reais, sendo depois verificado através de medições dimensionais, da análise da dureza ou das fases e, quando necessário, de ensaios sensíveis à fratura. ## Aços-ferramenta produzidos por metalurgia dos pós Os aços-ferramenta produzidos por metalurgia dos pós (PM) não são simplesmente qualidades convencionais de aço-ferramenta fornecidas sob a forma de pó. As suas propriedades resultam de uma sequência interligada: produção do pó, mistura, compactação, sinterização, densificação opcional e tratamento térmico. Cada fase influencia a seguinte. A atomização controla a composição química e a limpeza das partículas; a compactação determina a distribuição da densidade em verde; a sinterização altera a morfologia dos poros e as interfaces dos carbonetos; e a têmpera, o revenido ou outros tratamentos térmicos estabelecem a matriz final e o estado de tensões residuais. Este historial de processamento cria uma família distinta de materiais. Também impede a afirmação simplista de que todo o aço-ferramenta PM é superior ao equivalente produzido por lingotamento. O resultado depende da qualidade, da via de produção do pó, do método de consolidação, do tratamento térmico e dos requisitos de serviço. ### Por que razão o controlo dos carbonetos é importante Os carbonetos proporcionam grande parte da resistência ao desgaste nos aços-ferramenta com elevado teor de carbono e de elementos de liga, mas o volume de carbonetos, por si só, não determina o desempenho. O tamanho, a forma, o tipo químico, o espaçamento e a distribuição são igualmente importantes. Um aço com uma elevada fracção de carbonetos pode apresentar baixa tenacidade se os carbonetos formarem uma rede contínua ou bandas segregadas. Partículas grandes e angulares podem actuar como iniciadores de fissuras, sobretudo quando as cargas de maquinagem, o impacto ou os ciclos térmicos impõem tensões locais de tracção. Na metalurgia convencional de lingotamento, a liga líquida arrefece através de uma secção de fundição relativamente grande. À medida que os dendritos primários solidificam, o líquido rico em soluto é rejeitado, e o líquido remanescente torna-se progressivamente mais rico em carbono e em elementos formadores de carbonetos. Isto produz microsegregação. O crómio, o molibdénio, o vanádio, o tungsténio e o carbono podem, assim, acumular-se nas regiões interdendríticas, onde se formam carbonetos eutécticos grosseiros. A forjagem e o trabalho termomecânico podem fragmentar esta estrutura, mas nem sempre conseguem eliminar as suas origens químicas. As grandes secções e as composições altamente ligadas tornam o problema mais grave. A produção de pós altera a escala da solidificação. A atomização por gás fragmenta o metal fundido em pequenas gotas que arrefecem rapidamente, imobilizando os elementos de liga antes que se desenvolva o padrão de segregação encontrado num lingote de grandes dimensões. Após a compactação e a sinterização, ou depois de uma etapa de densificação assistida por pressão, a população de carbonetos resultante pode ser muito mais fina. Os aços-ferramenta PM podem produzir uma distribuição de carbonetos fina, arredondada e relativamente isotrópica, em vez das bandas alongadas de carbonetos frequentemente associadas a material de lingotamento fortemente segregado. Essa morfologia é importante. As partículas arredondadas reduzem as concentrações geométricas acentuadas de tensão. Uma distribuição mais uniforme reduz também os percursos frágeis longos através da microestrutura, enquanto a isotropia torna a resposta menos dependente da direcção de trabalho. Estas são tendências metalúrgicas, não garantias: uma densificação incompleta, um tratamento térmico inadequado, a contaminação do pó ou um engrossamento excessivo dos carbonetos podem ainda produzir defeitos e anisotropia. A via PM permite também obter níveis e composições químicas de carbonetos que são difíceis, e em alguns casos impossíveis, de conseguir através da metalurgia convencional de lingotamento. As qualidades com elevado teor de vanádio são um exemplo conhecido do desafio de concepção, uma vez que pode ser difícil distribuir uniformemente os carbonetos do tipo MC num lingote de grandes dimensões. Outras concepções de ligas dependem de uma mistura controlada de tipos de carbonetos, como os M7C3 ricos em crómio, os M6C contendo molibdénio ou tungsténio e os MC ricos em vanádio. O equilíbrio útil não consiste simplesmente em ter “mais carbonetos”. Uma fracção maior pode melhorar a resistência à abrasão, reduzindo simultaneamente a tenacidade, a maquinabilidade ou a resistência à lascagem. A limpeza do pó faz parte do controlo dos carbonetos. As inclusões não metálicas podem iniciar fissuras independentemente da população de carbonetos pretendida, e as películas de óxido existentes nas partículas de pó podem permanecer nos limites das partículas originais se a atmosfera ou o ciclo de sinterização forem inadequadamente controlados. A ISO 13947:2024 especifica um método para determinar inclusões não metálicas em pós metálicos e permite aplicar esse método a peças de aço forjadas a partir de pós. Por conseguinte, o ensaio de inclusões pertence à especificação do material e ao sistema de controlo do processo, e não apenas à análise de falhas finais. A porosidade acrescenta outra variável. Os produtos compactados e sinterizados conservam poros interligados ou fechados, a menos que uma operação de densificação os reduza. Os poros diminuem a área efectiva de suporte de carga e podem actuar como locais de nucleação de fissuras. O seu tamanho, forma e localização são mais importantes do que um simples valor nominal de densidade. A prensagem isostática a quente, a forjagem de pós ou outras vias de densificação podem alterar esta condição, mas também modificam o custo, o comportamento dimensional e a microestrutura final. ### A ISO 4957:2018 e os produtos de aço-ferramenta PM A ISO 4957:2018 é a principal norma internacional para aços-ferramenta e inclui explicitamente produtos fabricados por metalurgia dos pós. O seu âmbito abrange também produtos laminados a quente, forjados, estirados a frio e laminados a frio. Isto é significativo porque a norma trata o fabrico PM como uma via de produção dentro do sector dos aços-ferramenta, reconhecendo simultaneamente que a estrutura e o processamento específicos dessa via podem afectar o material fornecido sob uma determinada designação. A norma não deve ser interpretada como tornando metalurgicamente intercambiáveis todas as formas de produto. Um produto PM e um produto forjado podem partilhar uma designação de qualidade ou limites de composição química, embora difiram na distribuição dos carbonetos, na porosidade, na limpeza, no historial dimensional e na resposta ao tratamento térmico. O comprador ou projectista deve, por isso, identificar a forma do produto e a condição de fornecimento relevante, não se baseando apenas no nome da qualidade. A ISO 4957:2018 aborda os requisitos aplicáveis aos aços-ferramenta, mas não é a única norma relevante para aços processados a partir de pós. A ISO 5755:2022 especifica requisitos para materiais metálicos sinterizados, incluindo materiais sinterizados de ferro, aço, aço ligado e aço inoxidável para aplicações estruturais. A ASTM B783-24 classifica materiais estruturais ferrosos PM com base na composição química, na densidade, no limite de elasticidade no estado sinterizado e na resistência à tracção após tratamento térmico, abrangendo peças produzidas por compactação e sinterização. Estes documentos dizem respeito a áreas relacionadas, mas a ASTM B783-24 não substitui os requisitos aplicáveis aos aços-ferramenta estabelecidos na ISO 4957:2018. A distinção é importante porque muitos produtos ferrosos PM não são aços-ferramenta. As composições de ferro–cobre–carbono representam aproximadamente metade das peças ferrosas PM, segundo a referência *Ferrous Powder Metallurgy*, publicada pela ScienceDirect Topics em 2024. Estes materiais estruturais utilizam a PM para obter densidade controlada, comportamento dimensional ou formas próximas da configuração final a um custo económico; as suas prioridades de concepção diferem das de um aço rápido, de um aço-ferramenta para trabalho a frio ou de uma qualidade PM de elevada resistência ao desgaste. Uma especificação para aço-ferramenta PM deve também ter em conta as características das partículas de pó, a pressão de compactação, a atmosfera de sinterização, a variação dimensional, a morfologia dos poros, as inclusões e o tratamento térmico. Estas variáveis interagem. Por exemplo, um pó com uma análise química adequada pode, ainda assim, produzir peças inconsistentes se a distribuição granulométrica causar gradientes de densidade durante a