Quais materiais são usados na fundição sob baixa pressão?

Durante esses anos trabalhando com fundição sob baixa pressão na JS, percebi profundamente que focar apenas na liga de alumínio usada para produzir uma peça fundida leve, resistente, lisa e bonita está longe de ser suficiente. Por trás disso, está o resultado do trabalho colaborativo de materiais essenciais.

A liga de alumínio fundido é o núcleo essencial. Mas, para preencher com precisão cada canto do molde com alumínio fundido, ela é indispensável em relação ao canal de alimentação cerâmico especial abaixo. Este deve suportar altas temperaturas e manter excelente compatibilidade química com o alumínio fundido para garantir que não ocorram reações prejudiciais.

E o aço para moldes, extremamente resistente a altas temperaturas e de alta força, é o que suporta enorme pressão e milhares de graus de alta temperatura, sendo reutilizado repetidamente para garantir a forma e o tamanho precisos da peça fundida.

Quando muitas pessoas mencionam fundição, inconscientemente pensam apenas no próprio material metálico. Mas, no processo de fundição sob baixa pressão , se falarmos apenas de ligas de alumínio, estaremos vendo apenas a camada mais superficial. O que realmente sustenta fundições de alta qualidade é o conjunto formado por aço especial para moldes, canaleta cerâmica especial e liga de alumínio. Cada um desses elementos desempenha um papel insubstituível. Sem essa ligação, seria impossível alcançar a fundição perfeita.

Resumo da resposta principal:

Este artigo responderá às suas perguntas:

• Neste guia, vou me concentrar em ligas de alumínio para fundição sob baixa pressão.
• E explique a importância crítica dos materiais do molde e do canal de alimentação.
• Por fim, usarei um caso real para mostrar como esse conjunto de materiais trabalha em conjunto para criar uma peça confiável e de alto desempenho.
• Após a leitura, você entenderá que boas peças fundidas são o resultado do trabalho em equipe dos materiais.

Por que confiar neste guia? Uma perspectiva abrangente da equipe de Fundição e Ciência de Materiais da JS.

Os projetos de fundição que nossa empresa realiza vão muito além de simples orçamentos para fundição de alumínio sob baixa pressão. O ponto crucial é que, a cada orçamento, incluímos um relatório de viabilidade do material, que é a parte mais valiosa do processo.

Ao fornecer orçamentos para fundição de alumínio sob baixa pressão, não consideramos apenas os custos dos materiais, mas também analisamos os riscos potenciais e as possibilidades de otimização da produção de peças fundidas em liga de alumínio sob baixa pressão, com base em extensos bancos de dados, para garantir a precisão e a relação custo-benefício dos orçamentos.

A JS Company possui mais de 15 anos de experiência em fundição sob baixa pressão, com foco especial na otimização de processos de fundição sob baixa pressão por contragravidade, atendendo centenas de clientes em todo o mundo.

Anos de experiência me proporcionaram um profundo conhecimento da complexidade da seleção de materiais. Por exemplo, para rodas de carro, costumamos usar o aço A356 com tratamento térmico T6, o que resulta em um material leve e durável. Mas, se formos fabricar um cabeçote de motor, o tipo de material e o processo de tratamento precisam ser escolhidos de forma diferente, pois as forças, temperaturas e até mesmo os modos de falha que a roda e o cabeçote precisam suportar são completamente distintos.

Para o molde, utilizamos aço H13 para o processo de tratamento térmico, controlando com precisão a temperatura de têmpera e os tempos de revenido. Dou muita atenção a esses aspectos, pois a vida útil do molde impactará diretamente o custo do produto do cliente.

Nossa experiência real:

• O produto de um cliente apresentava impurezas de incrustação na fundição, e a taxa de aprovação girava em torno de 85%, o que era um grande problema para ele.
• Após uma análise cuidadosa, descobrimos que o problema estava no alimentador de ferro fundido tradicional, com o qual o alumínio fundido reagia. Posteriormente, sugerimos substituí-lo por um alimentador de cerâmica de nitreto de silício , que é resistente a altas temperaturas e não reage quimicamente com o alumínio com facilidade.
• No final, o problema de impurezas foi resolvido e a taxa de aprovação subiu para 99%! Este caso demonstra que não basta ter uma boa liga de alumínio. A forma como os materiais interagem entre si é o mais importante.

