Principais conclusões
- O rendimento do ferro nodular se perde sobretudo no lado da fusão e do vazamento: o magnésio desvanece, a inoculação desvanece, forma-se escória e os vazamentos variam, e cada um transforma metal em refugo em vez de peças fundidas.
- Um banho selado e aquecido mantido sob nitrogênio preserva o magnésio, de modo que o ferro permanece nodular do primeiro ao último vazamento, em vez de sair de especificação enquanto espera.
- A inoculação tardia de ferro-silício no jato, dosada no vazamento, mantém alta a contagem de nódulos e baixo o coquilhamento, porque a inoculação adicionada cedo desvanece antes de o metal chegar ao molde.
- Um vazamento dosado e sem escória que enche cada molde de forma igual, e um forno que esvazia por completo, fecham as brechas restantes. A CIME construiu o primeiro forno automático de vazamento por pressão do mundo, sem núcleo, em produção desde 1976.
O que é o rendimento e por onde ele vai
O rendimento é a fração do metal fundido que deixa a fundição como peças boas. Parte da diferença é de projeto: os canais e massalotes que enchem e alimentam um molde são metal que nunca vira produto, e isso é uma questão de metodização. O restante é processo, e no ferro nodular as perdas de processo são grandes, evitáveis e concentradas no lado da fusão e do vazamento.
O ferro nodular não perdoa porque funciona com dois relógios. O magnésio, que torna o grafite nodular, desvanece a partir do momento em que o tratamento termina. A inoculação, que define a contagem de nódulos e mantém o coquilhamento afastado, também desvanece. Some a escória que o tratamento de magnésio gera e a variação normal de um vazamento manual, e cada um deles pode transformar uma boa fusão numa peça refugada.
| Perda de rendimento | O que acontece | A alavanca |
|---|---|---|
| Desvanecimento do magnésio | O ferro sai de especificação, exige retratamento | Banho selado e aquecido sob nitrogênio |
| Escória e dross | Peças rejeitadas por inclusões | Vazamento sem escória por sifão duplo |
| Desvanecimento da inoculação | Coquilhamento e baixa contagem de nódulos | Dosagem tardia de ferro-silício no jato |
| Variação no vazamento | Vazamentos incompletos e refugo por excesso | Haste tampão dosada, ajuste óptico |
| Pé de metal preso | Metal que nunca vira peça fundida | Esvaziamento 100% por basculamento reverso |
Nota
Leia a tabela como relógios e fugas. O magnésio e a inoculação são relógios que se esgotam com o tempo; a escória, a variação no vazamento e um pé de metal preso são fugas que perdem metal de imediato. Desacelere os relógios e vede as fugas, e o rendimento sobe sem mudar a peça fundida.
Segure a química: magnésio e inoculação
A primeira alavanca é parar o relógio do magnésio. Numa panela aberta o ferro tratado esfria e o magnésio desvanece, então um vazamento feito tarde é um vazamento feito fora de especificação, e a fundição paga por um retratamento ou refuga a peça. Um banho selado e aquecido mantido sob nitrogênio inerte desacelera esse desvanecimento drasticamente: o metal permanece na temperatura, longe do ar, de modo que o magnésio ainda está lá quando o último molde de uma corrida é enchido. Essa é a razão central pela qual um pulmão de vazamento por pressão combina com o ferro nodular, exposta em vazamento por pressão, explicado.
A segunda alavanca é a inoculação, e seu relógio corre ainda mais rápido. O inoculante à base de ferro-silício semeia o grafite, de modo que a contagem de nódulos permanece alta e o coquilhamento, o ferro branco duro que se forma quando a nucleação é pobre, fica afastado. Mas a inoculação desvanece em minutos, então uma dose adicionada cedo na panela ou no forno já está em grande parte consumida quando o metal chega ao molde. A resposta é adicioná-la tarde e no jato.
A CIME faz isso com um sistema automático de dosagem de pó de ferro-silício integrado ao CAP e à linha de moldagem. Uma rosca sem-fim mede o inoculante de forma precisa e repetível em relação aos parâmetros do processo, de modo que cada vazamento recebe a dose certa no jato, em vez de um punhado estimado adicionado cedo. Uma inoculação tardia e consistente significa nodularidade consistente, menos coquilhamento e menos peças refugadas por baixa contagem de nódulos. O efeito é mais claro em seções finas e nas bordas, onde uma dose que desvanece deixa o coquilhamento se formar primeiro, então uma dose tardia e constante é o que mantém essas áreas sãs e reduz o esmerilhamento e o refugo que de outro modo elas causariam.
O magnésio e a inoculação são relógios. Mantenha o metal selado e quente, dose o inoculante tarde no jato, e ambos ainda estarão trabalhando quando o molde encher.