compactação. Uma temperatura de sinterização correcta pode provocar um crescimento excessivo do grão ou um engrossamento dos carbonetos se o tempo de manutenção e a atmosfera forem inadequados. O tratamento térmico actua então sobre essa estrutura prévia; não consegue eliminar todos os defeitos criados anteriormente. ### Comparação com a metalurgia convencional de lingotamento A vantagem mais evidente da PM é o controlo da segregação e da morfologia dos carbonetos. Os aços-ferramenta produzidos por lingotamento podem ser forjados, recozidos e submetidos a refusão para melhorar a homogeneidade, e muitas qualidades convencionais proporcionam um desempenho excelente. As suas vias de produção estão também bem estabelecidas, com dados extensos sobre forjagem, maquinagem e tratamento térmico. A PM não os substitui automaticamente. A PM torna-se tecnicamente mais atractiva à medida que aumentam o teor de elementos de liga e a exigência de carbonetos. A solidificação rápida permite obter uma estrutura inicial mais fina, enquanto a consolidação preserva uma distribuição mais uniforme do que aquela que um grande lingote fundido poderá alcançar. Isto pode permitir combinações de resistência ao desgaste e tenacidade difíceis de obter através da fusão e forjagem convencionais. O benefício depende, contudo, da qualidade. Um aço-ferramenta moderadamente ligado pode obter poucas vantagens da via adicional dos pós se o processamento convencional já proporcionar limpeza e controlo dos carbonetos adequados. As principais limitações da PM são a sensibilidade do processo e o risco de porosidade. O material compactado e sinterizado pode não atingir a densidade quase total do aço trabalhado, e a variação dimensional durante a sinterização tem de ser controlada. As vias de densificação total reduzem os poros, mas acrescentam processamento térmico e mecânico. A produção do pó pode também introduzir películas de óxido ou inclusões, enquanto o manuseamento e a mistura podem criar segregação entre partículas, mesmo quando o próprio metal fundido apresentava uma composição química uniforme. A fabricação aditiva não deve ser confundida com a PM convencional por compactação e sinterização. Ambas começam com pós metálicos, mas a fusão ou ligação camada a camada introduz ciclos térmicos, tensões residuais, condições superficiais e mecanismos de defeito diferentes. O capítulo do ASM Handbook de 2020, publicado pelo NIST, sobre a fabricação aditiva de aços e aços inoxidáveis identifica a porosidade, as inclusões, as tensões residuais e o processamento térmico pós-fabrico como factores importantes nas peças de aço fabricadas aditivamente. Estas preocupações sobrepõem-se às da PM, mas os históricos de processamento não são iguais. As comparações entre processos só são significativas quando a classe, a densidade, a forma do produto e o tratamento térmico estão especificados. | Eixo de comparação | Processo de pulvimetalurgia | Processo convencional a partir de lingote | |---|---|---| | Estrutura inicial | Partículas de pó solidificadas rapidamente | Grande lingote ou bilete vazado | | Escala da segregação | Potencialmente reduzida pela solidificação de partículas pequenas | Estabelecida durante a solidificação de uma grande secção | | Morfologia dos carbonetos | Pode ser fina, arredondada e comparativamente isotrópica | Pode incluir estruturas de carbonetos grosseiras ou alinhadas | | Porosidade | Pode permanecer após o processamento por prensagem e sinterização | Geralmente reduzida através da consolidação por deformação | | Produção da forma | Pode permitir peças quase à forma final | Normalmente requer maior remoção de material ou conformação | A comparação correcta não é, portanto, entre “aço PM e aço convencional” em abstracto. Trata-se de uma comparação entre qualidades e vias especificadas: a composição química e a limpeza do pó face à homogeneidade do lingote; o tamanho e a distribuição dos carbonetos face à estrutura forjada; a população de poros face à densidade do material trabalhado; e o historial completo de tratamento térmico face à carga de serviço. Os aços-ferramenta PM são materiais distintos porque essas variáveis são concebidas em conjunto. ## Inclusões, Limpeza e Aço Obtido por Forjamento de Pó ### Inclusões não metálicas em pós metálicos Poros, inclusões, carbonetos e limites das partículas originais são características microestruturais distintas. | Característica | Definição | Significado típico | |---|---|---| | Poro | Um vazio na estrutura metálica | Reduz a área resistente à carga e pode concentrar tensões | | Inclusão | Uma fase sólida não metálica ou quimicamente distinta | Pode interromper a ligação ou iniciar fissuras | | Carboneto | Uma fase dura que contém carbono | Pode melhorar a resistência ao desgaste, mas afectar a tenacidade e a maquinabilidade | | Limite das partículas originais | Uma interface herdada dos contactos entre partículas de pó | Pode reter óxidos ou regiões fracamente ligadas | As inclusões não metálicas são fases sólidas estranhas ou quimicamente distintas no interior de uma partícula de pó metálico ou entre partículas. Não são o mesmo que os poros comuns da metalurgia dos pós. Um poro é um vazio: uma região que contém gás ou vácuo após o polimento e a preparação. Uma inclusão é um material, como um óxido, silicato, nitreto, carboneto, partícula derivada de escória ou outro composto não metálico, que ocupa parte do pó ou da microestrutura consolidada. A distinção é importante porque a produção de pó cria muitas oportunidades para contaminação e reação superficial. A atomização pode produzir películas de óxido ou material refratário arrastado. O manuseamento, a peneiração, a mistura e a transferência do pó podem introduzir partículas provenientes do equipamento ou da atmosfera envolvente. Uma partícula de pó pode também transportar um óxido superficial que, após a compactação, se apresenta como uma fina camada rica em inclusões. A composição química do aço não descreve inteiramente esta condição. Dois lotes com o mesmo teor nominal de carbono, crómio, molibdénio ou níquel podem comportar-se de forma diferente se as suas inclusões diferirem em dimensão, composição química ou localização. Esta questão é particularmente importante nos materiais ferrosos de metalurgia dos pós, porque a superfície do pó faz parte da microestrutura inicial. A compactação coloca as partículas em contacto, enquanto a sinterização desenvolve pescoços de ligação e permite a difusão através desses contactos. Uma inclusão num limite entre partículas pode interromper a ligação de forma mais grave do que uma inclusão encerrada no interior de uma partícula. Uma fina película de óxido pode permanecer como um limite descontínuo, enquanto uma pequena partícula isolada pode ficar rodeada por aço durante a sinterização. O efeito final depende da inclusão e da história térmica e mecânica subsequente. A família de materiais mais ampla também resiste a uma classificação simples como aço convencional transformado em pó. A ASTM B783-24 classifica os materiais ferrosos estruturais de metalurgia dos pós por composição química, densidade, limite de elasticidade no estado sinterizado e resistência à tração após tratamento térmico, abrangendo peças produzidas por compactação e sinterização. A ISO 5755:2022 especifica requisitos para materiais estruturais de ferro, aço, aço ligado e aço inoxidável sinterizados. Nenhuma destas classificações substitui o exame da limpeza do pó. Uma designação pode estabelecer a composição e as propriedades requeridas sem explicar se uma fractura teve origem numa película de óxido, num poro, num aglomerado de carbonetos ou numa interface entre estes elementos. A conceção da liga acrescenta outra dimensão. O cobre, o níquel e o molibdénio são adições comuns aos aços ferrosos de metalurgia dos pós, e as composições ferro–cobre–carbono representam aproximadamente metade das peças ferrosas de metalurgia dos pós, de acordo com a referência citada de *ScienceDirect Topics* (2024). Estes elementos de liga alteram a sinterização, a variação dimensional, a temperabilidade e a formação de fases, mas não fazem de uma inclusão de óxido ou silicato parte da liga pretendida. Os aços-ferramenta produzidos por metalurgia dos pós podem também conter estruturas de carbonetos finas, arredondadas e mais próximas da isotropia, bem como teores ou composições de carbonetos difíceis de obter através da metalurgia convencional de lingotes. Estes carbonetos não devem ser automaticamente registados como inclusões não metálicas: é necessária a identificação das fases. ### Método de ensaio da ISO 13947:2024 A ISO 13947:2024 especifica um método para determinar inclusões não metálicas em pós