Antes da descerificação, foram furados os canais de gitagem para que a cera fundida possa escapar mais facilmente durante a descerificação, como pode ser visto nos cachos T2 e J1 da Figura 71. A descerificação foi realizada num forno a 1100 ⁰C durante 2 horas por flash firing (Figura 70-A). Os furos de escape da cera foram tapados com cerâmicas após a descerificação, como pode ser visto nos cachos T1 e J2 da Figura 71
Figura 70 - A: forno para descerificação por flash firing; B: forno para sinterização; C: forno para pré-aquecimento.
A primeira carapaça a ser descerificada foi a A1, acabando por fraturar e ficar totalmente inutilizada (Figura 71). Uma possível explicação para o sucedido poderá residir na elevada concentração de tensões na aresta da gola (Figura 71-B). O facto de as peças estarem demasiado juntas poderá ter resultado em distribuições térmicas adversas provocando deformações excessivas nos pontos de maior proximidade.
Figura 72 - Carapaças descerificadas e respetivas designações.
Após a descerificação as carapaças foram sinterizadas a 1450 ⁰C no forno da Figura 70-B. Quando é especificado pelos objetivos da fundição de determinado cacho, certas partes da carapaça poderão ser revestidas com duas camadas de fibra de vidro da Morgan, referência Super wood SW Plus de densidade 96 e 13 mm de espessura.
Figura 73 - A: carapaça A2 com revestimento a fibra de vidro; B: forno de indução em cadinho frio com levitação.
A fundição e vazamento do Ti6Al4V é realizada num forno de indução em cadinho frio com levitação (Figura 73-B).
O procedimento de fundição é o seguinte:
Limpeza com ar comprimido da câmara inferior onde se introduz a carapaça;
Limpeza da vedação entre a câmara inferior e superior com papel embebido em álcool;
Colocação de lã de vidro no fundo da câmara inferior para servir de apoia a carapaças;
Duas lavagens do interior do forno com árgon, variando-se a pressão entre 7.2×10-2 mbar
e 50 mbar;
Controlo e inertização com árgon a 120 mbar;
Aumento da potência do circuito de indução progressivamente por patamares para fusão do metal;
Abertura do stopper após o metal estar completamente fundido e a levitar;
Arrefecimento da carapaça vazada no interior.
Durante o processo de fundição é fundamental a leitura dos valores das temperaturas (Figura 74- B) de entrada do circuito de refrigeração, do stopper e do cadinho. Outros parâmetros a ter em conta são a tensão e corrente do circuito de potência (Figura 74-B).
Figura 74 - A: controlos; B: monitorização do controlador de potência e mostradores das temperaturas em baixo; C: vista do topo do forno com cadinho incandescente e termómetro a para medição da temperatura do metal no interior do cadinho.
O vazamento das carapaças ficou bastante atrasado devido à disponibilidade do forno de vazamentos, que foi bastante afetada por problemas técnicos e por outros trabalhos decorrentes no INEGI. Apesar disso, houve três tentativas de vazamento. Numa das tentativas ocorreu o fenómeno de arcos elétricos entre o metal fundido e as partes metálicas do cadinho. Noutra situação, o sistema de segurança do forno desligou o sistema ao regular-se a corrente elétrica para 298 A sendo o limite de 300 A. O valor real da corrente poderá ter ultrapassado o limite devido a picos na alimentação elétrica. Na terceira tentativa mal sucedida, foi excedida a capacidade máxima de fundição de titânio ao tentar fundir-se aproximadamente 1.7 Kg. O metal não ficou totalmente líquido, tentando-se vazar a parte líquida para a carapaça. Devido à abertura reduzida do stopper, o metal líquido continuou a levitar, não sendo possível vazar.
O problema mais limitante da fundição está relacionado com a capacidade insuficiente de vazamento. O circuito de potência do forno está limitado a 75% da sua capacidade total. De acordo com a experiencia de casos passados semelhantes neste equipamento, o limite ronda 1.6 Kg de titânio sendo insuficiente para a maioria dos casos expostos na Tabela 21.
Tabela 21 - Comparação de massas de cachos com o limite do forno; o valor usado para a massa volúmica do Ti6Al4V está na Tabela 7; para a massa de metal necessária sem enchimento da pia, subtraiu-se Vpia ao Vtotal da Tabela 17,
convertendo-se para massa através da massa volúmica.
Cacho A2 A3 A4 T1 T2 J1 J2
mTi6Al4V (kg) (1/3 da pia cheia) 2.69 2.59 2.65 2.10 2.10 3.10 3.29
m’Ti6Al4V (kg) (sem pia) 1.59 2.10 2.16 1.60 1.61 2.00 2.30
Limite Ti do forno a 75% de potência (kg) 1.6
A consequência do longo período de espera foi o deterioramento de algumas das carapaças. A carapaça T1 fraturou na zona da pia de vazamento, como pode ser visto na Figura 72. A fratura não tornou a carapaça inutilizável pois foi possível repará-la com massa cerâmica. A carapaça A4 fraturou na zona da gola (Figura 75) de uma prótese ficando inutilizada.
Figura 75 - Fratura na carapaça A4.
A escassez de tempo para realização de vazamentos impôs restrições aos cachos a vazar. O historial do estudo de próteses de anca no INEGI tornou a fundição dos cachos com próteses do joelho (T1, T2, J1, J2) prioritária pois não existem estudos de fundição de próteses de joelho no INEGI até à data. Abandonaram-se os cachos A2, A3 e A4.
Os resultados das simulações apontam para a possibilidade de haver rechupes no interior das peças de joelho. Como forma de testar a precisão das simulações, os vazamentos foram realizados em concordância com as simulações. Não foi utilizado qualquer tipo de isolamento térmico.
A primeira carapaça a ser vazada foi a T1, após ser feita a reparação da fratura na pia utilizando- se cerâmica. Esta carapaça, cuja quantidade de material necessário é a mais reduzida de entre as carapaças criadas, não encheu completamente todas as peças (Figura 76-A). Embora a quantidade de material requerida sem pia seja igual à capacidade máxima do forno de vazamentos, algum metal fundido fica retido no cadinho não fluindo na sua totalidade para o interior da carapaça. Este acontecimento contribui para o não enchimento total das peças do
Figura 76 - A: cacho T1 após abate e remoção das peças que ficaram completamente cheias; B: vista laterial do cacho T1 evidenciando a falha de enchimento; C: peça após separação do cacho por corte; D: peça em estado bruto de vazamento.
Após o corte, cada peça foi granalhada (Figura 77), a fim de remover a sujidade resultante da fundição e do abate da carapaça cerâmica. Só após a granalhagem é que é possível examinar a presença de defeitos na superfície das peças.
Figura 77 - Peças do cacho T1 após granalhagem.