PT97874A - Processo de moldacao por espuma perdida e sob baixa pressao de pecas de liga de aluminio - Google Patents

Description

ALUMINIUM PÉCHINEY "PROCESSO DE MOLDAÇÃO POR ESPOMA PERDIDA E SOB BAIXA PRESSÃO DE PECAS DE LIGA DE ALUMÍNIO" A presente invenção diz respeito a um processo de moldação por espuma perdida· e sob baixa tensão de peças meta licas de liga de alumínio e constitui um aperfeiçoamento do processo descrito na patente de invenção francesa N2.: 2 606 688, depositada em 17 de Novembro de 1986. Ê conhecido dos especialistas na matéria, por exemplo pelos ensinamentos da USP N2 3 157 924, o processo de utilizar, para moldação dos metais, modelos de espuma de material orgânico, tal como o poliestireno, que se mergulham num molde constituído por areia seca que não contém qualquer agente de ligação. Industrialmente, estes modelos são geralmente revestidos com uma película de material refractário destinada a melhorar a qualidade das peças moldadas. Num tal processo, o metal a moldar, que foi previamente fundido, é posto em contacto com o modelo por intermédio de um orifício de alimentação e de canais que atravessam a areia e que substitui progressivamente o referido modelo, queimando-o e trans formando-o principalmente em vapores que se escapam entre os grãos de areia, donde provém a designação de processo de moldação por espuma perdida.

Em relação à moldação clássica em molde permanente, esta técnica evita a fabricação prévia por compactação e agl£ meração de materiais refractários pulverulentos, de moldes rí gidos, associados de maneira mais ou menos complicada a machos, e permite uma recuperação fácil das peças moldadas, bem como uma reciclagem fácil dos materiais de moldação. É pois mais simples e mais económica do que a técnica clássica. Por outro lado, oferece aos criadores de peças moldadas uma liberdade muito maior no que respeita à forma das referidas peças. É por isso que esta técnica se mostra cada vez mais sedutora do ponto de vista industrial. Todavia, ela ê prejudicada por vários inconvenientes, resultando dois deles de mecanismos metalúrgicos clássicos, designadamente: - a solidificação relativamente lenta que favorece a formação nas peças moldadas obtidas de pequenos furos (picos) de gasagem provenientes do hidrogénio dissolvido na liga de alumínio líquido; e - a relativa fraqueza dos gradientes térmicos, que favorece a formação de micro-rechupes, apesar da presença de cabeças perdidas. É para evitar tais inconvenientes que a requerente propôs na patente de invenção francesa N2 2 606 688 uma invenção que consiste em aplicar no molde, depois do enchimento e antes de a fracção solidificada do metal ultrapassar 40% em peso, uma pressão gasosa isostãtica com o valor máximo compreendido entre 0,5 e 1,5 MPa.

Assim, o processo segundo este pedido de patente de 3 invenção compreende as fases clássicas da moldação por espuma perdida, ou sejam: - proporcionar um modelo da peça a moldar formado por uma espuma de material orgânico revestido com uma pelícu la de material refractário; - mergulhar o referido modelo num molde formado por areia seca sem aglomerante; - encher o molde com o metal no estado de fusão, para queimar o referido modelo, efectuando-se este enchimento por intermédio de um orifício de alimentação que coloca o modelo em relação com o exterior do molde; - evacuar os vapores e resíduos líquidos emitidos pelo referido modelo durante a sua combustão; - permitir que o metal fundido solidifique para se obter a peça; processo que a requerente aperfeiçoou no sentido de, quando o molde estiver completamente cheio, isto é, quando o metal subs^ tituiu completamente o modelo, e a maior parte dos vapores foi evacuada, se aplicar uma pressão gasosa no molde, podendo esta operação ser realizada colocando o molde num recinto fechado apropriado para o manter sob pressão e ligado a uma fonte de gás sob pressão.

Esta operação pode ser feita imediatamente apôs o enchimento, quando o metal está ainda inteiramente líquido, mas pode ainda ter lugar mais tarde, desde que a fracção de dendrites sólidas formada no decurso da solidificação não ultrapasse 40%, valor além do qual a pressão tem apenas uma ac- ção desprezável.

De preferência, o valor da pressão aplicada neste pedido de patente de invenção é no máximo um valor compreendido entre 0,5 e 1,5 MPa..

Nestas condições, constata-se que a saúde das peças obtidas é melhorada e explica-se este fenómeno pelos mecanismos seguintes: - compactação dos pequenos furos de gasagem, cujo volume i praticamente reduzido na relação das pressões absolu tas que reinam no decurso da solidificação. Assim, por exemplo, quando se aplica uma pressão absoluta de 1,1 MPa, quando ante: riormente esta pressão era a da atmosfera, ou seja 0,1 MPa, esta redução tem lugar numa relação próxima de 11; - melhor alimentação do molde devido ao facto de a pressão, que se exerce nas cabeças perdidas ainda liquidas, forçar o referido líquido a passar através da rede de dendri-tes que se forma no inicio da solidificação, donde resulta a quase supressão de micro-rechupes.

