A fundição e o vazamento de ligas são processos fundamentais na produção de peças fundidas. O controle estrito de todo o processo de fundição e vazamento desempenha um papel importante na prevenção de defeitos de fundição, como furos, inclusões, erros de execução, rachaduras, porosidade e encolhimento.
Como o alumínio fundido tem uma forte tendência a absorver hidrogênio, possui fortes propriedades oxidantes e dissolve facilmente o ferro, precauções simples, porém cuidadosas, devem ser tomadas durante os processos de fusão e fundição para produzir peças fundidas de alta-qualidade.
1. Resfriamento de materiais de forno de liga de alumínio e controle de qualidade
Para produzir alumínio fundido de alta-qualidade, primeiro devem ser selecionadas matérias-primas qualificadas. As matérias-primas devem ser geridas cientificamente e devidamente tratadas; caso contrário, a qualidade da liga será seriamente afetada. A prática de produção tem mostrado que se as matérias-primas (incluindo materiais metálicos e auxiliares) não forem rigorosamente controladas, os lotes de peças fundidas podem ser descartados.
(1) As matérias-primas devem ter composição química e estrutura qualificadas, com os seguintes requisitos específicos:
Além de analisar os principais componentes e o teor de impurezas dos lingotes de liga que entram na fábrica, também são realizadas inspeções em estruturas de-baixa liga e superfícies de fratura. A prática provou que o uso de alumínio fundido contendo cavidades de contração severa, furos e bolhas dificulta a obtenção de peças fundidas densas e pode até resultar no desmantelamento de um forno inteiro ou de um lote de peças fundidas.
Ao estudar o efeito dos lingotes de liga de alumínio-silício na porosidade da liga de alumínio, descobriu-se que nenhuma porosidade apareceu ao usar blocos de teste feitos de moldes fundidos de areia pura-fundida. No entanto, depois de adicionar lingotes de liga de alumínio-silício de baixa qualidade e de baixa qualidade, os blocos de teste mostraram porosidade severa e grãos grossos. A razão para isto é devido ao efeito de herança do material. Para ligas de alumínio-silício, o efeito de herança aumenta com o teor, tornando-se significativo quando o teor de silício atinge 7%. Continuar a aumentar o teor de silício na composição eutética reduz ligeiramente o efeito de herança. Para resolver defeitos de fundição causados pelo efeito de herança do estoque do forno, é necessário selecionar lingotes de alumínio de alta qualidade metalúrgica, ligas intermediárias e outros materiais do forno. Os padrões específicos são os seguintes:
1) A superfície de fratura não deve ter furos ou furos de gás
Os furos devem estar dentro do grau três e localmente (não mais que 25% da área inspecionada) não devem exceder o grau três. Se exceder o grau três, a refusão deverá ser realizada para reduzir o nível do furo. O método de refusão e refino é o mesmo da fusão geral da liga de alumínio. A temperatura de fundição não deve exceder 660 graus. Para lingotes de alumínio ou lingotes de liga com grãos originais grandes, uma temperatura de molde mais baixa deve ser usada primeiro para solidificar rapidamente e refinar os grãos.
(2) Manuseio de materiais de carga
Antes do uso, os materiais de carga devem ser jateados para remover ferrugem, graxa e outros contaminantes da superfície. Lingotes de liga de alumínio e sucata metálica com superfície relativamente limpa e curto tempo de armazenamento podem não exigir jato de areia, mas quaisquer filtros de ferro ou componentes incorporados misturados na carga devem ser removidos. Todos os materiais de carga devem ser pré-aquecidos antes de serem colocados no forno para remover a umidade da superfície e reduzir o tempo de fusão em mais de 3 horas.
(3) Gestão e Armazenamento de Materiais do Forno
O armazenamento e o gerenciamento adequados dos materiais do forno são importantes para garantir a qualidade das ligas. Os materiais do forno devem ser armazenados em armazéns com pouca variação de temperatura e condições secas.
2. Preparação de cadinhos e ferramentas de fundição
(1) Para fundir liga de alumínio, são usados cadinhos de ferro comuns, e também podem ser usados cadinhos feitos de aço fundido ou placas de aço soldadas.
