fundição outros métodos.pdf
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UNIVERSIDADE PAULISTA
DYEGO DA CUNHA LELIS MOREIRA
B05877-3
GABRIELA MAGNO CONTENTE A75CCE-0
KENIA DIANY GARCIA B0305H-4
VINICIUS RENAN FUJINO CASTRO B032HG-7
VITOR ROBERTO DE SOUZA B052ID-0
FUNDIÇÃO OUTROS MÉTODOS
SÃO JOSÉ DO RIO PRETO
2013
UNIVERSIDADE PAULISTA
FUNDIÇÃO OUTROS MÉTODOS
Trabalho semestral apresentado ao
curso de Engenharia Mecatrônica da
Universidade Paulista – UNIP –
como exigência para a obtenção de
nota na disciplina de Fabricação
Mecânica.
Docente: Prof. Dr. Otávio Villar.
SÃO JOSÉ DO RIO PRETO
2013
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO...........................................................................................................04
1. Evolução Histórica........................................................................................04
1.1 Linha do Tempo..............................................................................................06
2. Ligas................................................................................................................07
2.1 Classificação....................................................................................................08
2.2 Fundidos Ferrosos...........................................................................................08
2.3 Fundidos Não Ferrosos...................................................................................09
3. Fundição.........................................................................................................10
3.1 Processos de Fundição...................................................................................11
3.1.1 Confecção do Modelo da Peça.............................................................11
3.1.2 Confecção do Molde.............................................................................11
3.1.3 Confecção dos Machos.........................................................................12
3.1.4 Fechamento do Molde...........................................................................12
3.1.5 Fusão....................................................................................................12
3.1.6 Vazamento............................................................................................12
3.1.7 Desmoldagem.......................................................................................12
3.1.8 Cortes de Canais e Massalotes............................................................12
3.1.9 Rebarbação e Limpeza.........................................................................12
3.1.10 Inspeção e Recuperação......................................................................13
3.2 Métodos de Fundição......................................................................................13
3.2.1 Em Casca (Shell Molding).....................................................................13
3.2.2 Fundição de Precisão............................................................................13
3.2.2.1 Mercast.......................................................................................14
3.2.2.2 Cera Perdida..............................................................................14
3.2.3 Molde Permanente – Fundição por Gravidade (Coquilha)....................15
3.2.4 Molde permanente – Fundição Sob Pressão........................................16
3.2.5 Fundição Contínua................................................................................17
3.2.6 Fundição Centrífuga..............................................................................18
4. A Indústria Mundial de Fundidos.................................................................18
5. Setor Brasileiro de Fundição........................................................................19
CONCLUSÃO............................................................................................................21
Referências Bibliográficas......................................................................................22
ANEXOS....................................................................................................................24
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FUNDIÇÃO OUTROS MÉTODOS
INTRODUÇÃO
Durante o decorrer da história o homem foi percebendo que precisaria
desenvolver um tipo de material que tivesse as características desejadas para um
trabalho de acentuado nível de desgaste.
Estas características foram parcialmente encontradas no minério de ferro.
Com o aprimoramento das técnicas de manejo desse minério originou-se a
descoberta do aço, e com isso a produção e a confecção de ferramentas e
diferentes tipos de equipamentos, utilizando-se dessa matéria prima.
Um dos processos de aprimoramento utilizados no manuseio do minério de
ferro foi o da fundição. Tal método possibilitou a fabricação de peças mais
elaboradas, as quais atendiam de melhor maneira as necessidades do homem.
Sendo definida como um conjunto de atividades, que por meio da fusão dão forma a
materiais.
1. Evolução Histórica
O processo de fundição consiste na fabricação de peças metálicas por meio
do preenchimento, com metal líquido, de um molde cuja cavidade apresenta
dimensões semelhantes às da peça que se deseja fabricar. Uma definição mais
técnica e atual para o processo de fundição consiste “na preparação, fusão e refino
de insumos metálicos, seu vazamento em moldes (por gravidade, pressão,
centrifugação no vácuo) e na limpeza e acabamento das peças brutas assim
obtidas” [Monticelli (1994)].
Ainda que não haja um consenso, acredita-se que tal data de 5000 a.C.,
quando já se faziam objetos em cobre fundido por meio de moldes em pedra lascada
[Rossitti (1993)]. Uma das razões para as quais se acredita que o cobre foi o
primeiro metal fundido pelo homem, se dá pelo seu baixo ponto de fusão. Sendo que
em meados de 3300 a.C., as técnica de fundição evoluíram. A adição de estanho ou
arsênio ao cobre formou uma nova liga denominada de bronze, o que aumentou a
dureza do metal e permitiu ao homem produzir armas e armaduras com elevada
resistência. No entanto, o bronze era considerado um artigo de luxo e dificilmente
seu uso chegava nas mãos de soldados ou plebeus. (anexo 1)
5
Já nessa mesma época, na China e na Mesopotâmia, o processo em “cera
perdida” era conhecido. Achados arqueológicos datam que de 1700 a.C. e 1100
a.C., artesãos da dinastia Shang utilizavam esse tipo de fundição para fabricar
objetos artísticos de paredes finas, com desenhos sofisticados.
