Antes que a superfície da peça fundida se solidifique em uma casca, os materiais de moldagem, como moldes de areia e núcleos de areia, são aquecidos para produzir gases. Os gases não se dissolvem no metal fundido, mas invadem o metal fundido sob pressão, formando bolhas e poros. Atualmente, a maioria dos defeitos de poros que aparecem nas fábricas de fundição em molde úmido em meu país pertencem a esse tipo de “poros intrusivos”.
É melhor que o gás emitido pelo molde de areia e pelo núcleo seja descarregado através dos poros da areia. No entanto, as capacidades de ventilação dos moldes de areia e dos núcleos de areia são limitadas, e é especialmente difícil criar passagens de exaustão para núcleos de areia complexos. À medida que a quantidade de gás gerado aumenta, a pressão do gás de interface na fonte de gás (chamada "contrapressão") continua a aumentar. Se a velocidade de vazamento for rápida, a pressão estática do metal fundido excede a contrapressão do gás, e o gás aqui não pode invadir o metal fundido. Se o metal fundido na interface não conseguir estabelecer pressão estática suficiente a tempo de exceder a contrapressão da geração de gás, o gás penetrará através da superfície não solidificada da peça fundida e penetrará no metal fundido para formar bolhas. O volume aquecido das bolhas perfuradas no metal fundido tende a continuar a se expandir. Além disso, algumas fontes de gás transportam gás continuamente e cadeias de bolhas aparecem no metal fundido. A forma dos estômatos invasores é esférica ou em forma de pêra. A direção apontada por sua ponta é a direção da fonte de ar. O tamanho dos poros invasores varia. Eles podem flutuar e permanecer não muito acima da fonte de gás na peça fundida, ou podem acumular-se sob a pele da superfície superior da peça fundida para formar uma forma plana. Se a temperatura de vazamento for alta e a viscosidade do metal fundido for baixa, as bolhas invasoras podem escapar da superfície superior do molde de areia ou fluir para o tubo ascendente de transbordamento com o metal fundido. A origem dos poros varia dependendo do molde de areia ou núcleo.
1. Os defeitos estomáticos podem ser evitados aumentando a capacidade de ventilação da parede e reduzindo a geração de gases da areia de moldagem. As causas específicas e medidas preventivas são as seguintes:
1. O molde de areia verde tem uma grande quantidade de gás: a umidade da areia de moldagem é muito alta, especialmente quando o teor de carvão pulverizado é muito grande, uma grande quantidade de gás pode ser emitida repentinamente quando o metal fundido é derramado em a cavidade do molde. Se a exaustão não for suave ao mesmo tempo, a pressão do gás excederá a pressão estática local do metal fundido e penetrará repentinamente no metal fundido, formando um respingo explosivo. Isso geralmente é chamado de "fogo sufocante", que formará bolhas maiores na peça fundida. Portanto, durante a fundição em areia verde, a taxa de compactação e o teor de umidade da areia de moldagem precisam ser rigorosamente controlados, e a taxa de geração de gás não deve ser muito alta. O teor efetivo de carvão pulverizado da areia de moldagem deve ser controlado principalmente com base na morfologia da superfície da peça fundida. Se houver uma leve areia aderida à superfície da peça fundida, a quantidade de carvão pulverizado pode ser ligeiramente aumentada. Se a superfície da peça fundida ficar azul, a quantidade eficaz de carvão pulverizado deverá ser reduzida para evitar a geração excessiva de gás.
2. As impurezas na areia verde emitirão gases quando aquecidas: pequenas bolas de argila, bolas de papel picado, pontas de cigarro, fragmentos de núcleo de areia que absorvem umidade e outras substâncias orgânicas misturadas na areia de moldagem emitirão gases quando aquecidas e mudarão após absorvendo água na areia verde. Melhore o desempenho intenso da produção de gás. Essas impurezas ficam expostas na superfície da cavidade do molde e inevitavelmente se tornarão pontos concentrados de emissão de gases. Na produção de peças fundidas, muitos defeitos inexplicáveis nos poros são causados principalmente por impurezas misturadas na areia de moldagem. Às vezes, as bolhas são geradas uma após a outra e se tornam uma série de poros na seção transversal da peça fundida.
