1. Classificação e características dos defeitos de porosidade
1.1. Porosidade intrusiva (porosidade localizada):
Durante o tratamento térmico do metal fundido, os gases gerados pelo molde (ou núcleo) infiltram-se no líquido do ferro, resultando em porosidade localizada em certas áreas da peça fundida durante o processo de resfriamento. Ressalta-se que a interação entre o metal fundido e o molde/núcleo ocorre apenas durante a fundição, permitindo que gases produzidos pelo molde/núcleo em altas temperaturas se infiltrem no líquido do ferro. (Reação física)
◆Características de porosidade de ingresso:
- Manifesta-se como porosidade localizada ocorrendo em regiões específicas da peça fundida.
- A superfície dos poros é relativamente lisa, apresentando-se como vazios individuais ou em favo de mel.
- A cor dos poros é branca ou pode apresentar uma camada escura, ocasionalmente coberta por uma pele oxidada.
- No caso do ferro grafite nodular/compactado, pode emitir um odor que lembra carboneto.Ver Figura 1.
Porosidade de contração:
- Apresenta características de retração e porosidade.
- Consulte a Figura 2.
1.2 Porosidade de Precipitação (Porosidade tipo Peneira):
Os gases dissolvidos no líquido formam poros durante o processo de resfriamento à medida que sua solubilidade diminui. Esses poros geralmente têm formato circular, elíptico ou em forma de agulha. É essencial observar que a formação de gás no ferro líquido ocorre durante as etapas de fundição e processamento. À medida que a temperatura do ferro líquido aumenta, a solubilidade dos gases aumenta, resultando num aumento do teor de gás devido a reações físicas e químicas durante o processo de fundição. (A presença de gás no líquido do ferro é consequência das reações físicas e químicas que envolvem todas as substâncias participantes do processo de fundição).
Características da porosidade da precipitação:
A característica é que ele é numeroso, disperso e distribuído de maneira relativamente uniforme por toda ou em uma porção significativa da seção transversal da peça fundida. Veja a Figura 3.
1.3 Porosidade da reação:
Porosidade gerada como consequência de reações químicas entre o metal fundido e a interface do molde. Nesse processo, o líquido do ferro passa por uma etapa de resfriamento, fazendo com que os gases sejam liberados e aprisionados apenas na superfície da peça fundida.
Características da porosidade da reação:
Este tipo de porosidade aparece predominantemente na superfície da peça fundida, a cerca de 1-3mm de distância da superfície da peça fundida. Apresenta-se como um padrão densamente distribuído de poros pequenos e pouco espaçados, que se tornam mais evidentes após tratamento térmico e jateamento. Tipicamente, estes poros apresentam uma forma semelhante a uma agulha ou a um girino. Também é conhecida como porosidade subterrânea. Veja a Figura 4.
A. Tipo de agente esferoidizante **
Características do defeito: Depressões esféricas aparecem na superfície da peça fundida, contendo inclusões. Estas depressões ocorrem frequentemente perto do sistema de comporta interno. A microscopia eletrônica de varredura revela superfícies irregulares dentro dos poros. A análise espectral do conteúdo de poros detecta Si, Mg, Al, Ba e O. A presença de Mg, específico dos agentes esferoidizantes, indica que as inclusões são escórias formadas pela participação de agentes esferoidizantes. Furos de gás CO resultam da reação entre o carbono no líquido de ferro e a escória.
B. Tipo de escória resultante de defeito do inoculante Características: A seção transversal apresenta diversas depressões. A microscopia eletrônica de varredura e a análise espectral revelam superfícies internas irregulares dentro das depressões, juntamente com a presença de Si, Ca, Ba e O nas inclusões. Ba é um elemento único do inoculante. Isso indica que o inoculante residual de silício-ferro forma escória, e a reação entre o carbono no líquido de ferro e o óxido na escória leva à geração de gás CO, causando defeitos pinhole. Causa: A fusão incompleta do inoculante durante o fluxo resulta na formação de escória. Contramedidas: Use inoculantes secos para evitar respingos do líquido de ferro e porosidade da escória durante a inoculação.
C Defeito: Tipo de inclusão de escória e areia Aparência do defeito: Múltiplas depressões na superfície da peça fundida perto do canal de entrada. A microscopia eletrônica de varredura mostra a presença de escória e areia nas depressões. A análise espectral indica a presença de Si, O, Al na areia e elementos como Mg, Ce, Mn na escória. Isto sugere que o defeito é formado devido à interação entre o inoculante e a areia. Solução: Aumente a área da seção transversal do canal de entrada e reduza a velocidade do fluxo no canal de entrada.
