introdução à fundição
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Fundição
Os processos de fabricação de peçasusando a solidificação de metais em
moldes com forma requerida vem sendo
aplicada há milênios pelo homem:
4000 anos egípcios e sírios obtinham
ferramentas e peças ornamentais fundidas 3000 anos os chineses fundiam moedas
2500 anos, os gregos criavam esculturas
de grandes dimensões fundidas.
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Processo de fabricação onde
um metal ou liga metálica,
no estado líquido, é vazado
em um molde com formato emedidas correspondentes
aos da peça a ser produzida.
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Solidificação dos metais e ligas metálicas
� A temperatura de equilíbrio termodinâmico entre um sólido e seurespectivo líquido é a temperatura de fusão (= à Tsólido apenas emsubstâncias puras e sistemas eutéticos)
� Não significa que a solidificação se inicia nesta Temperatura
� O estudo da solidificação envolve 2 abordagens distintas:
1. Termodinâmica p análise das energias
envolvidas na solidificação.
2. Cinéticap
análise da velocidade com que osprocessos (de nucleação e crescimento)
acontecem.
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Fenômenos que ocorrem durante a solidificação do
metal no inter ior dos moldes:
CristalizaçãoCristalização
ContraçãoContração dede volumevolume SegregaçãoSegregação dede impurezasimpurezas
DesprendimentoDesprendimento dede gasesgases
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1. Cr istalização
p surgimento das primeiras células cristalinas, que servemcomo núcleos para a formação e crescimento de cristais
p estrutura granular típica dos metais.
Cada eixo principal + eixos secundários = dendrita p
ramificação de árvores (dendron)
Dendritap crescimento limitadop vizinha
Solidificação completa p cada dendrita = cristal de
contornos irregulares = grão.
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Dendritas formadaspróximo às paredes do lingotep grãos alongados eperpendiculares p grãoscolunares.
Dendritas formadas nocentro do lingote p grãos ±equiaxiais.
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Macrografia de soldagem multipasse de aço ao carbono
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Metais p após solidificação p muitos grãosfortemente unidos p com orientação cristalográficaindependente dos demais.
Liga de
Cu-Al-Agcom diferentes
tamanhos de grão
Dendritas grandes p grãos grosseiros p maior quantidade de impurezas nos contornos de grão p
propriedades mecânicas inferiores.
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2. Contração de Volume*
2. do estado líquido ao sólido ocorrem 3 contrações:
� Contração líquida: q da T até o início da
solidificação.
� Contração de solidificação: variação de volume
durante a mudança de estado LpS.
� Contração sólida: variação de volume que ocorre
no estado sólido, entre a T fim de solidificação e a T
ambiente.
*Expressa em % de volume. A contração sólida é expressa linearmente, para
facilitar o projeto dos modelos.
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� A contração depende da liga considerada (açosfundidos: 2,18-2,47%; Fo-Fos: 1-15%; Ni e ligas de
Cu-Ni: 8-9%).
� A contração dá or igem a uma heter ogeneidade
conhecida como vaziovazio ou rechuperechupe.
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� Os vazios podem também estar localizados
no interior das peças (próximos à superfície,
porém invisível externamente)
� Os vazios ou rechupes podem ser
controlados ou eliminados usando recursos
adequados
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� exemplo de controle do rechupe na fundição de um
lingote
É colocado sobre o topo da lingoteira
uma peça postiça de material
refratário, p cabeça quente oumassalote.
Essa peça, de material refratário,
retém o calor por mais tempo, e
assim corresponderá a seção que
solidificará por último.p Nela ficará o rechupe!
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�exemplo de controle do rechupe na fundição de umapeça
O molde é projetado de modo
a proporcionar um fluxo de
metal líquido da seção mais
grossa para a menos
espessa.
O alimentador suprido de
excesso de metal líquidoficará com o rechupe.
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3. Concentração de impurezas
Algumas impurezas comportam-
se de maneira dif erente, conformeo estado em que se encontra o
metal (sólido ou líquido). Certasimpurezas são menos solúveis noestado sólido ou no estado
líquido.
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� Outr os inconvenientes da contraçãona solidificação:
1. tr incas a quente
2.tensões residuais
Ambos podem ser contr olados por um pr ojeto adequado da peça.
As tensões podem ser eliminadas
por tratamento térmico.
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� No caso das impurezas serem menos solúveisno estado sólido, elas vão acompanhando o
metal líquido remanescente à medida que a
solidificação se pr ocessa, acumulando-se na
última seção solidificada.
