Fundição de Investimento — Modos de Solidificação de Fundições

Introdução

Em fundição de investimento, a liga fundida pode ser idêntica, o invólucro cerâmico pode ser idêntico, e as condições de vazamento podem até parecer idênticas.

No entanto, as peças fundidas finais podem ser completamente diferentes em qualidade.

Uma parte pode sair densa, som, e limpo; outro pode conter porosidade de contração, Cavidades internas, lágrimas quentes, ou zonas fracas ocultas que só aparecem posteriormente durante a usinagem ou serviço.

A razão não é apenas a “sorte” ou a química da liga. É a maneira como a fundição se solidifica.

A solidificação é a etapa decisiva na qual o metal líquido se transforma em um componente sólido.

Durante esta fase, o campo de temperatura dentro da peça fundida evolui continuamente, a frente de solidificação se move para dentro, e as condições internas de alimentação são estabelecidas.

Em elenco de investimento, onde finas cascas de cerâmica, geometria precisa, e comportamento térmico cuidadosamente controlado, todos interagem, o modo de solidificação se torna um dos fatores mais importantes que regem a qualidade da fundição.

Três modos básicos de solidificação são geralmente reconhecidos:

• Solidificação progressiva
• Solidificação mole
• Solidificação intermediária

Esses modos são determinados principalmente pela faixa de congelamento da liga e pelo gradiente térmico na peça fundida..

Cada modo cria uma estrutura interna diferente, diferentes condições de alimentação, e uma tendência de defeito diferente.

Compreendê-los é essencial para o projeto de risers, projeto de concha, controle de resfriamento, e prevenção de defeitos.

1. A zona de solidificação dentro de uma peça fundida

Durante a solidificação, a maioria das peças fundidas contém três regiões térmicas:

O zona de solidificação é a região mais importante porque é onde o material não é totalmente líquido nem totalmente sólido.

É a zona onde crescem os grãos, metal líquido se move através de canais interdendríticos, e a alimentação por encolhimento pode ter sucesso ou falhar.

1 é a casca do molde, 2 é a zona de fase sólida (Ou seja,, a região solidificada), 3 é a zona de solidificação (Ou seja,, a região atualmente se solidificando, onde o líquido e o sólido coexistem), 4 é a zona de fase líquida

Da superfície para dentro, o metal começa a congelar perto da parede da casca e a frente de solidificação move-se progressivamente em direção ao centro.

A qualquer momento, o casting pode ser pensado como um sistema dinâmico com uma frente móvel, não como um objeto estático esfriando uniformemente de fora para dentro.

A qualidade da peça fundida final depende muito da largura desta zona de solidificação e de como ela se comporta durante o congelamento..

2. O que determina o modo de solidificação?

O solidificação O modo de fundição de investimento é governado principalmente por duas variáveis ​​​​interagindo: a faixa de congelamento da liga e o gradiente térmico dentro da peça fundida.

Quando as temperaturas liquidus e solidus estão muito próximas, a liga tende a congelar com uma frente afiada e se comporta mais como um material de solidificação progressiva;

quando a lacuna é grande, a liga desenvolve uma zona sólido-líquido mais ampla e tem maior probabilidade de solidificar de maneira pastosa.

A composição da liga é o primeiro fator de controle

A composição é o fator mais fundamental porque os elementos de liga podem mudar as temperaturas líquidas e sólidas, ampliar ou estreitar a faixa de congelamento, e alterar o ponto de coerência da rede dendrítica.

À medida que a faixa de congelamento se torna maior, a região sólido-líquido torna-se maior, uma casca sólida bem definida se forma menos facilmente, e a alimentação deve ocorrer através de uma estrutura dendrítica parcialmente solidificada.

Metais comercialmente puros e ligas de congelamento estreito tendem a formar uma frente plana ou uma zona colunar curta., enquanto ligas de congelamento mais longo desenvolvem solidificação dendrítica em uma fração muito maior da seção.

O gradiente de temperatura controla se a frente permanece nítida

O segundo fator principal é o gradiente de temperatura da parede da casca em direção ao centro de fundição.

Um gradiente mais forte promove o congelamento direcional e empurra a peça fundida em direção à solidificação progressiva.

Um gradiente mais fraco amplia a zona mole e torna o modo de congelamento mais semelhante ao volume.

