3. Apresentação e discussão dos resultados
3.1. Ensaio de molhabilidade
O ensaio de molhabilidade serviu para controlar a aderência da primeira camada de barbotina ao cacho de cera e também para validar os tempos de decapagem e lavagem utilizados. Verificou-se que um tempo de decapagem de 10 s era insuficiente para se obter uma boa aderência da barbotina ao cacho.
Na Fig. 17 poder-se-á observar o resultado desse ensaio: o provete que se encontra à esquerda (a) possui um tempo de decapagem de 60 s e o da direita (b) de 10 s.
Fig. 17: Imagem dos provetes após o ensaio de molhabilidade em que foi variado o tempo de decapagem: a) 60 segundos; b) 10 segundos.
Para um tempo de decapagem de 30 s, não foi observada na superficie plana do provete alteração relativamente ao de 60 s; contudo, verificou-se fraca aderência da barbotina nas arestas (Fig. 18).
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Fig. 18: Imagem do provete após o ensaio de molhabilidade para um tempo de decapagem de 30 s.
A escolha para os ensaios seguintes recaiu sobre um tempo de decapagem de 60 s de forma a assegurar a molhabilidade de toda a superfície do cacho de cera e a adequada aderência da barbotina aos seus diferentes componentes.
Nos primeiros três ensaios de fabricação de carapaça o tempo de decapagem, apesar de importante, não foi crucial porque a barbotina nº2 vai preencher eventuais lacunas na primeira camada e, deste modo, reforçar a refratariedade pretendida. Nos casos em que se aplica apenas uma camada de barbotina nº1 torna-se essencial que haja uma aderência uniforme, para que o metal, aquando do vazamento, não entre em contacto com as camadas de reforço. Caso o metal entrasse em contato com as camadas de reforço poderia, neste caso, reagir com a liga vazada.
3.2.
Ensaio nº 1
3.2.1. Carapaça cerâmica
3.2.1.1. Controlo visual e ensaio de estanquidade
Completado o ciclo de descerificação e sinterização, procedeu-se à inspeção visual das carapaças.
Neste ensaio verificou-se que as carapaças que dispunham de respiros apresentavam fissuras de dimensões bastante mais reduzidas que as carapaças sem respiros. Essas fissuras surgiram predominantemente no fundo do gito das carapaças e nas superfícies das cavidades moldantes situadas em torno dessa mesma zona.
Constatou-se que as carapaças cujos gitos foram produzidos com cera reciclada, e sem respiros apresentavam o maior número de defeitos, independentemente do número de camadas de material refratário aplicadas (8 ou 12).
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Uma das causas mais prováveis para o aparecimento de fissuras é a diferença entre a expansão térmica da sílica fundida e dos aluminossilicatos (Fig. 19), que apresentam um teor de sílica de 62%. Não foi possível determinar em que fase do ciclo térmico ocorreu a fissuração; todavia, nos ensaios seguintes foram alteradas as condições de arrefecimento das carapaças cerâmicas de forma a reduzir a sua severidade.Algumas dessas fissuras eram detetadas visualmente; contudo, decidiu-se promover a realização do ensaio de estanquidade a fim de identificar fissuras que não eram percetíveis no controlo visual.
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Fig. 19: Expansão linear dos diferentes constituintes utilizados no fabrico da carapaça cerâmica em função da temperatura [18].
A reparação das carapaças consistiu em tapar os respiros bem como as fissuras longitudinais localizadas nas arestas do fundo do gito e nas superfícies das cavidades moldantes.
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3.2.1.2. Ensaio de flexão
A carga aplicada no ensaio de flexão do provete cerâmico, com 8,72 ± 0,01 mm de espessura, foi aproximadamente de 11 Kg – leitura no equipamento.
3.2.1.3. Ensaio de permeabilidade
Seguindo o procedimento anteriormente descrito (capítulo 2.5), obteve-se um valor de 141 s. Tratando-se de um ensaio não normalizado, os valores obtidos serão utilizados como histórico da empresa de forma a definir o intervalo para o qual a permeabilidade da carapaça não compromete a qualidade dos fundidos.
3.2.2. Fundidos
3.2.2.1. Controlo visual
Após o vazamento, efetuado à temperatura de 1521ºC, procedeu-se ao abate das carapaças e posterior controlo visual dos fundidos. Foram detetados defeitos em todas as peças, sendo o mais comum o buckling (Fig. 20) presente em grande parte dos fundidos. Foram ainda identificados liftings (Fig. 21) e algumas inclusões (Fig. 22).
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Fig. 22: Imagem de defeito superficial provocado por inclusão cerâmica proveniente da carapaça
Quantificação dos defeitos: • Buckling (41/60) • Inclusões (18/60) • Lifting (8/60)
• Bolhas de gás (4/60)
• Fissuras severas na carapaça cerâmica (11/60)
A quantificação dos defeitos dos fundidos permitiu constatar que o defeito mais comum neste ensaio foi o buckling. O aparecimento deste defeito está relacionado com o tempo insuficiente entre a ativação e limpeza da cera, bem como
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a deficiente secagem da primeira camada associada à elevada viscosidade e consequentemente maior espessura de barbotina.3.2.2.2. Avaliação da sanidade interna dos fundidos
Após inspeção visual, os fundidos foram inspecionados por radioscopia. Nesta fase, o controlo de sanidade incidiu sobre a totalidade dos fundidos.
