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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
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Inclusões de óxidos e de sulfetos em aços
3 Defeitos de Fundição - Inclusões
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Defeitos de Fundição - Inclusões
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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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Defeitos de Fundição - Inclusões
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Inclusões de sulfetos em aços Inclusões de sulfetos tipo II – intergranular (reduz
ductilidade do aço)
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Defeitos de Fundição - Inclusões
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Inclusões de sulfetos em aços Inclusões de sulfetos tipo II – intergranular (reduz
ductilidade do aço)
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Defeitos de Fundição - Inclusões
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Inclusões de sulfetos em aços Estabilidade dos sulfetos em aços
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Defeitos de Fundição - Inclusões
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Inclusões de sulfetos em aços Inclusões de sulfetos tipo II – intergranular (reduz
ductilidade do aço) e do tipo III - Globular
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Defeitos de Fundição - Inclusões
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Sulfeto tipo II (sem cálcio) Sulfeto tipo III (com cálcio)
Inclusões de sulfetos em aços Inclusões de sulfetos tipo II – intergranular (reduz
ductilidade do aço) e do tipo III - Globular
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Defeitos de Fundição - Inclusões
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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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Defeitos de Fundição - Inclusões
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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)
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Defeitos de Fundição - Inclusões
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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
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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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Inclusões de re-oxidação em aços
Defeitos de Fundição - Inclusões
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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 re-oxidação em aços
Defeitos de Fundição - Inclusões
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Defeitos de Fundição - Inclusões
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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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Defeitos de Fundição - Inclusões
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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
22
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Defeitos de Fundição - Inclusões
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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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Defeitos de Fundição - Inclusões
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25 x
Inclusões de re-oxidação em aços Exemplo de inclusões em peças de aço formadas por re-
oxidação
24
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Inclusões de óxidos em peças de aços fundidos, contendo: SiO2 , Al2O3, Silicatos de cálcio, etc
25
Inclusões de re-oxidação em aços
Defeitos de Fundição - Inclusões
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Inclusões de óxidos em peças de aços fundidos, contendo: SiO2 , Al2O3, Silicatos de cálcio, etc
26
Inclusões de re-oxidação em aços
Defeitos de Fundição - Inclusões
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Inclusões de óxidos em peças de aços fundidos, contendo: SiO2 , Al2O3, Silicatos de cálcio, etc
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Inclusões de re-oxidação em aços
Defeitos de Fundição - Inclusões
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Inclusões de óxidos em peças de aços fundidos, contendo: SiO2 , Al2O3, Silicatos de cálcio, etc
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Inclusões de re-oxidação em aços
Defeitos de Fundição - Inclusões
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Defeitos de Fundição - Inclusões
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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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Defeitos de Fundição - Inclusões
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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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Defeitos de Fundição - Inclusões
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Inclusões de re-oxidação em aços Descrição do mecanismo de formação
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Defeitos de Fundição - Inclusões
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Inclusões de re-oxidação em aços Descrição dos pontos críticos de sistemas de canais
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Defeitos de Fundição - Inclusões
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Inclusões de re-oxidação em aços Simulação de preenchimento de cavidade
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Defeitos de Fundição - Inclusões
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Inclusões de re-oxidação em aços Simulação de preenchimento de cavidade
34
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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
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• Ferros fundidos cinzentos:
• Temperaturas acima de 1530ºC CO
• Temperaturas abaixo de 1530ºC SiO2
• Formação de óxidos não é um problema crítico
36
Inclusões de re-oxidação em FoFos
Defeitos de Fundição - Inclusões
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37
Peças de ferro fundido cinzento exibindo inclusões de sílica formadas por problema de
reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva turbulência.
Inclusões de re-oxidação em FoFos
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45x
Grãos de
areia
Inclusão de
reoxidação (escória)
38
Análise em MEV de inclusões em
disco de freio de ferro fundido
cinzento.
Inclusões de re-oxidação em FoFos
Defeitos de Fundição - Inclusões
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25x
Grãos de
areia
Inclusão de
reoxidação (escória)
Análise em MEV de inclusões em
disco de freio de ferro fundido
cinzento.
Inclusões de re-oxidação em FoFos
Defeitos de Fundição - Inclusões
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• 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
Inclusões de re-oxidação em FoFos
Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014 40
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Peças de ferro fundido nodular exibindo inclusões de SiO2 e MgO formadas por problema
de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva turbulência.
Inclusões de re-oxidação em FoFos
Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014 41
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Inclusão de drosse (SiO2 , Al2O3 e MgO) em ferro fundido nodular formadas por problema
de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva turbulência.
Inclusões de re-oxidação em FoFos
Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014 42
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Inclusão de drosse (SiO2 , Al2O3 e MgO) em ferro fundido nodular formadas por problema
de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva turbulência.
Inclusões de re-oxidação em FoFos
Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014 43
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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.
Inclusões de re-oxidação em FoFos
Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014 44
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Inclusão de drosse (SiO2 , Al2O3 e MgO) e grãos de areia de sílica em ferro fundido nodular
formadas por problema de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva
turbulência.
Inclusões de re-oxidação em FoFos
Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014 45
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Inclusão de drosse (SiO2 , Al2O3 e MgO) e grãos de areia de sílica em ferro fundido nodular
formadas por problema de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva
turbulência.
Inclusões de re-oxidação em FoFos
Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014 46
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Inclusão de drosse (SiO2 , Al2O3 e MgO) e grãos de areia de sílica em ferro fundido nodular
formadas por problema de reoxidação devido ao sistema de canais com excessiva
turbulência.
Inclusões de re-oxidação em FoFos
Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014 47
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
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)
48
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Inclusões de reoxidação em ligas de Al
49
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Inclusões de reoxidação em ligas de Al
• Inclusões de óxidos em peças de ligas de alumínio;
• Óxido típico: filmes de alumina (Al2O3)
50
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Inclusões de reoxidação em ligas de Al
51
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Inclusões de reoxidação em ligas de Al
52
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Inclusões de reoxidação em ligas de Al
53
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014 54
Inclusões de areia
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Inclusões de areia
55
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
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Inclusões de areia em aço fundido
56
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Inclusões de areia em FoFo branco
57
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Inclusões de areia em FoFo branco
58
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Inclusões de areia em FoFos
40x
Vista geral do defeito
na amostra A
59
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
40x
Inclusões
de areia em
FoFos
Grãos de
areia
Inclusão de
escória
60
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Inclusões de areia em FoFos
40x
EDS no local indicado
61
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Inclusões de areia em FoFos
40x
EDS no local indicado
62
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Inclusões de areia em FoFos
45x
63
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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
64
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Inclusões de areia em FoFos
40x
EDS no local indicado
65
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Defeitos de Fundição - Inclusões
Ricardo Fuoco - Metso Minerals 2014
Inclusões de areia em FoFos
40x
EDS no local indicado
66