metálicos. O seu âmbito permite também a aplicação a peças de aço obtidas por forjamento de pó, tornando-a relevante para além do exame de matéria-prima pulverulenta solta. Esta extensão é importante porque a consolidação altera o aspeto e a disposição espacial de uma inclusão. Um método de ensaio aplicado antes da consolidação responde a uma questão diferente da de um método aplicado após o forjamento. Por conseguinte, a norma deve ser tratada como um quadro de medição, e não como uma classificação universal de limpeza. Estabelece a forma como a determinação é realizada, enquanto a especificação de um determinado pó, compactado ou peça deve estabelecer a base de comunicação dos resultados e quaisquer critérios de aceitação. A informação disponível não permite atribuir uma dimensão máxima geral de inclusão, uma fracção de área, uma contagem ou um limite de aceitação a todos os aços de metalurgia dos pós. Esse limite teria de provir da norma de produto aplicável, da especificação de compra, do plano de qualificação ou de um requisito de serviço demonstrado. A interpretação depende também da preparação da amostra. Uma secção polida apresenta uma intersecção bidimensional através de partículas e interfaces tridimensionais. Uma inclusão longa pode surgir como um fragmento curto, enquanto uma película fina alinhada com a secção pode parecer desproporcionadamente contínua. Danos de preparação, arrancamento de material, manchas e ataque químico podem criar características semelhantes a fissuras ou partículas não metálicas. Consequentemente, a identificação deve combinar o método de exame prescrito com um controlo metalográfico adequado e, quando necessário, uma confirmação química ou microanalítica. No caso do aço obtido por forjamento de pó, a localização da amostragem deve ser registada com igual cuidado. O pó retirado de um recipiente, o compactado examinado antes do forjamento e o material removido de uma região forjada não representam a mesma população. O forjamento pode quebrar, achatar, rodar ou redistribuir as inclusões; pode também fechar poros próximos e alterar o contraste utilizado para distinguir os dois tipos de defeito. Um resultado sem indicação do lote de pó, da localização na peça, da orientação, da preparação da secção e do historial de processamento é difícil de comparar com outro resultado. ### Efeitos das inclusões após a consolidação A consolidação altera a geometria das inclusões e o significado mecânico de uma inclusão. Durante a compactação e a sinterização, uma inclusão num contacto entre partículas pode impedir o crescimento local do pescoço de ligação e deixar uma interface fraca. Durante o forjamento de pó, a deformação pode achatar essa característica, transformando-a numa descontinuidade semelhante a uma linha, fragmentar uma partícula frágil ou pressionar o aço circundante contra ela. A inclusão não desapareceu necessariamente por ser menos evidente numa secção polida. Os poros interagem com as inclusões de várias formas. Uma inclusão pode nuclear ou preservar uma lacuna num limite entre partículas, produzindo uma associação inclusão–poro. Um poro pode expor uma maior superfície da inclusão e criar um entalhe local acentuado. Inversamente, o forjamento pode fechar o poro, deixando para trás a inclusão ou uma interface rica em óxido. Uma micrografia pode então mostrar uma região densa com uma descontinuidade planar, embora o defeito original envolvesse simultaneamente um poro e uma inclusão. Designar todas as características escuras como poros obscurece esta história de processamento. A morfologia é fundamental para a interpretação. As partículas arredondadas e isoladas produzem, em geral, uma concentração de tensões diferente da causada por partículas angulares, películas alongadas ou detritos aglomerados. A distribuição também é importante: um baixo número de inclusões amplamente separadas não equivale a uma banda localizada ao longo de um antigo limite de pó ou a um aglomerado repetido alinhado com a direcção do forjamento. A ligação é outra variável. Uma inclusão firmemente rodeada por aço pode ter um efeito diferente do de uma inclusão que permanece ligada a uma interface não ligada. Estas distinções afectam a fractura por tracção, a iniciação de fadiga, a resposta ao impacto e os resultados dos processos dimensionais ou térmicos, mas não é possível estabelecer uma classificação universal sem conhecer a composição química das inclusões, a distribuição dimensional, a porosidade, a microestrutura da matriz, o modo de carregamento e a orientação. O capítulo do *ASM Handbook* sobre fabrico aditivo de aços e aços inoxidáveis, publicado pelo NIST (2020), trata igualmente a porosidade, as inclusões, as tensões residuais e o processamento térmico após a construção como influências interligadas nas peças de aço. Esta comparação é útil para a análise de defeitos, mas o fabrico aditivo não deve ser confundido com a metalurgia convencional dos pós por compactação e sinterização, nem com o forjamento de pó. Por conseguinte, uma avaliação defensável estabelece uma ligação entre os resultados da ISO 13947:2024 e a rota de produção do pó, a pressão de compactação, o ciclo de sinterização, a redução por forjamento, o tratamento térmico, a densidade, a morfologia dos poros e a localização da fractura. *A-Z of Powder Metallurgy*, de Randall German (2005), integra a produção do pó, a compactação, a sinterização, a densificação, a microestrutura e a porosidade numa única sequência de processo. As inclusões também pertencem a essa sequência. A limpeza não é um certificado independente relativo ao pó; é uma característica cujo significado pode alterar-se à medida que o aço é compactado, sinterizado, forjado, maquinado e ensaiado. ## Aços de Metalurgia dos Pós em Comparação com Aços Produzidos por Fabrico Aditivo #### A pulvimetalurgia e o fabrico aditivo são processos diferentes A pulvimetalurgia por prensagem e sinterização compacta o pó numa matriz antes da ligação em forno. O fabrico aditivo constrói a peça camada a camada através de fusão ou coalescência localizada, produzindo gradientes térmicos, mecanismos de defeito, tensões residuais e requisitos de qualificação diferentes. Os aços de metalurgia dos pós (PM) e os aços produzidos por fabrico aditivo (AM) partilham um ponto de partida: ambos podem começar com pó metálico cuja composição química, dimensão das partículas, morfologia, limpeza e historial de armazenamento afectam o material acabado. No entanto, não seguem a mesma rota de processamento. A metalurgia dos pós por compactação e sinterização forma um compactado numa matriz e liga depois as partículas durante a sinterização em forno. O fabrico aditivo constrói uma peça de forma incremental, geralmente através da fusão selectiva ou de outra forma de consolidação do pó em camadas sucessivas. A matéria-prima comum não torna os materiais resultantes intermutáveis. A distinção é importante tanto para as normas como para a metalurgia. A ASTM B783-24 classifica os materiais ferrosos estruturais de metalurgia dos pós por composição química, densidade, limite de elasticidade no estado sinterizado e resistência à tracção após tratamento térmico, e o seu âmbito abrange peças produzidas por compactação e sinterização. A ISO 5755:2022 especifica requisitos para materiais estruturais de ferro, aço, aço ligado e aço inoxidável sinterizados. Estes documentos descrevem uma família de materiais associada a uma rota de consolidação definida. Uma peça produzida por fabrico aditivo pode utilizar uma liga quimicamente semelhante, mas a sua qualificação deve ter em conta a máquina, a fonte de energia, a estratégia de deposição das camadas, a orientação de construção, a atmosfera e a história térmica. O capítulo do ASM Handbook publicado pelo NIST, intitulado “Additive Manufacturing of Steels and Stainless Steels” e publicado em 2020, proporciona uma comparação controlada útil. Trata os aços para fabrico aditivo como materiais processados a partir de pós, mas dá particular ênfase à porosidade, às inclusões, às tensões residuais e ao processamento térmico pós-construção. Estas preocupações sobrepõem-se às da metalurgia do pó (PM), embora as suas causas e distribuições possam diferir acentuadamente. ### Preocupações comuns relativas à matéria-prima em pó O pó não é um ingrediente neutro. A atomização a gás, a atomização a água, a atomização por plasma e outros métodos de produção geram diferentes formas de partículas, óxidos superficiais, satélites, vazios internos e distribuições granulométricas. Pode ser necessário utilizar um pó esférico e com boa fluidez em sistemas de leito de pó, ao passo que as operações de prensagem e sinterização podem aceitar pós selecionados pela sua