Fig. 23: Imagens obtidas nos ensaios de radioscopia de: a) peça, proveniente do cacho A, sem rechupe, e b) peça, proveniente do cacho B, com rechupe
Após o ensaio de radioscopia, verificou-se que, das 60 peças analisadas, 26 apresentavam rechupe. Este defeito ocorreu preferencialmente nas peças localizadas no nível mais próximo da bacia de vazamento.
3.3.
Ensaio nº 2
3.3.1. Carapaça cerâmica
3.3.1.1. Controlo visual e ensaio de estanquidade
Concluída a descerificação, foi possível identificar, por controlo visual, a existência de fissuras nas carapaças. Tal como registado no ensaio anterior, essas fissuras apareceram essencialmente no fundo do gito das carapaças e nas superfícies das cavidades moldantes situadas em torno dessa mesma zona. Os resultados deste ensaio permitiram confirmar que a utilização de respiros e de parafina permite
b)
a)
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melhorar as condições de descerificação, minimizando o aparecimento de fissuras na carapaça cerâmica.
3.3.1.2. Ensaio de flexão
A carga aplicada no ensaio de flexão do provete cerâmico, com 9,02 ± 0,01 mm de espessura, foi aproximadamente de 12 Kg – leitura no equipamento.
3.3.1.3. Ensaio de permeabilidade
Obteve-se um valor de 157 s que, tal como o obtido no ensaio anterior, será utilizado como histórico da empresa.
3.3.2. Fundidos
3.3.2.1. Controlo visual
Concluído o vazamento, efetuado à temperatura de 1524ºC, o abate e a granalhagem dos fundidos, procedeu-se ao controlo visual dos fundidos. Constatou- se que continuavam a surgir defeitos em todos os fundidos; porém, assistiu-se a um decréscimo de defeitos mais severos, sobretudo de buckling.
Quantificação dos defeitos: • Buckling (5/58)
• Inclusões (7/58)
• Fissuras ligeiras na carapaça cerâmica (40/58) • Fissuras severas na carapaça cerâmica (7/58) • Lifting (7/58)
• Empolamento cerâmico (2/58)
Terminada a quantificação dos defeitos, averiguou-se que o defeito mais comum ocorreu devido a uma ligeira fissuração da primeira camada cerâmica
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durante o processo de descerificação e sinterização (Fig. 24). Neste ensaio surgiu também um defeito caracterizado por um empolamento do revestimento cerâmico, que, ao contrário do buckling, surge como uma concavidade na superfície do fundido (Fig. 25).Fig. 24: Imagem de defeito superficial promovido por fissura severa na carapaça
Fig. 25: Imagem de defeito superficial resultante do empolamento do revestimento cerâmico
3.3.2.2. Avaliação da sanidade interna dos fundidos
De novo, foi realizado um ensaio de radioscopia aos fundidos de modo a avaliar a sua sanidade interna.
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Fig. 26: Imagens obtidas nos ensaios de radioscopia de: a) peça com rechupe; b) peça sem rechupe
O rechupe continua presente no interior das peças, tendo-se registado o seu aparecimento em 29 dos 58 fundidos analisados. A sua incidência é mais significativa nas peças mais próximas da bacia de vazamento.
3.4.
Ensaio nº 3
3.4.1. Carapaça cerâmica
3.4.1.1. Controlo visual e ensaio de estanquidade
No final da descerificação e do ciclo de sinterização, as carapaças não apresentavam qualquer fissura percetível no controlo visual da sua superfície exterior. Assim, só foi necessário selar as aberturas relativas aos respiros.
Uma das razões que mais contribuiu para o sucesso da mitigação do aparecimento de fissuras no exterior das carapaças foi a diminuição da velocidade do seu arrefecimento após o ciclo térmico de sinterização. Efetivamente, nos ensaios anteriores, as carapaças eram retiradas do forno, no final da sinterização, e arrefecidas numa zona ventilada. Neste ensaio, o arrefecimento ocorreu perto do forno, numa zona fechada.
No ensaio de estanquidade efetuado, observou-se que ainda persistiam fissuras no interior das carapaças.
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3.4.1.2. Ensaio de flexão
A carga aplicada no ensaio de flexão do provete cerâmico, com 9,78 ± 0,01 mm de espessura, foi aproximadamente de 13 Kg – leitura no equipamento.
3.4.1.3. Ensaio de permeabilidade
Obteve-se um valor de 165 s que, tal como os obtidos nos ensaios anteriores, será utilizado como histórico da empresa.
3.4.2. Fundidos
3.4.2.1. Controlo visual
Após vazamento, efetuado à temperatura de 1478ºC, procedeu-se ao abate e granalhagem dos fundidos e, finalmente, ao seu controlo visual. Foi notória a diminuição de ocorrência de defeitos superficiais.
