Principais Causas de Bolhas na Fundição sob Pressão Explicadas

RESUMO

A bolhas na fundição a moldagem é um defeito de superfície caracterizado por bolhas levantadas causadas pela expansão de gás preso logo abaixo da pele do metal. A causa principal é o encurralamento de gás ou ar resultante de fluxo turbulento de metal e ventilação inadequada do mofo. Outros fatores críticos incluem temperaturas excessivas do metal fundido ou da matriz, aplicação inadequada de lubrificantes da matriz e contaminantes ou imperfeições físicas dentro da própria liga de alumínio.

O papel do encapsulamento de gás e ar na formação de bolhas

A causa mais fundamental do surgimento de bolhas na fundição sob pressão é o aprisionamento de gás na cavidade do molde durante a injeção do metal. Bolhas são essencialmente uma forma específica de porosidade por gás, na qual o gás aprisionado se localiza logo abaixo da superfície da peça fundida. À medida que o metal fundido solidifica, esse gás aprisionado encontra-se sob imensa pressão. Quando a peça é ejetada do molde, o suporte externo é removido, e a camada superficial ainda macia do metal pode ser empurrada para fora pelo gás em expansão, formando uma bolha distinta.

Esse gás pode ter diversas origens. A mais comum é o ar já presente na cavidade do molde e no sistema de canais antes da injeção. Se o metal fundido for injetado muito rapidamente ou se o percurso de fluxo não estiver otimizado, ocorre turbulência. Esse fluxo turbulento e caótico se dobra sobre si mesmo, aprisionando bolsões de ar que não conseguem escapar antes da solidificação do metal. Conforme detalhado em uma análise técnica por CEX Casting , um design pobre de canal de alimentação e distribuição é um dos principais culpados, por não proporcionar um fluxo suave e laminar de metal para o interior da matriz.

A ventilação inadequada é outro fator crítico. Os ventiladores são canais pequenos projetados para permitir que o ar na cavidade escape à medida que o metal fundido a preenche. Se esses ventiladores estiverem bloqueados, forem muito pequenos ou mal posicionados, o ar não terá para onde escapar e ficará aprisionado dentro do componente fundido. O resultado é porosidade e, se próximo à superfície, bolhas. A otimização do sistema de ventilação é uma etapa crucial para prevenir esse tipo de defeito.

Para mitigar o aprisionamento de gás e ar, várias práticas recomendadas devem ser implementadas:

• Otimizar o Design dos Canais de Alimentação e Distribuição: Utilize software de simulação de fluxo de molde para projetar um sistema que promova um enchimento suave e não turbulento da cavidade da matriz.
• Garantir Ventilação Adequada: Projete e mantenha ventiladores limpos e eficazes, bem como canais de escape, para permitir a evacuação completa do ar.
• Controlar a Velocidade de Injeção: Ajuste o perfil de injeção, particularmente a fase inicial de injeção lenta, para empurrar suavemente o ar para fora da cavidade antes do início do enchimento em alta velocidade.
• Utilize Assistência a Vácuo: Para componentes críticos, a implementação de um processo de fundição sob pressão a vácuo pode remover ativamente o ar da cavidade antes da injeção, eliminando praticamente o risco de defeitos por gás aprisionado.

Parâmetros do Processo: Como Temperatura e Lubrificantes Causam Bolhas

Além do aprisionamento físico de ar, os parâmetros operacionais do processo desempenham um papel significativo na criação das condições para a formação de bolhas. O controle de temperatura e a aplicação de lubrificantes são duas das áreas mais críticas a serem gerenciadas. Temperaturas excessivamente altas, seja no metal fundido ou no molde propriamente dito, podem agravar problemas relacionados a gases. De acordo com uma visão geral de Sunrise Metal , temperaturas elevadas podem aumentar a pressão de vapor dentro da liga fundida e fazer com que os lubrificantes do molde se degradem, liberando gases que acabam aprisionados.

Lubrificantes para matrizes, ou agentes de desmoldagem, são necessários para evitar que a peça fundida adere à matriz, mas o seu uso incorreto é uma das principais causas de porosidade gasosa e bolhas. Quando é aplicado lubrificante em excesso ou de forma irregular, o líquido excedente pode acumular-se na matriz. Ao entrar em contato com o metal fundido quente, esse lubrificante em excesso vaporiza-se instantaneamente, gerando um grande volume de gás que não tem tempo de escapar pelas válvulas de ventilação. Conforme observado num relatório da The Hill & Griffith Company , o lubrificante do êmbolo é muitas vezes o maior responsável isoladamente, especialmente quando se utiliza lubrificante extra para compensar uma ponteira desgastada.