A concentração de
impurezas constitui o
fenômeno conhecido como
segregação
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Pr oblemas da presença da segregação
� O mater ial apresenta composição química não
uniforme e consequentemente pr opr iedades
mecânicas dif erentes.
� As zonas segregadas geralmente localizam-se no
inter ior da peça, onde as tensões são mais
baixas, não constituindo um pr oblema sér io.
� A segregação pode ser minimizada pelo r igor oso
contr ole da composição química e/ou da
velocidade de resf r iamento.
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4. Desprendimento de Gases
� Ocorre pr incipalmente nas ligas Fe-C
� O O2 dissolvido no Fe tende a combinar-
se com o C formando gases como CO eCO2, que escapam f acilmente para a
atmosf era enquanto a liga estiver no
estado líquido.
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Quando a temperatura decresce para iniciar asolidificação, a viscosidade da massa líquida diminui,dificultando a fuga dos gases. Esses gases ficamretidos nas proximidades da superfície das peças, naforma de bolhas.
Em aços baixo C as bolhas não são prejudiciais, já quenas temperaturas de conformação mecânica, asbolhas poderiam ser eliminadas por deformação.
Em aços alto C, adicionam-se desoxidantes ( Al, Si, Mn)que formam óxidos sólidos com o O2, impedindo queeste reaja com o C.
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Fluxograma da pr odução de peças fundidas
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Pr incipais pr ocessos de moldação
GRUPOGRUPO PROCESSOPROCESSO MODELOMODELO MOLDEMOLDE LIGASLIGAS
Modelo e
Molde
perecíveis
microfusão cera ou plástico pasta cerâmica quaisquer
molde cheio poliestireno areia fluida quaisquer
Modelo não-
perecível;
Molde perecível
areia-verde
silicato
areia-resinashell
metálico (shell);
madeira, epóxi
ou metálico
(para os
demais)
areia +
aglomerantes
+ aditivos +
água
(opcional)
quaisquer
Modelo não-
perecível;
Molde semi-
permanente
grafite
gesso
borracha
madeira ou
epóxi
grafite
gesso
borracha
ligas não
ferrosas
Molde
permanente
molde
permanentedispensável
metal
(coquilha)
quaisquer,
menos aço
centrifugação não existe metálico quaisquer
sob-pressão dispensável metal (matriz) Zn, Al e Mg
Fonte: Fundamentals of Metal Casting (adaptação)
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1. Fundição em areia ver de (molde descartável e
reciclável)
Processo muito empregado por ser simples, versátil ebarato
Trabalha com areia reciclável e moldagem manual ou
mecanizada
A resistência final da peça não é muito elevada
Necessário maior sobremetal para acabamento para
garantir as dimensões previstas e massalotes de maior
� para evitar rechupes.
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Fundição em areia (molde descartável)´O processo de moldagem em
areia ainda é o mais empregadodevido à sua versatilidade e
economiaµ
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2. Fundição em Molde Permanente (molde metálico e
bipartido)
A aplicação mais usual é a da fundição de ´lingotesµ, ou
seja, peças de forma regular, cilíndrica ou prismática,
que terão processamento mecânico posterior.
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2. Fundição em Molde Permanente (molde metálico e
bipartido)
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Fundição de Precisão (molde e modelo são
descartáveis)
´Dos processos de fundição, este é um dos que
possui maior aporte tecnológico, competindo com
produtos usinados ou conformados a partir de pósµ
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Fundição de Precisão
A fundição de precisão ou microfusão pelo processo de cera
perdida produz peças próximas a forma final, trazendo várias
vantagens como:
1. Flexibilidade de projeto, tanto em formas quanto em materiais
2. Capacidade de reprodução de detalhes precisos
3. Eliminação de montagens, projetando um só componente
4. Excelente acabamento superficial
5. Diminuição e/ou eliminação de usinagem
6. Redução de peso dos componentes
7. Redução dos investimentos em ferramentas de fabricação.
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Fundição de Precisão
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Fundição por Centr ifugação
Processo usado para
produzir tubos de ferro
fundido nodular para
transporte de água e
esgoto, sem costura, com
elevada produtividade.
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Fundição por Centr ifugação
O tubo é obtido a partir do vazamento do
metal num molde (cilindro oco) que gira de400 a 3000 rpm.
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Fundição por Centr ifugação
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Fundição sob Pressão (por injeção)
(molde metálico)
Consiste em forçar o metal líquido, sob pressão, a penetrar na cavidade do molde, a matriz:
A matriz metálica pode ser
usada inúmeras vezes