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Defeitos de Fundição Porosidades de gas

• Ricardo Fuoco

Gerente Geral de Tecnologia de Fundição

Metso Brasil Indústria e Comércio Ltda

Fone: (015) 2102-1212

Email: [email protected]

Defeitos de Fundição - Porosidades de gás

Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014

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Índice

• 4.1. Porosidades:

• Porosidades de gas – Microporosidades

– Bolha de gás (sopro)

– Porosidades de gás dissolvido no metal

» Porosidades de Nitrogênio

» Porosidades de Hidrogênio

– Pin Holes (reação metal / molde)

Defeitos de Fundição - Porosidades de

gás Ricardo Fuoco -

Metso Minerals 2014

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Porosidades de gás

3 Defeitos de Fundição - Porosidades de gás




Porosidades de gás Características

• São descritos genericamente como vazios de superfície lisa e de forma arredondada. As porosidades de gás podem ser classificadas em 4 categorias, a saber:

– 1. Microporosidades: Ocorrem distribuídas em pequenas porosidades por todas as secções da peça. Sua formação depende da presença de gás dissolvido no metal associado à liga com solidificação pastosa;

– 2 . Bolhas de gás: Ocorre isoladamente como vazios de grandes dimensões (5 a 30mm de diâmetro) nas regiões superiores da peça;

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Porosidades de gás Características

– 3. Porosidades de gás dissolvido no metal: vazios de grandes dimensões concentrados no centro das secções grossas ou orientado perpendicularmente às superfícies do molde acompanhando as direções de solidificação;

– 4. Pin holes: decorrem de reação metal / molde com distribuição oposta aos ataques e sub-superficialmente (observados após tratamento térmico, jateamento ou usinagem);

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MICROPOROSIDADES

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Microporosidades Características

– São pequenas porosidades distribuídas por todas as secções da peça. Sua formação depende da presença de gás dissolvido no metal associado à liga com solidificação pastosa;

– A solubilidade de gás no metal apresenta redução durante a solidificação determinando a sua segregação para as últimas poças de líquido interdendrítico. Além disto, a solidificação dendrítica promove o isolamento de poças de líquido interdendrítico, causando falha no processo de alimentação das contrações de solidificação pelos massalotes. Em conseqüência dos dois processos (microbolhas+microrrechupes) são formadas as microporosidades em todas as secções da peça.

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Microporosidades Redução de solubilidade de H em ligas de Al

Temperatura (°C)

Solubilidade do H (cm3/100g Al)

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Microporosidades Porosidades de rechupe em liga de Al com morfologia

interdendrítica em decorrência da solidificação pastosa

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Microporosidades Distribuição de microporosidades em ligas de Al determinada

primordialmente pela presença de H

Microporosidades

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Microporosidades Efeito do teor de H na quantidade de microporosidades em liga

de Al – Desgaseificação é a melhor solução

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Microporosidades Efeito do teor de H na quantidade de microporosidades e nos valores de

LR em ligas de Al

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Microporosidades Morfologia dendrítica em bronze 85-5-5-5

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Microporosidades Distribuição de microporosidades em bronze 85-5-5-5 determinada

primordialmente pelo modo de solidificação

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BOLHAS DE GÁS (SOPRO)

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Bolhas de gás (sopro)

Durante o preenchimento da cavidade do molde com metal líquido, ocorre um rápido aquecimento dos materiais de moldagem.

Em conseqüência, são gerados gases decorrentes da queima dos ligantes orgânicos da areia, promovendo uma aumento na pressão interna dos machos.

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Porosidades de gás

Ricardo Fuoco - Metso Minerals

2014

Evolução de gases

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O alívio desta pressão interna de gases pode ocorrer através da permeabilidade da areia.

Se a pressão interna de gases suplantar a pressão metalostática do metal pode ocorrer um “sopro de macho”, ou seja, a pressão interna de gases do macho é aliviada com a saída de uma bolha de gás em direção ao metal líquido.

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Evolução de gases Efeito do preenchimento

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Bolhas de gás (sopro) Mecanismo de formação - pressão de gás superior à pressão

metalostática

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Bolhas de gás (sopro) Mecanismo de formação - pressão de gás superior à pressão

metalostática

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Pista inferior do disco

Macho com alta pressão interna

Pista superior do disco

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Macho com alta pressão interna

Pista

superior

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Macho com pressão aliviada

Pista

superior

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Pista

superior

Escape de gases para o molde

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Este fenômeno parece ser mais freqüente do que poderíamos imaginar, particularmente em peças de geometria complexa como blocos de motor e cabeçotes, em que a geração de bolhas oriundas de sopros de machos é praticamente inevitável.

Em ferros fundidos cinzentos, a passagem de bolhas de gás através do metal líquido não parece apresentar outras conseqüências na peça fundida.

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Pista

superior

Sem defeitos se não houver

camada semi solidificada

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O passagem das bolhas passa a ser importante a medida em que as bolhas encontram o metal líquido parcialmente solidificado na superfície superior da peça.

Nesta condição, os gases escapam para o molde superior, mas ficam resíduos de óxidos presos à superfície da peça.

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Pista

superior

Resíduo de óxidos se houver

camada semi sólida superior

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Normalmente o defeito não é visível na peça fundida, sendo revelado após a operação de jateamento que extrai a camada fina de ferro fundido que promoveu o aprisionamento dos óxidos.

