Moldeo por inyección de metal | ¿Qué metales se pueden usar en MIM?

Definición de Moldeo por Inyección de Metal (MIM)

El moldeo por inyección de metal (MIM) es un proceso avanzado de moldeo por inyección de polvo metálico (PMIM) que produce piezas metálicas pequeñas y complejas con tolerancias estrictas y alta densidad. En MIM, los polvos metálicos se combinan con aglutinantes poliméricos para crear un material de alimentación que puede inyectarse en moldes usando técnicas de moldeo por inyección de plástico. Después del moldeo, los aglutinantes se eliminan mediante desaglutinado, y el componente metálico se sinteriza a altas temperaturas para fusionar las partículas en una pieza metálica sólida.

Importancia de la selección del metal en MIM

La selección del metal es crucial en el moldeo por inyección de metal, ya que impacta fundamentalmente las propiedades del material de alimentación, el comportamiento del moldeo, el desaglutinado, las características de sinterizado, las propiedades finales de la pieza y las operaciones secundarias. La composición específica del aleación y la morfología del polvo determinan factores importantes como la densificación, contracción, rendimiento mecánico, maquinabilidad, resistencia a la corrosión, costos y más en cada etapa del proceso MIM. Los componentes deben diseñarse según las capacidades y limitaciones de los materiales MIM seleccionados, haciendo que la selección del metal sea una elección fundamental en cualquier aplicación MIM.

Consideraciones en la selección de materiales para MIM

Elegir un material adecuado es crucial en el moldeo por inyección de metal. Las consideraciones clave incluyen propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión, costo, moldeabilidad, maquinabilidad, comportamiento al sinterizado y cumplimiento normativo. La aleación ideal equilibrará la procesabilidad, el rendimiento y el costo.

Propiedades mecánicas: resistencia, flexibilidad, dureza, etc., deben cumplir con los requisitos de la aplicación. Las adiciones de aleación pueden ajustar las propiedades según sea necesario.

Resistencia a la corrosión: materiales como el acero inoxidable MIM y aleaciones de níquel proporcionan excelente resistencia a la corrosión, crucial para uso prolongado en ambientes hostiles.

Resistencia al desgaste: aleaciones MIM de tungsteno duro o aceros inoxidables con carburos resisten mejor el desgaste en aplicaciones de alta abrasión como componentes automotrices.

Propiedades magnéticas: usar aleaciones ferromagnéticas permite capacidades magnéticas esenciales para componentes como imanes blandos y motores.

Biocompatibilidad: el MIM de titanio grado implante o aleaciones cobalto-cromo son biocompatibles para dispositivos médicos que interactúan con el cuerpo.

Costo: los polvos de aleación de bajo costo como el acero inoxidable MIM ayudan a controlar costos de componentes en producción a gran escala.

Contracción por sinterizado: las aleaciones propensas a contracción excesiva pueden provocar dimensiones fuera de tolerancia tras el sinterizado de piezas MIM.

Características de moldeo: la forma y distribución del tamaño de partícula afectan significativamente la viscosidad del material de alimentación y la moldeabilidad.

Desaglutinado MIM: algunos polvos de aleación reactivos son susceptibles a defectos durante la eliminación de aglutinantes.

Maquinabilidad: aleaciones más blandas y maquinables facilitan operaciones de acabado secundarias.

Cumplimiento regulatorio: aleaciones para aviación y médicas pueden requerir certificaciones estrictas para aplicaciones reguladas.

Materiales MIM de acero inoxidable

El acero inoxidable MIM es ampliamente usado en moldeo por inyección de metal debido a su excelente resistencia a la corrosión, alta resistencia y buena elasticidad. Exhibe propiedades mecánicas sobresalientes, adecuado para aplicaciones que requieren resistencia y durabilidad.