Todavia, observou-se em certos casos que a aplicação de uma pressão relativa superior a 0,5 MPa conduzia ao aparecimento de defeitos particulares denominados "rechupe es^ ponjoso", que se explicam da seguinte maneira: se a liga moldada apresentar um intervalo de solidificação relativamente grande, desenvolve-se no seio da peça uma zona pastosa; além disso, se a distância entre a cabeça perdida e o sítio onde se produz o rechupe for grande em relação â espessura da peça, a zona pastosa cria uma perda de carga importante na alimenta- 5

ção com metal do molde, de modo que a própria cabeça perdida sob a acção da pressão exterior não chega a desempenhar a sua função, isto é, de alimentar suficientemente depressa os re-chupes que se formam.

Como o intervalo de solidificação é relativamente grande, a "pele” da peça (parte situada na interface metal--areia) é frágil durante muito mais tempo e a pressão exterior exercida pela aplicação do gás na areia afunda então esta pele para o interior da peça, deixando infiltrar uma fracção de gás entre as dendrites para os rechupes, criando assim um re-chupe denominado "esponjoso", que é tão prejudicial como o re chupe clássico para a obtenção de boas propriedades mecânicas.

Portanto, quando se pretender moldar peças de uma liga de alumínio apresentando um intervalo de solidificação relativamente grande, e quando a geometria das referidas peças conduzir a ter uma distância relativamente grande entre a cabeça perdida e a zona de rechupe, denominada zona crítica, em relação à sua espessura, é-se levado a procurar evitar estes fenómenos suprimindo a aplicação de uma pressão, por exemplo.

Todavia, seria pena privar-se desta técnica de mo.1 dação sob pressão que, no restante, conduz a uma melhoria cori siderável da qualidade das peças moldadas. É por isso que a requerente tentou resolver este problema e verificou que a aplicação de uma pressão relativa inferior a 0,5 MPa permitia suprimir o rechupe esponjoso, con duzindo ao mesmo tempo a uma boa compactação dos furos de ga_ sagem. 6 / ,-yr % A presente invenção consiste, como na patente de in venção francesa N2 2 606 688, em um processo de moldação por espuma perdida de peças metálicas em particular de liga de alju mínio no qual se mergulha um modelo do produto a obter, feito de uma espuma de material orgânico, num molde constituído por um banho de areia seca sem qualquer agente aglomerante e depois, após ter enchido o molde com o metal fundido e antes de a fracção solidificada de metal ultrapassar 40% em peso, se aplica uma pressão gasosa isostática no molde, mas a presente invenção ê caracterizada por ser utilizada essencialmente à moldação de peças de liga de alumínio que têm um intervalo de solidificação superior a 30°C e cuja geometria é tal que a re^ lação R do comprimento que separa a cabeça perdida da ou das zonas críticas sobre metade da espessura média da peça sobre este comprimento é superior a 10 e que a pressão relativa apLi cada está compreendida entre 0,1 e 0,5 MPa.

Assim, a presente invenção consiste numa aplicação do processo básico a peças de ligas de alumínio que têm um in tervalo de solidificação relativamente grande e possuem uma geometria particular, tal que a relação R seja superior a 10, isto ê, onde a distância L entre a zona na qual a solidifica ção se produz no ultimo momento e a cabeça perdida é relativa^ mente grande em relação a espessura média je da peça nessa dis^ tância.

Esta relação é de facto a de L sobre o módulo M da parte da peça situada entre a cabeça perdida e a zona crítica, parâmetro que é utilizado em moldação e que corresponde, em 7

média, à metade da espessura, ou seja e/2, donde (L/M) = £ L/(e/2) J = 2L/e.

Esta relação permite fixar o valor da pressão máxi^ ma que pode aplicar-se sem risco de rechupe esponjoso: assim, quanto maior for a relação, menor deve ser o valor da pressão. Verificou-se que, para uma pressão de 0,5 MPa, valor mínimo utilizado na patente de invenção francesa N2 2 606 688, R era próxima de 10. Portanto, quando R for maior, é necessário utilizar uma pressão inferior a 0,5 MPa e que pode ir até 0,1 MPa, valor abaixo do qual a pressão já não tem senão uma acção desprezável e pode portanto suprimir-se. A presente invenção é aplicável de preferência às ligas com grande intervalo de solidificação, tais como por exemplo as ligas Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg e Al-Si-Cu-Mg, bem como às ligas Al-Si-Mg hipoeutécticas, cujo teor de silício é de preferência inferior ou igual a 9%, em peso. A presente invenção pode ser ilustrada com o auxílio dos desenhos anexos, cujas figuras representam: A fig. 1, uma micrografia de uma peça de liga AS5U3G (composição, em peso, Silício 5%, Cobre 3%, Magnésio 1%, restante de alumínio), na qual R é igual a 15 e onde a pressão aplicada no decurso da moldação foi de 1,1 MPa; e A fig. 2, uma micrografia da mesma peça mas onde a pressão aplicada foi apenas de 0,30 MPa.

