A fundição do corpo da válvula é uma parte importante do processo de fabricação de válvulas, e a qualidade da fundição determina a qualidade da válvula. A seguir, apresentamos alguns métodos de fundição comumente usados na indústria de válvulas:
Fundição em areia:
A areia de fundição, comumente usada na indústria de válvulas, pode ser dividida em areia verde, areia seca, areia de silicato de sódio e areia autoendurecível de resina furânica, de acordo com os diferentes aglomerantes.
(1) Areia verde é um processo de moldagem que utiliza bentonita como aglomerante.
Suas características são:O molde de areia finalizado não precisa ser seco ou endurecido, possui certa resistência à umidade e o núcleo e a casca do molde apresentam boa capacidade de escoamento, facilitando a limpeza e a remoção das peças fundidas. A eficiência da produção por moldagem é alta, o ciclo de produção é curto, o custo do material é baixo e é conveniente organizar a produção em linha de montagem.
Suas desvantagens são:As peças fundidas são propensas a defeitos como poros, inclusões de areia e aderência de areia, e a qualidade das peças fundidas, especialmente a qualidade intrínseca, não é ideal.
Tabela de proporção e desempenho da areia verde para fundição de aço:
(2) A areia seca é um processo de moldagem que utiliza argila como aglomerante. A adição de um pouco de bentonita pode melhorar sua resistência úmida.
Suas características são:O molde de areia precisa estar seco, ter boa permeabilidade ao ar, não ser propenso a defeitos como lavagem da areia, aderência da areia e poros, e a qualidade inerente da peça fundida deve ser boa.
Suas desvantagens são:Requer equipamento para secagem de areia e o ciclo de produção é longo.
(3) A areia de silicato de sódio é um processo de modelagem que utiliza silicato de sódio como aglomerante. Suas características são: o silicato de sódio tem a função de endurecer automaticamente quando exposto ao CO2 e pode ter várias vantagens do método de endurecimento a gás para modelagem e fabricação de núcleos, mas existem desvantagens como baixa colapsibilidade da casca do molde, dificuldade na limpeza da areia das peças fundidas e baixa taxa de regeneração e reciclagem da areia antiga.
Tabela de proporção e desempenho da areia de endurecimento com CO2 e silicato de sódio:
(4) A moldagem em areia autoendurecível com resina furânica é um processo de fundição que utiliza resina furânica como aglutinante. A areia de moldagem solidifica-se devido à reação química do aglutinante sob a ação do agente de cura à temperatura ambiente. Sua característica principal é que o molde de areia não precisa ser seco, o que reduz o ciclo de produção e economiza energia. A areia de moldagem com resina é fácil de compactar e possui boas propriedades de desintegração. A areia de moldagem das peças fundidas é fácil de limpar. As peças fundidas apresentam alta precisão dimensional e bom acabamento superficial, o que pode melhorar significativamente a qualidade das peças fundidas. Suas desvantagens são: altos requisitos de qualidade para a areia bruta, leve odor pungente no local de produção e alto custo da resina.
Proporção e processo de mistura da resina furânica em areia sem cura em forno:
Processo de mistura da areia autoendurecível com resina furânica: O ideal é utilizar um misturador contínuo de areia para preparar a areia autoendurecível com resina. Areia bruta, resina, agente de cura, etc., são adicionados sequencialmente e misturados rapidamente. A mistura pode ser preparada e utilizada a qualquer momento.
A ordem de adição das diversas matérias-primas na mistura de areia resinada é a seguinte:
Areia bruta + agente de cura (solução aquosa de ácido p-toluenossulfônico) – (120 ~ 180S) – resina + silano – (60 ~ 90S) – produção de areia
(5) Processo típico de produção de fundição em areia:
Fundição de precisão:
Nos últimos anos, os fabricantes de válvulas têm dado cada vez mais atenção à qualidade estética e à precisão dimensional das peças fundidas. Isso porque uma boa aparência é um requisito básico do mercado e também o parâmetro de posicionamento para a primeira etapa de usinagem.
O processo de fundição de precisão mais utilizado na indústria de válvulas é a fundição de investimento, que será brevemente apresentada a seguir:
(1) Dois métodos de processo de fundição por solução:
①Utilizando material de molde à base de cera de baixa temperatura (ácido esteárico + parafina), injeção de cera a baixa pressão, revestimento de silicato de sódio, desparafinação em água quente, processo de fusão e vazamento em atmosfera controlada, usado principalmente para fundidos de aço carbono e aço de baixa liga com requisitos gerais de qualidade. A precisão dimensional das peças fundidas pode atingir o padrão nacional CT7~9.
② Utilizando material de molde à base de resina de temperatura média, injeção de cera de alta pressão, revestimento do molde em sílica sol, desparafinação a vapor e processo de fundição por fusão rápida em atmosfera controlada ou a vácuo, a precisão dimensional das peças fundidas pode atingir o nível CT4-6.