Em fundições industriais, o engenheiro pode influenciar isso indiretamente através do pré-aquecimento da carcaça, nível de isolamento, espessura da seção, e condições de resfriamento, mesmo que a física térmica subjacente não possa ser alterada diretamente.

O tempo de solidificação local é importante

O modo de solidificação também é moldado por tempo de solidificação local, que é o intervalo entre a passagem das isotermas liquidus e solidus em um determinado ponto.

Um tempo de solidificação local mais longo geralmente significa uma zona mole mais ampla e um risco maior de microssegregação e problemas de alimentação interdendrítica.

A literatura sobre solidificação de fundição mostra que a microssegregação aumenta à medida que a faixa de congelamento aumenta e que a rede dendrítica se torna menos permeável quando a coerência é alcançada.

A temperatura de vazamento e o superaquecimento ajustam a condição inicial

A temperatura de vazamento não define o modo de solidificação por si só, mas afeta fortemente o tempo que a peça fundida permanece totalmente líquida antes que a frente de congelamento se forme.

Um superaquecimento mais elevado atrasa o início da solidificação e pode achatar o gradiente térmico inicial, enquanto o superaquecimento mais baixo encurta o tempo disponível para enchimento e pode aumentar a probabilidade de congelamento precoce.

Na prática, isso significa que a temperatura de vazamento altera as condições térmicas sob as quais a faixa de congelamento intrínseca da liga é expressa.

A geometria pode alterar o modo localmente

Espessura da seção, cantos, recessos internos, e pontos quentes isolados podem alterar o modo de solidificação local mesmo quando a liga permanece inalterada.

Seções grossas retêm o calor por mais tempo e se comportam mais como zonas de congelamento ou pastosas, enquanto seções finas geralmente congelam mais rápida e direcionalmente.

Cantos internos agudos são especialmente importantes porque concentram a massa térmica e podem retardar o congelamento local, a menos que a geometria seja modificada ou resfriada deliberadamente..

O comportamento da carcaça de fundição de precisão faz parte da equação

Em fundição de investimento, a casca de cerâmica não é apenas um recipiente; faz parte do design térmico.

Pré-aquecimento da casca, espessura da concha, construção de revestimento, e o caminho de resfriamento pós-vazamento mudam a forma como o calor sai da peça fundida.

É por isso que a mesma liga pode solidificar progressivamente em uma configuração de casca e mais mole em outra..

O controle direcional é, portanto, um efeito combinado do design da liga, projeto de concha, e gerenciamento térmico.

3. Modo de solidificação camada por camada

Definição

A solidificação progressiva é um modo no qual as regiões sólidas e líquidas são claramente separadas por uma frente de congelamento relativamente distinta..

A superfície de fundição solidifica primeiro, e a frente avança continuamente para dentro à medida que o líquido restante é progressivamente alimentado.

Ligas Industriais Aplicáveis

Ligas típicas de solidificação camada por camada incluem ferro fundido cinzento, Aço de baixo carbono, alumínio industrial puro, cobre puro, e ligas eutéticas de alumínio-silício.

Na produção de microfusão, eutético alumínio ligas e aço inoxidável de baixo carbono são os tipos mais amplamente aplicados com esta característica de solidificação.

Características

Em solidificação progressiva:

• A frente de solidificação é relativamente acentuada.
• O metal líquido permanece conectado por mais tempo.
• O último metal líquido geralmente está concentrado em um ponto quente final.
• A alimentação é relativamente simples porque a zona de contração está localizada.
• O elenco muitas vezes mostra cavidades centrais de contração em vez de porosidade amplamente dispersa.

Significado da qualidade

A solidificação progressiva é geralmente favorável à solidez porque a contração é mais fácil de prever e alimentar.

Se a região do último congelamento for adequadamente abastecida por um riser ou alimentador, o encolhimento concentrado pode ser controlado de forma eficaz.

É por isso que muitas ligas de congelamento estreito apresentam bom comportamento de alimentação.

Em peças fundidas em forma de placa ou barra, uma cavidade na linha central pode se formar se a alimentação for insuficiente, mas o defeito é muitas vezes mais fácil de detectar e corrigir do que a porosidade difusa espalhada por toda a secção.