Tanto os cadinhos novos quanto os cadinhos antigos que não são usados há muito tempo devem ser jateados antes do uso e aquecidos a 700–800 graus, mantendo essa temperatura por 2–4 horas para queimar a umidade e substâncias combustíveis aderidas à parede interna do cadinho. Quando resfriado abaixo de 300 graus, limpe cuidadosamente a parede interna do cadinho e aplique o revestimento quando a temperatura não for inferior a 200 graus.
O cadinho deve ser pré-aquecido até uma cor vermelha escura (500–600 graus) antes do uso e mantido nesta temperatura por mais de 2 horas. Para um cadinho novo, é melhor derreter primeiro um lote de material reciclado do mesmo tipo antes de fundir o material real.
(2) Preparação de ferramentas de fundição
Tampa de sino, tampa esmagadora, colher para mexer, saco para servir
Antes do uso, os moldes e outros equipamentos devem ser pré-aquecidos, revestidos com uma camada protetora a uma temperatura de 150–200 graus e completamente secos. A temperatura de secagem deve ser de 200–400 graus, com tempo de espera superior a 2 horas. Após o uso, quaisquer óxidos e fluoretos aderidos à superfície devem ser completamente removidos (recomenda-se jato de areia).
3. Controle da temperatura de fusão
Se a temperatura de fusão for muito baixa, não é propício à dissolução dos elementos de liga e à remoção de gases e inclusões, aumentando a tendência à segregação, fechamentos a frio e erros de funcionamento. Também pode resultar em calor insuficiente no riser, impedindo a alimentação adequada da peça fundida. De acordo com algumas referências, a temperatura de fusão de todas as ligas de alumínio deve atingir pelo menos 705 graus e a agitação deve ser realizada. Por outro lado, uma temperatura de fusão excessivamente elevada não só desperdiça energia mas, mais importante ainda, leva ao aumento da absorção de hidrogénio, grãos mais grossos, oxidação mais severa do alumínio e maior perda de alguns elementos de liga. Consequentemente, as propriedades mecânicas da liga se deterioram, o desempenho da fundição e da usinagem piora, a eficácia do tratamento térmico é reduzida e a estanqueidade-aos gases da peça fundida diminui.
A prática de produção provou que aquecer rapidamente a liga fundida a uma temperatura mais alta e realizar a agitação adequada ajuda a dissolver todos os elementos de liga (especialmente elementos metálicos refratários). Após a remoção da escória flutuante, a redução da temperatura até o ponto de vazamento minimiza a segregação, reduz o hidrogênio dissolvido e ajuda a obter uma liga uniforme, densa e com altas propriedades mecânicas. Como a temperatura do alumínio fundido é difícil de avaliar a olho nu, independentemente do tipo de forno de fusão utilizado, a temperatura deve ser controlada com um instrumento de medição. Os instrumentos de medição devem ser calibrados e mantidos regularmente. As mangas do termopar devem ser limpas periodicamente com uma escova de metal e revestidas com tinta protetora para garantir medições precisas de temperatura e longa vida útil.
4. Controle do tempo de fusão
Para reduzir a oxidação do fundido de alumínio, a absorção de gases e a dissolução do ferro, o tempo de residência do fundido de alumínio no forno deve ser minimizado e a fusão deve ser realizada rapidamente. Desde o início da fusão até a conclusão do vazamento, a duração não deve exceder 4 horas para fundição em areia, 6 horas para fundição em molde de metal e 8 horas para fundição sob pressão.
Para acelerar o processo de fusão, sucata de tamanho médio-com ponto de fusão mais baixo e ligas intermediárias de alumínio{1}}silício devem ser adicionadas primeiro, para que uma poça de fusão se forme rapidamente no fundo do cadinho. Em seguida, são adicionados pedaços maiores de sucata e lingotes de alumínio puro, permitindo que eles mergulhem gradualmente na poça de fusão em expansão e derretam rapidamente. Após a porção principal da carga ter derretido, uma pequena quantidade de ligas intermediárias de maior -ponto de fusão é adicionada e a temperatura é elevada e agitada para acelerar a fusão. Finalmente, a temperatura é reduzida e elementos de liga facilmente oxidáveis são pressionados para minimizar perdas.
