BECKERT

SS AÇOTÉNICA

Previsão micro estrutural de um rotor de turbina em superliga de níquel fabricado pelo processo de fundição de precisão usando ProCAST

V

O DESAFIO Os rotores de conjuntos turbo-compressores utilizados em motores à combustão interna têm grande necessidade e demandam uma microestrutura refinada para uma consequente melhora das propriedades mecânicas do componente. Faz-se necessário este comportamento micro estrutural, devido às condições severas dos carregamentos de serviço que atuarão no rotor (temperatura, pressão e rotação). O maior desafio na concepção deste projeto se dá na definição do preenchimento da cavidade com metal líquido, principalmente na região das pás que tem espessura em torno de um milímetro. Mostra-se neste trabalho. A comparação entre dois diferentes tipos de canais de entrada e os consequentes impactos em todo o processo de fundição por cera perdida, analisando os resultados durante o enchimento da cavidade, e no processo de solidificação com os detalhes de alimentação das bolsas de metal líquido.

OS BENEFÍCIOS - Modelamento virtual completo do processo de fundição por micro- fusão. - Precisão na predição de defeitos e micro estrutura do componente. - Maior rapidez no aprendizado da equipe de engenharia que conhece melhor as variáveis do processo.
Na fundição de precisão o modelo é feito a partir de uma cera ou plástico com baixa temperatura de fusão. São aplicadas várias camadas de lama na superfície do modelo, que endurece para formar um molde sólido. Depois a cera ou plástico é extraído por aquecimento em um forno, deixando assim a cavidade livre com a forma desejada. Neste caso a Açotécnica emprega processo de microfusão devido à necessidade de precisão dimensional dos pequenos detalhes e excelente acabamento nas faces das pás. A engenharia de processos da Açotécnica tinha que definir dentre dois diferentes tipos de sistemas de alimentação para o metal líquido que era vazado na cavidade, e qual estava resultando numa melhor microestrutura final além de mostrar-se com a melhor condição de resfriamento durante a solidificação. Para a escolha de apenas uma das geometrias sugeridas pela engenharia de projeto, foram definidos três parâmetros de processo de fabricação, que na avaliação dos especialistas envolvidos eram os mais importantes: • Preenchimento de metal nas arestas das pás. • Macro porosidade na região de mais massa. • Estrutura de grão mais refinada. A entrada e saída de dados das simulações foi feita no ambiente gráfico de última geração Visual-CAST. Visual é uma interface gráfica de gerenciamento e acoplamento de físicas desenvolvida pela ESI Group para trabalhar com todas as soluções da empresa. Neste caso usou-se o solver que é empregado nos problemas de processo de fabricação por fundição chamado ProCAST. Apresentam-se abaixo as vistas superiores das duas geometrias estudadas usando o software ProCAST: Sextavado Estrelado Observa-se nos resultados de temperatura que os gradientes são diferentes, pois a geometria com formato estrelado mantém uma temperatura mais elevada em seu núcleo em comparação com a geometria de formato sextavado. Explica-se agora como foram estudados os três parâmetros. 1) Preenchimento de metal Analisou-se a possível falta de preenchimento nas arestas das pás por meio de dois resultados diferentes. Primeiro verificou-se o resultado de fração de ar na cavidade para garantir que existia apenas metal, e depois verificou-se o tempo de exposição do metal líquido ao ar que estava aprisionado na cavidade, para concluir se o preenchimento obtido é ideal ou não. Apresenta-se abaixo a proporção de oxidação obtida pelo software, que por sua vez leva em conta as variáveis citadas acima. 2) Macro porosidade no núcleo Aqui se observa o comportamento do metal durante a solidificação. Existem diferenças nos resultados devido a variações nos gradientes de temperatura, tendo influência direta nas bolsas de líquido que se formam. Nota-se que com o perfil de canal sextavado a bolsa de líquido perde sua alimentação antes, se comparado ao perfil estrelado. 3) Tamanho de grão A estrutura de grão refinada tem uma influência positiva nas propriedades mecânicas do componente, portanto foram estudadas virtualmente várias taxas de resfriamento a fim de obter os mais finos grãos possíveis, sem que fosse afetada a qualidade superficial do rotor.
“O ProCAST permite prever defeitos e morfologia de grãos eliminando assim experimentos no processo que oneram o lançamento de novos produtos”. Caio Fazzioli Tavares Gerente da Engenharia Açotécnica S.A.

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