Implicação prática na fundição de investimento

Fundições de investimento que solidificam progressivamente são geralmente mais fáceis de controlar, desde que o caminho térmico esteja direcionado corretamente.

Quando o design incentiva o congelamento direcional em direção ao alimentador, é mais provável que o elenco permaneça sólido.

No entanto, se um ponto quente for isolado incorretamente, uma cavidade de contração concentrada ainda pode se formar na zona de solidificação final.

4. Solidificação mole (Solidificação de Volume) Modo

Definição

Solidificação mole, também chamado solidificação de volume ou solidificação pastosa, é um modo no qual a liga passa através de uma ampla zona de solidificação.

O metal não congela em uma frente distinta; em vez de, desenvolve uma mistura pastosa ou pastosa de dendritos sólidos e líquido restante.

Ligas Industriais Aplicáveis

Ligas de solidificação mole representativas incluem ferro dúctil, Aço de alto carbono, e bronze de estanho.

Martensítico de alto carbono aço inoxidável comumente usado em fundição de precisão normalmente exibe comportamentos típicos de solidificação pastosa.

Características

Em solidificação mole:

• A zona de solidificação é ampla.
• A liga desenvolve uma estrutura dendrítica precocemente.
• Uma vez que a fração sólida se torna suficientemente alta, o líquido restante fica preso em bolsas isoladas.
• A alimentação torna-se difícil porque os caminhos dos líquidos são interrompidos.
• O elenco é propenso a porosidade de encolhimento ou microencolhimento distribuído por toda a seção.

Por que é problemático

Quando os dendritos se tornam interconectados, o líquido restante não consegue mais fluir livremente do alimentador para o ponto quente.

Em vez de uma cavidade concentrada, a peça fundida pode desenvolver muitos pequenos vazios internos espalhados pela zona de solidificação.

Esses defeitos distribuídos são muitas vezes mais difíceis de eliminar do que uma única cavidade de contração.

É por isso que ligas com ampla faixa de congelamento são mais difíceis de alimentar com risers comuns. O encolhimento não está reunido em um só lugar; está espalhado pelo volume.

Implicação prática na fundição de investimento

A solidificação mole é especialmente importante em finos, complexo, ou peças fundidas de alta liga onde a química da liga produz naturalmente uma ampla faixa de congelamento.

Nesses casos, a alimentação simples muitas vezes não é suficiente. O processo pode exigir:

• resfriamento direcional mais forte,
• alimentadores maiores ou mais eficazes,
• gradientes térmicos melhorados,
• superaquecimento reduzido,
• ou resfriamento seletivo.

O objetivo é evitar que a zona de solidificação se torne demasiado ampla e demasiado isolada.

5. Modo de Solidificação Intermediária

Definição

A maioria das ligas industriais pertence ao tipo de solidificação intermediária, cujas características de solidificação ficam entre os modos camada por camada e mole.

A zona de solidificação mantém uma largura média; a fronteira sólido-líquido não é uma interface lisa óbvia nem uma camada mole de seção inteira.

O crescimento dendrítico e a alimentação líquida coexistem durante todo o processo de solidificação.

Ligas Industriais Aplicáveis

Ligas típicas de solidificação intermediária incluem aço de médio carbono, aço com alto teor de manganês, e ferro fundido branco.

As peças estruturais de aço de médio carbono e baixa liga representam a maior proporção de peças fundidas de solidificação intermediária.

Características

A solidificação intermediária combina recursos de ambos os modos:

• A frente de solidificação não é perfeitamente nítida.
• A zona de solidificação tem largura moderada.
• A alimentação é possível, mas não tão fácil quanto em ligas de congelamento estreito.
• O comportamento do encolhimento é mais complexo do que no congelamento progressivo puro.
• As tendências de defeitos situam-se entre a retração concentrada e a microrretração distribuída.

Por que isso importa

A solidificação intermediária é o caso industrial mais comum. Muitas ligas de engenharia padrão congelam desta maneira.

Sua qualidade depende muito do projeto de fundição porque elas não são naturalmente tão tolerantes quanto as ligas de congelamento estreito, mas não são tão difíceis quanto as ligas fortemente pastosas..

Implicação prática na fundição de investimento

Para ligas de solidificação intermediária, a fundição deve equilibrar cuidadosamente:

• temperatura da casca,
• temperatura de derramamento,
• espessura da seção,
• posicionamento do alimentador,
• e taxa de refrigeração.