Apesar de o minério de ferro ser encontrado em abundância na natureza, o
primeiro fundido de ferro conhecido é de 600 a.C. [Loper(2003)]. Trata-se de um
tripé de 275 kg produzido na China. Outras fontes indicam que o processo de
fundição do ferro data de 1000 a.C., os chineses já produziam peças de ferro
fundido em temperaturas mais elevadas, obtidas em fornos de carvão soprados por
foles [Ribeiro(2008)]. (anexo 2)
Sendo que os primeiros fundidos em ferro tinham baixíssima resistência à
fratura e que apenas mais tarde foi introduzido o carvão durante o processo de
fusão, para que fosse conferindo maior resistência à peça final.
Na era romana, de 250 a 100 a.C. a metalurgia do ferro já era largamente
conhecida e aplicada na fabricação de machados, ferramentas, charruas, canos e
armamentos. (anexo 3)
O processo produtivo, no entanto, não sofreu significativa evolução ao longo
dos séculos seguintes. Os fundidos de ferro cinzento e os fundidos de ferro branco
foram produzidos sem muitas mudanças através dos anos [Loper(2003)], e que
apenas em 1638 d.C., que os primeiros estudos científicos sobre a resistências dos
metais à ruptura foram realizados pro Galileu Galilei [Ribeiro(2008)].Inovações no
método produtivo foram feitas no século XVII, por meio de incarbonização, que
consiste na adição de carbono ao ferro – o que daria origem, futuramente, ao aço
[Ribeiro(2008)]. O processo de fundição em aço data de 1740 e é atribuído ao inglês
Benjamin Huntsman.
Descoberto, por Réaumur, a descarbonetização dos ferros fundidos brancos,
que promoveu maior ductibilidade a seções finas, ocorreu em apenas 1722.
Somente em 1830, Seth Boyden, por acidente, descobriu que certas composições
de fundidos de ferro branco poderiam ser tratadas a quente, de forma que o
carboneto de ferro se decompunha para grafita, dando origem ao ferro fundido
maleável de núcleo preto.
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No período da Segunda Guerra Mundial, foi realizado o controle da morfologia
da grafita durante a solidificação, que proporcionou avanços significativos na ciência
e na produção de ferros fundidos.
Sendo assim fica a seguinte frase de [Loper(2003)], “a família dos fundidos de
ferro tem uma longa história, enquanto a família dos fundidos de ferro que
conhecemos e usamos nas aplicações atuais de engenharia datam da metade do
último século”.
Já no Brasil, a primeira casa de fundição surgiu no final do século XVI, em
São Paulo, e era destinada à fundição de ouro extraído das minas de Jaraguá e
arredores. No decorrer do século XVIII, muitas casas de fundição foram criadas em
Minas Gerias, Goiás, Mato Grosso e Bahia. A fundição de ferro passou a ser feita a
partir do século XVII e, nos últimos dias de seu domínio, a coroa portuguesa chegou
a construir alguns altos-fornos na colônia. A demanda por ferrovias e portos
fomentou, por muito tempo, o desempenho das fundições, de modo que os pátios de
reparo das companhias ferroviárias e os estaleiros passaram a ter as mais bem
equipadas oficinas metalúrgicas do país [Bethell(2002)].
Mais tarde, com a chegada da industrial automotiva e a construção de
Brasília, o setor de fundição ganhou novo fôlego, e cumprindo um importante papel
no desenvolvimento da industrial nacional. (anexo 4)
1.1 Linha do Tempo
1480 – Nasce Biringuiccio, considerado o primeiro e verdadeiro fundidor.
1612 – Têm-se a primeira menção do carvão marinho, feito pelo inventor e
fundido alemão Simon Strurtevant.
1709 – Abraham Darby desenvolve a primeira caixa de moldagem. Inicia mais
tarde o uso de coque como combustível para a obtenção do ferro.
1722 – O ferro maleável é desenvolvido por A.F de Reamur.
1794 – É inventado o primeiro forno Cubilô.
1825 – O alumínio é isolado do cloreto de alumínio.
1863 – Henry C. Sorby desenvolve a metalografia, possibilitando o polimento
e exame microscópio para analisar a superfície do metal.
1880 – A primeira fresa de acabamento de fundidos é desenvolvida nos EUA.
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1886 – O estudante de 22 anos, Charles M. Hall descobre o processo de
redução do alumínio através da eletrólise.
1897 – O processo de microfusão por cera perdida é adaptado na produção
de próteses dentárias.
1898 – São produzidos os primeiros moldes de areia ligados com silicato de
sódio.
1899 – É iniciada a produção comercial do forno elétrico a arco.
1906 – Instalados nos EUA o primeiro forno elétrico a arco e o primeiro forno
a indução de baixa freqüência.
1916 – É inventado o forno de indução sem núcleo.
1924 – Com a marca de 1 (um) milhão de carros produzidos em 132 dias
atingida por Henry Ford, a manufatura de automóveis consumira um terço da
demanda de fundidos dos EUA.
1930 – O primeiro forno de indução sem núcleo de alta freqüência é instalado
nos EUA.
1940 – A relação entre o tempo de solidificação e a geometria da peça é
desenvolvida por Chvorinov.
1947 – O processo de fundição em casca (Shell molding) é descoberto e
tornado público.
1957 – Vagn Age Jeppesen, inventa a máquina de moldagem de areia verde
sem caixas e com partição vertical.
