Fundição sob pressão é um processo de conformação de metais que cria peças precisas e detalhadas por meio da injeção de metal fundido em moldes reutilizáveis.
Ela oferece excelente precisão dimensional, superfícies lisas e formas complexas que seriam difíceis de obter com outras técnicas.
A fundição começa com a preparação de um molde de aço chamado die. O die tem duas metades que se juntam para formar uma cavidade moldada como a peça final.
Quando o processo começa, a matriz é fechada com uma força tremenda.
O metal fundido é então injetado na matriz em alta pressão. O metal preenche todos os espaços na cavidade muito rapidamente, o que ajuda a criar peças detalhadas com paredes finas.
Após o metal solidificar, a matriz abre e a peça é ejetada. O processo pode se repetir rapidamente, produzindo centenas de peças idênticas por hora.
O que é porosidade de fundição sob pressão
A natureza de alta velocidade da fundição sob pressão torna alguma porosidade quase inevitável.
Porosidade se refere a furos, vazios ou bolsas de ar que se formam dentro ou na superfície de uma peça fundida. Esses defeitos variam de pequenos poros microscópicos (microporos) a vazios visíveis maiores.
Às vezes, ele será encontrado como pequenas reentrâncias na superfície ou será descoberto internamente durante os testes.
Pense na porosidade como espaços indesejados no que deveria ser metal sólido. Esses vazios podem aparecer em diferentes padrões:
- Porosidade da superfície:Visível na parte externa das peças
- Porosidade interna:Oculto dentro da estrutura da peça
- Porosidade do gás:Formado por gases aprisionados
- Porosidade de contração:Criado à medida que o metal esfria e se contrai
Porosidade é realmente comum em fundição sob pressão. A maioria dos fabricantes aceita algum nível de porosidade interna, mas porosidade excessiva ou superficial pode tornar as peças inutilizáveis.
Causas da porosidade na fundição sob pressão
Vários fatores contribuem para a porosidade na fundição sob pressão. O principal culpado é o ar ou gás preso durante o processo de injeção de metal. Quando o metal fundido corre para dentro da matriz em alta velocidade, ele pode prender o ar que não tem para onde escapar.
O controle de temperatura ruim também causa porosidade. Se a temperatura de fundição for irregular, o metal solidifica em taxas diferentes, criando vazios.
Outras causas comuns incluem:
- Ventilação inadequada no projeto da matriz
- Excesso de lubrificante nas superfícies da matriz
- Sistemas de comportas ou de canais inadequados
- Velocidade de injeção de metal incorreta
- Fluxo turbulento de metal durante o enchimento
Como evitar a criação de muita porosidade
Considerações de design
Comece com um design de matriz que promova um fluxo suave de metal. Evite cantos afiados e mudanças bruscas de espessura que podem prender ar ou causar turbulência.
Inclua poços de transbordamento e aberturas de ventilação de tamanho adequado em seu projeto de molde. Essas características dão aos gases um lugar para escapar durante o processo de fundição, reduzindo bolhas de ar presas.
Considere adicionar assistência de vácuo ao seu sistema de fundição sob pressão. Isso ajuda a remover o ar da cavidade do molde antes que o metal fundido entre, reduzindo significativamente a porosidade do gás.
Certifique-se de que seu sistema de comportas direcione o fluxo de metal de forma que os gases sejam empurrados em direção às aberturas, em vez de prendê-los.
Seleção de materiais
Escolher ligas de alumínio com propriedades de absorção de gás mais baixas quando possível. Algumas ligas resistem naturalmente à absorção de hidrogênio, reduzindo a chance de porosidade de gás.
Certifique-se de que o metal esteja devidamente desgaseificado antes da fundição.
Lembre-se de armazenar materiais em ambientes controlados para evitar absorção de umidade. A umidade pode introduzir hidrogênio em suas ligas durante a fusão.
Você também pode usar tratamentos de fluxo que ajudam a remover impurezas que podem causar porosidade. Metal limpo produz peças fundidas mais limpas com menos defeitos.