Porque a liga não fornece naturalmente um caminho de congelamento ideal, o designer do processo deve criar um.

6. Comparação dos três modos de solidificação

7. Fatores que mudam a solidificação para um modo ou outro

O modo de solidificação não é fixado apenas por uma variável. É o resultado da interação entre química da liga, gradiente térmico, condições de vazamento, comportamento do shell, e geometria de fundição.

Ao alterar esses fatores, a fundição pode levar uma peça fundida à solidificação progressiva ou à solidificação pastosa.

Alcance de congelamento de ligas

O fator mais importante é a faixa de congelamento da liga.

• Faixa de congelamento estreita → tende à solidificação progressiva
• Ampla gama de congelamento → tende à solidificação pastosa
• Faixa de congelamento médio → tende à solidificação intermediária

Quanto maior o intervalo liquidus-solidus, quanto mais tempo a peça fundida permanecer em estado semissólido e maior será a probabilidade de desenvolver uma ampla zona de solidificação.

Esta é a razão mais importante pela qual algumas ligas são mais fáceis de alimentar do que outras..

Gradiente térmico na fundição

Quanto mais forte o gradiente térmico, maior será a probabilidade de a fundição congelar progressivamente.

Uma queda acentuada de temperatura da parede da casca para o centro estimula uma frente de congelamento clara e ajuda o metal a solidificar em uma sequência direcional.

Se o gradiente de temperatura for fraco, a zona de solidificação se alarga. Uma parte maior da seção permanece semissólida por mais tempo, o que leva o comportamento ao congelamento piegas.

Pré-aquecimento da casca e extração de calor da casca

Em fundição de investimento, o invólucro cerâmico é um importante elemento de controle térmico.

Uma casca mais quente reduz o choque térmico inicial e pode melhorar o enchimento, mas também retarda a extração de calor no início.

Uma carcaça mais fria extrai o calor de forma mais agressiva, que pode aguçar a frente de congelamento e favorecer a solidificação progressiva.

A espessura da casca também é importante:

• Casca mais grossa → mais resistência térmica → extração de calor mais lenta → zona de congelamento mais ampla
• Casca mais fina → menos resistência térmica → extração de calor mais rápida → frente de congelamento mais nítida

Temperatura de vazamento e superaquecimento

A temperatura de vazamento afeta a quantidade de calor adicional que o metal deve perder antes do início do congelamento..

• Maior superaquecimento geralmente atrasa o congelamento e pode nivelar o gradiente térmico.
• Superaquecimento inferior encurta o tempo antes do início da solidificação, mas se for levado longe demais, poderá reduzir a capacidade de preenchimento e criar erros de execução.

Na prática, superaquecimento excessivo pode tornar o modo de solidificação mais semelhante ao volume, enquanto o superaquecimento controlado pode ajudar a preservar um caminho de congelamento mais direcional.

Espessura da parede de fundição

A espessura da parede é um dos fatores mais visíveis relacionados à geometria.

• Paredes finas solidificam rapidamente e tendem a promover a solidificação progressiva.
• Paredes grossas retêm o calor por mais tempo e são mais propensos a formar amplas zonas pastosas.

É por isso que os pontos quentes geralmente aparecem em seções pesadas, chefes, junções, ou massas isoladas onde o calor não pode escapar facilmente.

Geometria e massa térmica local

Cantos afiados, junções internas, chefes, e mudanças bruscas de seção criam desequilíbrio térmico local.

Algumas regiões podem solidificar precocemente, enquanto outras permanecem líquidas ou semissólidas.. Isso pode alterar o modo de solidificação local mesmo quando a liga em si permanece inalterada.

As principais características geométricas que influenciam o modo de congelamento incluem:

• cantos internos,
• cantos externos,
• interseções de costela,
• almofadas isoladas,
• e mudanças repentinas de espessura.

Ambiente de resfriamento após o vazamento

A forma como a peça fundida é resfriada após o vazamento também é importante. Resfriamento ao ar livre, resfriamento em leito de areia, isolamento, e o resfriamento forçado criam diferentes condições de perda de calor.