Como enfatizou o Professor Harry Bhadeshia, um renomado engenheiro de materiais: Em engenharia, a falha de um material raramente resulta de um único fator. Geralmente, é consequência de uma incompatibilidade entre materiais, processos e projeto.

Como uma das fábricas de fundição de alumínio sob baixa pressão mais conhecidas do setor, possuímos certificações internacionais de sistemas de qualidade, como a IATF 16949, e todos os processos seguem padrões rigorosos para garantir a qualidade estável de cada lote de produtos.

Este guia é fruto da experiência prática e do conhecimento em ciência dos materiais que nossa equipe da JS vem acumulando aos poucos. É autêntico e confiável. Meu objetivo é compartilhar com vocês os erros que cometemos e os acertos que aprendemos, para que possam fabricar peças fundidas de alta qualidade , com desempenho mais confiável e custos mais competitivos.

O Protagonista Surge: O Parceiro Ideal para Fundição de Ligas de Alumínio sob Baixa Pressão

Nos projetos de fundição que realizo diariamente, frequentemente me deparo com a perfeita sinergia entre o processo de fundição sob baixa pressão e a liga de alumínio. A tecnologia de fundição sob baixa pressão em liga de alumínio encontra ampla aplicação devido à perfeita harmonia entre as características desse material e as propriedades da fundição sob baixa pressão.

Em termos simples, o que é fundição sob baixa pressão?

É um processo de fundição sob pressão no qual o metal fundido é forçado para dentro da cavidade do molde por uma baixa pressão (geralmente entre 0,5 e 1,5 bar), reduzindo assim defeitos como poros e contração, para obter peças fundidas mais densas e precisas. Abaixo, discutiremos por que a liga de alumínio é uma opção ideal e quais as ligas mais utilizadas.

Por que usar liga de alumínio como a melhor opção para fundição sob baixa pressão?

• As ligas de alumínio, especialmente as ligas de alumínio-silício como a A356, possuem propriedades de fundição superiores, oferecem boa fluidez e preenchem facilmente contornos complexos do molde, sendo importantes na conformação precisa em fundição de baixa pressão.
• É resistente, porém leve, com uma densidade de apenas cerca de um terço da do aço, e ainda assim apresenta boa resistência à tração, o que é uma grande vantagem para construções leves nas indústrias automobilística e aeronáutica.
• Por fim, as ligas de alumínio são bons condutores de corrosão e calor: são resistentes à oxidação e ao ataque químico, além de serem excelentes condutoras de calor, o que as torna um material ideal para o cabeçote de um motor, radiador ou carcaça de um dispositivo eletrônico. Todas essas características contribuem para tornar o processo de fundição sob baixa pressão eficaz e confiável.

As ligas de alumínio mais comumente utilizadas são:

• A356.0 ou ZL101A: Na nossa experiência na JS, são os principais materiais utilizados na fundição sob baixa pressão. Trata-se de uma liga de alumínio-silício-magnésio com boa capacidade de fundição e alta estanqueidade ao ar. Após o tratamento térmico T6, sua resistência e tenacidade podem ser aprimoradas, o que a torna particularmente adequada para a fabricação de rodas de alto desempenho, braços de suspensão ou componentes de motor .
• AlSi7Mg ou ZL101: São amplamente utilizados em normas europeias e têm desempenho semelhante ao A356. Dependendo dos requisitos específicos do projeto, como maior resistência à tração, alongamento ou resistência ao calor, também utilizamos outras ligas de alumínio, mas o A356 e o ​​AlSi7Mg representam mais de 80% do nosso trabalho diário.

"A fundição de liga de alumínio sob baixa pressão combina eficiência de processo e vantagens de material para produzir peças leves e de alta precisão. Se eu fosse responsável por este projeto, começaria pelas necessidades do cliente, analisaria o cenário de aplicação, selecionaria a liga de alumínio apropriada (preferencialmente A356), otimizaria os parâmetros de baixa pressão e garantiria a qualidade da peça fundida. A JS se concentra nessa solução eficiente e convidamos você a entrar em contato conosco para discutirmos como fabricar peças fundidas em liga de alumínio sob baixa pressão."

Heróis dos bastidores: moldes e materiais que levam à perfeição

Vamos continuar falando sobre fundição de alumínio sob baixa pressão . Desta vez, falaremos sobre aqueles "heróis dos bastidores" que são facilmente esquecidos, mas absolutamente essenciais: os moldes e os materiais dos equipamentos. Imagine que a liga de alumínio é o protagonista no palco, e o molde e os equipamentos são o palco e a iluminação. Sem eles, por melhor que seja o protagonista, ele não consegue fazer um bom espetáculo!

