A fundição do corpo da válvula é uma parte importante do processo de fabricação de válvulas, e a qualidade da fundição da válvula determina a qualidade da válvula. A seguir, apresentamos diversos métodos de processo de fundição comumente utilizados na indústria de válvulas:
Fundição em areia:
A fundição em areia comumente usada na indústria de válvulas pode ser dividida em areia verde, areia seca, areia de vidro aquosa e areia autoendurecível de resina furânica, de acordo com diferentes ligantes.
(1) A areia verde é um processo de moldagem que utiliza bentonita como aglutinante.
Suas características são:O molde de areia acabado não precisa ser seco ou endurecido, possui uma certa resistência à umidade e o núcleo de areia e a carcaça do molde apresentam bom rendimento, facilitando a limpeza e a agitação das peças fundidas. A eficiência da produção de moldagem é alta, o ciclo de produção é curto, o custo do material é baixo e a organização da linha de montagem é conveniente.
Suas desvantagens são:As peças fundidas são propensas a defeitos como poros, inclusões de areia e adesão de areia, e a qualidade das peças fundidas, especialmente a qualidade intrínseca, não é ideal.
Tabela de proporções e desempenho de areia verde para peças fundidas de aço:
(2) A areia seca é um processo de moldagem que utiliza argila como aglutinante. Adicionar um pouco de bentonita pode melhorar sua resistência à umidade.
Suas características são:o molde de areia precisa ser seco, tem boa permeabilidade ao ar, não é propenso a defeitos como lavagem de areia, aderência de areia e poros, e a qualidade inerente da fundição é boa.
Suas desvantagens são:requer equipamento de secagem de areia e o ciclo de produção é longo.
(3) A areia de vidro aquosa é um processo de modelagem que utiliza vidro aquoso como ligante. Suas características são: o vidro aquoso tem a função de endurecer automaticamente quando exposto ao CO2 e pode apresentar diversas vantagens em relação ao método de endurecimento a gás para modelagem e fabricação de machos, mas apresenta deficiências como baixa colapsibilidade da carcaça do molde, dificuldade na limpeza da areia das peças fundidas e baixa taxa de regeneração e reciclagem da areia velha.
Tabela de proporções e desempenho da areia de endurecimento de CO2 para vidro de água:
(4) A moldagem em areia autoendurecível com resina furânica é um processo de fundição que utiliza resina furânica como ligante. A areia de moldagem solidifica devido à reação química do ligante sob a ação do agente de cura à temperatura ambiente. Sua característica é que o molde de areia não precisa ser seco, o que encurta o ciclo de produção e economiza energia. A areia de moldagem de resina é fácil de compactar e possui boas propriedades de desintegração. A areia de moldagem de 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 areia bruta, leve odor pungente no local de produção e alto custo da resina.
Proporção e processo de mistura de areia sem cozimento de resina furânica:
Processo de mistura da areia autoendurecível de resina furânica: É melhor usar um misturador de areia contínuo para produzir areia autoendurecível de resina. Areia bruta, resina, agente de cura, etc. são adicionados em sequência e misturados rapidamente. Podem ser misturados e usados a qualquer momento.
A ordem de adição de várias matérias-primas ao misturar areia de resina 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 prestado cada vez mais atenção à qualidade da aparência e à precisão dimensional das peças fundidas. A boa aparência é um requisito básico do mercado e também é uma referência de posicionamento para a primeira etapa da usinagem.
A fundição de precisão comumente usada na indústria de válvulas é a fundição de investimento, que é brevemente apresentada a seguir:
(1) Dois métodos de processo de fundição de solução:
①Usando material de molde à base de cera de baixa temperatura (ácido esteárico + parafina), injeção de cera de baixa pressão, invólucro de vidro de água, desparafinagem com água quente, processo de fusão e vazamento atmosférico, usado principalmente para peças fundidas 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 média temperatura, injeção de cera de alta pressão, revestimento de molde de sol de sílica, desparafinação a vapor, processo de fundição rápida atmosférica ou a vácuo, a precisão dimensional das peças fundidas pode atingir as fundições de precisão CT4-6.