compressibilidade, densidade aparente, resposta ao lubrificante e capacidade de enchimento da matriz. Por conseguinte, uma especificação do pó não pode ser avaliada separadamente do equipamento e do método de consolidação para os quais foi desenvolvida. A composição química é apenas uma parte do controlo da matéria-prima. O cobre, o níquel e o molibdénio são adições comuns nos aços ferrosos de PM, e as composições ferro–cobre–carbono representam aproximadamente metade das peças ferrosas de PM, de acordo com a entrada *Ferrous Powder Metallurgy* em ScienceDirect Topics, consultada em 2024. As adições de elementos de liga podem ser introduzidas sob a forma de pós elementares ou pré-ligados, com consequências diferentes para a química local, a compressibilidade, a resposta à sinterização e a variação dimensional. A matéria-prima para fabrico aditivo é mais frequentemente fornecida como um pó pré-ligado rigorosamente controlado, mas mesmo nesse caso o manuseamento repetido ou a reutilização do pó podem alterar a distribuição granulométrica, o teor de oxigénio, a exposição à humidade e a população de partículas parcialmente fundidas. As películas superficiais requerem especial atenção. Uma fina camada de óxido pode dificultar a ligação entre partículas durante a sinterização, interferir com a fusão e a molhabilidade durante o fabrico aditivo ou introduzir defeitos ricos em oxigénio. As inclusões não metálicas podem ser introduzidas durante a fusão, a atomização, o manuseamento ou a reciclagem. A ISO 13947:2024 especifica um método para determinar inclusões não metálicas em pós metálicos e permite a sua aplicação a peças de aço obtidas por forjamento de pó. Esse âmbito não transforma o método num procedimento automático de qualificação para todos os processos de fabrico aditivo; demonstra, contudo, por que razão os ensaios de inclusões têm de estar associados à rota de produção do pó e à rota de fabrico da peça. O pó de PM é normalmente misturado com lubrificantes e, quando necessário, com grafite ou outras adições de elementos de liga antes da compactação. Essas adições afetam a resistência em verde, a ejeção, a distribuição do carbono e os gases libertados durante o aquecimento. O pó para fabrico aditivo entra normalmente num sistema de deposição ou de alimentação de pó sem o mesmo conjunto de lubrificantes de compactação. Um pó que apresenta um desempenho aceitável numa rota pode originar má fluidez, libertação excessiva de gases, segregação ou consolidação instável noutra. ### Mecanismos de consolidação diferentes A metalurgia do pó por prensagem e sinterização aplica primeiro uma pressão macroscópica. Uma matriz comprime o pó num compacto em verde, criando contacto entre as partículas e deixando simultaneamente uma rede de poros interligados. A sinterização aquece depois o compacto abaixo do intervalo principal de fusão, permitindo a difusão, o crescimento dos pescoços de ligação, o arredondamento dos poros e a ligação metalúrgica. A atmosfera do forno, a velocidade de aquecimento, a temperatura de sinterização, o tempo e a velocidade de arrefecimento controlam a perda de carbono, a oxidação, a variação dimensional e a estrutura final dos poros. As operações secundárias podem incluir calibragem, repressão, infiltração, forjamento de pó, prensagem isostática a quente ou tratamento térmico. O fabrico aditivo aplica energia localmente e de forma repetida. Na fusão em leito de pó por laser ou na fusão em leito de pó por feixe de eletrões, um feixe focado percorre uma camada fina, funde ou sinteriza regiões selecionadas e interage depois com a camada seguinte depositada. Na deposição de energia dirigida, o pó é alimentado para uma poça de fusão enquanto a peça é formada. Cada percurso e cada camada são sujeitos a aquecimento e arrefecimento rápidos, refusão, solidificação e reaquecimento resultante das passagens posteriores. A microestrutura resultante é, por conseguinte, determinada pela estratégia de varrimento, pela densidade de energia, pela espessura da camada, pela geometria da poça de fusão, pela atmosfera de proteção e pela extração de calor através da placa de construção. Isto não constitui simplesmente uma versão mais rápida da prensagem e sinterização. Na PM, a matriz determina a forma do compacto e o forno expõe grande parte da peça a um ciclo térmico comparativamente longo. No fabrico aditivo, a geometria é gerada camada a camada e os gradientes térmicos podem ser acentuados. Uma região densa obtida por fabrico aditivo pode conter células finas de solidificação, grãos colunares ou características dependentes da direção que não têm equivalente direto num compacto no estado de sinterizado. Inversamente, a PM pode reter deliberadamente porosidade interligada ou isolada para funções dimensionais, de suporte de carga ou de retenção de fluidos, enquanto a qualificação do fabrico aditivo trata normalmente a falta de fusão não intencional e os poros de efeito de chave como defeitos que requerem controlo. A designação do material também não pode ser transferida com base numa mera semelhança. A ISO 4957:2018 aplica requisitos relativos aos aços para ferramentas a produtos fabricados por metalurgia do pó, bem como a produtos laminados a quente, forjados, trefilados a frio e laminados a frio. Esse reconhecimento diz respeito aos produtos e aos requisitos abrangidos pela norma; não significa que uma peça de aço para ferramentas produzida por fabrico aditivo adquira automaticamente as propriedades, a resposta ao tratamento térmico ou a base de aceitação de um produto obtido por prensagem e sinterização ou por conformação mecânica. ### Porosidade, inclusões, tensão residual e tratamento pós-construção A porosidade existe em ambas as famílias, mas a sua origem e geometria são específicas de cada processo. Os poros na PM começam na disposição das partículas e na pressão de compactação, modificando-se depois durante a sinterização através de retração, difusão, coalescência dos poros e arredondamento dos poros. Podem surgir gradientes de densidade no interior de um compacto prensado, particularmente quando a fricção ou uma geometria complexa da matriz limita a transmissão da pressão. Esses gradientes podem produzir variações dimensionais locais e diferentes respostas mecânicas após a sinterização. A porosidade no fabrico aditivo está frequentemente associada à falta de fusão, a uma entrada de energia insuficiente, a um comportamento instável da poça de fusão, a gás retido, à instabilidade do efeito de chave ou a perturbações do leito de pó. Os poros podem ser alongados entre percursos, irregulares em limites mal fundidos ou mais esféricos quando o gás fica retido na massa fundida. A sua localização relativamente à direção de construção e às superfícies livres pode afetar a inspeção e a resposta à fadiga. Um simples valor de densidade nominal não identifica a população de defeitos. As inclusões dependem igualmente da rota de processamento. Na PM, as inclusões podem estar presentes no pó original, ser introduzidas durante a mistura ou formar-se através de reações durante a sinterização. No fabrico aditivo, as inclusões podem ser herdadas do pó, geradas por oxidação ou redistribuídas por fusões e solidificações repetidas. O capítulo do ASM Handbook publicado pelo NIST coloca as inclusões lado a lado com a porosidade porque ambas podem interromper a continuidade e atuar como locais de iniciação de danos, mesmo quando a composição global cumpre a especificação nominal. A tensão residual é uma preocupação característica do fabrico aditivo porque cada camada contrai enquanto está restringida pelo material circundante, mais frio, e pela placa de construção. Os ciclos térmicos repetidos podem deixar tensão de tração junto às superfícies ou em regiões geometricamente restringidas, provocando distorção, fissuração ou libertação de tensões durante a remoção dos suportes e a maquinação. Os compactos de PM também sofrem tensões internas resultantes da compactação e da ejeção, mas o campo de tensões é produzido por uma sequência diferente e é posteriormente alterado pela sinterização, pela calibragem e pelo tratamento térmico. Consequentemente, o tratamento pós-construção tem de ser descrito em função da rota. A PM pode utilizar sinterização, cementação, têmpera e revenido, prensagem isostática a quente, infiltração ou calibragem, consoante o material e a peça especificados. O fabrico aditivo pode exigir alívio de tensões, tratamento de solubilização, envelhecimento, têmpera e revenido, prensagem isostática a quente, maquinação ou tratamento superficial. Estas operações podem fechar poros, alterar a morfologia dos carbonetos, aliviar tensões e modificar a estabilidade dimensional, mas não