3. O núcleo de areia e o ferro de resfriamento interno no molde úmido são afetados pela umidade: Após a moldagem em uma determinada fundição de válvula, o núcleo de areia da caixa de núcleo frio e a caixa de fivela são imediatamente fechados e o forno é aberto para vazamento no dia seguinte . Um grande número de defeitos de poros em peças fundidas é causado pela absorção de umidade no núcleo de areia. O núcleo de areia da caixa de núcleo frio absorve facilmente a umidade. Durante o vazamento, a água absorvida pelo núcleo de areia evapora imediatamente em vapor d'água quando aquecida e entra no metal fundido para formar bolhas. Para fábricas que não podem abrir o forno no mesmo dia, podem fechar a caixa sem inserir primeiro os machos e esperar até o dia da abertura antes de abrir o molde de areia, fixar o macho, fechar o molde e vazar para evitar absorção excessiva de umidade de o molde de areia. Você deve ter mais cuidado ao modelar com areia quente. Se você esperar um período de tempo após a moldagem antes de despejar, o vapor de água emitido continuamente da areia quente irá condensar na cavidade do molde e instalar um núcleo de areia fria, suporte de núcleo ou ferro de resfriamento interno. Por exemplo, a Figura 28 mostra uma peça fundida cilíndrica com diâmetro interno de 4 polegadas (ф101,6 mm). O teor de umidade da areia de moldagem a quente é de 3,5%, a temperatura é de 58 graus, as temperaturas interna e do núcleo de areia são de 18 graus e a peça fundida é deixada por 80 minutos após a moldagem. Após resfriamento, limpeza e usinagem, as peças fundidas próximas à superfície superior do núcleo de areia apresentam defeitos de poros em favo de mel distribuídos difusamente, que são formados devido à condensação de vapor d'água na superfície do núcleo de areia.
4. A capacidade de exaustão do molde de areia é insuficiente: A areia verde tem alta permeabilidade ao ar, o que ajuda a liberar a contrapressão na interface. No entanto, não deve ser muito alto para evitar a aderência mecânica da areia ou a rugosidade da superfície da peça fundida. Quanto maior a compactação do molde de areia, menor será a folga entre os grãos de areia e pior será a capacidade de ventilação do molde de areia durante a fundição. Para evitar defeitos nos poros, geralmente não é possível confiar apenas na permeabilidade ao ar do molde de areia, mas também fornecer canais de exaustão adicionais para melhorar a capacidade de exaustão. Durante a moldagem manual e a moldagem por máquina simples, a fim de aumentar a capacidade de ventilação do molde de areia, o moldador usa uma broca pontiaguda para fazer orifícios de ventilação não penetrantes na parte de trás do molde de areia. A profundidade do orifício de ventilação é de aproximadamente 4 a 5 mm de distância do padrão, o que pode evitar danificar o padrão e pode penetrar ou estar próximo da camada de coesão de umidade da areia de moldagem para reduzir a resistência à exaustão. Também é comum fazer furos de ventilação diretamente na atmosfera no molde de areia. As máquinas de moldagem com maior grau de mecanização utilizam canais de exaustão em formato de folha plana e redondos no gabarito e são equipadas com agulhas de exaustão que não são abertas à atmosfera em cada saliência do molde. Mesmo que a altura do pino de ventilação seja apenas metade da espessura do molde de areia, o valor da permeabilidade ao ar nesse local será duplicado. Algumas linhas de produção de modelagem possuem máquinas de perfuração especiais para perfurar aberturas retas ou semi-passantes. Vi uma fundição no exterior que usava uma linha de moldagem de alta pressão para produzir blocos de cilindros para motores diesel. Depois que o molde de areia superior foi aberto, os trabalhadores usaram uma furadeira elétrica longa para fazer vários furos de exaustão na cavidade do molde. Existem peças de retenção de ar na cavidade do molde da moldagem por injeção de divisão vertical, e o gás pode ser descarregado usando ranhuras de exaustão da folha.
