Explicação da solidificação do metal:do derretimento à fundição

Solidificação de Metal é o processo abrangente de transformação de um líquido em um sólido e a base da tecnologia de fundição, incluindo fusão, vazamento e ressolidação de um metal ou liga metálica dentro de um molde para produzir um produto final desejado.  

1. Derretendo

O processo de fundição começa aquecendo uma liga metálica em um cadinho até derreter. O metal aquecido torna-se líquido quando atinge o ponto de fusão. O ponto de fusão do metal depende do tipo de metal ou liga. Por exemplo, as ligas de zinco derretem em torno de 900 graus F, enquanto algumas ligas de bronze derretem acima de 2.000 graus F. Os metais puros derretem na mesma temperatura constante. Por outro lado, ligas metálicas derreterão dentro de uma faixa de temperaturas dependendo da composição dos materiais. No seu estado fundido, um metal contém uma grande quantidade de energia. A liga, aquecida acima do seu ponto de fusão, permite tempo suficiente para que o metal seja derramado no molde antes de esfriar.

2. Desgaseificação e modificação

Antes do vazamento, as ligas de zinco e as ligas de alumínio precisam ser desgaseificadas. A desgaseificação é realizada inserindo uma lança de grafite no fundido. A lança gira muito rápido e então argônio ou nitrogênio é injetado através da lança, dispersando-o pela liga derretida. O argônio ou nitrogênio move o hidrogênio dissolvido e outros contaminantes para a superfície do fundido. Em seguida, removemos essa contaminação da superfície antes de colocar a liga no molde.

Muitas ligas requerem modificação antes do vazamento. Essas modificações aumentam a fluidez do metal, melhoram a estrutura dos grãos, removem contaminantes, etc. Alguns dos materiais que usamos para conseguir isso são titânio-boro, cobre-fósforo, estrôncio, manganês, etc.

3. Derramando

Após a desgaseificação e modificação, testamos a temperatura do metal para garantir que esteja aproximadamente 50-150 graus Fahrenheit acima da temperatura de vazamento desejada. Os 50-150 graus extras permitirão tempo suficiente para que o metal flua por toda a peça antes de solidificar durante o processo de vazamento. Transportamos o cadinho ou concha para as linhas de vazamento e despejamos o metal líquido em moldes preparados. A cavidade oca do molde tem o formato do produto final desejado. Às vezes, essa cavidade é uma parte e, às vezes, várias partes individuais. É imperativo manter a borda do cadinho o mais próximo possível do molde de areia para reduzir a velocidade do metal ao entrar na cavidade do molde.

4. Congelando

Uma vez que o líquido derretido é derramado no molde, ele esfria rapidamente. Quando a temperatura do metal líquido muda abaixo do ponto de fusão desse metal ou liga específico, o processo de solidificação começa. O processo de congelamento geralmente leva menos de alguns minutos.

5. Solidificação

À medida que a temperatura cai ainda mais, o metal fundido perde energia e os cristais começam a se formar. Este processo começa próximo às paredes do molde, onde esfria primeiro. Esses cristais eventualmente se tornam grãos dentro da estrutura final. Se o metal solidificar lentamente, os grãos serão mais longos. Se esfriar rapidamente, os grãos ficarão visivelmente mais curtos. Os cristais (ou dendritos) continuam a se formar e a endurecer até que todo o fundido solidifique.

Durante o processo de solidificação, o metal encolhe. O encolhimento ocorre porque a maioria dos metais são menos densos como líquidos do que como sólidos. O encolhimento pode criar um vazio no último ponto para solidificar. Evitar defeitos de contração pode ser conseguido através do uso de risers e outras técnicas. Os risers, também conhecidos como alimentadores, são reservatórios construídos em um molde de fundição de metal que ajudam a prevenir cavidades na peça fundida.

6. Transmissão

Uma vez endurecido, o produto metálico resfriado é removido ou solto do molde de areia para completar o processo de solidificação. A peça acabada é chamada de fundição. 

Embora diferentes métodos de fundição empreguem diversos equipamentos e técnicas, todos observam o processo de solidificação do metal. É necessária uma fundição experiente e qualificada para controlar este processo e evitar defeitos de fundição que resultam do manuseio inadequado do processo de solidificação.

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