eliminam o historial de processamento anterior. Os aços para ferramentas obtidos por metalurgia do pó ilustram este ponto. A sua solidificação rápida e a rota controlada de produção do pó podem produzir estruturas finas, arredondadas e relativamente isotrópicas de carbonetos, incluindo teores ou composições de carbonetos difíceis ou impossíveis de obter através da metalurgia convencional de lingotes. Um aço produzido por fabrico aditivo também pode desenvolver uma estrutura de solidificação refinada, mas a sua distribuição de carbonetos e a resposta ao tratamento térmico têm de ser estabelecidas para esse processo de fabrico aditivo. Por conseguinte, uma designação de qualidade de PM, um requisito de densidade, um valor de resistência à tração ou um ciclo de tratamento térmico não devem ser atribuídos a uma peça produzida por fabrico aditivo sem evidência específica da rota. A mesma proibição se aplica no sentido inverso. Uma química do pó semelhante não constitui prova de porosidade, inclusões, tensão residual, microestrutura ou estatuto de qualificação equivalentes. ## Conceção, inspeção e análise de falhas ### Conceção considerando a densidade e os caminhos de carga Um componente de aço produzido por metalurgia dos pós deve ser especificado como uma condição do material, e não simplesmente como a designação nominal de uma liga. O registo de conceção deve identificar a designação do material, a norma aplicável, a condição de densidade, a orientação relativamente à compactação, o processo de sinterização ou densificação, o tratamento térmico e as secções consideradas críticas. “Aço” não é uma descrição suficientemente completa. Um material compactado e sinterizado com porosidade interligada, um material cementado em vácuo e um material prensado isostaticamente a quente podem ter uma composição química nominal semelhante, mas suportar cargas de formas muito diferentes. A ASTM B783-24 classifica os materiais ferrosos estruturais produzidos por metalurgia dos pós com base na composição química, na densidade, no limite de cedência no estado sinterizado e na resistência à tração após tratamento térmico. Esta estrutura constitui um alerta útil para os projetistas: a densidade faz parte da definição do material. A ISO 5755:2022 especifica igualmente os requisitos aplicáveis a materiais estruturais de ferro, aço, aço ligado e aço inoxidável sinterizados. Um desenho que indique apenas um grau, sem a respetiva condição de densidade ou condição mecânica requerida, deixa por controlar uma importante fonte de variação. A porosidade altera tanto a área efetiva resistente à carga como o percurso seguido por uma fissura. Poros grandes e irregulares, aglomerados de poros e cantos de poros aguçados concentram tensões; poros arredondados, pequenos e bem distribuídos têm um efeito diferente. A densidade também pode variar ao longo de um compacto, uma vez que o movimento do pó e o atrito impedem que todas as regiões recebam a mesma pressão. Um ressalto espesso, uma nervura fina e um canto interno profundo podem, por isso, sinterizar formando estruturas locais diferentes, mesmo quando tiveram origem numa única mistura de pós e num único ciclo de compactação. O caminho de carga deve ser analisado em três dimensões. Tensões de tração que atravessem um gradiente de densidade, flexão numa mudança de secção e corte cíclico próximo de uma direção de compactação podem revelar fragilidades que um cálculo simples baseado na resistência nominal não deteta. Os projetistas devem assinalar no desenho da peça a direção principal da carga e o eixo de prensagem, identificando depois as superfícies, os furos, as estrias, os rasgos de chaveta e os ressaltos onde as tensões locais ou o desgaste sejam relevantes. As características que exijam uma densidade uniforme em toda a sua espessura podem requerer uma disposição de compactação diferente, uma densificação secundária ou uma peça convencional obtida por conformação ou maquinagem. A metalurgia dos pós não corresponde a uma única família de ligas normalizada. O cobre, o níquel e o molibdénio são adições comuns, e as composições ferro–cobre–carbono representam aproximadamente metade das peças ferrosas produzidas por metalurgia dos pós, de acordo com a referência citada da *ScienceDirect Topics* (2024). Os aços-ferramenta produzidos por metalurgia dos pós constituem um caso de conceção distinto: as suas estruturas finas, arredondadas e mais isotrópicas de carbonetos podem permitir teores ou composições de carbonetos difíceis ou impossíveis de produzir pela metalurgia convencional de lingotes. A ISO 4957:2018 aplica os requisitos relativos aos aços-ferramenta a produtos fabricados por metalurgia dos pós, bem como a produtos laminados a quente, forjados, trefilados a frio e laminados a frio; contudo, o processo de fabrico continua a dever ser incluído na especificação e no plano de inspeção. ### Controlo dimensional e pós-processamento As dimensões não permanecem inalteradas desde o enchimento da matriz até à inspeção final. A compactação produz um compacto em verde com uma forma intencionalmente definida; a sinterização provoca depois alterações dimensionais através da ligação entre partículas, da retração, da difusão dos elementos de liga e da libertação das tensões armazenadas. A direção e a magnitude dessas alterações dependem do tipo de pó, do lubrificante, da pressão de compactação, da geometria, da atmosfera do forno, da temperatura, do tempo e das condições de suporte. Uma tolerância fácil de manter após a maquinagem pode ser irrealista no estado sinterizado. Inversamente, uma conceção baseada na maquinagem de todas as superfícies pode eliminar as vantagens económicas e geométricas da prensagem. A calibragem é uma operação pós-sinterização comum. Um curso controlado da matriz pode corrigir determinadas dimensões, melhorar a repetibilidade ou restabelecer um ajuste funcional sem remover uma quantidade significativa de material. A maquinagem continua a ser adequada quando um furo com tolerância apertada, uma referência, uma rosca, uma superfície de vedação ou uma geometria complexa não podem ser produzidos apenas por prensagem e calibragem. O corte de aço poroso exige atenção à fragmentação das arestas, ao esmagamento ou arrastamento do material, ao desgaste da ferramenta e à possibilidade de uma superfície aparentemente limpa expor poros interligados. A inspeção deve distinguir um defeito dimensional de maquinagem de um poro subsuperficial ou de uma variação de densidade relacionada com a sinterização. A união pode envolver soldadura, brasagem, fixação mecânica ou montagem com outro componente, mas a porosidade e a composição da liga afetam o fluxo térmico, a libertação de gases, a molhabilidade e a resistência da junta. Por conseguinte, um procedimento de união deve ser qualificado na condição real do material produzido por metalurgia dos pós, e não inferido a partir de um equivalente trabalhado. A infiltração pode preencher parte do volume dos poros com um segundo material, aumentando a densidade efetiva ou alterando o comportamento da superfície; trata-se de um processo de conceção especificado, e não de uma reparação automática para uma compactação inadequada. Do mesmo modo, tratamentos superficiais como a cementação, a nitruração, o revestimento metálico, o tratamento a vapor ou a aplicação de revestimentos podem melhorar o desgaste, a resistência à corrosão, o atrito ou a vedação, mas a profundidade e a continuidade do tratamento podem variar em função da estrutura dos poros e da composição local. As operações pós-sinterização devem ser registadas pela ordem em que são realizadas. Uma peça calibrada antes do tratamento térmico pode responder de forma diferente de outra calibrada posteriormente. A maquinagem antes da cementação pode alterar a geometria da camada cementada; a maquinagem após o tratamento pode remover parte da camada tratada. A união pode introduzir um ciclo térmico local, enquanto a infiltração pode alterar a massa, as dimensões e a interpretação de uma medição de densidade. O plano de inspeção deve indicar a operação, a característica controlada, o método de aceitação e a condição em que a medição é efetuada. As características do pó, a compactação, a sinterização, a morfologia dos poros, as inclusões, a alteração dimensional e o tratamento térmico são variáveis de processo interligadas. A obra *A-Z of Powder Metallurgy* (2005), de Randall German, aborda estes temas como partes interligadas do processamento de pós, e não como etapas de produção isoladas. Esta abordagem é essencial quando uma dimensão crítica ou uma fratura não pode ser explicada apenas pelo certificado final da liga. ### Metalografia e investigação de fraturas A