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Bolhas de gás (sopro) Características

– Grandes vazios (5 a 30mm de diâmetro) nas regiões superiores das peças, observados após jateamento, usinagem ou tratamento térmico das peças por sua característica sub-superficial;

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Bolhas de gás (sopro) Características

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Bolhas de gás (sopro) em FoFos

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Aspecto geral do defeito após corte e polimento

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Presença de dobras com a superfície oxidada

25x 25x

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Presença de dobras com a superfície oxidada

25x 25x

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Bolhas de gás (sopro) Aspecto de bolhas de gás em cabeçote automotivo fundido em liga de Al

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Bolhas de gás (sopro) Mecanismo de formação - influência da altura do canal de descida

(pressão metalostática) e da re-condensação

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Bolhas de gás (sopro) Mecanismo de formação - influência do diâmetro dos machos

e da espessura da tinta na geração dos gases

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Bolhas de gás (sopro) Mecanismo de formação - influência da permeabilidade do

macho na pressão dos gases

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Bolhas de gás (sopro) Mecanismo de formação - influência do tipo de resina dos

machos na geração dos gases

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Bolhas de gás (sopro) Mecanismo de formação - influência do tipo de resina dos

machos na geração dos gases

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Bolhas de gás (sopro) Mecanismo de formação - variável de processo mais

importante: temperatura de vazamento

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POROSIDADES DE GÁS DISSOLVIDO NO METAL

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Porosidades de gás dissolvido no metal

• Os tipos mais freqüentes são:

– Porosidades de CO

– Porosidades de hidrogênio

– Porosidades de nitrogênio

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Porosidades de gás dissolvido no metal Possibilidade de

formação de porosidades de CO em aços não desoxidados por Al

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Porosidades de gás dissolvido no metal Possibilidade de

formação de porosidades de CO em aços não desoxidados por Al

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Porosidades de gás dissolvido no metal Corpo-de-prova para avaliação do nível de gases em aço: antes e após

desoxidação com Al

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Porosidades de gás dissolvido no metal

Redução na solubilidade de N e de H durante a solidificação

de ferros fundidos e aços, ressaltando a importância de

utilização do boilling como técnica para reduzir o nível de

gases em aços

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Porosidades de gás dissolvido no metal Variação no teor de N durante elaboração de aço em FEA

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Porosidades de gas Aspecto típico de porosidades de gases dissolvidos no metal

Porosidades de H em aço inoxidável e porosidades de N em

aço carbono

N H

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Porosidades de gás


2014

Pin holes nitrogênio em ferros fundidos

Principal fonte - molde com resinas de elevado nitrogênio

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Porosidades de gás


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Pin holes nitrogênio em ferros fundidos cinzentos

Alteração na forma da grafita lamelar pelo nitrogênio

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PIN HOLES (REAÇÃO METAL / MOLDE)

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Porosidades de gás


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Pin holes (reação metal / molde)

Pin holes de hidrogênio em ferros fundidos

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PINHOLES DE HIDROGÊNIO EM FERROS FUNDIDOS

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PINHOLES DE HIDROGÊNIO EM FERROS FUNDIDOS

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PINHOLES DE HIDROGÊNIO EM FoFos GERALMENTE TEM

CAMADA INTERNA DE CARBONO

MEV – 100X

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Porosidades de gás


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PINHOLES DE HIDROGÊNIO EM FoFos GERALMENTE TEM

CAMADA INTERNA DE CARBONO

MEV – 200X

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Pin holes de hidrogênio Mecanismo de formação

– Durante o preenchimento do molde ocorrem reações entre o metal e o molde (areia a verde) gerando vapor d’agua;

– O vapor gerado pode tomar contato com regiões frias do molde ou macho condensando-se na forma de minúsculas gotas de água;

– O contato do metal líquido com estas gotas de água recondensadas forma os pin holes;

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Porosidades de gás


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Pin holes de hidrogênio Posições típicas de formação - oposta aos ataques

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Porosidades de gás


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VAPOR D’ÁGUA VAPOR D’ÁGUA

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CONDENSAÇÃO DE ÁGUA

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CONDENSAÇÃO DE ÁGUA

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PINHOLES

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Porosidades de gás


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Pin holes de hidrogênio Mecanismo de formação - espessura típica de peças

(relacionado ao tempo de enchimento)

• Tempo de enchimento forma lago de metal e re-evapora as gotas de água

• Tempo de enchimento não há tempo para condensação

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Pin holes de hidrogênio Mecanismo de formação - fatores que influenciam a formação

– Tempo de enchimento;

– Compactabilidade da areia a verde (quantidade de água livre);

– Permeabilidade da areia (granulometria e quantidade de finos)

– Tensão superficial do metal;

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Porosidades de gás


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Pin holes de hidrogênio Mecanismo de formação - efeito da tensão superficial

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Aços ao carbono (WCB)

Pin holes de hidrogênio Mecanismo de formação (água condensada)




Porosidades de gás


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Pin holes (reação metal/molde em aços) Mecanismo de formação

– Durante o preenchimento do molde de areia aglomerada com resina ocorrem reações entre o metal e o molde gerando vapor d’água (misturas com excesso de resina e/ou com alto índice de areia recuperada com alta perda ao fogo);

– O vapor gerado pode tomar contato com regiões frias do molde ou macho condensando-se na forma de minúsculas gotas de água;

– O contato do metal líquido com estas gotas de água recondensadas forma os pin holes;

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Porosidades de gás


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– Longos tempos de enchimento;

– Localizado nas últimas regiões a serem preenchidas da cavidade;

– Areia com excesso de material orgânico (elevado conteúdo de resina ou excesso de areia recuperada com elevada perda ao fogo);

– Falha na secagem da pintura dos moldes e machos

– Permeabilidade da areia (granulometria fina e excesso de finos);

– Uso de massalotes fechados com poucos respiros

Pin holes (reação metal/molde em aços) Fatores que influenciam

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