Constata-se a presença, na fig. 1, de zonas negras correspondentes à infiltração das dendrites pelos gases e à formação de rechupe esponjoso, enquanto na fig. 2 estas zonas são praticamente inexistentes.

Compreender-se-à melhor a presente invenção com o auxílio dos exemplos de aplicação seguintes:

Fabricaram-se cabeças de cilindros de motores de combustão interna a partir de uma mesma liga de alumínio (AS5U3G). Estas cabeças de cilindro possuiam dois tipos de geo metria, representados pelas fig. 3 e 4 e eram constituídas, respectivamente, por uma chapa (1) ou (4), uma ponte (2) ou (5) , correspondente à zona crítica e uma cabeça perdida (3) ou (6) .

Em cada um destes tipos mediram-se as dimensões da zona crítica: a espessura (e1) e a largura (1'); as dimensões da chapa: a espessura (e), a largura (L) e determinou-se a re lação L/e e o valor R = L/M.

As cabeças de motor de cada tipo foram divididas em dois lotes, tendo-se submetido cada lote, quando da moldação, ou a uma pressão relativa de 0,3 MPa, ou uma pressão relativa de 1,1 MPa.

Depois da desmoldação, verificou-se a saúde das ca beças de motor, no que respeita ao rechupe esponjoso.

Os resultados figuram no Quadro 1.

Constata-se que para um valor de R = 7,6 e qualquer que seja a pressão aplicada, não aparece qualquer rechupe esponjoso.

Para as cabeças de motores da fig. 3, pode-se apli car portanto o processo clássico.

Pelo contrário, para as cabeças de motor da fig. 4,

onde a relação L/M é igual a 15,4, aparece rechupe esponjoso a 1,1 MPa, mas não a 0,3 MPa. Estas cabeças de motor deverão portanto ser moldadas segundo o processo da presente invenção para que sejam utilizáveis. A presente invenção encontra a sua aplicação em particular na fabricação de cabeças de motores de automóveis e de quaisquer peças que exijam elevadas características meca nicas.

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QUADRO

0 φ 0 Ui 03 03 03 •μ ο. 0 ε ε ε C 3 ’ΓΊ 3 3 3 03 χ: C X! χ: χ: μ υ 0 C C C μ 0 Α Φ φ φ 0 (X ω 2 2 2 Α Μ ε Η ε φ 0 203 03 Μ ι—1 m Η W Α «· U1 2 Ο γΗ ο ι—1 Φ μ Α S \ ΙΟ -φ XI *> II ιη OS *—1 φ CO Γ-* \ I* V XI η r-' 0 Η ιη ιη (0 3 VD A 03 2 ITJ ιΟ ο ο X! 2 o 03 ftj ε μ 03 0 3 ΟΊ ιΧ m tn ε μ Φ φ 03 iO XI Ui G ο3 Φ U ε 3 ΓΟ σι •Η Ui Φ ·» α ω Η ο φ Α Ui « 03 03 c Μ 0 3 Ν C3 - ε μ XI CN] Η 03 0 03 03 XI C UI φ 03 φ S-I 20 03 3 U) Ο ω - α •Η Ui φ Η τΗ d) μ Φ Η Α •Η μ Ui α 0 W φ 03 μ η -or 03 0 03 03 Ui μ μ μ Φ Ο 3 3 X! 2 Cn εη 03 •Η •Η U PL| Α

Claims (3)

1. REIVINDICAÇÕES 1.- Processo de moldação por espuma perdida de pe ças metálicas em especial de liga de alumínio no qual se mergulha um modelo do produto a obter feito de uma espuma de material orgânico num molde constituído por um banho de areia seca que não contém qualquer agente de ligação e depois, após o molde ser cheio com o metal fundido e antes de a fracção so lidifiçada de metal ultrapassar 40%, em peso, se aplica uma pressão de um gás isostãtica no molde, caracterizado por se utilizar essencialmente na moldação de peças de liga de alumí nio com um intervalo de solidificação superior a 30°C e cuja geometria ê tal que a relação R do comprimento que separa a ca beça perdida da ou das zonas críticas para a metade da espess_u ra média da peça nesse comprimento é superior a 10 e por a pressão relativa aplicada estar compreendida entre 0,1 e0,5 MPa.
2. 2.- Processo de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado por a pressão aplicada ser tanto mais baixa quanto mais elevada for a relação R.
3. 3.- Processo de acordo com a reivindicação 1, ca· racterizado por a liga de alumínio pertencer ao grupo constituído pelas ligas de Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg, Al-Si-Mg e Al-Si-Cu-Mg. O AySite Oficial dq Propr SCl;db Industria!