1964 – É entregue na Dinamarca a primeira máquina de moldar areia verde e
de fazer partição vertical.
1971 – O processo de moldagem a vácuo é desenvolvido no Japão.
1971 – Através do processo de moldagem semi-sólida, são gerados os
primeiros fundidos semi-sólidos.
1995 – A simulação da microestrutura é desenvolvida e a fundição em semi-
sólido inicia sua produção comercial, penetrando no mercado.
2. Ligas
Antes de concentrar todas nossas atenções as técnicas de fundição,
primeiramente faremos uma breve introdução sobre as ligas metálicas as quais são
fundamentais para a execução dos processos de fundição.
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2.1 Classificação
Os fundidos podem ser classificados de duas maneiras: os ferrosos e os não
ferrosos. Sendo pertencente da classe dos ferrosos o ferro fundido branco, ferro
fundido mesclado, ferro fundido cinzento, ferro fundido nodular, ferro fundido
vermicular, ferro fundido maleável e por fim o aço. Já os não ferrosos são os demais
e o alumínio.
2.2 Fundidos Ferrosos
“Os metais ferrosos são ligas de ferro com carbono (...) que se dividem em
aço e ferros fundidos” [Malishev, Nikolaiv e Shuvalov (1970)]. Os ferros fundidos são
ligas do sistema ternário Fe-C-Si, contendo teores de carbono superiores a 2%. O
aço por sua vez, contém teores inferiores a 2%.
As propriedades mecânicas dos ferros fundidos são definidas, basicamente,
por sua microestrutura, isto é, pela forma como o carbono se encontra distribuído:
ele pode estar tanto combinado diretamente ao ferro (cementita) como em estado
livre (grafita).
Fundidos sob a microestrutura cementita, também chamada de carboneto de
ferro (Fe3C), têm elevada dureza, e alta resistência mecânica e com baixa
tenacidade, o que torna o metal dura, porém quebradiço. Fundidos com essa
microestrutura apresentam coloração mais clara.
A grafita é um alótropo natural do carbono e tem baixa dureza, baixa
resistência mecânica, mas boa usinabilidade. A peça fundida feita de grafita
apresenta uma coloração mais escura (na cor do grafite), devido a quantidade de
carbono “solto” em sua estrutura.
O acréscimo de determinados elementos de liga, como silício (Si), níquel (Ni),
cromo (Cr), magnésio (Mg), molibdênio (Mo), vanádio (V) e manganês (Mn), modifica
a microestrutura do fundido, alterando de forma significativa as suas propriedades
mecânicas, tais como rigidez e ductibilidade. O silício, o alumínio e o níquel
favorecem a formação da grafita e conferem maior usinabilidade à peça. O cromo, o
manganês, o molibdênio e o vanádio favorecem a formação de cementita,
conferindo a peça maior dureza e resistência mecânica da liga. O potássio e o
enxofre são considerados impurezas e devem ser mantidos em baixas
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concentrações. O enxofre reduz a tenacidade do material e o potássio eleva a
dureza. Teores acima de 0,5% de potássio causam forte fragilização da estrutura. O
manganês também é utilizado como disssulfurante, para reduzir os efeitos do
enxofre.
A velocidade de resfriamento durante a solidificação do material também
influencia as propriedades mecânicas dos fundidos. Velocidades elevadas,
promovidas por resfriamento contra superfícies metálicas (coquilhas ou resfriadores),
favorecem a formação de cementita, enquanto baixas velocidades, promovidas por
resfriamento de areia, favorecem a formação de grafita.
Além da composição química e da velocidade de resfriamento, a inoculação
pode alterar as propriedades mecânicas dos ferros fundidos, favorecendo a
formação de grafita. A inoculação consiste na adição de uma anti-liga granulada no
metal líquido, para promover a formação de “núcleos sólidos” no metal, nos quais a
formação de grafita pode começar. O processo permite a formação de
microestruturas mais homogêneas e uniformes.
Alguns ferros fundidos também passam pro tratamento térmico para
modificarem suas propriedades mecânicas.
Como características gerias, os ferros fundidos apresentam: ponto de fusão
relativamente baixo (1200ºC);baixo custo de produção, em parte obtido pelo menor
uso de combustível para fundir o metal, e boa usinabilidade, comparados ao aço.
Os fundidos ferrosos, de acordo com sua composição, podem ser
classificados como brancos, mesclados, cinzentos, nodulares, vermiculares,
maleáveis e aços.
2.3 Fundidos Não Ferrosos
Dentre os fundidos não ferrosos estão os fundidos em alumínio, zinco, cobre
e magnésio. Dos quais o alumínio tem a maior importância comercial, tanto nacional
como internacional. No mundo, cerca de 75% dos fundidos não ferrosos são
produzidos em alumínio. Esse percentual chega a 90% no Brasil.
A obtenção do alumínio divide-se em três etapas: mineração, refino e
redução. Na fase de mineração, obtém-se a bauxita, minério avermelhado que deve
conter, no mínimo, 30% de alumina aproveitável, para que a produção de alumínio
seja economicamente viável. Na fase de refino, realiza-se a extração de alumina
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presente na bauxita. O processo de Bayer, aplicado nessa fase, consiste na adição
de soda cáustica à bauxita, seguida da filtragem do material sólido, que é
concentrado e cristalizado em alumina. Os cristais de alumina são secos e
calcinados para retirada de toda a água, restando somente alumina em pó branco.