Propiedades y características:

• Excelente resistencia a la corrosión debido al contenido de cromo (10.5-30% Cr)

• Alta resistencia y dureza dependiendo del grado

• Grados austeníticos no magnéticos disponibles

• Puede endurecerse por precipitación mediante tratamiento térmico

• Más maquinable que los aceros inoxidables ferríticos o martensíticos

• Disponible en grados forjados o de metalurgia de polvos

• Densidades alrededor de 7.7-8 g/cc

Aplicaciones en MIM:

• Piezas moldeadas MIM para instrumentos médicos y dentales – alta biocompatibilidad

• Componentes industriales resistentes a la corrosión como válvulas y boquillas

• Hardware marino expuesto a ambientes salinos

• Equipos para procesamiento de alimentos y farmacéuticos que requieren buena higiene

• Piezas de alta resistencia como herramientas manuales y engranajes

• Productos decorativos y de lujo como joyería y relojes

• Alternativa rentable a aleaciones de titanio o cobalto

En general, el acero inoxidable MIM es una aleación versátil, resistente a la corrosión y fuerte, adecuada para diversas aplicaciones, especialmente donde el costo es importante.

Acero de baja aleación

Los aceros de baja aleación equilibran la resistencia y el costo, siendo una opción popular en MIM. Estos aceros contienen pequeñas cantidades de elementos de aleación como cromo, molibdeno y níquel, mejorando sus propiedades mecánicas. Con su alta resistencia y resistencia al desgaste, las piezas de acero de baja aleación se usan comúnmente en maquinaria industrial, armas de fuego y electrónica de consumo.

Propiedades y características:

• Contienen pequeñas cantidades de elementos de aleación como cromo, níquel y molibdeno

• Alcanza mayor resistencia que el acero al carbono

• Tratables térmicamente para aumentar dureza y resistencia

• Más dúctiles que el acero inoxidable

• Típicamente ferromagnéticos

• Buena maquinabilidad

• Densidades alrededor de 7.7-7.8 g/cc

• Costo menor que el acero inoxidable o aleaciones exóticas

Aplicaciones en MIM:

• Piezas estructurales que requieren alta resistencia, como componentes automotrices

• Engranajes, levas y otros mecanismos

• Productos de consumo como artículos deportivos y herramientas manuales

• Componentes de alta resistencia al desgaste

• Componentes militares/armas que requieren resistencia

• Sustitutos de bajo costo para piezas de acero maquinadas

• Componentes que requieren tratamiento térmico posterior al sinterizado

En general, los aceros de baja aleación ofrecen una solución económica para piezas MIM tratables térmicamente y de alta resistencia, manteniendo buena ductilidad y maquinabilidad. Sus propiedades y costos favorables los hacen aptos para muchas aplicaciones comerciales y de consumo.

Aceros para herramientas

Los aceros para herramientas están diseñados específicamente por su dureza excepcional, resistencia al calor y al desgaste. MIM los emplea comúnmente para producir herramientas de corte, moldes y matrices. La alta dureza de los aceros para herramientas asegura que estos componentes mantengan su forma y filo incluso en condiciones exigentes.

Propiedades y características:

• Alta dureza, resistencia al desgaste y resistencia a altas temperaturas

• Logrado mediante alto contenido de carbono y elementos de aleación como tungsteno, molibdeno y cromo

• Puede ser tratado térmicamente para alcanzar durezas muy altas (>HRC60)

• Baja resistencia a la corrosión comparado con acero inoxidable

• Tienden a ser más frágiles que el acero de baja aleación

• Difícil de sinterizar a densidad total

• Densidades alrededor de 7.7-8.1 g/cc

Aplicaciones en MIM:

• Herramientas de corte como brocas, fresas, machuelos, matrices

• Insertos para moldes de moldeo por inyección o fundición a presión

• Herramientas de estampado o conformado

• Componentes de alta resistencia al desgaste como boquillas o punzones

• Piezas que requieren alta dureza superficial como engranajes

• Producción en bajo volumen de herramientas

• Prototipado de herramientas antes del mecanizado

En general, MIM permite producir componentes complejos de acero para herramientas con costo efectivo en pequeñas cantidades. La alta dureza y resistencia al desgaste hacen que los aceros para herramientas sean ideales para herramientas de corte, moldes y otras aplicaciones de herramientas. Sin embargo, su fragilidad puede limitar su uso en componentes estructurales.