Vaze sempre da mesma forma
Com a química segura, o rendimento restante se perde no próprio vazamento, de duas formas: escória que entra na peça, e a variação normal de encher um molde mais cheio e o seguinte mais leve. Um forno de vazamento por pressão fecha as duas. Ele vaza por um sifão duplo que deixa escória e dross para trás no banho, então o jato que chega ao molde é limpo, e mede esse jato com uma haste tampão, ajustada em tempo real por um sistema óptico, de modo que cada molde é enchido com o mesmo peso. Vazamentos incompletos e refugo por excesso, ambos desaparecem. Como esse vazamento funciona está em vazamento por pressão vs vazamento por panela.
O último resto de metal também importa. Um forno que deixa um pé para trás perde esse metal do rendimento por completo; o CAP sem núcleo esvazia por completo por basculamento reverso, de modo que quase nada fica preso entre vazamentos ou trocas de liga. Veja o forno de vazamento por pressão CAP para a especificação completa, ou a tecnologia central para a plataforma sem núcleo por baixo dele.
A visão da fundição inteira
O lado da fusão e do vazamento é onde uma fundição recupera o rendimento que estava perdendo para a química e o vazamento, mas não é o quadro completo. Os canais e massalotes decidem quanto de cada vazamento vira peça em vez de retorno, e essa é uma questão de metodização que uma boa fundição trabalha em paralelo. Os dois se encontram nos retornos: o metal que volta como canais, massalotes ou refugo precisa ser refundido, e refundi-lo custa energia além de rendimento, e é por isso que o rendimento e a conta de energia caminham juntos. Esse elo está em consumo de energia do forno de indução. Acompanhado como peças boas sobre metal fundido, turno a turno, tudo isso deixa de ser teoria e vira um número que sobe à medida que a química e o vazamento são colocados sob controle.
Ponto-chave
O rendimento do ferro nodular não é um só número a perseguir, mas um conjunto de relógios a desacelerar e fugas a vedar. Segure o magnésio, dose a inoculação tarde, vaze limpo e constante, e esvazie o forno por completo, e mais de cada fusão sai como bom ferro nodular.
Perguntas frequentes
Por que o rendimento do ferro nodular é mais difícil de manter que o do ferro cinzento?
O ferro nodular depende do magnésio para tornar nodular o seu grafite, e o magnésio desvanece enquanto o metal espera, oxidando e reagindo até o ferro sair de especificação. Também depende da inoculação, que desvanece igualmente, e o próprio tratamento de magnésio gera escória que pode acabar na peça fundida. O ferro cinzento não carrega nenhum desses relógios, então um vazamento tardio ou irregular que o ferro cinzento tolera pode refugar uma peça de ferro nodular.
Como um forno de vazamento por pressão melhora o rendimento do ferro nodular?
Ele mantém o metal tratado num banho selado e aquecido sob nitrogênio inerte, de modo que o magnésio desvanece muito menos que numa panela aberta, e o ferro permanece nodular do primeiro ao último vazamento. O vazamento é sem escória, por um sifão duplo, então a escória fica para trás, e é dosado para que cada molde seja enchido com o mesmo peso. Menos retratamento, menos rejeições por inclusões e menos falhas de vazamento, tudo isso eleva o rendimento.
Quando a inoculação de ferro-silício deve ser adicionada?
O mais tarde possível, porque a inoculação desvanece rapidamente assim que entra no metal. Adicioná-la cedo, na panela ou no forno, significa que boa parte do seu efeito já se foi quando o metal enche o molde. Um sistema de dosagem que mede o pó de ferro-silício no jato durante o vazamento, ligado à linha de moldagem, mantém alta a contagem de nódulos e baixo o coquilhamento onde importa, no molde.
O que é o sistema de inoculação da CIME?
É um sistema automático de dosagem de pó de ferro-silício integrado ao CAP e à linha de moldagem. Uma rosca sem-fim mede o inoculante de forma precisa e repetível em relação aos parâmetros do processo, de modo que cada vazamento recebe a dose certa no jato, em vez de um punhado estimado adicionado cedo. Uma inoculação tardia e consistente significa nodularidade consistente e menos refugo por coquilhamento ou subinoculação.
O que causa coquilhamento no ferro nodular e como evitá-lo?
O coquilhamento é ferro branco duro e frágil que se forma quando o grafite tem pontos de nucleação insuficientes, geralmente porque a inoculação está fraca ou desvaneceu. Aparece em seções finas e nas bordas, e refuga uma peça ou obriga a usinagem adicional. Manter alta a contagem de nódulos com inoculação tardia no jato é a principal defesa, junto com manter o metal numa temperatura estável, em vez de deixá-lo esfriar e perder a resposta ao tratamento.
Referências e fontes
- Foundry Trade Journal, artigo técnico sobre produção de ferro nodular e inoculação, 2006.
- Cast Metal Times, prática de tratamento de magnésio e inoculação, 2004.
- CIME S.r.l., documentação interna de processo sobre a inoculação do CAP, Turin.