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Formação de Defeitos no Ferro Fundido

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FORMAÇÃO DE DEFEITOS NO FERRO FUNDIDO
Aquiles S. de Oliveira, 21 de Novembro de 2014
Introdução
Fundido:
• Cavidade do molde
• Processo de fusão
• Vazamento
• Solidificação
• Desmoldagem
• Limpeza e acabamento
Vantagens:
• Formas complexas
• Furos e cavidades internas
• Grande variedade de ligas
• Tratamento do metal líquido
• Economia
Defeitos
Defeitos mais comuns:
• Bolhas de gás
• Pinholes
• Porosidades
• Penetração metálica
• Inclusões 
• Outros
Inclusão de escória Porosidade (rechupe)
Bolha de gás (CO) Penetração metálica
Fundamentos
1. Defeitos associados à gases:
• Absorção de gás
• Evolução de gás
2. Inclusões
3. Porosidades (rechupe):
• Caracterização do defeito 
• Migração de pontos quentes 
• Austenita primária
4. Penetração metálica
• Austenita primária
5. Outros problemas de qualidade
6. Resumo 
Fundamentos
... Materiais granulados tendem a fazer
o oposto do que é exigido deles ...
“A falta de conhecimento sobre as
propriedades destes materiais é, de
acordo com muitos especialistas, a
razão porque 40% da energia usada
para o seu processamento é
desperdiçada”.
Fundamentos
• O que nos reserva o 
FUTURO ???
Gases - Introdução
Fonte: Diószegi, 2005 Fonte: UAB Casting Engineering Laboratory (CEL), 2005
Gases - Introdução
• Degradação do material ligante;
• Precipitação de gases durante a solidificação devido ao
decréscimo da solubilidade;
• O gás pode ser absorvido pelo metal líquido durante o
enchimento do molde;
• Os constituintes da escória podem reagir com os elementos de liga
no metal e formar produtos de reação gasosos.
Gases - Introdução
• Pinholes de hidrogênio
• Pinholes de nitrogênio
• Bolhas de gás (blowholes)
• Fissuras
• Monóxido de carbono (CO)
• Porosidades de escória
Gases - Pinholes
• Hidrogênio, Nitrogênio, CO;
• Revelados após a usinagem;
• Geralmente são pequenos;
• Forma arredondada;
• Revestimento de grafite;
Remédios:
• Baixos teores de Al e Ti;
• Controle da sucata de aço;
• Machos pintados à base de água
devem estar completamente curados e
secos.
Gases - Pinholes
Pinholes de Hidrogênio:
• Água e materiais orgânicos;
• Umidade do ar;
• Materiais de carga oxidados;
• Material do refratário úmido;
• Umidade no molde ou no macho;
• Ligante do macho.
Pinholes de Nitrogênio:
• Machos e moldes ligados com resina;
• Aditivos da areia;
• Colas, pinturas e revestimentos;
• Materiais de carga.
Gases - Pinholes
• Pinholes de monóxido de carbono (CO):
• Reação do carbono com o oxigênio:
 Escória líquida rica em óxido de 
ferro;
 CO2 reage com o ferro;
 Carbono reage com a água;
• Sem revestimento de grafita;
• Inclusões de escória de MnS;
Fonte: www.ikominerals.de
Gases – Bolhas de Gás
• Cavidades grandes;
• Normalmente tem formas 
irregulares;
• Paredes lisas;
• Revestimento de grafita;
• Alta turbulência durante o 
enchimento do molde;
• Alta pressão de gás no molde.
Fonte: www.ikominerals.de
Gases – Bolhas de Gás
• Projeto do fundido;
• Sistema de alimentação;
• Permeabilidade da areia;
• Tipo de sistema de resina;
• Extensão da cura e secagem;
• Temperatura de vazamento;
• Chapelins oxidados;
• Peneiras ou vents entupidos;
• Outros.
Gases – Fissuras
• Cavidades do tipo ‘trinca’;
• Frequentemente apresentam 
estruturas dendríticas;
• Excesso do nitrogênio é a principal
causa;
• O hidrogênio pode intensificar o 
defeito.
Fontes:
• Teor de nitrogênio alto;
• Alto teor de nitrogênio no 
ligante do macho;
• Má ventilação do macho.
Solubilidade dos Gases
1. Difusão do gás para a superfície;
2. Reação química na superfície;
3. Difusão de um ou mais produtos da 
reação longe da superfície;
H2(g) <-> 2H
[H] = KH
Fonte: Svensson et al, 1980
Solubilidade dos Gases
Influência dos elementos de liga sobre a solubilidade
Hidrogênio Nitrogênio
Solubilidade dos Gases
• A solubilidade do hidrogênio e do 
nitrogênio afetam um ao outro;
• O efeito acumulativo aumenta o risco 
para a porosidade;
Teor de Gases na Produção
• Métodos de fusão;
• Fundições diferentes; 
• Fornos diferentes;
• Longos períodos de tempo.