Materiales MIM de titanio

El MIM de titanio y sus aleaciones ofrecen una combinación única de bajo peso, alta resistencia y excelente resistencia a la corrosión. Las piezas de titanio MIM se usan en aplicaciones aeroespaciales, implantes biomédicos y equipos deportivos. La capacidad de producir geometrías complejas mediante MIM permite diseñar y fabricar componentes de titanio ligeros pero robustos.

Propiedades y características:

• Excelente relación resistencia-peso

• Alta resistencia a la corrosión y oxidación

• Bioinerte y biocompatible, ideal para usos médicos

• Densidad baja, alrededor de 4.5 g/cc

• Costo alto comparado con acero y aluminio

• Polvo reactivo que requiere procesamiento controlado

• Aleación con aluminio, vanadio, etc., para refuerzo significativo

• Difícil lograr alta densidad por sinterizado completo

Aplicaciones en MIM:

• Piezas médicas MIM como implantes biomédicos e instrumentos, aprovechando la biocompatibilidad

• Componentes aeroespaciales y aeronáuticos que requieren bajo peso

• Válvulas , boquillas y piezas de sistemas fluidos resistentes a la corrosión

• Equipos deportivos de alto rendimiento como cuadros de bicicleta

• Productos de lujo como joyas, relojes y gafas

• Producción rentable de piezas complejas de titanio

En general, MIM permite fabricar piezas complejas de titanio para aplicaciones exigentes, aunque el costo y la sinterización completa siguen siendo desafíos. Las propiedades lo hacen ideal cuando la resistencia, bajo peso y resistencia a la corrosión son críticas.

Materiales MIM de tungsteno

El MIM de tungsteno y sus aleaciones exhiben resistencia notable a altas temperaturas, alta densidad y excelente resistencia a la corrosión. Estas propiedades los hacen adecuados para aplicaciones aeroespaciales, defensa y médicas. MIM permite producir componentes complejos de tungsteno, incluyendo blindajes contra radiación y piezas para hornos de alta temperatura.

Propiedades y características:

• Densidad extremadamente alta, alrededor de 17-18 g/cc

• Punto de fusión más alto de cualquier metal (3400°C)

• Alta resistencia a temperaturas elevadas

• Dureza muy alta cuando está aleado

• Buena resistencia a la corrosión y al desgaste

• Difícil sinterizar y alearlos completamente

• Aleaciones con níquel, hierro o cobalto mejoran el sinterizado

Aplicaciones en MIM:

• Piezas aeroespaciales MIM como componentes de blindaje contra radiación, aprovechando la densidad

• Contrapesos que requieren alta densidad

• Herramientas de corte, punzones y matrices que necesitan resistencia al desgaste

• Peso de lastre para aeroespacial y carreras automovilísticas

• Componentes amortiguadores que utilizan alta densidad

• Piezas que requieren propiedades a alta temperatura

• Sustitutos de aleaciones de tungsteno maquinadas cuando el costo es crítico

En general, la extraordinaria densidad, resistencia y dureza del tungsteno lo hacen ideal para aplicaciones de alta densidad y resistencia al desgaste mediante el procesamiento MIM, aunque alcanzar la densidad total de sinterizado puede ser un desafío.

Aleaciones magnéticas

Las aleaciones magnéticas como hierro, níquel y cobalto se usan comúnmente en MIM para producir componentes que requieren propiedades magnéticas. La personalización de los aditivos de aleación permite un control preciso del rendimiento magnético final. MIM sobresale en la fabricación de piezas magnéticas complejas para motores eléctricos, sensores, transformadores y otras aplicaciones.

Propiedades y características:

• Exhiben ferromagnetismo, permitiendo fuertes propiedades magnéticas

• Incluyen hierro, níquel y cobalto como elementos clave de aleación

• Alta permeabilidad y magnetización de saturación

• Usados en aplicaciones de imanes blandos y duros

• Los aditivos de aleación ajustan el rendimiento magnético

• Requieren microestructura y porosidad controladas

• A menudo requieren tratamiento térmico post-sinterizado

• Densidades entre 7.5 y 8.5 g/cc

Aplicaciones en MIM:

• Transformadores, inductores y motores eléctricos

• Solenoides, actuadores, válvulas y interruptores

• Sensores que utilizan respuestas magnéticas blandas

• Sistemas microelectromecánicos (MEMS)

• Herramientas magnéticas y dispositivos de sujeción

• Componentes magnéticos para deportes de motor

• Núcleos magnéticos de baja pérdida energética

En general, MIM permite la fabricación precisa de componentes magnéticos complejos y dispositivos que no son factibles con otros métodos. El control cuidadoso de la química de la aleación y la microestructura es fundamental para lograr las propiedades magnéticas deseadas.