O resfriamento mais rápido aumenta o gradiente de temperatura e estimula o congelamento progressivo. O resfriamento mais lento amplia o estágio semissólido e empurra o comportamento para uma solidificação pastosa.

8. Relação entre modo de solidificação e qualidade de fundição

O modo de solidificação não é um detalhe teórico; é um dos principais determinantes da qualidade da fundição.

Isso afeta densidade, capacidade de alimentação, formação de porosidade, tendência a rachaduras a quente, microestrutura, e solidez final.

Em fundição de investimento, onde a precisão da forma já é alta, O modo de solidificação muitas vezes se torna o fator que decide se a peça é meramente dimensionalmente correta ou verdadeiramente utilizável..

Densidade e solidez interna

Uma peça fundida é mais fácil de produzir som quando a solidificação prossegue de maneira direcional controlada..

Em solidificação progressiva, o último líquido está concentrado em um ponto quente relativamente pequeno, para que a alimentação possa ser focada e a redução muitas vezes possa ser gerenciada de forma eficaz.

Isso geralmente leva a uma melhor densidade e a um menor risco de vazios internos dispersos.

Em solidificação mole, por contraste, o líquido restante fica preso dentro de uma ampla rede dendrítica semissólida.

Uma vez que a estrutura sólida se torne coerente, caminhos de alimentação fecham rapidamente, e a contração é espalhada pela seção como muitos pequenos vazios, em vez de uma cavidade facilmente controlada.

É por isso que as ligas de amplo congelamento são muitas vezes mais difíceis de tornar totalmente densas..

Cavidade de contração versus porosidade de contração

O tipo de defeito de contração está fortemente ligado ao modo de solidificação.

• Solidificação progressiva tende a produzir um cavidade de contração concentrada na zona de congelamento final se a alimentação for insuficiente.
• Solidificação mole tende a produzir porosidade de contração distribuída ou microencolhimento em toda a zona de solidificação.
• Solidificação intermediária pode mostrar qualquer comportamento dependendo da espessura da seção, caminho de alimentação, e controle térmico.

Do ponto de vista do controle de processos, uma cavidade concentrada geralmente é mais fácil de localizar, alimentar, e eliminar a porosidade generalizada.

Essa é uma das razões pelas quais a solidificação progressiva é geralmente mais favorável do ponto de vista da solidez da fundição..

Rasgos e rachaduras quentes

O rasgo a quente ocorre quando uma peça fundida parcialmente solidificada é restringida durante a contração e não consegue aliviar a tensão térmica suavemente..

O modo de solidificação afeta isso porque o comportamento mecânico do metal muda à medida que a fração sólida aumenta.

• Em solidificação progressiva, o líquido restante ainda pode curar pequenas aberturas de contração se a alimentação for adequada.
• Em solidificação mole, a rede dendrítica semissólida pode tornar-se rígida precocemente, então a contração é resistida e a rachadura se torna mais provável.
• Em solidificação intermediária, o risco é moderado e altamente dependente do projeto do ponto quente e do sistema de alimentação.

A lição prática é que o rasgo a quente não é apenas uma questão metalúrgica. É uma questão de caminho de solidificação.

Capacidade de alimentação

A alimentação é mais eficaz quando o metal líquido ainda pode se mover através da seção para substituir a contração volumétrica.

É por isso que o modo de solidificação é tão importante.

• Solidificação progressiva preserva um caminho de líquido conectado por mais tempo.
• Solidificação mole quebra esse caminho mais cedo, à medida que os dendritos se interligam.
• Solidificação intermediária fornece capacidade de alimentação parcial, mas não tão confiável quanto o congelamento progressivo.

Se a alimentação falhar, defeitos de contração são quase garantidos em algum lugar da peça fundida.

Por esse motivo, o modo de solidificação deve sempre ser considerado em conjunto com o projeto do riser e a geometria da seção.

Microestrutura e uniformidade de propriedades

A forma como uma peça fundida congela também molda a estrutura final do grão.

Um padrão de congelamento mais direcional tende a produzir uma frente de solidificação mais ordenada, enquanto o congelamento amplo e pastoso geralmente produz estruturas dendríticas mais grosseiras e mais variação de composição entre as zonas.

Isso é importante porque a microestrutura influencia:

• resistência à tracção,
• ductilidade,
• comportamento de fadiga,
• Resistência à corrosão,
• e resposta de usinagem.