Material do molde: Durabilidade é a dura realidade!

• Desafio principal: O molde deve suportar repetidamente a ebulição de alumínio em água a 600-700°C e a pressão da contração por resfriamento. Não pode deformar-se ou rachar com o tempo. Essa exigência de resistência é altíssima!
• Nossa primeira opção: aço para matrizes de trabalho a quente, como o conhecido H13 (padrão americano) ou o SKD61 (padrão japonês).

Por que esse tipo de aço é tão poderoso?

Contém materiais como cromo, molibdênio e vanádio, que o tornam forte e resistente a altas temperaturas, suportando especialmente a fadiga causada por repetidas variações de temperatura. Em nossa oficina JS, o H13/SKD61 é o principal material utilizado na fabricação de moldes metálicos para fundição sob baixa pressão.

Tubo de elevação: O canal central da fundição de baixa pressão por contragravidade

Este tubo é crucial! O alumínio líquido é despejado no molde "a montante" por ele. Geralmente, temos requisitos extremamente rigorosos para ele:

• Propriedades químicas estáveis: Não deve reagir com alumínio e água, contaminar o metal fundido e as impurezas na peça fundida serão descartadas.
• Controle a temperatura: A água com alumínio não pode esfriar muito rapidamente ao subir no tubo, caso contrário, congelará antes de preencher o molde.
• Alta durabilidade: Deve resistir à corrosão causada pela água em altas temperaturas do alumínio, bem como a choques térmicos (quentes e frios), e não pode quebrar facilmente.

Nossa primeira escolha é o tubo cerâmico de nitreto de silício (Si₃N₄). O que torna esse material tão especial? Ele é particularmente resistente à corrosão, possui alta resistência mecânica, não sofre com a expansão e contração térmica e tem uma longa vida útil. As peças fundidas feitas com ele são da melhor qualidade. Claro, também existem soluções mais econômicas, como adicionar uma camada de revestimento dentro de tubos de ferro fundido ou aço, mas, para ser sincero, a durabilidade e o efeito antipoluição são inferiores aos dos tubos cerâmicos.

Uma das chaves para entender o que é fundição sob baixa pressão é reconhecer o papel do alimentador na fundição sob baixa pressão por contragravidade.

Outras "funções de apoio essenciais" que não podem ser ignoradas:

• Cadinho: Um recipiente usado para fundir alumínio e água. Geralmente usamos cadinhos de grafite porque são resistentes a altas temperaturas e o alumínio e a água não reagem quando imersos neles.
• Agente desmoldante: Deve ser pulverizado no molde antes de cada vazamento. Suas principais funções são: primeiro, permitir que a peça fundida solidificada seja desmoldada suavemente; segundo, formar uma película protetora na parede interna do molde para reduzir os danos diretos da liga de alumínio em alta temperatura ao molde e prolongar sua vida útil.

Para produzir peças de alta qualidade e estáveis ​​em fundição de liga de alumínio sob baixa pressão, não basta apenas ter uma boa liga de alumínio. A seleção adequada de cada componente, como moldes, tubos de alimentação e agentes desmoldantes, afeta diretamente o sucesso ou o fracasso do processo.

"Na JS, reconhecemos o valor desses 'heróis dos bastidores'. Desde a seleção do aço para moldes e a aplicação de tubos de alimentação de cerâmica até o controle preciso dos parâmetros do processo, acumulamos vasta experiência prática. Se você precisa de fundição de alumínio sob baixa pressão, entre em contato conosco. Ajudaremos você a encontrar a solução de material e o processo mais adequados!"

Análise de Caso Prático: Desenvolvimento de uma Placa de Resfriamento de Bateria Integrada para Veículos Elétricos de Ponta

No setor de veículos elétricos, a bateria é o componente principal, e seu sistema de refrigeração é a garantia de sua vida útil. Empreendemos um projeto desafiador: desenvolver uma placa de refrigeração de bateria com dimensões extragrandes (1,5 metros de comprimento) e canais de fluxo internos extremamente complexos (design em forma de S) para um dos principais fabricantes de veículos elétricos. Os requisitos essenciais eram: confiabilidade absoluta e zero vazamento.

Desafio do cliente: Fabricar uma placa de resfriamento grande e complexa que não pode apresentar vazamentos.