5. Baixa pressão e temperatura do ferro fundido: A quantidade de areia consumida na superfície superior da cavidade do molde da caixa de areia superior não deve ser muito pequena. Por um lado, evita que o ferro fundido quebre o molde de areia. Por outro lado, aumenta a pressão estática do ferro fundido para inibir o desenvolvimento do molde de areia e do núcleo de areia. Contrapressão do ar. Colocar anéis de comporta e anéis de elevação no molde de areia também pode aumentar a pressão hidráulica do metal. Aumentar a temperatura de vazamento do ferro fundido pode reduzir a viscosidade do metal fundido, facilitando a flutuação e a descarga das bolhas do ferro fundido. Preste atenção especial à temperatura real de vazamento do último tipo de ferro fundido na mesma concha. Aumentar adequadamente a temperatura de vazamento não é apenas benéfico para prevenir a intrusão nos poros, mas também ajuda a prevenir defeitos como aprisionamento de poros e outros poros, isolamento frio e vazamento insuficiente. A abertura de um riser de transbordamento pode descarregar o ferro fundido misturado com bolhas e inclusões para fora da cavidade do molde.
2. O núcleo de areia emite gás
Independentemente do ligante utilizado para fazer o núcleo de areia, a produção de peças fundidas tem maior probabilidade de produzir defeitos de porosidade intrusivos. Como o núcleo de areia é cercado por ferro fundido e aquecido violentamente, o ligante se decompõe e produz uma grande quantidade de gás. O núcleo de areia é conectado à sede do núcleo de areia através da cabeça do núcleo e o gás é descarregado da sede do núcleo para fora do molde. É difícil tornar o sistema de escapamento suave. A grande maioria dos defeitos de porosidade frequentemente encontrados em fundições que produzem peças fundidas com múltiplos núcleos de areia, como blocos de cilindros e cabeçotes de motores de automóveis, são causados pela liberação de gases do núcleo de areia. O Instituto Central de Pesquisa da Toyota Corporation no Japão estudou a contrapressão e o mecanismo de geração de poros na interface ao despejar ferro fundido no núcleo de areia de resina fenólica para peças fundidas de automóveis. Um sensor de pressão de diafragma de silício é usado em um local onde os poros são propensos a ocorrer para medir a mudança na pressão do gás (em cm Fe) do núcleo da casca ao longo do tempo após a fundição. Ao mesmo tempo, também foi medido que a pressão do ferro fundido (também em cm Fe) aumenta à medida que o nível do líquido vazado aumenta. Os resultados mostram que existem três picos na pressão do gás no núcleo de areia (ver a curva na Figura 29). I é a contrapressão quando o ferro fundido apenas cobre o núcleo de areia; II é o pico mais alto da contrapressão após 10 a 30 segundos; III tem um valor de pico mais baixo e a duração do tempo depende do teor de ligante de resina do núcleo de areia. Se a pressão do ferro fundido A após o vazamento for maior que a contrapressão de geração de gás do núcleo da casca, a curva será suave e nenhum defeito nos poros ocorrerá. Se a pressão do ferro fundido for B, o pico da pressão do gás II oscila significativamente, porque o gás do núcleo de areia supera a pressão do ferro fundido e invade o ferro fundido, ou seja, o fenômeno da bolha. Se o tempo de sopro da bolha for curto e o tempo de pré-solidificação for longo, embora os defeitos nos poros possam não ocorrer necessariamente, haverá mais defeitos nos poros do que quando a pressão do ferro fundido for A. Alguns defeitos nos orifícios de ar podem ocorrer na produção em massa. Se a pressão efetiva do ferro fundido for apenas C, a contrapressão do gás do núcleo de areia excede a pressão do ferro fundido e bolhas aparecerão imediatamente após o ferro fundido cobrir o núcleo de areia. Continue até que a superfície da peça fundida solidifique e os picos I, II e III da curva desapareçam, indicando que deve haver defeitos de poros na peça fundida. Pode-se observar pela curva tempo-pressão que se a pressão do ferro fundido exceder a contrapressão da interface a qualquer momento após o vazamento, não haverá bolhas perfurando o ferro fundido a partir do núcleo de areia.