Na fase de redução, transforma-se o pó de alumina em alumínio por meio do
processo eletrolítico de Hall-Heroult.
De modo geral, a cada quatro toneladas de bauxita são retiradas duas
toneladas de alumina que originam apenas uma tonelada de alumínio.
O alumínio pode ser classificado como primário ou secundário. O alumínio
primário é o resultado direto da redução da alumina. O seu preço é negociado na
London Metal Exachange (LME), e o seu processo de obtenção é intensivo em
consumo de energia elétrica, que responde por 30% a 35% de seu custo de
fabricação.
A industria do alumínio é o maior consumidor industrial de energia elétrica no
mundo. Chega a consumir cerca de 1% de toda energia gerada no planeta o que
equivale a 7% de toda energia consumida por todo complexo industrial mundial
[International Rivers Network (2003)]. Sendo que no Brasil, o complexo industrial do
alumínio corresponde a uma faixa de consumo de 6% de toda energia elétrica
gerada no país.
O alumínio secundário corresponde àquele que é reciclado, geralmente
utilizado na composição de ligas metálicas. Apesar de não ser negociado em bolsa,
seu preço acompanha as flutuações da LME. O processo de fabricação de fundidos
em alumínio secundário é menos intensivo em energia elétrica, que corresponde a
apenas 2% do custo de produção.
3. Fundição
Os processos de transformações de metais e liga metálicas em peças para
utilização em conjuntos mecânicos são inúmeros e variados. E dentro desses
processos de fabricação de peças a fundição faz o papel mais primordial, pois esse
processo destaca-se pela maior versatilidade na construção dos mais variados tipos
de peças demandados pela indústria em geral.
Dentre as vantagens e os motivos para sua utilização, destacam-se:
Obtenção, de maneira econômica, peças de geometria complexa.
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Produção de peças de paredes mais finas e tolerâncias dimensionais
mais estreitas.
Utilização da mesma matriz para milhares de pelas, sem variações
significativas nas dimensões das peças produzidas.
Permite alto grau de automatização e com isso, a produção rápida em
serie de grandes quantidades de peças.
Mas como todo processo não é ideal, a fundição também tem suas
desvantagens, sendo as principais:
Inclusão da areia do molde nas paredes internas ou externas da peça.
Causando problemas de usinagem, pois os grãos de areia que aderem a peça são
extremamente abrasivos e por isso danificam as ferramentas de usinagem. Além de
causarem defeitos na superfície da peça usinada.
Defeitos de composição da liga metálica, que prejudicam as
propriedades mecânicas das peças fundidas.
Rechupe, ou seja, falta de material devido ao processo de solidificação,
causado por projeto de massalote mal feito.
Porosidade, presença de “buraquinhos” dentro da peça, causados pela
presença de gases não eliminados durante os processos de vazamento e
solidificação. O que gera defeitos superficiais e torna a peça usinada frágil.
3.1 Processos de Fundição
Após a introdução, passaremos agora analisar cada técnica de fundição
separadamente. Antes disso ainda, mostraremos às principais etapas desse
processo que estão presentes nas variadas técnicas de fundição. Entre elas estão:
3.1.1 Confecção do Modelo da Peça
O primeiro passo para a obtenção do fundido é a confecção de um modelo
com formato da peça final. As dimensões devem ser calculadas levando em conta a
taxa de contração do metal na fase de solidificação. O modelo pode ser
confeccionado em madeira, metal, plástico, gesso, isopor, resina etc.
3.1.2 Confecção do Molde
O molde é o dispositivo no qual o metal fundido é despejado e cujo à
cavidade tem formato similar ao da peça final. Feito em material refratário composto
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de areia e aglomerante, o molde deve ser capaz de resistir às temperaturas dos
metais líquidos.
3.1.3 Confecção dos Machos
Macho é um dispositivo, feito também de areia, que tem a finalidade de formar
vazios, furos e reentrâncias da peça. Eles são colocados nos moldes antes que eles
sejam fechados para receber o metal líquido. Diferentemente do molde, que é uma
peça em areia que delimita as partes externas da peça fundida, o macho é uma
peça em areia que delimita as partes internas (vazios).
3.1.4 Fechamento do Molde
O molde é composto de duas metades, sendo o macho colocado no interior
da primeira e fechado pela segunda. Nessa fase, é fundamental garantir a limpeza
dos moldes, para que não haja inclusão de outros materiais no metal, o que poderia
comprometer a resistência da peça.
3.1.5 Fusão
Nessa fase, o metal é fundido em um forno de indução. As variáveis mais
importantes desse processo são a temperatura do forno, a composição química do
fundido e a correção da mesa, caso necessário.
3.1.6 Vazamento
O metal líquido é transferido do forno para a panela de vazamento, que
despejará o metal no molde. As principais variáveis nessa fase são a limpeza da
panela, a temperatura e a velocidade de vazamento. Uma velocidade muito alta
pode provocar erosão da areia e inclusão de grãos na peça.
3.1.7 Desmoldagem
Operação de retirada da peça sólida dentro do molde. É importante controlar
a temperatura em que a operação é feita, para evitar choque térmico e
conseqüentes trincas na peça. Atualmente, existem processos capazes de recuperar
98% da areia, que é então utilizada em novos moldes.
