I. A porosidade por contração na produção em massa atinge 40%, e o alargamento da camisa do riser falha na correção.

O estudo de caso centra-se na fundição do porta-satélites QT600-10. A peça apresenta um perfil quadrado com ressaltos para rolamentos dispostos nos quatro cantos e um furo central para o dente. Como um componente crítico de ferro fundido nodular para sistemas de transmissão, exige uma densidade interna rigorosa.

Durante a produção de protótipos, apenas uma pequena porosidade por contração apareceu na superfície inferior do furo interno do dente, a qual pôde ser inspecionada manualmente para atender aos requisitos de entrega. Após a transição para a produção em massa em pequenos lotes, os defeitos surgiram drasticamente, elevando a taxa de rejeição por porosidade por contração para 40%. Um grande número de peças fundidas apresentou cavidades internas após a usinagem e falhas na detecção de defeitos.

Inicialmente, a equipe técnica adotou ideias convencionais de retificação da indústria para aumentar a capacidade de alimentação. Eles expandiram o diâmetro das mangas laterais originais de 90 mm para 105 mm, ajustaram a direção de entrada dos canais de alimentação e testaram temperaturas de vazamento em diversas faixas. Após um mês e meio de repetidos testes de vazamento no local e verificação por simulação, a porosidade de contração não apresentou melhora significativa. Além disso, ocorreu interrupção do fluxo de solidificação, impedindo o fornecimento de ferro fundido ao ponto quente. O projeto chegou a correr o risco de reclamações de clientes e perda de pedidos.

II. Causa raiz do defeito: A capacidade insuficiente da luva de alimentação não é o problema; o caminho de alimentação solidifica-se antecipadamente.

Com base na simulação de solidificação e na análise da dissecação do núcleo, a equipe técnica confirmou a causa da falha do núcleo. O problema não era a quantidade insuficiente de ferro fundido armazenado nas camisas de alimentação, mas sim a solidificação prematura e o bloqueio do caminho de alimentação.

As peças fundidas esfriam seguindo a seguinte regra: as seções finas solidificam primeiro, enquanto os pontos quentes mais espessos solidificam depois. Após o preenchimento completo do molde, as seções finas dissipam o calor mais rapidamente e formam uma casca sólida preferencialmente, interrompendo o caminho que liga os canais de alimentação aos pontos quentes. Mesmo que o ferro fundido líquido permaneça dentro dos canais de alimentação, ele não consegue chegar aos pontos quentes mais espessos, tornando o sistema de alimentação completamente ineficaz.

1. Avaliação de risco pela relação de espessura da parede: Quando a relação de espessura da parede é inferior a 1,5, a peça fundida solidifica-se quase simultaneamente, com baixo risco de porosidade por contração. Uma relação entre 1,5 e 3 indica risco moderado, sendo imprescindível garantir a desobstrução dos canais de alimentação. Se a relação for superior a 3, as seções finas solidificam-se completa e rapidamente, enquanto as seções espessas ainda retêm metal líquido, resultando em um risco extremamente elevado de porosidade por contração. O uso de resfriadores ou um novo projeto de camisa de alimentação são obrigatórios.

2. Características das fases de contração do metal: A contração na fase líquida representa de 1,5% a 2%. O ferro fundido mantém boa fluidez e a alimentação é facilitada. A contração na solidificação atinge de 3% a 4%, sendo a principal causa da porosidade por contração. Nessa fase, o ferro fundido torna-se semi-sólido, com fluidez drasticamente reduzida, dificultando bastante a alimentação. A contração na fase sólida é de aproximadamente 1%. A peça fundida está totalmente curada e a alimentação torna-se inviável.

3. Diferença nas propriedades do material: o ferro fundido nodular QT600-10 possui maior teor de perlita. Sua expansão volumétrica devido à precipitação de grafita para compensar a contração é menor do que a de ferros fundidos nodulares de qualidade inferior, como o QT500-7. Este material impõe requisitos mais rigorosos quanto à permeabilidade do canal de alimentação e à janela de tempo de alimentação, e os processos consolidados para ferro fundido nodular de qualidade inferior não podem ser copiados diretamente.

III. Abandonar o alargamento da manga do riser lateral; adotar a manga do riser exotérmico central.

A equipe técnica descartou a ideia convencional de simplesmente alargar as mangas de alimentação e redesenhar as rotas de alimentação. A solução otimizada consiste em preencher o furo central interno do dente e aplicar mangas de alimentação exotérmicas centrais.

1. As mangas de alimentação são colocadas diretamente acima dos pontos quentes para reduzir significativamente a distância de alimentação e a perda de calor durante o transporte de ferro fundido;

2. Os caminhos de alimentação laterais longos e estreitos são eliminados, evitando fundamentalmente o bloqueio causado pela solidificação prematura dos canais de alimentação;

3. Os materiais exotérmicos liberam calor continuamente para prolongar o tempo de permanência do ferro fundido no interior dos tubos de alimentação, garantindo um suprimento contínuo de ferro fundido para os pontos quentes durante toda a solidificação.

Os resultados da simulação comprovam que esse processo pode estabelecer uma solidificação sequencial estável e eliminar completamente a porosidade de contração no fundo do furo interno do dente. A produção experimental subsequente reduzirá efetivamente a taxa de refugo e estabilizará a qualidade interna das peças produzidas em massa.

Por muito tempo, muitas fundições tenderam a alargar os canais de alimentação quando a porosidade de contração se manifestou. Esse método aumenta o consumo de ferro fundido, mas frequentemente não elimina os defeitos e eleva os custos de produção. Ao se depararem com a porosidade de contração, as empresas devem primeiro avaliar se os caminhos de alimentação solidificarão prematuramente. Visando uma solidificação sequencial racional, a otimização do processo pode ser alcançada ajustando as posições dos canais de alimentação, encurtando os caminhos de alimentação e utilizando resfriadores adequadamente, em vez de alargar os canais de alimentação indiscriminadamente. Essa metodologia é especialmente aplicável a peças de transmissão em ferro fundido nodular de alta resistência, como o QT600-10, ajudando as empresas a reduzir o desperdício de material em testes, encurtar os ciclos de retificação e estabilizar a qualidade da produção em massa.