Na fundição em areia, cavidades de retração e porosidade de retração são os defeitos internos mais comuns em peças fundidas. Cavidades de retração tipicamente se manifestam como grandes cavidades irregulares em áreas espessas ou zonas de centro de calor da peça fundida, caracterizadas por paredes rugosas e cristais dendríticos. A porosidade de retração aparece como aglomerados de poros finos e dispersos, ocorrendo predominantemente ao longo dos eixos de fundição ou em junções de espessura. Esses defeitos comprometem severamente as propriedades mecânicas e a estanqueidade, potencialmente levando a trincas e falhas prematuras. Como processos centrais no fluxo de trabalho de fundição, o projeto do molde e as operações de fabricação do macho desempenham um papel decisivo na prevenção de porosidade de retração e cavidades. Este artigo descreve sistematicamente medidas eficazes para reduzir suas taxas de ocorrência, concentrando-se em aspectos críticos dos procedimentos de fabricação do molde.
I. Otimizar o projeto de rigidez de fundição e pressão de enchimento
1. Garanta a altura da caixa superior e aumente a pressão estática do metal
A altura insuficiente da caixa superior reduz significativamente a pressão de contração do metal durante o estágio final de solidificação das peças fundidas, levando à diminuição da capacidade de resfriamento e ao aumento da suscetibilidade à porosidade de retração ou cavidades de retração nas juntas térmicas. Para bombas de aço fundido com estrutura bipartida horizontalmente (Caixa de Bomba com Caixa Bipartida de Aço Fundido), atenção especial deve ser dada ao equilíbrio de peso entre as caixas superior e inferior: uma caixa superior subdimensionada agrava a pressão de contração insuficiente, causando cavidades de retração concentradas na parte superior do flange da bomba. O peso da caixa superior deve ser ≥1,5 vezes a elevação hidráulica estática do metal fundido, com pesos adicionais adicionados quando necessário. As práticas de produção devem proibir estritamente o comprometimento da altura da caixa superior para economizar areia ou reduzir os custos do molde. Para estruturas que exigem caixas superiores rasas, as soluções de compensação devem incluir:
Utilize uma luva isolante ou um riser de aquecimento para prolongar o tempo de solidificação do líquido metálico no riser;
Use o copo de despejo para levantar ou adicionar continuamente líquido metálico de alta temperatura ao tubo de elevação para manter o canal de enchimento suave e a pressão de enchimento.
2. Melhorar a rigidez geral e a compactação da peça fundida
A rigidez insuficiente do molde pode levar à expansão da cavidade durante o cozimento da pré-fundição ou à pressão estática do fluxo de metal fundido, resultando em enchimento inadequado de líquido. Corpos de bomba de carcaça bipartida exigem reforço estrutural aprimorado devido às superfícies complexas dos canais e aos numerosos núcleos.
A área espessa do flange do corpo da bomba é fundida localmente com materiais de alto armazenamento de calor, como areia de cromita, para acelerar a solidificação e reduzir a tendência de encolhimento e afrouxamento;
O esqueleto de ferro frio (como uma haste de aço de Φ20 mm) é embutido no núcleo do canal de fluxo para aumentar a rigidez do núcleo para evitar flutuação e acelerar a dissipação de calor para evitar a ocorrência de microencolhimento na espessura da parede do canal de fluxo;
Aplique força de pré-aperto ao parafuso da superfície de separação após o fechamento da caixa (≥0,2 MPa).
2、Projeto científico do sistema de canal e ferro frio
1. Fortalecer a solidificação sequencial e a contração direcional
Projeto Especial de Fundição: O corpo da bomba com carcaça intermediária deve apresentar um riser visível na parte superior dos flanges de entrada/saída, com um design de pescoço cônico invertido (maior na parte superior e mais estreito na parte inferior) para garantir canais de compensação de contração desobstruídos. Um riser oculto é instalado atrás da passagem do impulsor, utilizando a cavidade interna do núcleo de areia para ventilar o ar e evitar a contração axial devido à lenta dissipação de calor nessa área.
Aplicação inovadora de ferro frio: Implemente ferros frios curvados conformes (aproximadamente 0,8 vez a espessura da parede) na área de seção transversal variável da voluta da bomba. O espaçamento entre ferros frios é reduzido para 1,5 vez a espessura da parede, permitindo o controle preciso dos gradientes de resfriamento locais. A folga entre os ferros frios e a areia de moldagem permanece ≤ 0,5 mm para evitar a penetração de metal fundido, que poderia criar pontes térmicas, causando cavidades de retração.
Sistema de vazamento: O sistema de vazamento aberto por injeção inferior deve ser preferido para evitar erosão excessiva da cavidade pelo metal fundido. A posição do canal de vazamento interno deve ser propícia ao resfriamento suficiente dos pontos quentes, de modo a evitar a formação de áreas quentes isoladas e porosidade de retração.
2. Evitar juntas térmicas e otimizar a estrutura das peças fundidas/moldadas
Otimize a estrutura de fundição processando tolerâncias e correções: tente evitar alterações drásticas no tamanho da seção (diferença excessiva na espessura da parede) e reduza juntas quentes isoladas. O projeto de transição é usado na conexão espessa-fina.
Projeto de Canto Adequado: Raio (R) insuficiente em cantos côncavos reduz a eficiência do resfriamento da areia, retarda a solidificação e aumenta a porosidade por retração ao ar. Raio (R) excessivo pode criar zonas espessas de choque térmico que levam à porosidade por retração. O raio de canto ideal deve ser de aproximadamente um terço da espessura da parede adjacente.
