Defeitos de Fundição Inclusões

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1 Defeitos de Fundição Inclusões Ricardo Fuoco Gerente Geral de Tecnologia de Fundição Metso Brasil Indústria e Comércio Ltda Fone: (015) ricardo.fuoco@metso.com 1

2 Índice 4.2 Inclusões Inclusões de óxidos e de sulfetos em aços Inclusões de reoxidação Inclusões de areia 2

3 Inclusões de óxidos e de sulfetos em aços 3

4 Inclusões de óxidos em aços Estabilidade de formação dos óxidos em Fe a 1600 C (Diagrama de Ellinghan) 4

5 Inclusões de óxidos em aços ao C e baixa liga Tratamento das inclusões com cálcio (CaSi ou CaSiMn) Modificações nas inclusões dos aços com a adição de Ca. 5

6 Inclusões de sulfetos em aços Tipos de inclusões de sulfetos e aços desoxidados com Al 6

7 Inclusões de sulfetos em aços Inclusões de sulfetos: tipos I, II e III Tipo I Sulfetos + Silicatos globulares Tipo II Sulfetos Intergranulares Tipo III CaS globulares 7

8 Inclusões de sulfetos em aços Inclusões de sulfetos tipo II intergranular (reduz ductilidade do aço) 8

9 Inclusões de sulfetos em aços Inclusões de sulfetos tipo II intergranular (reduz ductilidade do aço) 9

10 Inclusões de sulfetos em aços Inclusões de sulfetos tipo II intergranular (reduz ductilidade do aço) 10

11 Inclusões de sulfetos em aços Estabilidade dos sulfetos em aços 11

12 Inclusões de sulfetos em aços Inclusões de sulfetos tipo II intergranular (reduz ductilidade do aço) e do tipo III - Globular 12

13 Inclusões de sulfetos em aços Inclusões de sulfetos tipo II intergranular (reduz ductilidade do aço) e do tipo III - Globular Sulfeto tipo II (sem cálcio) Sulfeto tipo III (com cálcio) 13

14 Inclusões de sulfetos em aços Efeito da adição de Al (sulfeto tipo II) e de Al+Ca (sulfeto tipo III) em aço de baixo C 14

15 Inclusões de sulfetos em aços Efeito da adição de Al (sulfeto tipo II) e de Al+Ca (sulfeto tipo III) em aço de baixo C 15

16 Inclusões de reoxidação (FoFos, aços e ligas de Al) 16

17 Desoxidação de aços TÉCNICA DE DESOXIDAÇÃO PARA AÇOS 1. Adição de FeSi (no forno) desoxidação parcial (0,3 a 0,5%); 2. Adição de Al desoxidante principal (0,05 a 0,10%); 3. Adição de FeSiZr ou FeTi fixação de nitrogênio (0,15 a 0,20%) 4. Adição de CaSi modificador das inclusões de alumina e de sulfetos (0,20%). 17

18 Inclusões de re-oxidação em aços Diagrama de Ellinghan que descreve a tendência termodinâmica à formação de óxidos dos vários elementos de liga presentes nas ligas ferrosas. 18

19 Inclusões de re-oxidação em aços Inclusões formadas por reoxidação em aços fundidos: Aços fundidos ( desoxidantes Si, Al, Zr, Ti e Ca): Formação de óxidos:sio 2, Al 2 O 3, Silicatos de cálcio, etc Problema de inclusões de óxidos (macroinclusões) é extremamente crítico Vazamento em panelas de válvula, mas ocorre reoxidação nos canais de enchimento Estudo da AFS cita que 83% das inclusões em peças de aço tem origem na reoxidação impacto de 16% do custo da peça em retrabalho (solda) Projeto de canais é crítico (uso de manilhas refratárias não resolve) 19

20 Inclusões de re-oxidação em aços Estudo da SFSA sobre origem das macroinclusões em peças de aço fundido (análise de 350 amostras): 83% Reoxidação 14% Material do molde 2% Escória 1% Refratário 1% Desoxidação 20

21 Inclusões de reoxidação em aços Inclusões de óxidos em peças de aços fundidos; Óxido típico: SiO 2, Al 2 O 3, Silicatos de cálcio, etc 21

22 Inclusões de reoxidação em aços Inclusões de óxidos em peças de aços fundidos; Óxido típico: SiO 2, Al 2 O 3, Silicatos de cálcio, etc 22

23 Inclusões de re-oxidação em aços Exemplo de inclusões em peças de aço formadas por reoxidação 23

24 Inclusões de re-oxidação em aços Exemplo de inclusões em peças de aço formadas por reoxidação 25 x 24

25 Inclusões de re-oxidação em aços Inclusões de óxidos em peças de aços fundidos, contendo: SiO 2, Al 2 O 3, Silicatos de cálcio, etc 25

26 Inclusões de re-oxidação em aços Inclusões de óxidos em peças de aços fundidos, contendo: SiO 2, Al 2 O 3, Silicatos de cálcio, etc 26

27 Inclusões de re-oxidação em aços Inclusões de óxidos em peças de aços fundidos, contendo: SiO 2, Al 2 O 3, Silicatos de cálcio, etc 27

28 Inclusões de re-oxidação em aços Inclusões de óxidos em peças de aços fundidos, contendo: SiO 2, Al 2 O 3, Silicatos de cálcio, etc 28

29 Formas de vazamento de peças em aço Sistemas de vazamento em peças de aço Problema de turbulência durante o vazamento pelo fundo 29

30 Formas de vazamento de peças em aço Sistemas de vazamento em peças de aço Diminuição do problema de turbulência durante o vazamento pelo bico Vazamento pelo bico com canal de descida no centro da caixa Vazamento pelo bico com canal de descida na borda da caixa 30