análise de falhas deve começar pelos registos, e não pelo microscópio. Confirme a designação e a norma do material, o lote de pó, as adições à mistura, a direção de compactação, a configuração da ferramenta, o ciclo de sinterização, a atmosfera, as medições de densidade, a densificação secundária, o tratamento térmico, a maquinagem, a união e o tratamento superficial. Sempre que possível, compare a peça que falhou com uma peça não utilizada proveniente da mesma condição de produção. A ASTM B783-24 e a ISO 5755:2022 fornecem o quadro relevante para distinguir a composição química, a densidade e a condição mecânica; nenhuma delas permite que uma descrição vaga como “aço PM” substitua um historial rastreável. Em seguida, caracterize a densidade e os poros. Registe a densidade aparente através de um método adequado e examine depois os gradientes de densidade, o tamanho, a forma, a orientação e a interligação dos poros em secções obtidas tanto das regiões fraturadas como das regiões não afetadas. A preparação metalográfica pode abrir ou deformar os poros, pelo que as secções polidas devem ser interpretadas em conjunto com as superfícies de fratura e, quando necessário, com secções seriadas ou imagiologia tridimensional. Uma fissura que siga poros alinhados ou interligados sugere uma causa diferente da de uma fissura que atravesse uma região densa de martensite revenida. A terceira etapa consiste no exame das inclusões e das fases. Procure películas de óxidos, inclusões não metálicas, partículas não dissolvidas, redes de carbonetos, segregação, descarbonetação, recarbonetação, martensite não revenida, bainite, ferrite e austenite retida, quando forem relevantes para o tratamento térmico selecionado. A ISO 13947:2024 especifica um método para determinar inclusões não metálicas em pós metálicos e permite a sua aplicação a peças de aço obtidas por forjamento de pós. As evidências relativas às inclusões devem ser correlacionadas com a limpeza do pó e com os registos de processamento, não devendo ser tratadas como prova de uma causa única sem considerar as tensões e a geometria. A fractografia fornece depois a sequência dos acontecimentos. Identifique a origem, a região de crescimento estável, a zona de sobrecarga, as marcas de fadiga, o percurso intergranular ou transgranular e quaisquer evidências de atrito ou corrosão após a fratura. Correlacione a origem com um aglomerado de poros, uma inclusão, uma marca de maquinagem, uma interface de união, uma transição de densidade, um canto aguçado ou uma camada tratada. Por fim, compare essa localização com o carregamento efetivo: flexão, torção, tensão de contacto, impacto, ciclos térmicos ou tensão residual resultante do tratamento térmico. O capítulo do *ASM Handbook* sobre fabrico aditivo de aços e aços inoxidáveis, publicado pelo NIST (2020), salienta a porosidade, as inclusões, as tensões residuais e o processamento térmico pós-fabrico; contudo, o fabrico aditivo não deve ser confundido com a metalurgia convencional dos pós por prensagem e sinterização. As suas conclusões sobre as interações entre defeitos e tensões só são úteis quando o historial diferente de deposição do pó é mantido explícito. Uma conclusão sólida estabelece a ligação entre o historial do material, a estrutura local, a origem da fratura e o carregamento em serviço. Se faltar uma dessas ligações, a análise continua a ser uma explicação plausível, e não um mecanismo de falha demonstrado. ## Como Ler uma Designação de Aço para Metalurgia do Pó Uma designação de metalurgia do pó não constitui uma descrição completa, a menos que seja lida em conjunto com a respetiva norma, condição do material e requisitos de ensaio. “Aço PM” identifica uma família de processamento, não uma composição química nem um nível de propriedades garantido. Do mesmo modo, “aço inoxidável”, “aço para ferramentas”, “aço ligado” e “aço” são descrições abrangentes de materiais. Nenhuma delas, por si só, indica o processo de fabrico por via pulverometalúrgica, a porosidade, a densidade, o tratamento térmico ou os critérios de aceitação. #### Como interpretar uma designação de aço para pulvimetalurgia - **Norma** Identificar a norma aplicável. - **Classe** Copiar a classe ou designação exacta do material. - **Composição química** Localizar a composição química especificada. - **Densidade** Identificar a condição de densidade. - **Condição da propriedade** Determinar se o resultado corresponde ao estado sinterizado, ao estado tratado termicamente, ao estado infiltrado ou a outra condição modificada. - **Ensaios** Verificar o método de ensaio e a condição do provete. - **Operações secundárias** Registar todas as operações permitidas. Uma sequência prática de leitura é: 1\. identificar a norma aplicável; 2. transcrever a designação exata do grau ou do material; 3. localizar a composição química especificada; 4. identificar a condição de densidade; 5. determinar se as propriedades são no estado sinterizado, tratadas termicamente, infiltradas ou de outro modo modificadas; 6. verificar o método de ensaio e a condição do provete; e 7. registar todas as operações secundárias permitidas. Esta sequência impede que o nome conhecido de um grau seja confundido com uma especificação completa. ### Composição versus classe do material A primeira questão é saber se um documento fornece uma composição ou apenas uma classe. Um material de ferro–cobre–carbono, por exemplo, é uma descrição composicional. Não indica a pressão de compactação, o ciclo de sinterização, a densidade final, a morfologia dos poros ou as propriedades de tração. As composições de ferro–cobre–carbono representam aproximadamente metade dos componentes ferrosos de PM, de acordo com a entrada *Metalurgia do Pó Ferroso* em ScienceDirect Topics (2024), mas essa proporção não transforma a expressão numa designação de grau. A ASTM B783-24 adota uma abordagem mais controlada para materiais estruturais ferrosos de PM. Classifica os materiais utilizando a composição química, a densidade, a resistência ao escoamento no estado sinterizado e a resistência à tração máxima após tratamento térmico. Por conseguinte, uma designação segundo a ASTM B783-24 deve ser interpretada à luz dos quatro elementos de classificação, não reduzida a uma família de ligas, como aço-cobre ou aço-níquel. O cobre, o níquel e o molibdénio são adições comuns, mas a presença de um destes elementos não é suficiente para identificar um material ao abrigo da norma. \[7\] \[7\] [**ISO 5755:2022**](https://www.iso.org/ics/77.160/x/). International Organization for Standardization. ISO standard, 2022. A ISO 5755:2022 especifica requisitos para materiais metálicos sinterizados, incluindo materiais estruturais de ferro sinterizado, aço sinterizado, aço ligado sinterizado e aço inoxidável sinterizado. O seu âmbito torna “aço inoxidável sinterizado” numa categoria de material regida por requisitos especificados, e não num sinónimo de todas as composições inoxidáveis produzidas a partir de pó. Os limites químicos, os requisitos de densidade e as disposições relativas às propriedades constantes da tabela aplicável continuam a ser determinantes. O aço para ferramentas exige outra distinção. A ISO 4957:2018 aplica os requisitos relativos aos aços para ferramentas tanto a produtos fabricados por metalurgia do pó como a produtos laminados a quente, forjados, trefilados a frio e laminados a frio. Uma designação de aço para ferramentas PM pode, portanto, partilhar uma composição nominal com um grau de aço para ferramentas trabalhado, embora apresente um historial diferente de solidificação e consolidação. O processamento de pós pode produzir estruturas de carbonetos finas, arredondadas e comparativamente isotrópicas, incluindo níveis ou composições de carbonetos que são difíceis ou impossíveis de obter através da metalurgia convencional de lingotes. O nome do grau, por si só, não revela essa estrutura. Leia a composição como uma das camadas da designação. Em seguida, pergunte o que o processo de fabrico fez a essa composição. A produção do pó, a mistura, a compactação, a sinterização, a formação de poros, a variação dimensional e qualquer densificação ou tratamento térmico posterior afetam conjuntamente o material. Não são notas de rodapé permutáveis. ### Densidade e condição das propriedades A densidade é frequentemente o termo em falta numa designação informal. Uma peça prensada e sinterizada não é simplesmente uma barra trabalhada de densidade total com uma forma diferente. A sua porosidade residual pode variar em função das características do pó, da direção de compactação, da remoção do lubrificante, das condições de sinterização e da geometria local. A densidade pode afetar a resistência, a