3.1.8 Cortes de Canais e Massalotes
Remoção do metal excedente que ficou nos canais e nos massalotes
(machos). Essa remoção pode ser feita com corte por disco abrasivo ou por fusão
localizada.
3.1.9 Rebarbação e Limpeza
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Após o corte dos canais e massalotes, essas áreas precisam de acabamento
superficial. É necessária a retirada de incrustações de areia do molde na peça
fundida. Essa limpeza é feita, em geral, com jatos abrasivos.
3.1.10 Inspeção e Recuperação
Por fim, marcam-se os defeitos da peça durante os ensaios de inspeção
visual, líquido penetrante, ultrassom ou radiografia. Em seguida, testam-se as
propriedades físicas e mecânicas do material. Os defeitos são removidos e
reparados por solda (com exceção dos ferros fundidos, que não admitem
recuperação por solda) para serem novamente inspecionados.
3.2 Métodos de Fundição
3.2.1 Em Casca (Shell Molding)
No processo em casca (shell), o modelo é feito em metal e reproduz as duas
metades da peça, que são fixadas em placas junto a canais alimentadores. Uma
areia especial com resina reveste as placas, que são aquecidas por meio de bicos
de gás. O calor funde a areia, formando uma casca de 10 mm a 15 mm sobre o
modelo. O molde desse processo, em geral, contém cerca de 3% a 10% de resina,
sendo o restante areia, isenta de argila.
A secagem (cura) mais utilizada é a quente. As resinas mais empregadas são
poliéster, uréia formaldeído ou fenoal formaldeído.
O endurecimento da casca completa-se quando a placa é colocada em uma
estufa a temperaturas de 350ºC a 450ºC. O molde (shell) extraído tem o formato das
duas metades da peça. Nele é feito o vazamento do metal fundido.
Esse processo oferece melhor acabamento superficial e maior facilidade de
liberação dos gases que o processo em areia verde. Entretanto, há maiores
limitações em relação ao tamanho da peça que pode ser fabricada e ao custo de
produção.
Entre os metais utilizados nessa técnica estão, o alumínio, cobre, zinco,
chumbo e o estanho. E a sua principal aplicação está ligada ao setor automobilístico,
na fabricação de componentes de ligas de alumínio.
3.2.2 Fundição de Precisão
Analisaremos os processos de precisão em cera perdida e em mercast.
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3.2.2.1 Mercast
Trata-se de importante método de fundição de precisão que começa com um
modelo de mercúrio solidificado. O mercúrio é um material adequado para o modelo,
pois sua alteração volumétrica na fusão é muito pequena, alem de que esse material
possui uma alta velocidade de difusão. A pequena alteração de volume permite a
fabricação de peças maiores e de moldes em casca fina porque a pressão para
quebrar o molde é pequena em comparação com a cera, em cujo caso o modelo é
eliminado do molde. Um molde de casca fina dá o resfriamento mais rápido e
propriedades físicas mais elevadas para a peça fundida. A maior velocidade de
difusão é a razão que permite que as peças grudem imediatamente após o contato.
E por isso, cavidades difíceis de colocar em uma única peça podem ser formadas
com facilidade nas peças do modelo, antes que elas se juntem.
Neste processo, o modelo de mercúrio é mergulhado em uma série de pastas
semi-fluidas de cerâmica, mantidas bem abaixo do ponto de solidificação do
mercúrio, a fim de formar uma casca. Após a casca ter sido formada e seca, o
modelo é lavado do investimento por meio de um jato de mercúrio, à temperatura
ambiente. O molde é aquecido a 1.010ºC por duas horas. Ele, então, se assemelha
à porcelana não vitrificada, é poroso, e tem um acabamento liso na cavidade. A
casca de cerâmica é colocada em uma caixa com areia grosseira ou grânulos para
apoio. Alguns moldes podem ser pré-aquecidos, outros não são. A peça fundida
pode ser obtida por gravidade apenas, ou por meio centrífugo ou pneumático.
Todos os metais comuns e ligas podem ser fundidos por um método ou outro
de fundição de precisão.
Por muito tempo, o processo foi usado para obturações, instrumentos
cirúrgicos, e joalheria. Produtos típicos, na indústria atual, incluem caçambas,
paletas, e lâminas para turbinas a gás, deslizadores oscilantes para máquinas de
corte de roupa, lingüetas e garras para projetores de cinema, peças para
combustível em carburadores de avião, e guias para radar de aviões.
3.2.2.2 Cera Perdida
No processo de cera perdida, também conhecido como microfusão, os
modelos são produzidos em cera, por meio do vazamento de cera líquida em uma
matriz metálica de aço ou alumínio, cujas cavidades têm o formato e a dimensão da
peça a ser produzida.
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Os moldes são compostos de uma lama refratária especial (feita com sílica ou
zircônia, misturada a aglomerante e outros componentes), que, após o
endurecimento, fica com aparência similar à cerâmica.
Nesse caso, deve-se atentar para um abuso de notação. A cera é utilizada
apenas para compor o modelo, e não o molde, contrariando o padrão das
denominações dos processos anteriores.