(2) Fluxograma típico do processo de fundição de precisão:
(3) Características da fundição de precisão:
①A peça fundida apresenta alta precisão dimensional, superfície lisa e boa qualidade estética.
② É possível fundir peças com estruturas e formatos complexos que são difíceis de processar com outros processos.
③ Os materiais de fundição não são limitados, podendo ser utilizados diversos materiais de liga, tais como: aço carbono, aço inoxidável, aço liga, liga de alumínio, liga para alta temperatura e metais preciosos, especialmente materiais de liga que são difíceis de forjar, soldar e cortar.
④ Boa flexibilidade de produção e forte adaptabilidade. Pode ser produzido em grandes quantidades, sendo também adequado para produção de peças únicas ou pequenos lotes.
⑤ A fundição de precisão também apresenta certas limitações, como: fluxo de processo complexo e longo ciclo de produção. Devido às técnicas de fundição limitadas que podem ser utilizadas, sua capacidade de suportar pressão não é muito alta quando usada para fundir válvulas de casca fina sujeitas a pressão.
Análise de defeitos de fundição
Qualquer peça fundida apresentará defeitos internos, e a existência desses defeitos representa um grande risco oculto para a qualidade interna da peça. Além disso, o reparo por soldagem para eliminar esses defeitos durante o processo produtivo impõe um ônus considerável à produção. Em particular, as válvulas são peças fundidas de casca fina que suportam pressão e temperatura, sendo a compactação de suas estruturas internas crucial. Portanto, os defeitos internos das peças fundidas tornam-se um fator decisivo que afeta a qualidade do produto final.
Os defeitos internos das peças fundidas de válvulas incluem principalmente poros, inclusões de escória, porosidade de contração e fissuras.
(1) Poros:Os poros são produzidos por gás, a superfície dos poros é lisa e eles são gerados dentro ou perto da superfície da peça fundida, e suas formas são principalmente redondas ou oblongas.
As principais fontes de gás que geram poros são:
① O nitrogênio e o hidrogênio dissolvidos no metal ficam retidos no metal durante a solidificação da peça fundida, formando paredes internas circulares ou ovais fechadas com brilho metálico.
②A umidade ou substâncias voláteis no material de moldagem se transformarão em gás devido ao aquecimento, formando poros com paredes internas marrom-escuras.
③ Durante o processo de vazamento do metal, devido ao fluxo instável, o ar entra em ação e forma poros.
Método de prevenção de defeitos estomáticos:
① Na fundição, deve-se usar o mínimo possível ou não usar matérias-primas metálicas enferrujadas, e as ferramentas e conchas devem ser cozidas e secas.
②O vazamento do aço fundido deve ser feito em alta temperatura e o vazamento em baixa temperatura, e o aço fundido deve ser devidamente estabilizado para facilitar a liberação do gás.
③ O projeto do processo do alimentador de vazamento deve aumentar a pressão do aço fundido para evitar o aprisionamento de gases e estabelecer um caminho artificial para a exaustão adequada dos gases.
④Os materiais de moldagem devem controlar o teor de água e o volume de gás, aumentar a permeabilidade ao ar, e o molde de areia e o núcleo de areia devem ser cozidos e secos o máximo possível.
(2) Cavidade de retração (solta):Trata-se de uma cavidade circular ou irregular, coerente ou incoerente, que ocorre no interior da peça fundida (especialmente no ponto quente), com superfície interna rugosa e coloração mais escura. Grãos cristalinos grosseiros, principalmente na forma de dendritos, agrupados em um ou mais locais, são propensos a vazamentos durante o teste hidráulico.
A causa da cavidade de retração (frouxidão):A contração volumétrica ocorre quando o metal se solidifica do estado líquido para o sólido. Se não houver reposição suficiente de aço fundido nesse momento, a formação de cavidades de contração será inevitável. Essas cavidades em peças fundidas de aço são causadas principalmente pelo controle inadequado do processo de solidificação sequencial. As causas podem incluir ajustes incorretos do alimentador, temperatura de vazamento do aço fundido muito alta e contração excessiva do metal.
Métodos para prevenir cavidades por retração (frouxidão):① Projetar cientificamente o sistema de vazamento de peças fundidas para obter a solidificação sequencial do aço líquido, sendo que as partes que solidificarem primeiro devem ser reabastecidas com aço líquido. ② Ajustar correta e adequadamente o alimentador, o canal de alimentação e o ferro-gusa interno e externo para garantir a solidificação sequencial. ③ Ao vazar o aço líquido, a injeção superior pelo alimentador é benéfica para garantir a temperatura do aço líquido e a alimentação, além de reduzir a ocorrência de porosidades por contração. ④ Em termos de velocidade de vazamento, o vazamento em baixa velocidade é mais favorável à solidificação sequencial do que o vazamento em alta velocidade. ⑸ A temperatura de vazamento não deve ser muito alta. O aço líquido retirado do forno em alta temperatura e vazado após a estabilização é benéfico para reduzir as porosidades por contração.