Manutenção do molde/casa: Verifique e repare regularmente o molde/casa desgastado para garantir que a espessura da parede da peça fundida atenda aos requisitos do projeto e evitar o afinamento local que dificulta o canal de refundição.
III. Controle rigoroso do desempenho da areia e do processo de revestimento
1. O desempenho da areia de moldagem é a base
• Permeabilidade ao ar: A baixa permeabilidade ao ar dificulta a descarga de vapor d'água e gás no molde, e a pressão do gás pode infiltrar-se no líquido metálico não solidificado, agravando a tendência de retração e formando defeitos compostos de retração do gás. Detecção e ajustes regulares são necessários.
• Umidade e emissão de gases: controle rigorosamente a umidade da areia e reduza a emissão de gases. O excesso de umidade não só reduz a resistência e aumenta a emissão de gases, como também retarda a velocidade de resfriamento local e induz encolhimento e afrouxamento.
• Resistência e estabilidade térmica: garanta resistência úmida/seca e estabilidade térmica suficientes para evitar que a parede do molde ceda muito cedo ou rache, o que destruirá o ambiente para resfriamento suplementar.
2. Otimização do processo de revestimento
• Aplique um revestimento de resfriamento rápido (por exemplo, revestimento em pó de zircônia) em áreas espessas ou nós quentes para acelerar a solidificação da área.
• Controle rigorosamente a concentração e a espessura do revestimento para garantir a uniformidade. Revestimentos muito espessos ou irregulares causarão isolamento térmico e afetarão o gradiente ideal de solidificação sequencial.
IV. Foco nos detalhes e no controle do processo da operação de perfuração do núcleo
1. Moldagem fina e fabricação do núcleo
• Padronize a operação de moldagem e corte para evitar o excesso de água nas áreas locais, resultando no acúmulo de umidade na areia de moldagem e no resfriamento irregular.
• Certifique-se de que o núcleo de areia esteja totalmente seco (especialmente na cabeça do núcleo) e que os canais de ventilação (fio de cera, agulha de ventilação) estejam desimpedidos para evitar que o gás do núcleo de areia interfira no processo de solidificação e encolhimento do metal, resultando em encolhimento solto ou furos de encolhimento de ar.
• Garanta o posicionamento e a estabilidade do núcleo de areia, evite espessuras irregulares da parede causadas pela flutuação ou deslocamento do núcleo e produza juntas quentes inesperadas.
2. Preparações para selagem e vazamento da caixa
• A caixa é posicionada com precisão para evitar a formação de juntas quentes causadas pelo espessamento local devido ao tipo errado.
• O copo de despejo e o anel de elevação são colocados de forma estável e bem vedados.
• Para peças fundidas grandes e complexas, a moldagem de núcleo de areia de resina é preferida para melhorar a precisão geral e a rigidez da peça fundida.
V. Características de operação e coordenação com outros processos
Pontos especiais de operação da bomba de abertura média
• Posicionamento da combinação do núcleo de areia: a placa de posicionamento de impressão 3D é usada para montar o grupo do núcleo do canal de fluxo, e a folga entre a cabeça do núcleo é menor que 0,8 mm para evitar que o desvio do núcleo cause espessura de parede irregular e encolhimento térmico e afrouxamento acidentais;
• Manter a pressão de fechamento da caixa: comprimir a espessura da tira de vedação na superfície de separação para 80% do original e usar a pressão de fechamento da caixa para compactar a vedação, de modo a evitar que o levantamento da caixa cause a interrupção do enchimento e a formação de furos de contração.
• Compartilhamento de informações na fundição: Ao combinar precisamente as características do metal, o processo de fundição pode fornecer feedback em tempo real sobre a composição do aço fundido (por exemplo, teor de C e Si) para a moldagem. Como o aço de alto carbono apresenta maior tendência à retração, o projeto do molde requer maior compensação do volume do tubo ascendente para a retração, juntamente com resfriadores adicionais para acelerar a solidificação em seções de paredes espessas e evitar a porosidade da retração.
• Coordenação de queda de areia: o tempo de isolamento de mais de 500℃ é superior a 6h (2-3h para peças convencionais), resfriamento lento para liberar o estresse e evitar rachaduras derivadas na zona de retração.
epílogo
A prática de controlar a contração e os furos de contração no corpo da bomba de abertura média mostra que as peças fundidas de estruturas complexas precisam romper o layout convencional do riser (como o riser oculto atrás do canal), a chave para evitar a contração em áreas de paredes finas é fortalecer a rigidez do núcleo (esqueleto de ferro frio integrado) e a estratégia de resfriamento diferenciada (ferro frio curvo + revestimento regional) pode controlar com precisão a seção quente.
O controle de cavidades de contração e porosidade na fundição em areia depende fundamentalmente do estabelecimento de um ambiente de solidificação triplo por meio de processos de moldagem: construção de moldes rígidos, implementação de ferros de resfriamento de precisão e manutenção de pressão contínua para compensação da contração. Somente com a integração profunda das técnicas de conformação de núcleos com as características estruturais das peças fundidas (como pescoços de riser cônicos invertidos em flanges de corpos de bombas e ferros de resfriamento com canais de fluxo correspondentes), a taxa de defeitos pode ser reduzida para menos de 0,5%, atendendo assim aos requisitos de segurança inerentes às peças fundidas sob pressão.