ductilidade, a resposta à fadiga, a estabilidade dimensional, o comportamento térmico e a forma como um provete representa a peça acabada. Ao ler a ASTM B783-24, localize a classificação de densidade antes de comparar uma propriedade indicada com a de outro material. A norma distingue a resistência ao escoamento no estado sinterizado da resistência à tração máxima após tratamento térmico. Trata-se de condições e medições diferentes. Um requisito de resistência ao escoamento no estado sinterizado não pode ser comparado diretamente com um valor de resistência à tração máxima obtido após têmpera e revenido. A mesma precaução se aplica à ISO 5755:2022. “Sinterizado” identifica uma condição consolidada, mas não significa automaticamente que todas as peças tenham a mesma fração de poros ou que nenhuma operação secundária seja permitida. Uma especificação pode exigir um intervalo de densidade, uma densidade mínima ou uma condição específica após calibragem, tratamento a vapor, infiltração ou tratamento térmico. O desenho e a especificação de compra devem ser lidos em conjunto com a norma relevante. Registe explicitamente a condição nas notas: *no estado sinterizado*, *calibrado*, *tratado termicamente*, *cementado*, *infiltrado* ou outra condição indicada. Se o documento não indicar a condição, o valor apresentado está incompleto. Um valor de dureza sem a condição de tratamento térmico constitui, em particular, uma evidência fraca; o mesmo se aplica a um valor de tração sem a densidade, a orientação do provete e o método de ensaio. Não transfira pressupostos do fabrico aditivo. O capítulo do ASM Handbook sobre o fabrico aditivo de aços e aços inoxidáveis, publicado pelo NIST (2020), aborda a porosidade, as inclusões, as tensões residuais e o processamento térmico pós-fabrico, mas o fabrico aditivo não é o mesmo processo que a metalurgia do pó convencional por prensagem e sinterização. Ambos são processos baseados em pós, mas o leito de pó, o historial térmico, a formação de poros e os documentos de qualificação são diferentes. ### Norma, grau e requisitos específicos do comprador A norma constitui o enquadramento aplicável; o grau corresponde à identidade do material dentro desse enquadramento; o requisito específico do comprador modifica ou completa a encomenda. Estes três níveis devem ser registados separadamente. Comece por escrever a referência completa, como ASTM B783-24, ISO 5755:2022, ISO 4957:2018 ou ISO 13947:2024. Em seguida, transcreva a designação exata tal como aparece no documento. Não a substitua por um equivalente trabalhado conhecido, por uma abreviatura do fornecedor ou por uma expressão genérica como “aço inoxidável PM”. Depois, localize a tabela que define a composição e as propriedades. Por fim, leia as cláusulas relativas à amostragem, aos provetes de ensaio, às tolerâncias dimensionais, ao estado da superfície e ao processamento permitido. O método de ensaio é tão importante como o limite numérico. A ISO 13947:2024 especifica um método para determinar inclusões não metálicas em pós metálicos e permite aplicar o método a peças de aço obtidas por forjamento de pó. Essa referência pode ser relevante quando o controlo de inclusões constitui um requisito do comprador, mas não define, por si só, o grau do aço nem as suas propriedades de tração. Registe o pó ou a peça examinada, a preparação do provete, o método de avaliação e o limite de aceitação. O comprador pode também especificar a composição química do pó, a densidade aparente, o comportamento de escoamento, a distribuição granulométrica, os limites de oxigénio ou de outras impurezas, a densidade após sinterização, a variação dimensional, a caracterização dos poros, os parâmetros de tratamento térmico ou um local de ensaio obrigatório. Estes requisitos podem ser mais rigorosos ou específicos do que a descrição geral do material. Não devem ser inferidos silenciosamente a partir do nome do grau. A verificação final diz respeito às operações de processo permitidas. Confirme se a especificação permite calibragem, cunhagem, maquinagem, infiltração, forjamento de pó, cementação, nitruração, têmpera e revenido ou outra operação. Cada uma pode alterar as dimensões, os poros, as tensões, a dureza ou a resistência medida. Uma designação clara responde, portanto, a mais do que “que aço é este?”. Indica qual é a norma aplicável, qual a composição química exigida, que densidade e condição estão a ser declaradas, como foram medidas as propriedades e qual o historial de processamento abrangido pela declaração. ## Vantagens, Limitações e Conceções Erradas ### O que o processamento de pós torna possível A metalurgia do pó (PM) não consiste simplesmente em transformar aço convencional em partículas e prensá-las até adquirirem uma determinada forma. A produção e a mistura dos pós, a compactação, a sinterização, a densificação e o tratamento térmico criam um conjunto diferente de variáveis, que pode ser utilizado para alterar tanto a composição como a microestrutura. O resultado pode ser um aço que o processamento convencional de lingotes não consegue reproduzir, em vez de um grau comum produzido por uma via menos familiar. O exemplo mais claro é o aço-ferramenta PM. Durante a solidificação de um lingote, elementos de liga como o crómio, o molibdénio, o vanádio e o tungsténio podem segregar, formando grandes redes de carbonetos. A forjagem e o processamento subsequentes podem reduzir essa estrutura, mas o tamanho, a distribuição e a composição química finais dos carbonetos continuam condicionados pelo historial de fundição original. O pó atomizado a gás solidifica rapidamente em cada partícula. Quando essas partículas são consolidadas, o aço resultante pode desenvolver uma população de carbonetos fina, arredondada e mais próxima da isotropia. O processamento de pós pode também permitir teores de carbonetos ou combinações de carbonetos descritos como difíceis ou impossíveis de produzir através da metalurgia convencional de lingotes. Essa distinção afeta o tratamento térmico, a resposta ao desgaste, a tenacidade, a estabilidade dimensional e a direcionalidade associada a inclusões alongadas ou bandas de carbonetos. A vantagem reside, portanto, no controlo microestrutural e não apenas na produção da forma. Um produtor de pós pode ajustar a composição química das partículas, a distribuição granulométrica, a morfologia e o teor de oxigénio antes da consolidação. Um fabricante pode misturar pós elementares ou pré-ligados, embora essas opções não produzam trajetórias de difusão idênticas durante a sinterização. O cobre, o níquel e o molibdénio são adições comuns nos materiais ferrosos de PM; de acordo com a referência *Ferrous Powder Metallurgy*, publicada pela ScienceDirect Topics em 2024, as composições ferro–cobre–carbono representam aproximadamente metade das peças ferrosas de PM. Estas composições ilustram a amplitude do setor, mas não devem ser confundidas com uma definição de aço PM. As normas refletem esta identidade mais abrangente. A ASTM B783-24 classifica os materiais ferrosos estruturais de PM pela composição química, densidade, resistência ao escoamento no estado sinterizado e resistência à tração última após tratamento térmico. Esta combinação é reveladora: a composição química, por si só, não é suficiente para identificar o material. A densidade e o estado do material fazem parte do significado prático da designação. A ISO 5755:2022 especifica igualmente requisitos para materiais estruturais sinterizados de ferro, aço, aço ligado e aço inoxidável. Estes documentos dizem respeito a classes definidas de materiais sinterizados e não a qualquer aço que tenha passado, por acaso, por uma operação baseada em pós. O processamento de pós pode também reduzir algumas formas de segregação e permitir a produção de peças quase na forma final, diminuindo a quantidade de maquinagem necessária para geometrias adequadas. Não elimina, contudo, a necessidade de avaliação por parte do engenheiro. A forma das partículas controla o escoamento e o empacotamento; o tamanho das partículas afeta a área superficial e a resposta à sinterização; a seleção do lubrificante afeta a extração e a contaminação residual. As vantagens resultam da gestão destas variáveis interligadas e não apenas da palavra «pó». ### O que a porosidade residual pode limitar A conceção errada mais persistente é a de que o aço PM é, por defeito, totalmente denso. As peças convencionais obtidas por prensagem e sinterização mantêm poros, salvo se for realizada uma operação adicional de densificação para os fechar. Os poros podem ser isolados ou interligados, arredondados ou irregulares, concentrados junto das superfícies ou distribuídos ao longo da secção. O seu tamanho, forma