31 Inclusões de re-oxidação em aços Descrição do mecanismo de formação 31

32 Inclusões de re-oxidação em aços Descrição dos pontos críticos de sistemas de canais 32

33 Inclusões de re-oxidação em aços Simulação de preenchimento de cavidade 33

34 Inclusões de re-oxidação em aços Simulação de preenchimento de cavidade 34

35 Inclusões de re-oxidação em FoFos Produtos da oxidação de ligas metálicas: Ferros fundidos cinzentos: SiO 2 Ferros fundidos nodulares ( Si, Mg): drosses MgO.SiO 2 Aços fundidos ( desoxidantes Si, Al, Zr, Ti e Ca): óxidos complexos: SiO 2, Al 2 O 3, Silicatos de cálcio, etc Ligas de alumínio: Formação de filmes de alumina: Al 2 O 3 Latões: ZnO. Al 2 O 3 35

36 Inclusões de re-oxidação em FoFos Ferros fundidos cinzentos: Temperaturas acima de 1530ºC CO Temperaturas abaixo de 1530ºC SiO 2 Formação de óxidos não é um problema crítico 36

37 Inclusões de re-oxidação em FoFos Peças de ferro fundido cinzento exibindo inclusões de sílica formadas por problema de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva turbulência. 37

38 Inclusões de re-oxidação em FoFos Análise em MEV de inclusões em disco de freio de ferro fundido cinzento. Grãos de areia Inclusão de reoxidação (escória) 45x 38

39 Inclusões de re-oxidação em FoFos Análise em MEV de inclusões em disco de freio de ferro fundido cinzento. Grãos de areia Inclusão de reoxidação (escória) 25x 39

40 Inclusões de re-oxidação em FoFos Ferros fundidos nodulares ( Si, Mg): Formação de drosses MgO.SiO 2 Problema de inclusões de óxidos é extremamente crítico (muitas vezes confundido com inclusão de areia) Projeto de canais é crítico 40

41 Inclusões de re-oxidação em FoFos Peças de ferro fundido nodular exibindo inclusões de SiO 2 e MgO formadas por problema de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva turbulência. 41

42 Inclusões de re-oxidação em FoFos Inclusão de drosse (SiO 2, Al 2 O 3 e MgO) em ferro fundido nodular formadas por problema de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva turbulência. 42

43 Inclusões de re-oxidação em FoFos Inclusão de drosse (SiO 2, Al 2 O 3 e MgO) em ferro fundido nodular formadas por problema de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva turbulência. 43

44 Inclusões de re-oxidação em FoFos Inclusão de drosses (SiO 2, Al 2 O 3 e MgO) e areia de síliuca em ferro fundido nodular formadas por problema de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva turbulência. 44

45 Inclusões de re-oxidação em FoFos Inclusão de drosse (SiO 2, Al 2 O 3 e MgO) e grãos de areia de sílica em ferro fundido nodular formadas por problema de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva turbulência. 45

46 Inclusões de re-oxidação em FoFos Inclusão de drosse (SiO 2, Al 2 O 3 e MgO) e grãos de areia de sílica em ferro fundido nodular formadas por problema de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva turbulência. 46

47 Inclusões de re-oxidação em FoFos Inclusão de drosse (SiO 2, Al 2 O 3 e MgO) e grãos de areia de sílica em ferro fundido nodular formadas por problema de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva turbulência. 47

48 Inclusões de reoxidação em ligas de Al Ligas de alumínio: Formação de filmes de alumina: Al 2 O 3 Óxido é mais denso que o Al (escorificação superficial e panelas bico de chaleira não resolvem o problema) Problema de inclusões de óxidos é extremamente crítico por ser um filme, causa falta de estanqueidade e reduz a ductilidade dos componentes Técnicas de limpeza: Filtragem e Desgaseificação com rotor Projeto de canais é crítico (velocidade máxima de 50cm/s) 48

49 Inclusões de reoxidação em ligas de Al 49

50 Inclusões de reoxidação em ligas de Al Inclusões de óxidos em peças de ligas de alumínio; Óxido típico: filmes de alumina (Al 2 O 3 ) 50

51 Inclusões de reoxidação em ligas de Al 51

52 Inclusões de reoxidação em ligas de Al 52

53 Inclusões de reoxidação em ligas de Al 53

54 Inclusões de areia 54

55 Inclusões de areia Inclusões de areia tem como principais origens: Quebra de bolo no fechamento (face inferior da peça) Falta de guias durante o fechamento; Falta de conicidade das marcações de macho; Quebra de bolo pelo metal líquido (superfície superior da peça) Presença de cantos vivos no sistema de canais; Falta de rigidez do molde; Expansão da areia; Erosão de areia (superfície superior da peça): Falta de rigidez do molde (sistema de canais; Excessiva turbulência nos canais; Ataque direto sobre os machos 55

56 Inclusões de areia em aço fundido 56

57 Inclusões de areia em FoFo branco 57

58 Inclusões de areia em FoFo branco 58

59 Inclusões de areia em FoFos Vista geral do defeito na amostra A 40x 59

60 Inclusões de areia em FoFos Grãos de areia Inclusão de escória 40x 60

61 Inclusões de areia em FoFos EDS no local indicado 40x 61

62 Inclusões de areia em FoFos EDS no local indicado 40x 62

63 Inclusões de areia em FoFos 45x 63

64 Inclusões de areia em FoFos Grãos de areia Inclusão de escória Defeitos de Fundição - 45x Inclusões Ricardo Fuoco - Metso Minerals 64

65 Inclusões de areia em FoFos EDS no local indicado 40x 65

66 Inclusões de areia em FoFos EDS no local indicado 40x 66