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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
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
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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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
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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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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MICROPOROSIDADES
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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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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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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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Microporosidades Distribuição de microporosidades em ligas de Al determinada
primordialmente pela presença de H
Microporosidades
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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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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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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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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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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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Microporosidades Distribuição de microporosidades em bronze 85-5-5-5 determinada
primordialmente pelo modo de solidificação
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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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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
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Evolução de gases
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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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Bolhas de gás (sopro)
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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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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Evolução de gases Efeito do preenchimento
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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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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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Bolhas de gás (sopro)
Pista inferior do disco
Macho com alta pressão interna
Pista superior do disco
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Bolhas de gás (sopro)
Pista inferior do disco
Macho com alta pressão interna
Pista
superior
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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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Bolhas de gás (sopro)
Pista inferior do disco
Macho com pressão aliviada
Pista
superior
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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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Bolhas de gás (sopro)
Pista inferior do disco
Macho com pressão aliviada
Pista
superior
Escape de gases para o molde
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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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Bolhas de gás (sopro)
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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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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Bolhas de gás (sopro)
Pista inferior do disco
Macho com pressão aliviada
Pista
superior
Sem defeitos se não houver
camada semi solidificada
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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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Bolhas de gás (sopro)
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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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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Bolhas de gás (sopro)
Pista inferior do disco
Macho com pressão aliviada
Pista
superior
Resíduo de óxidos se houver
camada semi sólida superior
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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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Bolhas de gás (sopro)
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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Bolhas de gás (sopro) em FoFos
Aspecto geral do defeito após corte e polimento
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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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Bolhas de gás (sopro) em FoFos
Presença de dobras com a superfície oxidada
25x 25x
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Bolhas de gás (sopro) em FoFos
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Bolhas de gás (sopro) em FoFos
Presença de dobras com a superfície oxidada
25x 25x
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Bolhas de gás (sopro) em FoFos
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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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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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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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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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Bolhas de gás (sopro) Mecanismo de formação - influência da permeabilidade do
macho na pressão dos gases
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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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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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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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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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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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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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Defeitos de Fundição - Porosidades de gás
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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
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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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Pin holes (reação metal / molde)
Pin holes de hidrogênio em ferros fundidos
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Pin holes (reação metal / molde)
PINHOLES DE HIDROGÊNIO EM FERROS FUNDIDOS
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Porosidades de gás
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Pin holes (reação metal / molde)
PINHOLES DE HIDROGÊNIO EM FERROS FUNDIDOS
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Porosidades de gás
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Pin holes (reação metal / molde)
PINHOLES DE HIDROGÊNIO EM FoFos GERALMENTE TEM
CAMADA INTERNA DE CARBONO
MEV – 100X
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Porosidades de gás
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Pin holes (reação metal / molde)
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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Pin holes de hidrogênio Posições típicas de formação - oposta aos ataques
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Pin holes de hidrogênio Mecanismo de formação
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Pin holes de hidrogênio Mecanismo de formação
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Pin holes de hidrogênio Mecanismo de formação
VAPOR D’ÁGUA VAPOR D’ÁGUA
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Pin holes de hidrogênio Mecanismo de formação
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Pin holes de hidrogênio Mecanismo de formação
CONDENSAÇÃO DE ÁGUA
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Pin holes de hidrogênio Mecanismo de formação
CONDENSAÇÃO DE ÁGUA
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Pin holes de hidrogênio Mecanismo de formação
PINHOLES
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Pin holes de hidrogênio Mecanismo de formação
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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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Porosidades de gás
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Pin holes de hidrogênio Mecanismo de formação - efeito da tensão superficial
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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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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)
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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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– 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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