Quando o metal fundido é exposto ao ar, gases como o azoto e o hidrogénio podem dissolver-se nele, dando origem a defeitos como a porosidade, nitretos e hidretos após o arrefecimento.Estes defeitos comprometem a integridade estrutural, a densidade e as propriedades mecânicas do metal.Para atenuar esta situação, são utilizados fornos especializados como forno de atmosfera controlada ou fornos de fundição a vácuo são utilizados para criar um ambiente que minimiza a contaminação por gás, garantindo maior pureza e desempenho no produto final.
Pontos-chave explicados:
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Gases que se dissolvem em metal fundido
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Nitrogénio (N₂):
- Dissolve-se a altas temperaturas, formando nitretos (por exemplo, nitreto de ferro no aço).
- Causa fragilidade e reduz a ductilidade.
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Hidrogénio (H₂):
- Altamente solúvel no metal fundido, levando à porosidade (bolhas de gás) após o arrefecimento.
- Resulta em fragilização por hidrogénio, enfraquecendo o metal.
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Oxigénio (O₂):
- Embora menos solúvel, reage com metais para formar óxidos (por exemplo, óxido de alumínio), criando inclusões.
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Nitrogénio (N₂):
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Defeitos Causados por Gases Dissolvidos
- Porosidade: As bolhas de gás aprisionadas durante a solidificação reduzem a densidade e a resistência mecânica.
- Nitretos/Hidretos: Formam-se compostos frágeis, tornando o metal propenso a fissuras.
- Inclusões de óxido: As impurezas não metálicas degradam o acabamento da superfície e a resistência à fadiga.
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Estratégias de mitigação
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Fornos de atmosfera controlada:
- Substituir o ar por gases inertes (árgon, hélio) ou atmosferas redutoras (misturas de hidrogénio e nitrogénio) para evitar a absorção de gás.
- Crítico para processos como a sinterização ou o tratamento térmico em que as reacções gás-metal são indesejáveis.
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Fusão a vácuo:
- Remove todos os gases atmosféricos, ideal para ligas de alta pureza (por exemplo, componentes aeroespaciais).
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Fluxo/Desgaseificação:
- Os fluxos químicos (por exemplo, cloretos) absorvem gases, enquanto a desgaseificação por vácuo remove o hidrogénio dissolvido.
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Fornos de atmosfera controlada:
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Implicações específicas para a indústria
- Fundições: A porosidade causada pelo hidrogénio exige inspecções pós-fundição, como a tomografia de raios X.
- Ligas dentárias/médicas: Atmosferas controladas garantem a biocompatibilidade e a precisão dos dispositivos.
- Ligas de alto desempenho: Os sectores aeroespacial e automóvel dependem de fornos de vácuo para evitar falhas induzidas por nitretos.
Ao compreender estas interações, os fabricantes podem selecionar o equipamento certo (por exemplo forno de atmosfera controlada ) e processos para minimizar os defeitos, assegurando um desempenho ótimo do material.
Tabela de resumo:
| Gás | Defeitos causados | Estratégias de Mitigação |
|---|---|---|
| Azoto (N₂) | Nitretos, fragilidade | Fornos de atmosfera controlada |
| Hidrogénio (H₂) | Porosidade, fragilização | Fusão sob vácuo, desgaseificação |
| Oxigénio (O₂) | Inclusões de óxido | Fluxação, ambientes de gás inerte |
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