(3) Inclusões de areia (escória):Inclusões de areia (escória), comumente conhecidas como bolhas, são orifícios circulares ou irregulares descontínuos que aparecem no interior de peças fundidas. Os orifícios são formados por areia de moldagem ou escória de aço, com tamanhos irregulares e agregados. Podem ocorrer em um ou mais locais, geralmente mais na parte superior.
Causas da inclusão de areia (escória):A inclusão de escória é causada pela entrada de partículas discretas de escória de aço na peça fundida juntamente com o aço fundido durante o processo de fundição ou vazamento. A inclusão de areia é causada pela vedação insuficiente da cavidade do molde durante a moldagem. Quando o aço fundido é despejado na cavidade do molde, a areia de moldagem é arrastada pelo aço fundido e entra no interior da peça fundida. Além disso, operações inadequadas durante o acabamento e o fechamento da caixa, bem como a queda de areia, também são causas de inclusão de areia.
Métodos para prevenir inclusões de areia (escória):① Ao fundir o aço, os gases de escape e a escória devem ser removidos o mais completamente possível. ② Evite virar o saco de vazamento de aço fundido, utilizando um saco de bule ou um saco de vazamento com fundo para impedir que a escória acima do aço fundido entre na cavidade de fundição juntamente com o aço. ③ Ao vazar o aço fundido, tomem medidas para evitar que a escória entre na cavidade do molde junto com o aço. ④ Para reduzir a possibilidade de inclusão de areia, assegure-se de que o molde de areia esteja bem vedado durante a modelagem, tome cuidado para não perder areia ao aparar e limpe a cavidade do molde com ar comprimido antes de fechar a caixa.
(4) Rachaduras:A maioria das fissuras em peças fundidas são fissuras a quente, com formatos irregulares, penetrantes ou não penetrantes, contínuas ou intermitentes, e o metal nas fissuras apresenta coloração escura ou oxidação superficial.
motivos para rachaduras, ou seja, tensão em altas temperaturas e deformação da película líquida.
A tensão de alta temperatura é a tensão formada pela contração e deformação do aço fundido em altas temperaturas. Quando a tensão excede o limite de resistência ou deformação plástica do metal nessa temperatura, ocorrem trincas. A deformação da película líquida é a formação de uma película líquida entre os grãos cristalinos durante o processo de solidificação e cristalização do aço fundido. Com o progresso da solidificação e cristalização, a película líquida se deforma. Quando a quantidade e a velocidade de deformação excedem um determinado limite, surgem trincas. A faixa de temperatura para o surgimento de trincas térmicas é de aproximadamente 1200 a 1450 °C.
Fatores que afetam as fissuras:
① Os elementos S e P no aço são fatores prejudiciais para o aparecimento de fissuras, e seus eutéticos com o ferro reduzem a resistência e a plasticidade do aço fundido em altas temperaturas, resultando em fissuras.
② A inclusão e segregação de escória no aço aumentam a concentração de tensões, elevando assim a tendência à fissuração a quente.
③ Quanto maior o coeficiente de retração linear do tipo de aço, maior a tendência ao aparecimento de fissuras a quente.
④ Quanto maior a condutividade térmica do tipo de aço, maior a tensão superficial, melhores as propriedades mecânicas em altas temperaturas e menor a tendência ao aparecimento de fissuras a quente.
⑤ O projeto estrutural das peças fundidas apresenta deficiências de fabricação, como cantos arredondados muito pequenos, grande disparidade na espessura da parede e severa concentração de tensão, o que pode causar fissuras.
⑥A compactação do molde de areia é excessiva, e o baixo rendimento do núcleo dificulta a contração da peça fundida e aumenta a tendência ao aparecimento de fissuras.
⑦Outros fatores, como o arranjo inadequado do alimentador, o resfriamento muito rápido da peça fundida, a tensão excessiva causada pelo corte do alimentador e pelo tratamento térmico, etc., também afetarão a geração de trincas.
De acordo com as causas e os fatores que influenciam as fissuras acima mencionadas, podem ser tomadas medidas adequadas para reduzir e evitar a ocorrência de defeitos semelhantes.
Com base na análise acima das causas dos defeitos de fundição, identificando os problemas existentes e tomando as medidas de melhoria correspondentes, podemos encontrar uma solução para os defeitos de fundição, o que contribui para a melhoria da qualidade da fundição.
Data da publicação: 31 de agosto de 2023