Teor de Gases na Produção
Hidrogênio:
• Pré-aquecimento;
• Tempo de espera (holding).
Nitrogênio:
• Método de fusão;
• Materiais de carga.
Teor de Gases na Produção
Oxigênio:
• Oxigênio dissolvido;
• Oxigênio encontrado em óxidos.
Teor de oxigênio total:
• Diferença entre os processos.
Teor de Gases na Produção
Após o enchimento do molde
Fundamentos
1. Defeitos associados à gases:
• Absorção de gás
• Evolução de gás
2. Inclusões
3. Porosidades (rechupe):
• Caracterização do defeito 
• Migração de pontos quentes 
• Austenita primária
4. Penetração metálica
• Austenita primária
5. Outros problemas de qualidade
6. Resumo 
Absorção de Gases
Absorção de Gases
• Investigar a relação entre o enchimento do molde e a 
absorção de gases;
• Comparar: simulação X realidade:
• Turbulência durante o enchimento;
• Permeabilidade;
• Ligantes (resinas).
Fonte: Orlenius et al, 2008
Absorção de Gases
Fonte: Orlenius et al, 2008
Absorção de Gases
Fonte: Orlenius et al, 2008
Velocidade de Enchimento
Absorção de Gases
• Enchimento Turbulento do Molde
Fonte: UAB Casting Engineering Laboratory (CEL), 2005
Fundamentos
1. Defeitos associados à gases:
• Absorção de gás
• Evolução de gás
2. Inclusões
3. Porosidades (rechupe):
• Caracterização do defeito 
• Migração de pontos quentes 
• Austenita primária
4. Penetração metálica
• Austenita primária
5. Outros problemas de qualidade
6. Resumo 
Evolução de Gases nos Moldes e Machos
Volume e taxa de evolução de gases
Fonte: Orlenius et al, 2008
Evolução de Gases
• Taxa mais alta para o macho retangular
Geometria do macho:
• Mesmo volume;
• Mesma quantidade de resina
Fonte: Orlenius et al, 2008
Evolução de Gases
Tipo de Resina:
• Resina Inorgânica
• Resina Orgânica
• Quantidade de Resina
• Tempo de estocagem
• Temperatura
Fonte: Orlenius et al, 2008
Evolução de Gases
Revestimentos:
• Melhoram a superfície
• Silicato de Alumínio
• Zircônio
• Processo de Secagem
Fonte: Orlenius et al, 2008
Fundamentos
1. Defeitos associados à gases:
• Absorção de gás
• Evolução de gás
2. Inclusões
3. Porosidades (rechupe):
• Caracterização do defeito 
• Migração de pontos quentes 
• Austenita primária
4. Penetração metálica
• Austenita primária
5. Outros problemas de qualidade
6. Resumo 
Inclusões - Areia
• Ocorre em posições muito
diferentes;
• Areia arrancada pelo jato de
metal;
• Em associação com CO e escória;
• Soprar cuidadosamente a
cavidade do molde;
• Evitar altas taxas de vazamento;
• Garantir compactação uniforme
do molde;
• Desintegração das bordas do
molde;
• Formação de crostas pela erosão
da areia.
Inclusões - Escória
• Forma irregular;
• Inclusões não-metálicas;
• Superfície superior do fundido.
Possíveis Causas:
• Teor de oxigênio da carga muito alto;
• Dissolução pobre do inoculante;
• Escorificação mau feita.
Inclusões - Escória
• Filtro;
• Projeto do sistema de
alimentação;
• Coletores de escória.
Fundamentos
1. Defeitos associados à gases:
• Absorção de gás
• Evolução de gás
2. Inclusões
3. Porosidades (rechupe):
• Caracterização do defeito 
• Migração de pontos quentes 
• Austenita primária
4. Penetração metálica
• Austenita primária
5. Outros problemas de qualidade
6. Resumo 
Fundamentos
Fonte: Elmquist et al, 2008
Porosidade - Introdução
Defeitos de Porosidade:
• Rechupe aberto (macroporosidade);
• Rechupe fechado (porosidade de 
rechupe).
Geralmente:
• Contração líquida;
• Contração do estado líquido 
para o sólido;
• Contração sólida.
Fonte: Stefanescu, 2005
Ferro fundido
expansão da grafita
Porosidade - Introdução
Fatores que promovem a porosidade de rechupe:
• Natureza e propriedades da areia de moldagem;
• Composição do metal;
• Temperatura de vazamento;
• Grau de nucleação eutética do metal;