Uma fundição sonora não é apenas aquela isenta de defeitos visíveis. É aquele cuja estrutura interna é consistente o suficiente para oferecer um desempenho de serviço confiável..

9. Por que o modo de solidificação é importante na fundição de precisão

O modo de solidificação é uma das variáveis ​​mais importantes na fundição porque determina se a peça fundida se torna som, alimentável, e estruturalmente confiável,

ou se desenvolve defeitos ocultos que só aparecem posteriormente durante a usinagem, Inspeção, ou serviço.

O modo de solidificação controla a solidez interna

A principal razão pela qual o modo de solidificação é importante é que ele afeta diretamente a forma como o encolhimento é tratado.. Enquanto o metal congela, seu volume diminui.

Se o metal líquido puder continuar a fluir para a região de contração, o elenco permanece denso e sólido. Se a alimentação for interrompida muito cedo, forma de defeitos de contração.

• Solidificação progressiva geralmente concentra o encolhimento em uma zona de último congelamento, que é mais fácil de alimentar e gerenciar.
• Solidificação mole tende a espalhar a contração por uma ampla região semissólida, o que torna a porosidade interna mais difícil de prevenir.
• Solidificação intermediária fica entre esses dois e pode se comportar bem ou mal dependendo do design térmico.

Em outras palavras, o modo de solidificação determina se a contração é localizada e controlável, ou dispersos e difíceis de eliminar.

Determina o sucesso ou o fracasso da alimentação

A fundição de investimento depende muito da alimentação. O alimentador ou riser deve permanecer líquido por tempo suficiente para abastecer as últimas áreas a congelar. O modo de solidificação controla por quanto tempo o caminho de alimentação permanece aberto.

Uma peça fundida que congela progressivamente dá à fundição uma melhor chance de manter um reservatório de líquido conectado.

Um elenco que congela de maneira mole pode perder essa conexão mais cedo, retendo líquido em bolsas isoladas.

Uma vez que esses bolsos são cortados, nenhuma quantidade de resfriamento posterior pode restaurar a solidez.

É por isso que o projeto de alimentação não pode ser separado do modo de solidificação. O alimentador só é eficaz se a sequência de congelamento o suportar.

Afeta o tipo e a localização do defeito de contração

O modo de solidificação também decide que tipo de defeito de contração provavelmente aparecerá.

Uma cavidade concentrada é muitas vezes menos prejudicial do que a microrretração generalizada porque é mais visível, mais localizado, e mais gerenciável com risers ou margem de usinagem.

Porosidade distribuída, por contraste, pode enfraquecer uma grande região da peça sem ser óbvio do lado de fora.

Influencia rasgos e rachaduras a quente

O rasgo a quente está fortemente relacionado à forma como a peça fundida se contrai enquanto é parcialmente sólida..

Se a rede semissólida se tornar rígida antes que a peça fundida tenha completado sua contração, tensão de tração pode acumular-se e rachar a peça.

O modo de solidificação é importante porque muda:

• quão rápido a rede dendrítica se torna coerente,
• quanto tempo o líquido permanece disponível para aliviar o estresse,
• e quanta restrição existe durante a contração.

A solidificação progressiva muitas vezes oferece uma melhor chance de a contração ser alimentada e o estresse ser relaxado.

A solidificação mole pode travar a estrutura muito cedo, tornando a peça fundida mais vulnerável a rasgos. É por isso que o modo de solidificação é um fator direto na prevenção de fissuras, não apenas um problema de encolhimento.

Ele molda a microestrutura e as propriedades finais

A forma como uma peça fundida congela também influencia a estrutura do grão, espaçamento dendrítico, e uniformidade composicional do metal.

Um caminho de congelamento mais direcional tende a produzir uma estrutura mais ordenada, enquanto uma ampla zona pastosa geralmente leva a dendritos mais grossos e maior segregação local.

Isso é importante porque a estrutura interna afeta:

• resistência à tracção,
• ductilidade,
• vida de fadiga,
• resposta à corrosão,
• e comportamento de usinagem.

Uma peça fundida pode atender às especificações dimensionais e ainda assim ter um desempenho inferior se o seu modo de solidificação produzir uma estrutura interna irregular ou porosa..