D Defeito: Defeito do molde de areia induzido por umidade Aparência do defeito: Depressões na superfície da peça fundida após a usinagem. A microscopia eletrônica de varredura não revela defeitos nas depressões. A análise espectral mostra que os elementos principais são C, O, Si e Fe. Este é um defeito pinhole causado pelo vapor de água gerado pela umidade no molde do tipo úmido. Solução: Reduza o teor de umidade na areia de moldagem, melhore a permeabilidade da areia de moldagem e aumente a proporção de pó de carvão na areia de moldagem. Diminua o teor de umidade da resina no processo de fabricação do núcleo da caixa fria.
2.1 Análise das causas da porosidade invasiva:
1. Razões para porosidade invasiva:
- Projeto irracional do sistema de vazamento, levando a uma exaustão deficiente de gases ou à formação de vórtices, resultando em gases aprisionados durante o vazamento.
- Compacidade excessiva do molde de areia, reduzindo a sua permeabilidade.
- Ventilação inadequada de gases no núcleo de areia ou obstrução das passagens de ar.
- Alto teor de umidade na areia de moldagem (núcleo). Durante condições climáticas úmidas, o ar úmido pode ser absorvido pelo molde/núcleo e reagir com o ferro fundido, resultando na geração de uma grande quantidade de gás aprisionado na cavidade do molde.
- Contaminação do suporte do núcleo e do ferro do núcleo com óleo.
- Excesso de substâncias voláteis presentes na areia de moldagem.
- Alto teor de nitrogênio (N) resinoso na areia revestida, levando à decomposição de NH3 e formação de gases N e H.
- Vazamento irregular, enchimento insuficiente, resultando na entrada de grande quantidade de gás.
- Alto teor de argila na areia de moldagem, baixa permeabilidade, causando "bolhas" na superfície da peça fundida, o que também é considerado como porosidade invasiva.
2.2 Análise das Causas da Porosidade:
1. Alto teor de gás, corrosão severa e excesso de graxa superficial na carga do forno resultam em um maior teor de gás no ferro fundido.
2. Secagem insuficiente do molde de ferro fundido.
3. Secagem insuficiente da liga.
4. Silício e elementos de terras raras na carga do forno podem facilmente gerar buracos de gás hidrogênio, enquanto alumínio ou alumina podem gerar gás.
5. Baixa temperatura de vazamento, fazendo com que o gás gerado não tenha tempo suficiente para subir e escapar.
6. Derramamento instável.
7. A alta temperatura da areia excedendo 35 graus ou alta temperatura do núcleo pode levar à absorção de umidade na superfície da cavidade do molde e ao teor excessivo de água na camada superficial.
8. Porosidade de reação: O gás produzido a partir da reação química entre os elementos químicos do ferro fundido e o molde/núcleo infiltra-se no líquido. Os poros do gás são formados durante o processo de resfriamento, quando o gás não tem tempo suficiente para ser liberado.
9. Alto teor residual de magnésio: O teor excessivo de magnésio agrava a tendência de absorção de hidrogênio do ferro fundido. O conteúdo residual de magnésio superior a 0.05% no ferro fundido pode causar porosidade gasosa subcutânea. O ferro dúctil austenítico com alto teor de níquel e teor de magnésio residual superior a 0,07% é mais propenso à porosidade gasosa subcutânea.
10. Baixa temperatura de vazamento.
11. Alto teor de enxofre no ferro fundido: Quando o teor de enxofre excede 00,094%, ocorre porosidade subcutânea do gás, e quanto maior o teor de enxofre, mais severa é a porosidade subcutânea do gás.
12. Conteúdo de terras raras: O conteúdo excessivo de terras raras aumenta o conteúdo de óxido no ferro fundido, levando a um aumento nos núcleos de bolhas estranhas e na porosidade do gás subcutâneo. O conteúdo residual de terras raras deve ser controlado dentro de 0,043%.
13. Teor de alumínio: O alumínio no ferro fundido é a principal causa da porosidade do gás hidrogênio nas peças fundidas. Quando o teor residual de alumínio no ferro dúctil do tipo úmido está entre 0,03% e 0,05%, ocorre porosidade subcutânea de gás.
14. Espessura da parede da peça fundida: Peças fundidas de paredes finas e seções espessas são menos propensas à porosidade subcutânea de gases.