5. Transferência e vazamento do fundido
Embora a densidade da alumina sólida seja aproximadamente igual à do alumínio fundido, uma vez que ela entra no fundido de alumínio, leva um tempo suficientemente longo para assentar no fundo do cadinho. Em contraste, o filme de alumina formado na superfície do alumínio após a oxidação tem um lado denso em contato com o alumínio fundido, enquanto o lado exposto ao ar é solto e contém numerosos poros com diâmetros de 60–100 Å. Este filme possui uma grande área superficial e fortes propriedades de adsorção, o que o torna facilmente adsorvente de vapor de água e até tende a flutuar. Portanto, uma vez que a diferença de densidade entre este filme de óxido e o fundido de alumínio é pequena, misturá-lo no fundido resulta em afundamento e flutuação muito lentos, dificultando a remoção do fundido e levando à formação de poros de gás e inclusões nas peças fundidas. Consequentemente, ao transferir fundidos de alumínio, é essencial minimizar a agitação do metal fundido e reduzir ao máximo a exposição do fundido ao ar.
Ao utilizar um cadinho inclinável para despejar metal fundido, para evitar a mistura do metal fundido com o ar, a concha deve ser colocada o mais próximo possível da bica do forno e inclinada de modo que o metal fundido flua ao longo da parede lateral da panela, evitando que atinja diretamente o fundo da panela, o que poderia causar agitação ou respingos.
Usar o método de vazamento correto e razoável é uma das condições importantes para obter peças fundidas de alta{0}}qualidade. A prática de produção mostra que prestar atenção aos seguintes pontos é muito eficaz na prevenção e redução de defeitos de fundição.
(1) Antes de vazar, verifique cuidadosamente a temperatura de fusão do forno, a capacidade da panela de vazamento e a secura da camada de revestimento em sua superfície, bem como se outras ferramentas estão adequadamente preparadas. O copo de metal deve ser colocado no molde de areia 3–5 minutos antes de despejar. Neste momento, a temperatura da concha não deve exceder 150 graus. Se colocado muito cedo ou se a temperatura for muito alta, uma grande quantidade de gás pode se acumular no canal de vazamento, apresentando risco de explosão durante o vazamento.
(2) O vazamento não deve ser realizado em locais com correntes de ar, onde o metal fundido possa oxidar fortemente ou queimar, o que poderia causar inclusões de oxidação e outros defeitos na peça fundida.
(3) Ao obter metal fundido do cadinho, primeiro remova suavemente a película de óxido ou camada de fluxo na superfície do fundido com o fundo da concha, depois mergulhe lentamente a concha no metal fundido, retire o fundido com a boca larga da concha e levante a concha com firmeza.
(4) Ao transportar a concha, evite incliná-la com a palma da mão; caminhe com firmeza. A concha não deve ser levantada muito alto e o nível de metal no interior deve permanecer estável e intacto.
(5) Pouco antes de despejar, remova qualquer escória da concha para evitar que escória, películas de óxido e outras impurezas entrem no molde durante o vazamento.
(6) Durante o vazamento, certifique-se de que o fluxo do metal fundido permaneça estável; ele não deve ser interrompido ou direcionado diretamente para a parte inferior do canal de entrada. O canal de entrada deve ser preenchido de cima para baixo e a superfície do líquido deve permanecer estável. Controle a velocidade de vazamento de forma adequada. Normalmente, comece a vazar um pouco mais devagar para permitir que o fundido preencha uniformemente, depois aumente ligeiramente a velocidade e mantenha uma taxa de vazamento relativamente consistente.
(7) Durante o processo de vazamento, mantenha a distância entre o bico da panela e o sprue o mais próxima possível, não ultrapassando 50 mm, para evitar oxidação excessiva do metal fundido.
(8) Para um canal de entrada com tampão, o tampão não deve ser removido muito cedo. Depois que o canal de entrada estiver preenchido com metal fundido, remova gradualmente o tampão em um ângulo para evitar a formação de vórtices nos canais do molde.
(9) Metal fundido a menos de 60 mm acima do fundo do cadinho não deve ser usado para fundição.