O processo consiste no mergulho do modelo de cera em um reservatório ou
tanque com lama especial, formando um envoltório pastoso sobre o modelo. O
conjunto é retirado para o endurecimento da lama, que, após a solidificação,
consistirá no molde da peça. A retirada do modelo de dentro do molde é feita por
aquecimento do conjunto, de modo que a cera derrete e escoa, permanecendo
apenas uma casca de cerâmico, cujo interior vazio tem o formato da peça que se
deseja produzir. A cera recolhida pode ser utilizada para a produção de novos
modelos. É feito o vazamento do metal líquido dentro da casca em cerâmica. Após a
solidificação da peça em metal no interior do molde, este é quebrado, finalizando
assim o processo de fundição.
Aplica-se na indústria de jóias em geral.
A fundição de precisão é muito cara para peças que possam ser feitas com
facilidade por outros processos. Ela não é competitiva com a fundição em moldes
metálicos e com a fundição em matrizes para ligas de baixo ponto de fusão, exceto
para quantidades muito pequenas ou peças complexas. Ela é econômica para
metais que fundem a temperaturas altas demais para moldes metálicos ou de gesso
e para peças com exigências tais como tolerâncias muito rigorosas, que não possam
ser fundidas em areia. Algumas peças complicadas são difíceis e cara de usinar,
para conformar, de fundir por outros métodos, ou de produzir por metalurgia do pó, e
podem ser feitas de modo mais barato por fundição de precisão. Como exemplo, é
algumas vezes mais barato fundir um conjunto completo pelo processo de fundição
de precisão do que montá-lo a partir de um certo número de peças, como seria
exigido se fosse feito por outros processos. Sua principal vantagem está relacionada
a sua estreita tolerância dimensional, que podem chegar a 0,002 polegadas.
3.2.3 Molde Permanente – Fundição por Gravidade (Coquilha)
Os moldes metálicos (também denominados coquilhas) são feitos,
geralmente, em aço ou ferro fundido e são usados cerca de 100 mil vezes ao longo
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de sua vida útil. Como o custo do molde é elevado, o processo é mais adequado
para a produção em escalas elevadas.
A fundição em moldes metálicos está restrita a fundidos de metais cuja a
temperatura de fusão seja mais baixa do que a do aço ou ferro fundido. Costuma ser
usada para a produção de pelas em ligas de chumbo, zinco, alumínio, magnésio e
bronze.
Em geral, as peças obtidas por esse processo são pequenas e de formatos
simples e requerem mais uniformidade, melhor acabamento e maior resistência
mecânica que as permitidas pelo processo com molde de areia. Bielas, pistões e
coletores de admissão costumar ser fabricados por esse processo.
3.2.4 Molde permanente – Fundição Sob Pressão
O processo de molde permanente consiste em forçar a penetração do metal
líquido na cavidade do molde metálico, também conhecido como matriz, por meio de
pressão.
A injeção do metal líquido contido na câmara de injeção para dentro da
cavidade do molde (em geral, fabricado em aço) é feita com ação de pistões.
Na primeira fase, o ar é eliminado da câmara de injeção. Depois, há um
rápido preenchimento da cavidade do molde para evitar o resfriamento do metal. A
última etapa é a compactação do metal para diminuir o volume das
microporosidades decorrentes da contração de solidificação do metal [Abal]
O processo é automatizado, e a vida útil de cada molde varia entre 50.000 e
1.000.000 de injeções.
Os metais e ligas que são fundidos sob pressão são, em ordem de
importância, zinco, alumínio, magnésio, cobre e chumbo. As ligas de zinco, são mais
populares porque elas têm boa resistência á tração e boa ductilidade e grande
resistência ao impacto a temperaturas normais. Como desvantagens, elas têem
baixa resistência à fluência, sendo cada vez mais frágeis a baixas temperaturas, e
são bastante corroídas em alguns ambientes. As ligas de zinco fundem bem em
seções mais finas, com contornos agudos, a dimensões mais rigorosas e custo mais
baixo de matriz, e mais rapidamente, que outras ligas comerciais para fundição sob
pressão. Elas podem ser revestidas com facilidade para proteção, assim como para
decoração.
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O alumínio oferece leveza, as peças podem ser utilizadas em uma faixa
extensa de temperaturas de operação, e apresentam boa resistência à corrosão.
Elas são particularmente recomendadas para contato com alimentos e frutas ácidas.
As ligas de magnésio são especialmente leves e bastante resistentes á
corrosão, mas são bastante atacadas por clima tropical úmido e água salgada.
Os latões têm a maior resistência a tração, mas não são comumente fundidos
sob pressão, porque seu ponto de fusão alto danifica as matrizes. Em vista disso, o
custo de peças de latão fundidas sob pressão relativamente alto, e elas são usadas
apenas quando peças fundidas sob pressão de outros metais não são adequadas e
quando pode-se economizar o suficiente em custos de produção e usinagem sobre
peças fundidas em moldes de gesso ou de areia para pagar o custo das matrizes.
A indústria automobilística utiliza uma alta porcentagem de peças fundidas
sob pressão. Um automóvel médio pode ter de 50 a 150 libras de peças fundidas
sob pressão. Peças típicas são encontradas no velocímetro, motor do limpador de
parabrisas, busina e decorações.
A indústria aeronáutica também utiliza muitas peças fundidas sob pressão,
especialmente as de magnésio e alumínio, para leveza.
