Algumas dicas para garantir peças fundidas centrífugas de qualidade consistente
de matrizes curtas refrigeradas a ar
Introdução:
Para a fabricação de pastilhas de ranhuras Ni-Resist o sistema ideal é ter máquinas de fundição centrífuga tipo carrossel com matrizes o mais longas possível, e equipadas com controle automático de rpm, temperatura e tempo de ciclo. Os fabricantes de renome de grande volume geralmente usam matrizes de 2-metros. O resfriamento a água cronometrado é adotado para garantir a temperatura uniforme da matriz de ponta a ponta.
Na produção de peças fundidas cativas ou na mudança para fornecedores de baixo custo, as máquinas de fundição centrífuga geralmente usadas têm matrizes curtas de 300 mm de comprimento sem resfriamento a água. O controle da microestrutura torna-se mais difícil, principalmente na extremidade posterior dos potes devido à solidificação mais rápida. A frente da panela fica quente por mais tempo, ficando mais próxima do metal quente derramado nesta extremidade.
A fim de garantir alta qualidade e consistência da microestrutura das inserções produzidas a partir de tais potes, de uma ponta à outra, alguns princípios simples precisam ser seguidos rigidamente no processo de produção.
Preparação do Derretimento:
Matérias-primas de entrada:
A alta porcentagem de Níquel neste material exige um forno de fusão e mistura eficiente e de capacidade adequada. O mais adequado para esta finalidade é um forno de indução de frequência de rede com capacidade mínima de 500-Kg e preferencialmente de 1000-Kg de capacidade.
As matérias-primas de entrada precisam ser de pureza razoável. Elementos formadores de carboneto como Mo, Va, Ti e W devem ser mantidos em traços. Cuidado: Muitos ferros-gusa comerciais contêm alto teor de Mo e Ti. É desejável que no inserto final esses elementos sejam controlados dentro dos seguintes limites:
Mês > 0,05 por cento
Ti > 0,04 por cento
W > 0,02 por cento
Va > 0,02 por cento
A sucata de aço é uma fonte de elementos residuais que podem causar problemas imprevisíveis em materiais resistentes ao Ni. A sucata de aço deve ser limitada a no máximo 10% da carga, tanto quanto possível, e de fonte e composição conhecidas.
Cavacos e furos também devem ser mantidos o mais baixo possível, se não puderem ser totalmente evitados. É desejável limitá-los a um máximo de 60 por cento e devem estar secos e limpos.É difícil misturar os cavacos uniformemente no fundido. As perdas de certos elementos dos cavacos são altas e existe o risco de aprisionamento de ar e hidrogênio nos cavacos, ambos os quais promovem grafite ruim e carbonetos grossos/aglomerados.
O enxofre no fundido é necessário em uma faixa estreita. Deve ser mantido em torno de 0,06 por cento para obter a dureza desejada. Enxofre mais alto causa problemas à microestrutura.
Carbono equivalente:
O Carbono Equivalente (CE) é conhecido por ser um parâmetro crítico para ferros fundidos. Este fator desempenha um papel significativo no tipo de microestrutura desenvolvida na peça fundida. Está intimamente relacionado com a taxa de solidificação, que por sua vez é influenciada pelas seções transversais das peças fundidas e temperaturas.
A convenção geral é calcular o valor CE de acordo com a relação Volume/Superfície (V/S) de uma fundição. Para fundições 3-dimensionais, que têm seções transversais variadas, isso é muito difícil. Os potes centrífugos, embora 3-dimensionais, são de seção simétrica ao longo do comprimento e, portanto, V/S pode ser calculado para eles conforme mostrado na seguinte fórmula:
Relação volume/área de superfície V/S
V/S = ( D2 - d2 ) H / 4 ( DH mais dH mais ( D2 - d2 ) / 2 )
Onde, D=Diâmetro Externo ( OD ) do Potenciômetro Fundido Centrífugo
d=Diâmetro interno ( ID ) do pote fundido centrífugo
H=Altura do pote fundido centrífugo
Um fator melhor para o pote de fundição centrífuga seria o Grau de Saturação, que é dado pela fórmula:
Grau de Saturação Sc :
;
onde, C, Si e Ni são os valores reais em porcentagem em peso
Para nossas aplicações, o valor desejável de Sc = 0,80 - 0,95
A instalação de um medidor de CE no forno permitirá um controle mais rígido e imediato sobre o teor de carbono e silício no metal antes da fundição dos potes.
Intervalo recomendado de C, Si e Mn após a inoculação:
Carbono: 2,70 - 2,80 por cento
Silício: 2,10 - 2,20 por cento
Manganês: 1,20 – 1,30 por cento
Derretendo:
É importante estratificar o carregamento de carga no forno para uma mistura ideal da grande quantidade de níquel e cobre no material Ni-Resist. A sequência de carregamento do material de entrada desejável é primeiro trocar 50 por cento de ferro-gusa mais sucata e, quando derreter, adicionar níquel, cobre, ligas de ferro, carbono e, finalmente, completar com o saldo de 50 por cento de ferro-gusa.
O carbono deve ser mantido no início do banho a 2,75 - 2,80 por cento , Ni a 14,5 -15 por cento , Silício a 1,8 – 1,9 por cento , Cromo a 1,15 –1,2 por cento , Mn a 1,2 – 1,25 por cento
O papel do carboneto de silício:
Para garantir locais de nucleação adequados no fundido, o SiC desempenha um papel significativo. Portanto, o SiC deve fazer parte do cálculo de compensação de carga original. E mais adições de SiC são necessárias antes de superaquecer o fundido, uma vez que a química é verificada e aprovada; e também depois que algumas conchas são retiradas, de modo que a depleção de carbono seja compensada. Isso ajudará a garantir limites estreitos para o teor de carbono e, portanto, uma CE e microestrutura mais consistentes.