Controle de Parâmetros de Processo
Defina a temperatura correta para o metal e para a matriz. Muito quente, e os gases se expandem; muito frio, e o metal se solidifica antes que os gases escapem.
Mantenha pressão de retenção consistente durante a solidificação. Isso ajuda a evitar porosidade de contração forçando metal adicional em áreas que poderiam formar vazios.
Cuidado com os tempos de ciclo e as taxas de resfriamento. O resfriamento garante que os gases tenham tempo de escapar antes que o metal se solidifique completamente.
Detecção e Medição de Porosidade
Existem vários métodos para detectar esses vazios ocultos, desde simples inspeções visuais até tecnologias avançadas de imagem.
Métodos de Ensaios Não Destrutivos
A inspeção por raio X é uma das maneiras mais comuns de encontrar porosidade sem danificar peças. Este método cria imagens que mostram vazios internos como pontos mais escuros contra o fundo de metal.
Você pode escanear rapidamente várias peças e identificar problemas sem precisar abrir nada.
A tomografia computadorizada (TC) oferece uma visão 3D mais detalhada das estruturas internas. Essa técnica avançada permite que você veja exatamente onde a porosidade ocorre dentro da peça e meça seu volume precisamente.
A tomografia computadorizada é especialmente útil para peças complexas onde a localização da porosidade é importante.
O teste ultrassônico usa ondas sonoras para detectar descontinuidades dentro de peças de metal. Quando as ondas sonoras atingem um vazio, elas refletem de volta de forma diferente.
Este método funciona bem para encontrar aglomerados de porosidade maiores.
Avaliação quantitativa da porosidade
Medir a quantidade de porosidade ajuda a determinar se uma peça atende aos padrões de qualidade. O método de Arquimedes compara o peso de uma peça no ar versus líquido para calcular diferenças de densidade causadas por vazios internos.
Essa abordagem simples fornece uma porcentagem geral de porosidade.
A metalografia envolve cortar uma amostra, polir a superfície e examiná-la sob um microscópio. Você pode medir o tamanho e a distribuição dos poros na superfície cortada.
Este método fornece informações detalhadas sobre áreas específicas, mas requer a destruição da amostra.
O software de análise de imagem pode quantificar a porosidade a partir de dados de raio X ou tomografia computadorizada. O software calcula porcentagens de vazios, tamanhos e distribuição automaticamente.
Abordando problemas de porosidade
Remediação de peças fundidas porosas
Inspecione suas peças fundidas sob ampliação de 5-10x para identificar corretamente problemas de porosidade. Isso ajuda a determinar se o problema é porosidade de gás (bolhas arredondadas) ou porosidade de contração (cavidades irregulares).
Para problemas menores de porosidade, a impregnação é eficaz. Esse processo preenche os vazios com um selante, tornando as peças estanques à pressão. É comumente usado para peças que devem conter fluidos ou gases.
Operações secundárias como prensagem isostática a quente (HIP) podem tratar porosidade interna. Este processo usa alta pressão e temperatura para comprimir e eliminar vazios internos.
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Perguntas frequentes
Quais são os tipos comuns de porosidade encontrados em metais fundidos?
Fundições sob pressão geralmente apresentam três tipos principais de problemas de porosidade. A porosidade gasosa ocorre quando gases ficam presos no metal durante a solidificação, criando pequenos vazios arredondados.
A porosidade de contração se forma quando o metal esfria de forma irregular, criando vazios de formato irregular em seções mais espessas à medida que o metal se contrai.
A porosidade interdendrítica aparece entre as estruturas dendritas à medida que o metal cristaliza, geralmente em áreas com taxas de resfriamento mais lentas.
Quais são os níveis de porosidade padrão ASTM E505 para fundição?
A norma ASTM E505 usa radiografias de referência para classificar os níveis de porosidade em uma escala de 1 a 7. O nível 1 indica porosidade mínima, enquanto o nível 7 mostra porosidade severa.