O que acontece quando uma liga metálica sai do forno
Sair do forno é só o início. A liga está em estado líquido, geralmente entre 700°C e 1.600°C dependendo da composição, e tudo que você fizer a partir daí define se vai dar certo ou se vai sobrar sucata no chão do chão da fundição. O processo de vazamento, resfriamento e tratamento térmico subsequente é onde a maioria dos problemas aparece, não na hora de derreter.
uma liga metálica sai do forno: procedimento prático
A primeira coisa é verificar a temperatura com pirômetro de infravermelho ou termopar do tipo K. A leitura direta na superfície do lingote ou na barra de medição dentro do banho dá uma ideia razoável, mas só se o sensor estiver calibrado e limpo. Sujeira de fundente ou escória em cima da sonda distorce a leitura em cerca de 30 a 50°C, o que parece pouco mas pode ser a diferença entre um vazamento tranquilo e uma ruptura de molde. Depois da medição, o-next passo é a preparação do molde ou da lingoteira. Se for areia verde, verifique a umidade antes. Se for coquse metálico, limpe as cavidades de qualquer resíduo da corrida anterior. O residue de corrida anterior age como contaminante e gera inclusões não metálicas no lote novo. Eu já vi uma liga de alumínio A356 rejeitada por causa de escória de silício que não foi raspada de um vazamento feito três horas antes.
O vazamento em si precisa ser contínuo. Parar e retomar gera frentes de solidificação diferentes que se encontram e prendem gás ou escória no meio da peça. Use um bocal de vazamento com filtro cerâmico de 10 poros por polegada (ppi) quando possível. O filtro reduz inclusões em torno de 40 a 60% e melhora a fluidez porque elimina os núcleos de solidificação prematura. Após o vazamento, deixe resfriar em repouso até que a peça perca o brilho vermelho. Para ligas de alumínio, isso costuma levar de 20 a 40 minutos dependendo da massa. Retirar antes disso danifica a geometria e induz trincas térmicas. Para aço, o tempo sobe para duas a quatro horas em condições normais de forno de reaquecimento.
Erros que ninguém conta em manuale
O erro mais comum é confiar na cor como indicador de temperatura. A cor muda de forma visível para o olho humano a partir de 500°C, mas entre 700°C e 900°C a variação é sutil e enganosa. Um operário experiente consegue estimar com margem de 25°C no máximo. Se você não tem essa prática, use instrumentação. Sempre. Outro problema recorrente é a desoxidação insuficiente. Em ligas de alumínio, o óxido de alumínio se forma na superfície do banho e afunda quando há agitação durante a transferência. Adicionar fósforo em lingote ou cloreto de sódio como refinador de escória é prático, mas o excesso de cloreto gera sais que corroem o cadinho. A dosagem correta para alumínio fundido é cerca de 0,1% em peso do banho, não mais que isso.
Temperatura de sobre aquecimento também merece atenção. Superaquecer demais a liga apenas aumenta a absorção de hidrogênio. Para alumínio, cada 50°C acima de 720°C aumenta a solubilidade de hidrogênio e eleva o risco de microporosidade. Manter o sobre aquecimento entre 60°C e 80°C acima da liquidus é o range seguro para a maioria das ligas comerciais.
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Problema real que eu tive e como resolvi
Eu estava trabalhando com uma liga de bronze alumínico (Al Bronze C95800) num cadinho de grafite de 200 kg. O lote apresentava porosidade distribuída de forma irregular nas peças fundidas em areia. A temperatura estava correta, o vazamento era contínuo e o filtro cerâmico estava instalado. O problema persistia há três corridas seguidas. O que eu descobri foi que o fluxo de gás argônio usado para agitação e degaseificação estava em relação ao necessário. A agitação excessiva arrancava partículas de óxido das paredes do cadinho e as distribua pelo banho. Reduzi o fluxo de argônio de 15 L/min para 4 L/min e adicionei uma etapa de descanso de 8 minutos após a degaseificação antes do vazamento. Os poros caíram de uma média de 12 por cm² para menos de 2 por cm² na inspeção ultrassônica. simples, mas só funciona se você entender que agitar mais não é sempre melhor.
Limitações e quando esse processo falha
O método descrito aqui funciona bem para lotes entre 5 kg e 500 kg em fornos de mufla ou cadinho direto. Para peças muito grandes, acima de 1.000 kg, o controle térmico uniforme torna-se significativo e o resfriamento controlado precisa de fornos de recozimento com rampas programadas. Para lotes menores que 5 kg, a perda de calor na transferência consome uma fatia desproporcional da energia e a homogeneidade da liga fica comprometida. Se a liga tiver elementos de fácil volatilização, como zinco em latões ou magnésio em ligas de Al-Mg, o processo padrão de vazamento a ar livre causa perdas significativas. Nesse caso, é recomendável usar cobertura de fundente líquido ou vácuo durante o vazamento. Alternativamente, ligas com zinco acima de 15% devem ser manuseadas em atmosfera Controlada, senão a oxidação consome parte significativa do elemento antes mesmo da solidificação começar.
Para ligas de titânio e suas variedades, o procedimento muda completamente. O titânio reage com oxigênio, nitrogênio e hidrogênio a partir de cerca de 600°C. O vazamento precisa ser feito em cadinho de óxido de cálcio estabilizado, sob atmosfera de argônio de alta pureza (99,995%), e o molde deve ser pré-aquecido para evitar choque térmico. Tentar aplicar o mesmo protocolo de alumínio nesse material gera peça contaminada em minutos.
Controle de qualidade após a solidificação
Após a peça sair do molde e atingir temperatura ambiente, o próximo passo é inspeção. Dureza, análise química por Espectrometria de OES (Optical Emission Spectrometry), e ensaio não destrutivo por líquidos penetrantes ou ultrassom dependem do serviço final da peça. Para aplicações críticas, como componentes aeronáuticos ou de pressão, o ensaio mecânico completo com corpo de prova fundido junto com a peça é mandatório. Um detalhe importante que muitos ignoram: o corpo de prova precisa ser fundido nas mesmas condições que a peça, idealmente em uma linguagem paralela ao vazamento principal. Se você fundir o corpo de prova em molde de areia diferente ou com resfriamento distinto, os resultados de tração e dureza não representam a peça real. Já vi relatórios de ensaio aprovados que, na prática, não correspondiam ao lote entregue porque o corpo de prova foi feito de maneira totalmente diferente.
Tratamento térmico pós-fundição completa o processo para a maioria das ligas. Solubilização e envelhecimento para ligas de alumínio série 6xxx e 7xxx, normalização e revenido para aços fundidos, e recozimento para ligas de cobre são etapas que definem a microestrutura final. A temperatura e o tempo de cada etapa precisam seguir a especificação da liga. Um tempo de solubilização insuficiente em alumínio deixa precipitados grosseiros na matriz que reduzem a resistência em até 30% em relação ao valor esperado. Se você está começando agora, recomendação prática: mantenha registro de cada corrida. Temperatura de fusão, temperatura de vazamento, tempo de degaseificação, tipo e quantidade de fundente, tempo de resfriamento e resultados de inspeção. Dois meses depois, esses registros vão ser a única coisa que vai mostrar onde o problema está quando algo der errado.