(2) Fluxo de processo típico de fundição de investimento:
(3) Características da fundição de investimento:
①A fundição tem alta precisão dimensional, superfície lisa e boa qualidade de aparência.
② É possível fundir peças com estruturas e formas complexas que são difíceis de processar com outros processos.
③ Os materiais de fundição não são limitados, vários materiais de liga, como: aço carbono, aço inoxidável, aço de liga, liga de alumínio, liga de 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 disponíveis, sua capacidade de suportar pressão não pode ser muito alta quando utilizada para fundir peças fundidas de válvulas de casca fina que suportam pressão.
Análise de Defeitos de Fundição
Qualquer peça fundida apresentará defeitos internos, e a existência desses defeitos trará grandes riscos ocultos à qualidade interna da peça fundida, e o reparo por soldagem para eliminar esses defeitos no processo de produção também representará um grande ônus para o processo de produção. Em particular, as válvulas são peças fundidas de casca fina que suportam pressão e temperatura, e a compactação de suas estruturas internas é muito importante. Portanto, os defeitos internos das peças fundidas tornam-se o fator decisivo que afeta a qualidade das peças fundidas.
Os defeitos internos das peças fundidas de válvulas incluem principalmente poros, inclusões de escória, porosidade de contração e rachaduras.
(1) Poros:Os poros são produzidos por gás, a superfície dos poros é lisa e eles são gerados dentro ou perto da superfície da fundição, e seus formatos são geralmente redondos ou oblongos.
As principais fontes de gás que geram poros são:
① O nitrogênio e o hidrogênio dissolvidos no metal ficam contidos no metal durante a solidificação da fundição, 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 é envolvido na formação de poros.
Método de prevenção de defeito estomático:
① Na fundição, matérias-primas metálicas enferrujadas devem ser usadas o mínimo possível ou não, e ferramentas e conchas devem ser cozidas e secas.
②O vazamento do aço fundido deve ser feito em alta temperatura e vazado em baixa temperatura, e o aço fundido deve ser devidamente sedado para facilitar a flutuação do gás.
③ O projeto do processo do tubo de vazamento deve aumentar a pressão do aço fundido para evitar o aprisionamento de gás e estabelecer um caminho de gás artificial para exaustão razoável.
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 contração (solta):Trata-se de uma cavidade (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, propensos a vazamentos durante o teste hidráulico.
A razão para a cavidade de contração (frouxidão):A contração volumétrica ocorre quando o metal solidifica do estado líquido para o sólido. Se não houver reposição suficiente de aço fundido nesse momento, inevitavelmente ocorrerá uma cavidade de contração. A cavidade de contração em peças fundidas de aço é basicamente causada pelo controle inadequado do processo de solidificação sequencial. As causas podem incluir configurações incorretas do tubo de subida, temperatura de vazamento do aço fundido muito alta e grande contração do metal.
Métodos para evitar cavidades de retração (frouxidão):① Projetar cientificamente o sistema de vazamento de peças fundidas para obter a solidificação sequencial do aço fundido, e as peças que solidificarem primeiro devem ser reabastecidas com aço fundido. ② Ajustar corretamente e razoavelmente o riser, o subsídio, o ferro frio interno e externo para garantir a solidificação sequencial. ③ Quando o aço fundido é vazado, a injeção superior do riser é benéfica para garantir a temperatura do aço fundido e da alimentação, e reduzir a ocorrência de cavidades de contração. ④ Em termos de velocidade de vazamento, o vazamento em baixa velocidade é mais propício à solidificação sequencial do que o vazamento em alta velocidade. ⑸ A temperatura de vazamento não deve ser muito alta. O aço fundido é retirado do forno em alta temperatura e vazado após a sedação, o que é benéfico para reduzir as cavidades de contração.