Quantificação dos defeitos: • Buckling (1/44)
• Inclusões (3/44)
• Fissuras ligeiras na carapaça cerâmica (29/44) • Fissuras severas na carapaça cerâmica (9/44) • Lifting (1/44)
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3.4.2.2. Avaliação da sanidade interna dos fundidos
Nos ensaios de radioscopia constatou-se o aparecimento de rechupe em 42 das 44 peças analisadas. Este número tão elevado poderá ser explicado pela diminuição da área de ataque que se decidiu promover visando uma remoção mais fácil das peças do cacho, com a criação de um entalhe nessa zona.
Fig. 28: Imagens obtidas nos ensaios de radioscopia de: a) peça com rechupe; b) peça sem rechupe
3.5.
Ensaio nº 4
3.5.1. Carapaça cerâmica
3.5.1.1. Controlo visual e ensaio de estanquidade
Por questões de conveniência, os processos de descerificação e de sinterização deste ensaio bem como do ensaio que se lhe seguiu foram realizados em simultâneo. Comparativamente aos três ensaios precedentes, foi mantido o tempo de estágio bem como quase todo o procedimento, à exceção do arrefecimento das carapaças. Efetivamente, a fim de minimizar o número de fissuras localizadas no interior das carapaças, o seu arrefecimento, após ciclo térmico, ocorreu no interior do forno.
Após remoção das carapaças, verificou-se que continuava a não ser detetável, a olho nu, a presença de fissuras à superfície. Procedeu-se então à selagem dos respiros empregues, e ao ensaio de estanquidade.
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No ensaio de estanquidade verificou-se que as fissuras internas persistiam, localizando-se maioritariamente no gito.3.5.1.2. Ensaio de flexão
A carga aplicada no ensaio de flexão do provete cerâmico, com 9,54 ± 0,01 mm de espessura, foi aproximadamente de 13 Kg – leitura no equipamento.
3.5.1.3. Ensaio de permeabilidade
Obteve-se um valor de 160 s, a ser utilizado igualmente como histórico da empresa.
3.5.2. Fundidos
3.5.2.1. Controlo visual Quantificação dos defeitos:
• Inclusões (1/15)
• Fissuras ligeiras da carapaça cerâmica (9/15)
Fig. 29: Imagem de defeito superficial, quase impercetível, induzido por uma fissura ligeira da carapaça
Após quantificação dos defeitos superficiais, verifica-se que o seu grau de severidade reduziu significativamente; contudo, os resultados levam a admitir a
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existência de algumas fissuras, de pequenas dimensões, na primeira camada de material cerâmico.
3.5.2.2. Avaliação da sanidade interna dos fundidos
Após vazamento, que se realizou à temperatura de 1481ºC, seguiu-se o abate e granalhagem dos fundidos e, finalmente, o seu controlo visual. Registou-se o aparecimento de rechupe em 14 das 15 peças analisadas; o entalhe prejudicou a sanidade interna das peças.
Fig. 30: Imagens obtidas nos ensaios de radioscopia de: a) peça com rechupe, localizado na zona mais maciça; b) peça sem rechupe
3.6.
Ensaio nº 5
3.6.1. Carapaça cerâmica
3.6.1.1. Controlo visual e ensaio de estanquidade
Tal como referido anteriormente, o processo de descerificação e sinterização decorreu em simultâneo com o do ensaio nº4. Os resultados do controlo visual da carapaça cerâmica eram bastante semelhantes.
A reparação efetuada serviu apenas para selar todos os respiros, antes do ensaio de estanquidade.
Após 5 segundos na qual se iniciou o ensaio de estanquidade, verificou-se que as dimensões das fissuras presentes no interior da carapaça são ligeiramente superiores ao ensaio nº4, de acordo com o caudal de água jorrado.
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3.6.1.2. Ensaio de flexão
A carga aplicada no ensaio de flexão do provete cerâmico, com 10,12 ± 0,01 mm de espessura, foi aproximadamente de 14 Kg – leitura no equipamento.
3.6.1.3. Ensaio de permeabilidade
Obteve-se um valor de 201 s, a ser utilizado igualmente como histórico da empresa.
3.6.2. Fundidos
3.6.2.1. Controlo visual Quantificação dos defeitos: • Inclusões (2/15)
• Fissuras ligeiras da carapaça cerâmica (7/15) • Fissuras severas da carapaça cerâmica (1/15)
Fig. 31: Imagem de defeito superficial resultante da ligeira fissuração da carapaça 3.6.2.2. Avaliação da sanidade interna dos fundidos
Após vazamento, que se realizou igualmente à temperatura de 1481ºC, procedeu-se ao abate e granalhagem dos fundidos e, finalmente, ao seu controlo visual. Registou-se o aparecimento de rechupe em 14 das 15 peças analisadas; constatou-se igualmente o efeito pernicioso do entalhe sobre a sanidade interna das peças.
56
Fig. 32: Imagens obtidas nos ensaios de radioscopia de: a) peça com rechupe, localizado na zona mais maciça; b) peça sem rechupe