A solução anterior do cliente apresentava dois grandes problemas:

• Solução de soldagem tradicional: Soldar vários componentes pequenos para formar uma peça única. Isso acarreta centenas de pontos potenciais de vazamento, alto risco de falha sob vibração prolongada e, com mais peças, aumenta o peso.
• Tentativa de fundição sob pressão: Limitada pelo tamanho extra grande e pelos complexos canais de fluxo internos, pequenos poros se formam facilmente durante o enchimento em alta velocidade, o que também não atende aos rigorosos requisitos de zero vazamento.

A solução da JS: um sistema completo de materiais para fundição de baixa pressão.

Após análise, descobrimos que a chave para o sucesso reside nos materiais e processos : precisamos escolher uma combinação de material e processo que permita formar uma estrutura complexa de uma só vez, sem deixar emendas. Assim, optamos pela tecnologia de fundição sob baixa pressão.

• Liga de fundição preferida: Utilizamos a liga de alumínio A356. Ela possui boa fluidez, alta densidade após a solidificação e pode preencher completamente canais de fluxo complexos. Mais importante ainda, após o tratamento térmico padrão T6, ela adquire alta resistência e tenacidade, além de apresentar altíssima estanqueidade ao ar, o que é fundamental para a prevenção de vazamentos.
• Processo de precisão e design do molde: A fundição sob baixa pressão permite que o alumínio líquido preencha o molde lentamente, evitando a entrada de ar e replicando com perfeição os minúsculos canais de fluxo. Além disso, o molde foi fabricado em aço H13, com a adição de tubos de refrigeração internos, controlando com precisão o processo de solidificação e prevenindo eficazmente a contração.
• Equipamentos essenciais: Considerando os altos requisitos de pureza do canal de fluxo do fluido refrigerante, insistimos no uso de tubos de alimentação de cerâmica de nitreto de silício em máquinas de fundição sob baixa pressão. Este material inerte garante a pureza da peça fundida desde a sua origem. O resultado final é uma peça de alumínio fundida sob baixa pressão de alto desempenho.

Vantagens comparativas do processo de fundição sob baixa pressão:

Fonte: SAE International, Fundição Avançada para Sistemas de Refrigeração de Veículos Elétricos, 2024.

Resultado final: núcleo de segurança leve e de alta confiabilidade

Nossa solução trouxe melhorias significativas:

• Estrutura geral: Transformamos com sucesso o componente complexo, originalmente composto por mais de 20 peças soldadas, em uma única peça fundida integral, eliminando o risco de vazamento de solda e melhorando a confiabilidade estrutural.
• Verificação de zero vazamento: Aprovado no teste de vazamento de hélio mais rigoroso, obtendo-se a certificação de zero vazamento. Simultaneamente, passou por testes de ciclo de pressão e vibração de 100%, atendendo plenamente aos padrões de segurança .
• Redução significativa de peso: Comparada com a solução de soldagem original do cliente, nossa placa de resfriamento é 20% mais leve, contribuindo para melhorar a eficiência energética de todo o veículo.
• Maior eficiência de produção: O processo de moldagem em peça única simplifica o processo de produção e melhora a eficiência em comparação com a soldagem manual.

Inspiração central: A otimização do sistema é fundamental.

Após concluir com sucesso este projeto, percebi uma verdade: o sucesso da fundição de alumínio sob baixa pressão não é fruto de palpites, mas sim da otimização sistemática de três áreas principais: ligas de fundição, moldes e equipamentos. Cada detalhe deve estar em perfeita harmonia para produzir um produto de qualidade.

"Se eu liderasse este projeto, primeiro analisaria profundamente as necessidades do cliente e, em seguida, utilizaria nossa expertise em fundição de baixa pressão da JS para selecionar a liga de alumínio A356 adequada e personalizar o molde H13 para garantir um processo puro. Durante a fase de testes, eu ajustaria o ciclo de pressão e eliminaria vazamentos antecipadamente. A JS está comprometida em solucionar desafios complexos com tecnologia de fundição e espera contribuir para o desenvolvimento da plataforma de veículos elétricos de próxima geração."

Perguntas frequentes - Respondendo a mais perguntas sobre materiais de fundição

Pergunta 1: Qual é a diferença fundamental entre materiais de fundição sob baixa pressão e materiais de fundição em areia?