3. Os métodos comumente usados para evitar a intrusão de poros do núcleo de areia são os seguintes:
1. Aumente a capacidade de exaustão do núcleo de areia: Sempre que possível, deve haver um orifício de exaustão liso no meio do núcleo de areia. Se a folga entre a cabeça do núcleo e a sede do núcleo for grande, a cabeça do núcleo de areia deve ser fechada com materiais de vedação, como almofadas de feltro de fibra refratária, tiras de lama, cordas de amianto, etc. canal. Para núcleos de areia grossos e de seção grande, eles devem ser escavados ou escavados ao meio em uma cavidade interna em forma de grade e depois colados. O método de exaustão mais comumente usado para núcleos de areia auto-endurecedores de resina é usar mangueiras trançadas de náilon, que podem ser facilmente embutidas no núcleo de areia ao longo de qualquer formato do núcleo de areia. Para núcleos de areia de peças fundidas complexas, como cabeçotes de cilindros de motores de combustão interna e blocos de motores, atenção especial deve ser dada à capacidade de exaustão do núcleo de areia. Caixas de núcleo quente, caixas de núcleo frio e núcleos de casca são todos integralmente disparados. Os tubos de exaustão não podem ser pré-embutidos, mas agulhas ou hastes de ventilação podem ser colocadas e feitas durante a confecção do núcleo (algumas precisam ser extraídas antes da perfuração). Mais frequentemente, depois que o núcleo de areia é endurecido, uma broca de metal duro é usada para perfurar a cabeça do núcleo para ajudar na exaustão. Certa vez, vi uma fábrica estrangeira de fundição de automóveis de produção em massa. Ao produzir um núcleo de areia com camisa de água com cabeça de cilindro multicilindro, uma máquina de perfuração especial com várias cabeças foi usada para perfurar simultaneamente furos cegos para cada cabeça do núcleo do canal de água de resfriamento do núcleo de areia com camisa de água de baixo para cima. Embora a profundidade de perfuração não seja grande, é muito benéfico exaurir.
2. Reduza ao máximo a geração de gás do núcleo de areia de resina: escolha um aglutinante com alta resistência de ligação, baixa geração de gás e geração lenta de gás, reduza a quantidade de aglutinante adicionado e asse cuidadosamente o núcleo de areia e outras medidas podem reduzir a geração de gás do núcleo de areia. Volume de gás e velocidade de geração de gás.
3. Aumente a velocidade e a temperatura de vazamento: Partindo da premissa de que não ocorrerá turbulência e o gás ficará preso e o molde não sofrerá erosão, a velocidade de vazamento deve ser aumentada para aumentar rapidamente a pressão do líquido metálico para evitar a intrusão de gás. Além disso, também é melhor aumentar a temperatura de vazamento para reduzir a viscosidade do ferro fundido, de modo que as bolhas que chegam possam flutuar facilmente e serem descarregadas no riser de transbordamento junto com o fluxo de metal. É por isso que quando as peças fundidas apresentam defeitos de poros presos ou invadidos, é possível eliminar os defeitos de poros aumentando a temperatura de vazamento em 30 a 50 graus. Durante a produção, a temperatura real da última caixa de ferro fundido em cada embalagem de vazamento deve ser controlada. Como a temperatura do ferro fundido final diminui, é provável que ocorram defeitos nos poros.
4. Ignição da cabeça do núcleo: Durante o vazamento, acenda a saída de gás do sistema de exaustão do núcleo de areia na parte superior do molde de areia para inflamar o gás que escapa do núcleo de areia. Pode aumentar a força de extração da saída de gás e aumentar a velocidade de descarga do gás do núcleo de areia.
