A qualidade de fundição de liga de alumínio é fundamentalmente determinado pela integridade do fundido. Alcançar um fundido de alta integridade requer controle preciso sobre temperatura, composição química e conteúdo de gás. O objetivo principal é produzir um metal líquido limpo e homogêneo, livre de óxidos, porosidade de hidrogênio e inclusões antes de entrar no revestimento cerâmico.
Para engenheiros de fundição e metalúrgicos, a conclusão crítica é que a preparação do fundido é responsável por mais de 60% dos defeitos finais de fundição . Desgaseificação adequada, refinamento de grãos e gerenciamento rigoroso de temperatura entre 700°C e 760°C são etapas inegociáveis. Negligenciar esses parâmetros leva à redução das propriedades mecânicas, ao mau acabamento superficial e ao aumento das taxas de rejeição em aplicações aeroespaciais e automotivas.
Seleção do forno de fusão e controle de temperatura
A escolha do forno de fusão impacta significativamente a limpeza da liga de alumínio. Os fornos de indução são preferidos para fundição de precisão devido à sua rápida capacidade de aquecimento e agitação eletromagnética, que promove a homogeneidade. Contudo, a agitação excessiva pode arrastar ar, levando à formação de óxido.
Temperaturas ideais de fusão
As ligas de alumínio normalmente derretem em torno de 660°C, mas as temperaturas de vazamento para fundição de precisão devem ser mais altas para garantir fluidez em moldes cerâmicos complexos. A faixa de vazamento ideal é 700°C a 760°C . Exceder 800°C aumenta drasticamente a solubilidade do hidrogênio e as taxas de oxidação. Para cada aumento de 10°C acima de 760°C, a absorção de hidrogênio pode aumentar em 15-20% , levando a graves problemas de porosidade após a solidificação.
Compatibilidade de material do cadinho
O uso de cadinhos de carboneto de silício (SiC) ou argila de grafite é padrão. Estes materiais devem ser revestidos com um esmalte protetor para evitar reação com o alumínio fundido. Um revestimento do cadinho comprometido introduz contaminantes de ferro e silício, alterando as propriedades mecânicas da liga. Inspeção regular e substituição de cadinhos a cada 50-100 derrete são recomendados para manter a consistência.
Técnicas de desgaseificação e remoção de hidrogênio
O hidrogênio é o único gás com solubilidade significativa no alumínio fundido. À medida que o metal solidifica, o hidrogênio precipita, formando poros que enfraquecem a peça fundida. A desgaseificação eficaz é, portanto, o passo mais crítico na preparação do fundido.
Desgaseificação Rotativa com Argônio/Nitrogênio
O padrão da indústria para fundição de precisão de alta qualidade é a desgaseificação do impulsor rotativo. Um rotor de grafite gira a 300-500 RPM enquanto injeta gás inerte (argônio ou nitrogênio) no fundido. Isso cria bolhas finas que capturam hidrogênio por difusão. O processo normalmente dura 10-15 minutos e pode reduzir os níveis de hidrogênio de 0,30 ml/100g até menos de 0,10 ml/100g .
Comprimidos de desgaseificação sólidos
Para fundições menores, os comprimidos à base de hexacloroetano são uma alternativa. Quando submersos, liberam gás cloro, que reage com o hidrogênio para formar gás HCl. Embora eficaz, este método produz gases tóxicos e deixa resíduos de escória salina que devem ser desnatados. É menos consistente que a desgaseificação rotativa e geralmente não é recomendada para componentes de nível aeroespacial.
| Método | Eficiência | Impacto Ambiental | Consistência |
|---|---|---|---|
| Gás Inerte Rotativo | Alto (>90%) | Baixo (não tóxico) | Excelente |
| Comprimidos de cloro | Médio (70-80%) | Alto (vapores tóxicos) | Variável |
| Desgaseificação a Vácuo | Muito alto (>95%) | Nenhum | Excelente |
Refinamento e modificação de grãos
A microestrutura da liga de alumínio solidificada determina o seu desempenho mecânico. Grãos grossos levam a baixa ductilidade e aumento da suscetibilidade ao rasgo a quente. O refinamento e a modificação dos grãos são tratamentos metalúrgicos essenciais realizados durante a fase de fusão.
Refinadores de titânio-boro
A adição de ligas mestras Al-Ti-B (normalmente 5% Ti, 1% B) promove nucleação heterogênea. Isso resulta em uma estrutura de grão equiaxial fina. A taxa de adição padrão é 0,1-0,2% em peso da fusão total. A adição excessiva pode levar à formação de intermetálicos grossos de TiAl3, que atuam como concentradores de tensão e reduzem a vida em fadiga.
Modificação de Estrôncio para Ligas de Silício
Para ligas hipoeutéticas de Al-Si (por exemplo, A356), a modificação do estrôncio (Sr) transforma o eutético de silício semelhante a uma placa grossa em uma estrutura fibrosa fina. Isto melhora significativamente o alongamento e a resistência à tração. A concentração ideal de Sr é 150-200 ppm . É crucial notar que Sr desaparece com o tempo; portanto, a modificação deve ser realizada imediatamente antes do vazamento, de preferência dentro 30-45 minutos .
Remoção de inclusão e filtragem por fusão
Mesmo com uma fusão cuidadosa, inclusões não metálicas, como óxidos (Al2O3) e partículas refratárias, permanecem suspensas na massa fundida. Estas inclusões atuam como locais de iniciação para fissuras e devem ser removidas antes da fundição.
Filtros de Espuma Cerâmica (CFF)
Filtros de espuma cerâmica são colocados no sistema de comporta ou concha. Eles operam por meio de filtração profunda, retendo partículas maiores que o tamanho dos poros. Tamanhos de poros comuns são 10, 20 ou 30 PPI (poros por polegada) . Um filtro de 10 PPI remove impurezas grandes, enquanto um filtro de 30 PPI captura óxidos mais finos. Usar um sistema de filtragem de dois estágios pode melhorar a limpeza em até 40% em comparação com fundidos não filtrados.
Skimming e Liquidação
Antes da filtração, a desnatação manual ou mecânica remove a camada de óxido na superfície do fundido. Permitindo que o derretimento se estabeleça 10-15 minutos após a desgaseificação permite que inclusões mais pesadas afundem e escórias mais leves flutuem, facilitando a remoção. Apressar esta etapa geralmente resulta em vazamento turbulento, que re-arrasta os óxidos para o fluxo líquido.
Concluindo, a produção de peças fundidas de liga de alumínio de alta qualidade requer uma abordagem disciplinada para o gerenciamento do fundido. Ao controlar a temperatura, desgaseificar efetivamente, refinar a estrutura do grão e filtrar inclusões, os fabricantes podem garantir propriedades mecânicas superiores e taxas mínimas de defeitos.