A principal diferença entre os dois processos reside no material do molde:

• A fundição sob baixa pressão utiliza um molde metálico reutilizável, como o aço H13 que usamos com frequência. Esse molde rígido garante dimensões precisas da peça fundida, superfície lisa e alta eficiência.
• O molde para fundição em areia é descartável, geralmente um molde de areia feito de areia de quartzo e um aglutinante. Os moldes de areia são baratos de fabricar e são particularmente adequados para peças grandes e relativamente simples. No entanto, em comparação com os moldes metálicos, a precisão e o acabamento das peças produzidas com moldes de areia são muito inferiores.

Portanto, qual processo escolher? O material do molde (metal ou areia) é o ponto de partida fundamental.

Pergunta 2: Por que a fundição sob baixa pressão não é frequentemente usada em materiais de aço?

• O fator crucial é a temperatura! A fusão do aço requer cerca de 1500 °C, muito mais alta do que a liga de alumínio que costumamos produzir (cerca de 660 °C). Uma temperatura tão elevada representa um grande desafio para os equipamentos.
• Fornos de isolamento, canais de alimentação e, principalmente, moldes metálicos que utilizamos repetidamente (como o aço H13) são propensos a problemas em temperaturas tão elevadas, e sua vida útil será drasticamente reduzida. Eles precisarão ser substituídos em breve, e o custo é muito alto.

Assim, a fundição sob baixa pressão é ideal para ligas leves como alumínio e magnésio. Seu uso é o mais adequado e econômico.

Pergunta 3: Qual a diferença entre fundição sob baixa pressão e fundição sob alta pressão na seleção de materiais?

Os métodos de trabalho desses dois processos são muito diferentes, o que afeta diretamente a escolha dos materiais:

Fundição sob alta pressão:

• É um processo rápido, em que o metal fundido é instantaneamente injetado no molde sob alta pressão. Frequentemente utilizamos materiais com boa fluidez, como ligas de alumínio e zinco, que preenchem rapidamente todos os cantos do molde.
• Mas o problema também está aqui. Se o processo for feito com muita pressa, é fácil aprisionar o ar em seu interior e formar poros minúsculos.
• Isso dificulta a realização de processos de reforço, como o tratamento térmico T6, no futuro. Uma vez que os poros se expandem com o aquecimento, as peças podem deformar-se e serem descartadas.

Fundição sob baixa pressão:

• A alimentação é lenta e constante, utilizando a pressão do ar para impulsionar o metal fundido para dentro do molde. Dessa forma, o gás não é facilmente aspirado, e o interior da peça fundida fica muito denso, praticamente sem poros.
• Portanto, as peças fabricadas por esse processo são particularmente adequadas para o tratamento térmico T6. Após o tratamento térmico, a resistência e a dureza do material podem ser significativamente melhoradas.

Resumo

Para aproveitar ao máximo a fundição sob baixa pressão, não basta apenas observar as peças de liga de alumínio produzidas. A chave está nos materiais principais e nos sistemas de processo que sustentam todo o processo , como o aço para moldes H13 de alta durabilidade, o alimentador de cerâmica resistente à corrosão e outros componentes essenciais. Como uma das muitas fábricas de fundição de alumínio sob baixa pressão , sabemos que somente selecionando os materiais certos e garantindo que todo o sistema de processo esteja em pleno funcionamento é possível produzir peças de alto desempenho e alta confiabilidade.

Seu projeto precisa de uma solução desse tipo?

• Você busca um método para fabricar peças de liga de alumínio que permitam a criação de formatos complexos e garantam a mais alta qualidade?
• Você acha que a escolha de materiais não pode se basear apenas na qualidade, mas também em como todo o processo de fabricação interage?

A JS oferece suporte profissional:

• Não nos concentramos apenas na seleção das ligas de alumínio, mas também oferecemos soluções completas de otimização de processos:
• Compatibilidade de materiais: Analisamos os requisitos do seu projeto e recomendamos a liga de alumínio mais adequada.
• Otimização do sistema: O princípio fundamental reside na otimização do projeto do molde, dos parâmetros do processo e dos sistemas de materiais de suporte para garantir o máximo desempenho da peça.
• Orçamento transparente: Você receberá um orçamento claro e detalhado para o projeto.

Aja agora : Envie seus desenhos de projeto!

Combinamos conhecimento profissional de materiais e tecnologia consolidada de fundição sob baixa pressão para oferecer um plano de fabricação confiável e um orçamento realista, ajudando você a produzir peças de alta qualidade.

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