3.2.5 Fundição Contínua
Consiste em vazar metal líquido em uma extremidade de um molde metálico
aberto em ambas as extremidades, resfriando rapidamente, e extraindo o produto
sólido com um comprimento contínuo na outro extremidade na outra extremidade.
Isto é feito com o cobre, o latão, o bronze, o alumínio e, em um grau menor, ferro
fundido e aço.
A fundição contínua oferece vantagens definidas para algumas aplicações. No
caso de lingotes individuais fundidos para laminação, uma parte apreciável da
extremidade de cada lingote deve ser cortada e retorna ao forno porque ela é
porosa, tem defeitos, e é cheia de impurezas. Este desperdício é praticamente
eliminado pela uniformidade das peças obtidas por fundição contínua. O resultado é
um rendimento elevado a partir de uma quantidade dada de metal líquido, e um
custo mais baixo de capital para cada tonelada-ano de produção. Também à
uniformidade e a pureza do produto torna possível preparar peças para laminação
que são menores do que linguotes fundidos individualmente, para o mesmo objetivo.
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Os pedaços menores podem ser laminados com mais facilidade e de maneira mais
barata.
Para algumas aplicações, as formas obtidas por fundição contínua podem ser
cortadas em comprimentos determinados, a fim de produzir produtos acabados, por
meio de poucas operações. Como exemplo, buchas de bronze que são cortadas em
comprimentos determinados, a fim de produzir produtos acabados, por meio de
poucas operações. Como exemplo, buchas de bronze que são cortadas em
comprimentos padrão e acabadas por leves cortes internos e externos. Em outro
caso, barras acaneladas fundidas são cortadas em tamanho determinado e
engrenagens para bombas são completadas por dois leves cortes nos dentes.
3.2.6 Fundição Centrífuga
Consiste em vazar-se metal em um molde em rotação e devido a isso só
produz peças de formato cilíndrico. Produz peças de qualidade e com boa precisão,
além de eliminar economizar material e eliminar grande parte das impurezas. As
peças são densas e têm uma granulação fina com propriedades físicas uniformes e
altas e são menos sujeitas a variações direcionais do que peças estáticas. O metal
escoa facilmente em seções finas, e as peças são produzidas com maior detalhe
externo. Canais e massalotes não são necessários para dar uma coluna de pressão
e podem ser poucos e curtos, isso significa que o material que seria utilizado nesses
apêndices passa a ser não mais necessário, gerando uma economia de até 40% de
material a ser utilizado.
Todos os metais comuns podem ser fundidos por centrifugação em moldes
metálicos ou refratários.
Se aplica a elaboração de peças metálicas ocos, que tem a forma simples de
corpos de revolução (tubos, cilindros, eixos, anéis, buchas, e etc)
4. A Indústria Mundial de Fundidos
Com a produção global de 90 milhões de toneladas ano, até o período antes
da crise financeira mundial (final de 2008), puxada pela quebra do setor imobiliário
americano, a indústria de fundição vinha crescendo cerca de 4,5% ao ano. Com a
crise, a produção de fundidos apresentou queda de 2% em relação a 2007.
E devido aos efeitos da crise de 2008, que afetou drasticamente os setores
industriais metais-mecânicos e automobilísticos, a produção de fundidos em 2009
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caiu para o patamar de 80 milhões de toneladas ao ano. Como exemplo tem-se o
segmento de veículos comerciais pesados (cuja demanda por fundidos é
significativa) teve sua produção reduzida em 39% nos Estados Unidos, 49% no
Japão e 64% na Europa.
Porém, no ano de 2010, a produção global de fundidos mostrou uma ligeira
recuperação. Isso se deu, devido ao crescimento das economias emergentes, em
especial a China, que desde 2007 produz cerca de um terço da produção mundial de
fundidos. Estados Unidos e Rússia vêem logo atrás, sendo respectivamente
segundo e terceiro colocados. Condição essa diferente a de 20 anos atrás, na qual a
produção mundial de fundidos girava em torno de 60 milhões de toneladas, e
configuravam entre os maiores produtores os Estados Unidos, China e Japão.
No anexo 5, que demonstra em dados específicos, a produção dos onze
maiores produtores de fundidos.
Entre os maiores importadores, os Estados Unidos, continua sendo o maior.
Sendo que em 2006 dos 3,2 milhões de toneladas de fundidos, 24% foram
importados da China, seguidos de 13% da Europa e 11% do Brasil.
Os europeus também são grandes importadores, mas suprem sua demanda
internamente. Isto é, das importações dos países europeus, 78% vêem da própria
Europa, 13% dos Estados Unidos, 5,6% da Ásia e apenas 2,5% do Brasil.
Mundialmente, a indústria automotiva é a maior cliente do setor de fundição,
representando cerca de 40% das vendas. Nos Estados Unidos e Japão, esse
percentual é de, respectivamente, 31% e 50%. No Brasil, a indústria automotiva
corresponde por 58% das vendas dos fundidos em geral, chegando a 75% quando
se analisa apenas a venda de fundidos em alumínio Em razão da alta demanda por
fundidos em geral, uma grande parte das montadoras possui fundições cativas, cuja
prioridade é atender ao grupo.