e localização dependem das características do pó, da pressão de compactação, da geometria da ferramenta, da remoção do lubrificante, da atmosfera de sinterização, da temperatura, do tempo e do historial de arrefecimento. A porosidade residual reduz a área efetiva resistente à carga e pode atuar como concentrador de tensões. Pode diminuir a ductilidade à tração, a resistência à fadiga, a tenacidade à fratura e a resistência ao impacto ou à propagação de fissuras, mesmo quando a composição global parece comparável à de um aço trabalhado. Os poros abertos podem também permitir a penetração de fluidos e complicar o tratamento superficial. Os poros internos podem responder de forma diferente durante a têmpera, o revenido, a cementação ou a nitruração; por isso, um ciclo de tratamento térmico estabelecido para um produto trabalhado totalmente denso não pode ser automaticamente transferido para um produto sinterizado. A compactação cria as suas próprias limitações antes do início da sinterização. O pó não transmite a pressão como um sólido contínuo. O atrito contra as paredes da matriz pode produzir gradientes de densidade, enquanto as secções estreitas, as geometrias reentrantes e as alterações de espessura podem originar variações locais na densidade em verde. A extração pode provocar fissuras ou distorção. A sinterização causa então alterações dimensionais à medida que os contactos entre partículas se transformam em ligações metalúrgicas e a rede de poros evolui. Consequentemente, uma dimensão nominal de desenho está associada à ferramenta, ao lote de pó, ao lubrificante, ao ciclo do forno e à atmosfera. A densificação pode alterar substancialmente esta condição, mas não elimina o historial do processo. A prensagem isostática a quente, o forjamento de pós, a sinterização em fase líquida e outras vias diferem quanto à pressão, à temperatura, à deformação, ao fecho dos poros e ao comportamento das inclusões. Um aço-ferramenta PM totalmente denso produzido por uma determinada via não é permutável com uma peça estrutural porosa obtida por prensagem e sinterização, simplesmente porque ambos começaram sob a forma de pós. A expressão «aço de metalurgia do pó» identifica uma família de vias de processamento e não um único nível de densidade. A qualidade do pó introduz preocupações adicionais. As inclusões não metálicas podem ter origem na fusão, na atomização, no manuseamento, na crivagem ou na mistura. A ISO 13947:2024 especifica um método para determinar inclusões não metálicas em pós metálicos e permite aplicar esse método a peças de aço forjadas a partir de pós. O ensaio de inclusões é importante porque uma estrutura fina de carbonetos não compensa a presença de um óxido prejudicial, de uma partícula de escória ou de outra fase estranha posicionada num local crítico. ### Por que razão a via e a especificação determinam a resposta Qualquer afirmação sobre um aço PM deve ser associada a uma via de processamento e a um estado do material. «PM» pode significar prensagem e sinterização convencionais, forjamento de pós, prensagem isostática a quente ou um processo de fabrico aditivo relacionado. Estas vias não são permutáveis. O fabrico aditivo constrói o material camada a camada e introduz os seus próprios ciclos térmicos, defeitos de poça de fusão, tensões residuais e requisitos de tratamento após a construção. O capítulo do ASM Handbook sobre o fabrico aditivo de aços e aços inoxidáveis, publicado pelo NIST em 2020, identifica a porosidade, as inclusões, as tensões residuais e o processamento térmico após a construção como fatores centrais. Essa evidência é relevante para o aço produzido a partir de pós, mas o fabrico aditivo não deve ser confundido com a PM convencional por prensagem e sinterização. A especificação também determina o significado de uma comparação. A ISO 4957:2018 aplica os requisitos relativos aos aços-ferramenta a produtos fabricados por metalurgia do pó, bem como a produtos laminados a quente, forjados, estirados a frio e laminados a frio. Isto não torna equivalentes todas as formas de um grau de aço-ferramenta designado. A norma estabelece requisitos para diferentes vias de produção, deixando que os fatores dependentes da via — densidade, morfologia dos carbonetos, inclusões, estrutura dos grãos, tratamento térmico e dimensões finais — sejam controlados e verificados. Uma análise química nominal prevê, portanto, apenas parte do resultado. Dois materiais podem ter os mesmos teores de carbono e de elementos de liga, mas diferir quanto ao oxigénio do pó, à morfologia das partículas, à densidade de compactação, à morfologia dos poros, à atmosfera de sinterização, à distribuição dos carbonetos e ao historial de revenido. Estas diferenças podem alterar a maquinabilidade, a resistência ao desgaste, a tenacidade, o comportamento à fadiga e a estabilidade dimensional. A obra *A–Z of Powder Metallurgy*, de Randall German, publicada em 2005, aborda a produção de pós, a compactação, a sinterização, a densificação, a microestrutura e a porosidade como elementos interligados precisamente por esta razão. A pergunta fundamentada não é se o aço PM é automaticamente mais resistente, mais tenaz ou mais consistente do que o aço trabalhado. A questão é saber qual foi o pó, qual a via de consolidação, qual a densidade, qual a especificação e qual o estado de tratamento térmico que deram origem ao material ensaiado. O processamento de pós pode tornar possíveis estruturas de ligas que, de outro modo, seriam inacessíveis. Pode também introduzir poros, inclusões, gradientes de densidade e alterações dimensionais. Ambas as afirmações são verdadeiras, e omitir qualquer uma delas transforma uma família de materiais numa designação de grau enganadora. ## Referências 1. \[1\] ScienceDirect Topics. [Ferrous Powder Metallurgy](https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/ferrous-powder-metallurgy). ScienceDirect Topics, 2024. [](/pt/wiki/fam%C3%ADlias-de-a%C3%A7o/a%C3%A7os-de-pulvimetalurgia-normas-conce%C3%A7%C3%A3o-de-ligas-porosidade-e-carbonetos#wiki-cite-ref-1) https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/ferrous-powder-metallurgy 2. \[2\] International Organization for Standardization. [ISO 13947:2024](https://www.iso.org/standard/85818.html). ISO standard, 2024. [](/pt/wiki/fam%C3%ADlias-de-a%C3%A7o/a%C3%A7os-de-pulvimetalurgia-normas-conce%C3%A7%C3%A3o-de-ligas-porosidade-e-carbonetos#wiki-cite-ref-2) https://www.iso.org/standard/85818.html 3. \[3\] International Organization for Standardization. [ISO 4957:2018](https://www.iso.org/standard/70646.html). ISO standard, 2018. [](/pt/wiki/fam%C3%ADlias-de-a%C3%A7o/a%C3%A7os-de-pulvimetalurgia-normas-conce%C3%A7%C3%A3o-de-ligas-porosidade-e-carbonetos#wiki-cite-ref-3) https://www.iso.org/standard/70646.html 4. \[4\] National Institute of Standards and Technology. [Additive Manufacturing of Steels and Stainless Steels](https://www.nist.gov/publications/additive-manufacturing-steels-and-stainless-steels). ASM Handbook, 2020. [](/pt/wiki/fam%C3%ADlias-de-a%C3%A7o/a%C3%A7os-de-pulvimetalurgia-normas-conce%C3%A7%C3%A3o-de-ligas-porosidade-e-carbonetos#wiki-cite-ref-4) https://www.nist.gov/publications/additive-manufacturing-steels-and-stainless-steels 5. \[5\] ASTM International. [ASTM B783-24](https://store.astm.org/b0783-24.html). ASTM standard, 2024. [](/pt/wiki/fam%C3%ADlias-de-a%C3%A7o/a%C3%A7os-de-pulvimetalurgia-normas-conce%C3%A7%C3%A3o-de-ligas-porosidade-e-carbonetos#wiki-cite-ref-5) https://store.astm.org/b0783-24.html 6. \[6\] Randall German. [A-Z of Powder Metallurgy](https://books.google.com/books/about/A_Z_of_Powder_Metallurgy.html?hl=de&id=4bxTAAAAMAAJ). Book, 2005. [](/pt/wiki/fam%C3%ADlias-de-a%C3%A7o/a%C3%A7os-de-pulvimetalurgia-normas-conce%C3%A7%C3%A3o-de-ligas-porosidade-e-carbonetos#wiki-cite-ref-6) https://books.google.com/books/about/A\_Z\_of\_Powder\_Metallurgy.html?hl=de&id=4bxTAAAAMAAJ 7. \[7\] International Organization for Standardization. [ISO 5755:2022](https://www.iso.org/ics/77.160/x/). ISO standard, 2022. [](/pt/wiki/fam%C3%ADlias-de-a%C3%A7o/a%C3%A7os-de-pulvimetalurgia-normas-conce%C3%A7%C3%A3o-de-ligas-porosidade-e-carbonetos#wiki-cite-ref-7) https://www.iso.org/ics/77.160/x/ **Aço para pulvimetalurgia em resumo** Identidade do material Uma família de processos e materiais Processo típico Produção do pó, mistura, compactação, sinterização e processamento secundário opcional Principais variáveis estruturais Densidade, porosidade, inclusões, fases e estrutura dos carbonetos Grupo de composição ferrosa comum Ferro–cobre–carbono, aproximadamente metade das peças ferrosas de pulvimetalurgia [Voltar a Famílias de aço](/pt/wiki/famílias-de-aço "Famílias de aço — Steel Wiki")