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Disciplina: Processos de Fabricação Parte 2: Fundição Professor: Guilherme O. Verran Dr. Eng. Metalúrgica Aula 07 – Tecnologia dos metais líquidos 1. Introdução Gases em metais líquidos: fenômenos e conseqüências. Problemas sob o ponto de vista da metalurgia de fundição. Princípios da solubilidade e da formação de compostos. 2. Remoção de Gases de Metais Líquidos Remoção de hidrogênio. Remoção de oxigênio.. 3. Propriedades dos Metais Líquidos. Fluidez. Variação da fluidez com a temperatura de vazamento. Variação da fluidez com a composição química e com o modelo de solidificação Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 07: Tecnologia da fusão GASES EM METAIS LÍQUIDOS Fenômeno: os metais líquidos dissolvem consideráveis volumes de gás durante as operações de fusão Conseqüência: os gases dissolvidos no seio do líquido devem ser removidos antes da solidificação sob pena de ocorrência de defeitos tipo “bolhas de gás” devido as diferentes solubilidades destes gases no líquido e no sólido. 1 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 07: Tecnologia da fusão Problema sob o ponto de vista da Metalurgia de Fundição Surge quando a quantidade de gases no metal líquido excede a que pode ser retida em solução sólida. ⇓ A concentração de gases no líquido remanescente aumenta com o progresso da solidificação e, em certo ponto, nucleiam-se e crescem bolhas gasosas. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 07: Tecnologia da fusão Princípios de Solubilidade e Formação de Compostos A dissolução de um gás em um metal pode ser indicada por uma expressão do seguinte tipo: M (l) + H 2(g) ⇔ 2 H particularmente para o Al: Al ( l ) + H 2 ( g ) ⇔ 2 H a molécula H2 (g) de gás hidrogênio se dissocia em contato com o Al, entrando em solução como hidrogênio atômico → H 2 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 07: Tecnologia da fusão Para o Sistema Al(l) e O2(g) o produto da reação é um composto sólido (s): Al ( l ) + O 2 ( g ) → Al 2 O 3 ( s) Nas condições normais de fundição Al2O3 se forma como um filme sólido na superfície do alumínio líquido. ⇓ O-2 não se dissolve no Al(l) e forma um filme de óxido na interface metal-gás. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 07: Tecnologia da fusão Eliminação de Gases nos Metais Líquidos Tratamentos mais importantes na remoção de contaminantes gasosos de metais líquidos: Remoção de Hidrogênio Remoção do Oxigênio 3 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 07: Tecnologia da fusão Remoção de Hidrogênio Prática mais comum de desgaseificação: ⇓ Borbulhamento de um gás inerte no metal líquido “Cloro ou Nitrogênio no caso das ligas de Al” O gás inerte ao se deslocar no interior do líquido tende a arrastar consigo o H atômico dissolvido neste líquido, ocorrendo então a desgaseificação do metal líquido. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 07: Tecnologia da fusão Remoção do Oxigênio A solubilidade do oxigênio nos metais difere da do hidrogênio principalmente pela grande tendência do oxigênio de formar compostos estáveis com os metais. a) Compostos insolúveis nos metais líquidos nas temperaturas normais de fusão ⇒ a desoxidação se torna desnecessária, como nos casos do Al, Mg, Sn, Pb, Cd, Zn e respectivas ligas b) Metais que dissolvem oxigênio(Cu, Ni e Fe) ⇒ a solubilidade do oxigênio em relação à atmosfera dos fornos pode ser tratada de mesma maneira que com o hidrogênio 4 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 07: Tecnologia da fusão Desoxidação pela Aplicação do Princípio da Estabilidade Relativa dos Óxidos Ma = metal líquido solvente contendo oxigênio em solução Mb = elemento soluto adicionado Se o óxido MbO mais estável que o óxido MaO. ⇓ Mb é considerado um desoxidante satisfatório para o metal Ma se forem obedecidas outras condições adicionais Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 07: Tecnologia da fusão Condições para que uma Metal B seja um desoxidante efetivo do Metal A • O produto de desoxidação (óxido MbO) deve separar-se facilmente do metal líquido. • As propriedades do metal Ma não devem ser afetadas substancialmente por qualquer resíduo de Mb que permaneça em solução. • A quantidade de oxigênio residual em solução não deve ter efeito significativo nas propriedades da liga fundida. 5 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 07: Tecnologia da fusão A reação de desoxidação representada pela equação: pode ser M b + O ⇔ M bO onde Mb e O estão em solução em Ma , e MbO é um óxido sólido, líquido ou gasoso Exemplo : Desoxidação de Aços Ma = Ferro Líquido Mb = Al - Si - Mn MbO = Al2O3 - SiO2 - MnO Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 07: Tecnologia da fusão PROPRIEDADES DOS METAIS LÍQUIDOS Fluidez: propriedade determinante da maior ou menor aptidão de um material metálico para a obtenção de peças fundidas. Casos Críticos: • peças que apresentam paredes muito finas • o fluxo de metal líquido precisa percorrer distâncias muito grandes ⇒ grandes perdas de carga e de temperatura. 6 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 07: Tecnologia da fusão Fatores que Influenciam na Variação da Fluidez • Variação da Temperatura de Superaquecimento 100 Tv= 7600C Fluidez (%) 80 60 40 Tv= 7040C 20 0 0 5 10 15 20 25 Silício (%) Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 07: Tecnologia da fusão Fatores que Influenciam na Variação da Fluidez • Composição Química e Modelo de Solidificação Máxima Fluidez no ponto de composição eutética 100 90 Fluidez (cm) 80 70 60 50 ⇓ 40 30 20 T = 800ºC 10 0 0 10 20 30 40 50 60 Solidificação Progressiva cobre (%) Mínima Fluidez em composições referentes a ⇒ Regiões de Grandes Intervalos de Solidificação Solidificação Extensiva 7