A humidade é outra causa importante. Qualquer humidade residual na matriz, proveniente de canalizações de água com fugas, pulverizadores com gotejamento ou até mesmo do próprio agente de desmoldagem, transforma-se em vapor durante a injeção. Este vapor comporta-se como qualquer outro gás aprisionado, criando pressão sob a superfície da peça fundida, o que pode provocar bolhas. Por isso, é fundamental manter um ambiente seco na matriz.

Para prevenir bolhas causadas por parâmetros do processo, os operadores devem seguir as seguintes ações corretivas:

1. Manter um Controle Estrito de Temperatura: Assegure-se de que tanto a liga fundida quanto o molde sejam mantidos dentro das faixas de temperatura especificadas para evitar superaquecimento e formação excessiva de gás.
2. Aplicar Lubrificante com Moderação e Uniformidade: Utilize sistemas automatizados de pulverização para aplicar um revestimento mínimo e consistente de um agente desmoldante de alta qualidade e baixo resíduo.
3. Garantir Tempo para Evaporação: Assegure-se de que haja um intervalo suficiente após a pulverização para que qualquer água ou solvente presente no lubrificante evapore completamente antes de fechar o molde.
4. Realizar Manutenção Regular: Verifique rotineiramente vazamentos em linhas de água ou hidráulicas e assegure-se de que os bicos de pulverização não estejam pingando.

Defeitos de Material e Físicos como Causas Raiz

A categoria final de causas está relacionada à integridade do material fundido e à presença de descontinuidades físicas no fluxo do metal. Bolhas podem originar-se de contaminantes presentes na própria liga. Por exemplo, elementos com baixo ponto de ebulição, como chumbo ou cádmio, podem vaporizar durante o processo de fundição ou tratamento térmico subsequente, criando pressão interna de gás. Da mesma forma, ligas de alumínio podem absorver hidrogênio durante a fusão, o qual tentará escapar durante a solidificação, provocando porosidade e bolhas.

Defeitos físicos introduzidos durante o processo de enchimento também são altamente prejudiciais. Pesquisas publicadas na Engineering Failure Analysis destaca que as lascas frias—peças semifundidas de metal que se desprendem das paredes do cilindro de injeção—são uma causa primária de bolhas grandes, especialmente em áreas próximas ao sistema de alimentação. Essas lascas criam descontinuidades na microestrutura da peça fundida. O gás presente nesses vazios se expande durante o tratamento térmico, formando bolhas significativas na superfície. Outros defeitos semelhantes incluem gotas frias, jatos frios e películas de óxido, todos os quais interrompem a homogeneidade do metal e atuam como pontos de início para a formação de bolhas.

Prevenir esses defeitos relacionados a materiais exige um controle rigoroso em todo o processo, desde o manuseio das matérias-primas até a produção final. Associar-se a um fornecedor que demonstre forte compromisso com o controle de qualidade é essencial. Por exemplo, fabricantes de peças automotivas de alto desempenho frequentemente dependem de processos certificados como o IATF16949 e de controles internos de qualidade para garantir a integridade dos materiais do início ao fim, uma prática crítica para prevenir tais defeitos.

Para melhor compreender essas causas distintas, a tabela a seguir compara bolhas originadas por porosidade de gás com aquelas decorrentes de defeitos físicos ou químicos:

As soluções incluem pré-aquecimento e secagem completa das matérias-primas, uso de ligas de alta pureza e implementação de tratamentos eficazes de desgaseificação com nitrogênio ou argônio para remover o hidrogênio dissolvido antes da fundição.

Perguntas frequentes sobre bolhas na fundição sob pressão

1. Qual é a causa principal das bolhas na fundição sob pressão?

A causa principal das bolhas é o gás aprisionado, na maioria das vezes ar da cavidade do molde, que fica retido devido ao fluxo turbulento do metal fundido e ventilação insuficiente. Esse gás, localizado logo abaixo da superfície da peça fundida, expande-se e empurra para fora a camada superficial macia do metal, formando uma bolha.

2. A sua família. O tratamento térmico pode causar bolhas numa peça fundida a moldagem?

Sim, o tratamento térmico é um fator comum para a formação de bolhas. Uma peça pode parecer perfeita no seu estado de fundição, mas se houver gás preso ou uma descontinuidade física sob a superfície, as altas temperaturas do tratamento térmico farão com que o gás se expanda significativamente, revelando o defeito como uma bolha superficial.

3. A sua família. Como é que se diferencia uma bolha de uma porosidade geral?

As bolhas são um defeito na superfície ou perto da superfície, aparecendo como protuberâncias levantadas na pele do material. Por outro lado, a porosidade geral refere-se a vazios que podem estar localizados em qualquer lugar dentro da peça, incluindo no interior da peça. Embora ambos sejam causados por gás preso, bolhas são especificamente aqueles poros próximos o suficiente à superfície para deformá-la.