A quantidade recomendada de SiC na composição da carga é 0,25 por cento da carga total junto com os elementos de liga adicionados à carga. Essa adição é calculada na composição de carga para carbono e silício. Após o derretimento atingir uma temperatura de 1400C, a química é verificada e as correções aplicadas, se necessário, e verificadas novamente. Uma vez que a química é aprovada, mais 0,1 por cento de SiC é adicionado e imediatamente o forno é levado à temperatura máxima e o fundido é superaquecido à temperatura de trabalho (geralmente 1480 –1500 C, dependendo da queda de temperatura esperada no momento em que o despejar na matriz é concluído a partir de cada concha) e começar a bater em uma concha devidamente pré-aquecida.
A adição de SiC deve ser feita também em intervalos regulares durante o ciclo de vazamento para repor as perdas de carbono. A fim de avaliar o requisito exato de quantidade e tempo de adições de SiC para uma determinada configuração de fusão e condições operacionais, é melhor executar vários aquecimentos monitorados de perto para a queda de carbono com o tempo. Em um modo de produção contínua, a verificação do teor de carbono em cada concha vazada fornecerá dados suficientes para determinar quando o carbono cai mais de 0,05 por cento, estágio em que uma quantidade calculada de SiC deve ser adicionada ao forno e permitido ingerir alguns minutos antes de bater para fora do ganho.
Enchimento da concha e inoculação:
Antes de qualquer concha ser implantada na área de produção, ela deve ser bem aquecida para que o revestimento esteja totalmente seco e o mais quente possível com a chama da tocha usada. O aquecimento final no início do turno e após uma pausa deve ser feito relançando com o metal fundido do forno. Pode ser necessário mais de um reenchimento para levar a panela à temperatura mínima exigida de 750°C antes que o metal seja vazado para uso. Um pirômetro de contato deve ser usado para garantir que a temperatura esteja correta.
Teoricamente, materiais com alto teor de Ni são auto-inoculantes. No entanto, para nossas seções de fundição centrífuga e controles rígidos de microestrutura, é desejável e necessário fazer uma inoculação na panela o mais próximo possível do momento do vazamento. A faixa operacional para inoculação com Ferro Silício de Alto Grau ( 75 por cento ) é calculada para trazer 0,20 a 0,25 por cento de captação de Si. É aconselhável não usar os inoculantes convencionais de ferro fundido como superseed neste material devido à interferência do estrôncio.
A introdução de terras raras ajudará nossa microestrutura. A possibilidade de usar um inoculante RESEED melhor, com cério, pode ser explorada.
Também a quantidade controlada de Nickel-Mag introduzida com o inoculante pode ter um efeito muito bom em evitar o grafite resfriado.
Morre:
Projeto:
O resfriamento a água controlado é ideal para garantir uma temperatura uniforme da matriz de uma extremidade à outra. No entanto, se for difícil trazer o resfriamento a água, tente a viabilidade do resfriamento a ar da matriz sob uma camisa adequada com entrada na frente e saída de ar quente na parte traseira.
Uma vez que o problema de usinabilidade está principalmente confinado às pastilhas da extremidade traseira, é aconselhável estudar as microestruturas das pastilhas da extremidade traseira e determinar o corte mínimo necessário para garantir que apenas boas pastilhas de microestrutura entrem em produção. Para matrizes curtas naturalmente resfriadas a ar de 300 mm de comprimento, geralmente é necessário um corte de pelo menos 40- mm.
A longo prazo, o comprimento dos potes deve ser aumentado em 30 – 35 mm, fazendo novos tampões traseiros. Isso permitirá um corte ainda maior sem comprometer o número de pastilhas cortadas de cada pote.
Uma solução mais otimizada consiste em redesenhar essas matrizes para receber um pote de 600 mm de comprimento, aumentando a produtividade mesmo com um corte de 50 mm na extremidade traseira.
Isolamento:
Muitas matrizes curtas usam materiais isolantes secos em ID que atuam como isolamento e um separador. Existem materiais de isolamento úmido superiores, que dariam uma melhor proteção contra o resfriamento.
Também é desejável isolar os flanges dianteiros e, se possível, os traseiros das matrizes.
A superfície ID da matriz não deve estar abaixo de 300C em nenhum momento durante a produção útil. Um pirômetro de contato deve estar disponível em cada matriz para garantir isso.
No início de cada turno e após cada intervalo, 1 ou mais potes fictícios devem ser despejados conforme necessário para garantir que a temperatura da matriz no ID esteja acima de 300C.
À medida que a produção continua, a temperatura da matriz aumentará progressivamente e se estabilizará em 450 – 500 C. Esta é uma temperatura ideal para as matrizes curtas e naturalmente resfriadas.
Registros:
É essencial monitorar continuamente todos os parâmetros e manter registros adequados e precisos.
Nas etapas de desenvolvimento é prudente também manter os registros de carbono e silício para cada panela e desenvolver o programa de adição de SiC a partir deles.
O controle da microestrutura deve ser feito com a frequência possível/necessária no último inserto útil cortado da extremidade traseira de uma cuba, até que os parâmetros de fundição e corte estejam totalmente estabilizados.