15. Teor de umidade na areia de moldagem: Com o aumento do teor de umidade, aumenta a tendência do ferro fundido nodular de produzir porosidade gasosa subcutânea. Quando o teor de umidade na areia de moldagem é controlado abaixo de 4,8%, a taxa de porosidade do gás subcutâneo se aproxima de zero.
Além disso, a compactação da areia de moldagem e a temperatura de vazamento também desempenham um papel importante.
O vapor de magnésio que escapa do ferro fundido e o sulfeto de magnésio na superfície do ferro fundido reagem com o vapor de água no molde da seguinte forma: Mg + H2O → MgO + 2[H] e MgS + H2O → MgO + H2O. Os gases gerados de hidrogênio, óxido de magnésio e sulfeto de magnésio podem potencialmente se infiltrar na peça fundida através da superfície do ferro fundido.
3.Métodos para prevenir defeitos de porosidade:
1. Limpe completamente a carga do forno para remover conteúdo excessivo de gás, corrosão severa e graxa superficial antes do uso.
2. Controle rigorosamente a temperatura do ferro fundido quando ele é retirado do forno e durante o vazamento. Evite temperaturas de vazamento excessivamente baixas.
3. Seque totalmente o cadinho do forno, a concha e o molde de ferro fundido. Pré-aqueça a concha antes de usar.
4. Pré-aqueça adequadamente os agentes esferoidizantes e os inoculantes para reduzir a quantidade de gás introduzido pelas terras raras e pelo ferrossilício.
5. Projete adequadamente o sistema de vazamento para garantir uma ventilação suave dentro da cavidade do molde e um fluxo constante na cavidade.
6. Garantir a compactação uniforme da areia de moldagem, evitando estanqueidade excessiva.
7. Reduzir adequadamente o teor de argila na areia do núcleo e aumentar sua permeabilidade.
8. Garanta a ventilação adequada do núcleo de areia e sele as lacunas entre os núcleos para evitar que o ferro fundido entre e bloqueie as passagens de ar.
9. Coloque risers ou respiros nos pontos mais altos da peça fundida. Preste atenção à ventilação durante o vazamento de peças fundidas grandes.
10. Incline ligeiramente a peça fundida para peças fundidas planas grandes, com os orifícios de ventilação posicionados ligeiramente mais altos para facilitar a ventilação.
11. Seque e limpe os chapelins e calafrios, garantindo que estejam livres de ferrugem e contaminação por óleo.
12. Reduza o teor de umidade na areia de moldagem, crie aberturas de ventilação nas superfícies de separação e aumente a quantidade de pó de carvão adicionado, se necessário.
13. Reduza o conteúdo do fichário de forma adequada. Para peças fundidas grandes, adicione materiais que aumentem a permeabilidade, como serragem.
14. Use grãos de areia redondos para aumentar a permeabilidade.
15. Reduza o conteúdo residual de magnésio garantindo ao mesmo tempo uma nodularização adequada. Minimize o teor de enxofre no ferro fundido original.
16. Controle a temperatura da areia e despeje o mais rápido possível após fechar o molde.
17. Use núcleos de areia seca e evite a absorção de umidade dentro do molde. Não use núcleos de areia com forte absorção de umidade.
18. Pulverize materiais carbonáceos como lingotes de óleo na superfície do molde para criar uma atmosfera redutora entre o ferro fundido e a interface do molde. Polvilhar uma pequena quantidade de pó de fluorita ou fluoreto de sódio na interface ferro fundido-molde pode reduzir ou eliminar a porosidade subcutânea.
19. Aumente a temperatura de vazamento de forma adequada em tempo chuvoso.
20. Reduza as inclusões de sulfeto de magnésio. Use ferro-gusa com baixo teor de enxofre ou adicione uma pequena quantidade de carbonato de sódio durante o tratamento de esferoidização para dessulfurização. Após a esferoidização, retire a escória várias vezes e deixe-a repousar brevemente para permitir que a escória MgS flutue.
21. Controle a temperatura de vazamento. Para peças fundidas de paredes finas, a temperatura não deve ser inferior a 1320 graus; para peças fundidas com espessura de parede média, não deve ser inferior a 1300 graus; para componentes de paredes espessas, como placas guia, não deve ser inferior a 1280 graus. O ferro fundido silício-molibdênio e o ferro dúctil austenítico com alto teor de níquel requerem temperaturas ainda mais altas.