Em geral as empresas do setor de fundição possuem porte similar no mundo
inteiro. Nos Estados Unidos, cerca de 80% das fundições têm menos de 100
funcionários. No Brasil, o percentual é de 78%. Segundo a Abifa cerca de 90% da
indústria de fundição é composta de micro, pequenas e médias empresas, e 97%
das empresas são de capital nacional.
5. Setor Brasileiro de Fundição
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A produção anual de fundidos brasileira, gira em torno de 3 milhões de
toneladas ao ano, o que coloca o Brasil na sétima colocação do ranking entra os
maiores produtores globais, gerando cerca de 60 mil empregos diretos.
A produção brasileira concentra-se na produção de fundidos de ligas ferrosas
(90%), exemplificado no anexo 6. Já na produção de ligas não ferrosas, têm se o
destaque para o alumínio.
A produção está concentrada nas regiões Sul e Sudeste, principais
demandantes de fundidos, dada a importância das indústrias metal-mecânica e
automotiva nessas regiões. Sendo o estado de São Paulo o maior produtor nacional
(36%) seguido de Minas Gerias em conjunto com a região Centro-Oeste (28%),
região Sul (28%), Rio de Janeiro (6%) e as regiões Norte e Nordeste
correspondendo por (2,5%) da produção nacional de fundidos.Como demonstra o
anexo 7.
De forma isolada, a indústria de fundição responde por 3% do PIB industrial
brasileiro, mas adquire maior relevância quando se consideram as principais
indústrias que abastece, com destaque para a automotiva, que representa 23% do
PIB industrial.
Das vendas nacionais, o setor automotivo corresponde por 58% das vendas
nacionais de fundidos. Seguido pelo setor de bens de capital, com participação de
13%, o mesmo percentual das exportações. Sendo a siderurgia correspondendo a
apenas 2% da demanda de fundidos (já chegou a representar cerca de 16,5%).
Como mostra o anexo 8.
A indústria nacional de fundição,tem uma importante vantagem comparativa
entre as demais no âmbito mundial, que é a autossuficiência na obtenção das
principais matérias-primas relacionadas ao processo. O Brasil é o segundo maior
produtor mundial de ferro-gusa e exporta cerca de 69% da sua produção. A
produção de ferroligas e alumínio atende plenamente o mercado interno. Os gastos
com matéria-prima representam 57% do custo de produção no caso de fundidos
ferrosos e 42% para não ferrosos. (anexo 9)
Em 2009, o Brasil tinha 1.331 fundições, sendo que 90% delas são
compostas por micro, pequenas e médias empresas. No anexo 10 temos a tabela
referente as 10 maiores fundições brasileiras em 2009.
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Se tratando de exportações, apenas empresas de grande porte entram no
ramo, pois apresentam escala que garante rentabilidade e confiabilidade para
assumir contratos futuros de longo prazo. Temos no anexo 11, que demonstra a
distribuição de fundidos exportados pelo Brasil no mundo.
Atualmente, fundições brasileiras vêm agregando qualidade e valor aos
fundidos exportados, oferecendo, por exemplo, produtos já usinados e diminuindo o
tempo de desenvolvimento de peças, para o ganho de competitividade, lidando
assim com a forte concorrência internacional principalmente a advinda dos países
asiáticos.
CONCLUSÃO
Com a conclusão desse trabalho, fica evidente o grau de importância que a
fundição teve e tem no desenvolvimento da sociedade humana. Foi através dela e
de seus diferentes métodos que, máquinas e equipamentos foram desenvolvidos
com o intuito de facilitar os afazeres humanos cotidianos e que talvez sem esse tipo
de processo a humanidade jamais chegaria a esse nível de evolução que temos
hoje. Daí se tira o seu grau de importância.
22
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1962.
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http://www.metalica.com.br/31-razoes-para-usar-fundidos-de-aluminio_SLIDES >.
Acesso em: 16 mar. 2013.
Cassotti,Bruna Pretti. Bel Filho, Egmar Del. De Castro, Paulo Castor. Indústria de
fundição: situação atual e perspectivas.
23
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Goulart Michel. Quinze armas antigas mortíferas.
<http://www.historiadigital.org/curiosidades/15-armas-antigas-mortiferas/>. Acesso
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<http://pt.wikipedia.org/wiki/Idade_do_Bronze >. Acesso em 09 mar. 2013.
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Idade_dos_Metais ESPADA CHINESA>. Acesso em 09
mar. 2013.
24
ANEXOS: ANEXO 1: Armas e ornamentos feitos de Bronze. (Fonte: www.pt.wikipedia.org).
ANEXO 2: Espada chinesa do século IV a.C. (Fonte: www.pt.wikipedia.org).
25
ANEXO 3: Espada romana do século II a.C. (Fonte: www.historiadigital.org).
ANEXO 4: Presidente João Goulart acende alto-forno de Ipatinga (MG) em 1962.
(Fonte: www.automotivebusiness.com.br).
26
ANEXO 5: Referente ao período anual de produção de fundidos por país.
27
ANEXO 6: Produção brasileira em relação a quantidade de ligas utilizadas no processo de fundição.
ANEXO 7: Produção dividida por região.
ANEXO 8: Destino dos fundidos por setor.
28
ANEXO 9: Custo Brasil
ANEXO 10: As 10 maiores fundições brasileiras.
ANEXO 11: Destino das exportações.