(3) Inclusões de areia (escória):Inclusões de areia (escória), comumente conhecidas como bolhas, são furos circulares ou irregulares descontínuos que aparecem no interior de peças fundidas. Os furos são misturados com areia de moldagem ou escória de aciaria, com tamanhos irregulares e agregados neles. Ocorrem 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 escória de aço discreta na peça fundida juntamente com o aço líquido durante o processo de fundição ou vazamento. A inclusão de areia é causada pela estanqueidade insuficiente da cavidade do molde durante a moldagem. Quando o aço líquido é vazado na cavidade do molde, a areia de moldagem é arrastada pelo aço líquido e penetra no interior da peça fundida. Além disso, a operação inadequada durante o corte e o fechamento da caixa, e o fenômeno de queda de areia também são causas da inclusão de areia.
Métodos para evitar inclusões de areia (escória):① Quando o aço fundido for fundido, o exaustor e a escória devem ser exauridos o mais completamente possível. ② Tente não virar o saco de vazamento de aço fundido, mas use um saco de bule ou um saco de vazamento inferior para evitar que a escória acima do aço fundido entre na cavidade de fundição junto com o aço fundido. ③ Ao despejar aço fundido, medidas devem ser tomadas para evitar que a escória entre na cavidade do molde com o aço fundido. ④Para reduzir a possibilidade de inclusão de areia, certifique-se da estanqueidade do molde de areia durante a modelagem, tome cuidado para não perder areia ao aparar e sopre a cavidade do molde para limpar antes de fechar a caixa.
(4) Rachaduras:A maioria das trincas em peças fundidas são trincas quentes, com formas irregulares, penetrantes ou não penetrantes, contínuas ou intermitentes, e o metal nas trincas é escuro ou apresenta oxidação superficial.
razões para rachaduras, ou seja, estresse de alta temperatura e deformação do filme líquido.
A tensão de alta temperatura é a tensão gerada pela contração e deformação do aço fundido em altas temperaturas. Quando a tensão excede o limite de resistência ou deformação plástica do metal a essa temperatura, ocorrem trincas. A deformação do filme líquido é a formação de um filme líquido entre os grãos de cristal durante o processo de solidificação e cristalização do aço fundido. Com o progresso da solidificação e cristalização, o filme líquido se deforma. Quando a quantidade e a velocidade de deformação excedem um determinado limite, ocorrem trincas. A faixa de temperatura das trincas térmicas é de cerca de 1200 a 1450°C.
Fatores que afetam as fissuras:
① Os elementos S e P no aço são fatores prejudiciais para rachaduras, e seus eutéticos com ferro reduzem a resistência e a plasticidade do aço fundido em altas temperaturas, resultando em rachaduras.
② A inclusão e a segregação de escória no aço aumentam a concentração de tensões, aumentando assim a tendência de fissuração a quente.
③ Quanto maior o coeficiente de contração linear do tipo de aço, maior a tendência de fissuração a quente.
④ Quanto maior a condutividade térmica do tipo de aço, maior a tensão superficial, melhores as propriedades mecânicas em alta temperatura e menor a tendência de rachaduras a quente.
⑤ O projeto estrutural das peças fundidas apresenta baixa capacidade de fabricação, como cantos arredondados muito pequenos, grande disparidade de espessura de parede e concentração severa de tensões, o que causará rachaduras.
⑥A compactação do molde de areia é muito alta, e o baixo rendimento do núcleo dificulta a retração da fundição e aumenta a tendência de rachaduras.
⑦Outros fatores, como disposição inadequada do riser, resfriamento muito rápido da peça fundida, estresse excessivo causado pelo corte do riser e tratamento térmico, etc., também afetarão a geração de rachaduras.
De acordo com as causas e fatores de influência das rachaduras acima, medidas correspondentes podem ser tomadas para reduzir e evitar a ocorrência de defeitos de rachadura.
Com base na análise acima das causas dos defeitos de fundição, descobrindo os problemas existentes e tomando as medidas de melhoria correspondentes, podemos encontrar uma solução para os defeitos de fundição, o que é propício à melhoria da qualidade da fundição.
Data de publicação: 31 de agosto de 2023