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Defeitos de Fundição Inclusões

• Ricardo Fuoco

Gerente Geral de Tecnologia de Fundição

Metso Brasil Indústria e Comércio Ltda

Fone: (015) 2102-1212

Email: [email protected]

Defeitos de Fundição - Inclusões

Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014

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Índice

– 4.2 – Inclusões

– Inclusões de óxidos e de sulfetos em aços

– Inclusões de reoxidação

– Inclusões de areia


Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014 2

Inclusões de óxidos e de sulfetos em aços

3 Defeitos de Fundição - Inclusões




Inclusões de óxidos em aços

Estabilidade de formação dos óxidos

em Fe a 1600°C (Diagrama de

Ellinghan)

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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.

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

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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

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Inclusões de sulfetos em aços Inclusões de sulfetos tipo II – intergranular (reduz ductilidade do

aço)

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Inclusões de sulfetos em aços Inclusões de sulfetos tipo II – intergranular (reduz

ductilidade do aço)

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ductilidade do aço)

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Inclusões de sulfetos em aços Estabilidade dos sulfetos em aços

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ductilidade do aço) e do tipo III - Globular

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Sulfeto tipo II (sem cálcio) Sulfeto tipo III (com cálcio)


ductilidade do aço) e do tipo III - Globular

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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

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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

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



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%).

Desoxidação de aços

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Diagrama de Ellinghan que descreve a

tendência termodinâmica à formação

de óxidos dos vários elementos de liga

presentes nas ligas ferrosas.

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:SiO2 , Al2O3, 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)

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Estudo da SFSA sobre origem das macro-inclusões em peças de aço fundido (análise

de 350 amostras):

• 83% Reoxidação

• 14% Material do molde

• 2% Escória

• 1% Refratário

• 1% Desoxidação

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Inclusões de reoxidação em aços

• Inclusões de óxidos em peças de aços fundidos;

• Óxido típico: SiO2 , Al2O3, Silicatos de cálcio, etc

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Inclusões de reoxidação em aços

• Inclusões de óxidos em peças de aços fundidos;

• Óxido típico: SiO2 , Al2O3, Silicatos de cálcio, etc

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

oxidação

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25 x

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

oxidação

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Inclusões de óxidos em peças de aços fundidos, contendo: SiO2 , Al2O3, Silicatos de cálcio, etc

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Formas de vazamento de peças em aço Sistemas de vazamento em peças de aço

Problema de turbulência durante o

vazamento pelo fundo

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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

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

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

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

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

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Produtos da oxidação de ligas metálicas:

– Ferros fundidos cinzentos: SiO2

– Ferros fundidos nodulares ( Si, Mg): drosses MgO.SiO2

– Aços fundidos (“desoxidantes” Si, Al, Zr, Ti e Ca): óxidos complexos: SiO2 , Al2O3, Silicatos de cálcio, etc

– Ligas de alumínio: Formação de filmes de alumina: Al2O3

– Latões: ZnO. Al2O3

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Inclusões de re-oxidação em FoFos



• Ferros fundidos cinzentos:

• Temperaturas acima de 1530ºC CO

• Temperaturas abaixo de 1530ºC SiO2

• Formação de óxidos não é um problema crítico

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Peças de ferro fundido cinzento exibindo inclusões de sílica formadas por problema de

reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva turbulência.




45x

Grãos de

areia

Inclusão de

reoxidação (escória)

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Análise em MEV de inclusões em

disco de freio de ferro fundido

cinzento.




25x

Grãos de

areia

Inclusão de

reoxidação (escória)

Análise em MEV de inclusões em

disco de freio de ferro fundido

cinzento.




• Ferros fundidos nodulares ( Si, Mg):

• Formação de drosses MgO.SiO2

• Problema de inclusões de óxidos é extremamente crítico (muitas vezes confundido com inclusão de areia)

• Projeto de canais é crítico




Peças de ferro fundido nodular exibindo inclusões de SiO2 e MgO formadas por problema

de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva turbulência.




Inclusão de drosse (SiO2 , Al2O3 e MgO) em ferro fundido nodular formadas por problema





Inclusão de drosses (SiO2 , Al2O3 e MgO) e areia de síliuca em ferro fundido nodular

formadas por problema de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva

turbulência.




Inclusão de drosse (SiO2 , Al2O3 e MgO) e grãos de areia de sílica em ferro fundido nodular


turbulência.






turbulência.






Inclusões de reoxidação em ligas de Al

• Ligas de alumínio:

• Formação de filmes de alumina: Al2O3

• 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)

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• Inclusões de óxidos em peças de ligas de alumínio;

• Óxido típico: filmes de alumina (Al2O3)

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Inclusões de areia



Inclusões de areia

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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



Inclusões de areia em aço fundido

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Inclusões de areia em FoFo branco

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Inclusões de areia em FoFo branco

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Inclusões de areia em FoFos

40x

Vista geral do defeito

na amostra A

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40x

Inclusões

de areia em

FoFos

Grãos de

areia

Inclusão de

escória

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40x

EDS no local indicado

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40x


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45x

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Defeitos de Fundição -

Inclusões

Ricardo Fuoco - Metso Minerals

2014

45x

Inclusões

de areia

em FoFos

Grãos de

areia

Inclusão de

escória

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40x


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40x


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