Materiales MIM de cobre

El cobre MIM y sus aleaciones poseen excelente conductividad térmica y eléctrica, haciéndolos ideales para aplicaciones en las industrias eléctrica y electrónica. Las piezas MIM a base de cobre se usan en conectores, interruptores y disipadores térmicos, donde la disipación eficiente de calor o conexiones eléctricas confiables son esenciales.

Propiedades y características:

• Excelente conductividad eléctrica y térmica

• Relativamente suave y dúctil

• Punto de fusión bajo comparado con acero y aleaciones de titanio

• Sensible al empañamiento y corrosión

• La aleación con zinc (latón) o estaño (bronce) aumenta la resistencia

• Alta resistencia a empañamiento/corrosión en algunas aleaciones

• Densidades alrededor de 8.5-9 g/cc

Aplicaciones en MIM:

• Moldeo MIM de contactos eléctricos y conectores

• Discos de fricción y componentes de frenado que requieren alta resistencia al desgaste

• Rodamientos y bujes que requieren estabilidad dimensional

• Intercambiadores de calor y disipadores térmicos aprovechando la conductividad térmica

• Productos decorativos como joyería y accesorios

• Componentes de transmisión de baja fuerza como engranajes o levas

• Sustitutos rentables para piezas de aleación de cobre mecanizadas

En general, la excelente conductividad y flexibilidad de las aleaciones MIM de cobre las hacen adecuadas para aplicaciones eléctricas, térmicas y de carga moderada. Las adiciones de aleación pueden ajustar las propiedades según sea necesario.

Conclusión

Al comparar MIM y fundición a presión, el moldeo por inyección de metal ofrece muchas posibilidades para producir piezas metálicas complejas con excelentes propiedades mecánicas y alta precisión dimensional. La selección de materiales MIM juega un papel crucial en lograr las características deseadas de las piezas finales. El acero inoxidable, titanio, tungsteno y cobre son solo algunos ejemplos de metales que se pueden usar en MIM. La capacidad para moldear piezas MIM abre oportunidades en diversas industrias, incluyendo dispositivos médicos, aeroespacial y componentes automotrices.

Durante el proceso MIM, la cuidadosa selección de polvos metálicos es esencial. Los polvos seleccionados se combinan con aglutinantes poliméricos para formar un material de alimentación que puede inyectarse rápidamente en los moldes. Después del moldeo, los aglutinantes se eliminan mediante desaglutinado, y el componente metálico restante se sinteriza para alcanzar la densidad y resistencia deseadas.

En aplicaciones MIM, el acero inoxidable MIM es valorado por su resistencia a la corrosión, resistencia y flexibilidad. Se usa en instrumentos médicos, componentes industriales, hardware marino y más. Por otro lado, el titanio MIM ofrece una combinación única de bajo peso, alta resistencia y excelente resistencia a la corrosión, haciéndolo adecuado para aplicaciones aeroespaciales, médicas y deportivas.

Los materiales MIM de tungsteno presentan alta densidad, resistencia y excelente resistencia a la corrosión, lo que los hace ideales para las industrias aeroespacial, defensa y médica. Los componentes de tungsteno producidos mediante MIM incluyen escudos contra radiación y piezas para hornos de alta temperatura.

Las aleaciones MIM de cobre, con su excelente conductividad térmica y eléctrica, se usan en las industrias eléctrica y electrónica para conectores, interruptores y disipadores térmicos.

La selección del material MIM apropiado depende de varios factores como propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión, costo, moldeabilidad, maquinabilidad y cumplimiento regulatorio. Cada material tiene sus propias propiedades y características que lo hacen adecuado para aplicaciones específicas.

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