This is especially important in high-value investment castings used in aerospace, poder, médico, e aplicações de engenharia de precisão.

Ele determina quanto controle de processo é necessário

Diferentes modos de solidificação exigem diferentes níveis de disciplina de fundição.

• Solidificação progressiva geralmente é o mais indulgente.
• Solidificação intermediária requer controle equilibrado.
• Solidificação mole exige a intervenção de engenharia mais agressiva.

Quando a fundição congela naturalmente progressivamente, o processo muitas vezes pode ser gerenciado com princípios de alimentação direcional padrão.

Quando a fundição tende a um congelamento mole, a fundição pode precisar de gradientes térmicos mais fortes, melhor design de concha, controle de temperatura de vazamento mais cuidadoso, resfriamento seletivo, ou estratégia de riser mais sofisticada.

Portanto, o modo de solidificação também é uma medida da dificuldade do processo. Quanto mais piegas for o comportamento de congelamento, mais esforço é necessário para fazer o elenco soar.

É o elo oculto entre design e qualidade

Uma das razões mais importantes pelas quais o modo de solidificação é importante é que ele conecta o projeto de fundição à qualidade final.

Uma peça pode parecer excelente em CAD e pode até mesmo ser vazada com sucesso, mas se o seu modo de solidificação for ruim, a parte final ainda pode falhar.

O modo de solidificação se une:

• Seleção de ligas,
• espessura da seção,
• projeto de concha,
• temperatura de derramamento,
• sistema de alimentação,
• condições de resfriamento,
• e integridade interna.

Isso o torna uma das variáveis ​​centrais de projeto em fundição de precisão. Não é apenas um conceito metalúrgico. É um princípio de design.

10. Conclusão

O modo de solidificação é o mecanismo interno central que determina a microestrutura e a distribuição de defeitos das peças fundidas.

Classificado pela largura da zona de solidificação, a solidificação do metal é dividida em camada por camada, mole, e modos intermediários.

A faixa de temperatura de cristalização das ligas determina fundamentalmente a tendência inerente de solidificação, enquanto o gradiente de temperatura de fundição ajusta artificialmente o tamanho da zona de solidificação.

Na fabricação industrial real, engenheiros de fundição devem selecionar esquemas de processos direcionados de acordo com os atributos da liga.

Ajustando a temperatura de pré-aquecimento da carcaça, incorporando ferros frios, otimizando o layout do riser, e controlando o superaquecimento do vazamento, o modo de solidificação pode ser otimizado artificialmente para transformar a solidificação pastosa adversa em solidificação controlável camada por camada.

Dominar os três modos de solidificação e suas leis que influenciam é a premissa básica para eliminar defeitos de contração, melhorar a compactação interna, e produzir peças fundidas de investimento qualificadas de alta qualidade.

Com a atualização da tecnologia de simulação de fundição, o campo de temperatura visualizado e a previsão da zona de solidificação aumentarão ainda mais a precisão do controle do modo de solidificação, promovendo o desenvolvimento sofisticado e inteligente da indústria de fundição de precisão.

 

Perguntas frequentes

Qual modo de solidificação tem o melhor desempenho de alimentação?

Solidificação camada por camada. Suas cavidades de retração concentradas são fáceis de eliminar através de risers, e o líquido que flui pode curar microfissuras espontaneamente.

Por que a solidificação pastosa é difícil de eliminar a porosidade?

Dendritos interconectados isolam o líquido residual em piscinas líquidas fechadas, e risers convencionais não podem realizar alimentação profunda para micro porosidade de contração dispersa.

Por que a fundição por cera tende a formar amplas zonas de solidificação?

As cascas de cerâmica são pré-aquecidas antes de serem despejadas, resultando em baixos gradientes de temperatura na seção transversal, que ampliam a zona mole e facilitam a solidificação mole.

Como converter solidificação pastosa em solidificação camada por camada?

Aumente os gradientes de temperatura locais adicionando ferros frios, reduzindo a temperatura de pré-aquecimento da carcaça, e acelerando a velocidade de resfriamento da superfície.

Qual é o modo de solidificação mais amplamente utilizado na fundição industrial?

Solidificação intermediária. A maioria dos aços-liga de médio carbono e ligas de fundição comuns pertencem a esta categoria com desempenho abrangente e equilibrado.