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Aula 07 Contrao e Alimentao de Peas Fundidas1. Introduo
- Contraes que ocorrem durante o resfriamento de peas fundidas- Conceito de massalote.- Funes de um massalote.
2. Massalotes- Tipos de massalotes.- Mecanismos de formao de rechupes.- Requisitos de um massalote.
3. Projeto de Massalotes- Requisito Trmico Mdulo de Resfriamento- Requisito Volumtrico Volume do Rechupe Coeficiente de Contrao Volumtrica
- Casos Particulares ferros fundidos cinzentos, vermiculares e nodulares.
4. Roteiro para o Projeto de Massalotes.- Seqncia de procedimentos para dimensionamento, determinao da quantidade e da
localizao de massalotes em moldes de areia e coquilhas.
Disciplina: Fundio dos metais e suas ligasProfessor: Guilherme O. Verran
Contraes durante a obteno de uma pea fundida:
Contrao no Estado Lquido
Contrao na Solidificao
Contrao no Estado Slido
Desde a temperatura
de vazamento at a de incio da solidificao
Do incio at o final da solidificao
Do final da solidificao at
a temperatura ambiente
Compensadas pelo uso de Massalotes
Compensada na Fabricao
dos Ferramentais
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Representao esquemtica da contrao (shrinkage) de ao baixo carbono, mostrando a contribuio dos trs diferentes estgios da solidificao: contrao no lquido, contrao na solidificao e contrao no slido.
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Representao esquemtica da contrao de um cubo de ferro fundido
(a) Metal Lquido Inicial (b) Formao de uma casca slida e do vazio de contrao
(c) Contrao interna.
(d) Contrao interna + contrao externa
(e) Vazio na superfcie
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MASSALOTES
Massalotes ou Montantes so reservatriosde metal lquido que constituem ossistemas de canais de alimentao depeas fundidas
Massalote
Parte da pea fundida alimentada pelo massalote
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Funo dos Massalotes: compensar as contraes no estado lquido e de solidificao de metais e suas ligas garantindo assim a sanidade das peas obtidas.
Massalote
Rechupe
Pea
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Solidificao Direcional
Solidificao ProgressivaMassalote
(alimentador)Riser
Solidificao direcional e progressiva numa pea com massalote
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Methods of controlling shrinkage in an iron cube to reduce riser size. (a) Open-top riser. (b) Open-top riser plus chill. (c) Small open-top riser plus chill. (d) Insulated riser. (e) Insulated
riser plus chill
Grau de Sanidade Parmetro fundamental no
dimensionamento e na localizao dos massalotes
O projeto de um massalote visa basicamente:
Obter uma alimentao eficiente Peas com sanidade interna
Obter o mximo rendimento metlico Economia no processo
Facilitar a operao de limpeza da pea
Produtividade
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Lquido
SlidoVs
T (decrescente)
V
Vi
Superaquecimento Metal Slido
Vo
Ts
Contraes na solidificao de um Metal Puro
Modelo de Solidificao Progressiva
Caracterstica de um Metal Puro
Solidificao a uma
temperatura constante
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Representao esquemtica do modelo de solidificao de um metal puro
INTERFACE PLANA
COMPOSIO EUTTICA
METAIS PUROS
Ligas que solidificam com temperatura constante
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Contraes na solidificao de uma Liga com Intervalo de
SolidificaoModelo de Solidificao
Extensiva
Caracterstica de uma Liga
Solidificao em uma faixa de temperaturas
Lquido
Slido
Semi-Slido
Vf
T (decrescente)
V
Vi
Superaquecimento Metal Slido
Vc
Metal Pastoso
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Representao esquemtica do modelo de solidificao de uma liga com pequeno intervalo de solidificao.
Ligas com pequeno intervalo de solidificao
AOS FERROS FUNDIDOS
LATES
FRENTE DE SOLIDIFICAO PLANA
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Representao esquemtica do modelo de solidificao de uma liga com grande intervalo de solidificao.
Ligas com grande intervalo de solidificao
LIGAS DE Al HIPOEUTTICAS
BRONZES
FRENTE DE SOLIDIFICAO DENDRTICA
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Tabela I: Valores de Contrao Volumtrica de Solidificaopara alguns metais e ligas.
MATERIAL CONTRAO (%)
Ao carbono 2,5 3,5
Alumnio 6,5
Cobre 5,0
Ferro fundido branco 4,0 5,5
Ferro fundido cinzento 0 2,0
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CONTRAO DE SOLIDIFICAO
METAIS LINEAR SUPERFICIAL CBICA
AO 0,018= 1/55 0,036= 1/28 0,054= 1/18
FERRO FUNDIDO
0,010= 1/100 0,020 1/50 0,030= 1/33
ALUMNIO 0,018= 1/55 0,036= 1/28 0,054= 1/18
CHUMBO 0,011= 1/90 0,022= 1/45 0,033= 1/30
Tabela II: Valores de Contraes Linear, Superficial e Volumtrica na Solidificao para alguns metais e ligas.
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Liga com pequeno intervalo de solidificao
Liga com grande intervalo de solidificao
Influncia do modo de solidificao na alimentao de peas fundidas
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Formas de rechupes em peas fundidas para ligas que solidificam de forma progressiva
Rechupes na linha central
Macro rechupe em ponto quente
Metal com Sanidade
Pea
Massalote
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Macro Rechupes Dispersos num Ponto Quente
Macro Rechupes Dispersos no Massalote e nas suas proximidades
Micro Rechupes dispersos, normalmente em camadas
Formas de rechupes em peas fundidas em areia para ligas com grande intervalo de solidificao.
Pea
Massalote
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Classificao das principais ligas quanto ao modelo de solidificao
Ligas que solidificam com temperatura constante
INTERFACE PLANA
COMPOSIO EUTTICA METAIS PUROS
Ligas com pequeno intervalo de solidificao
AOS FERROS FUNDIDOS LATES
FRENTE DE SOLIDIFICAO
PLANA
Ligas com grande intervalo de solidificao
LIGAS DE Al HIPOEUTTICAS
BRONZES
FRENTE DE SOLIDIFICAO
DENDRTICA
Ligas com expanso volumtrica em algum estgio da solidificao
FERROS FUNDIDOS CINZENTOS E NODULARES
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Carbono (%)
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
(
0
C
)
1100
1140
1180
1220
1260
1300
3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4
L
L +Fe
Fe + Fe3C
Fe + grafita
1 fase: Solidificao pr-euttica formao de dendritas de Fe
Ocorre a contraona solidificao
2 fase: Solidificao do euttico - Fe + grafita
Ocorrem expanso( formaoda grafita) e contrao(formao da austenita (Fe ).
Solidificao de ferro fundido cinzento (diagrama Fe-C estvel)
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Consequncias dos diferentes modelos de solidificao na prtica de alimentao.
FRENTE DE SOLIDIFICAO
PLANA
Necessidade de promover solidificao direcionada na prpria pea e do (s) ponto
(s) quente(s) para o massalote
Maior facilidade de alimentao
FRENTE DE SOLIDIFICAO
DENDRTICA
Baixa temperatura de vazamento
Uso de Resfriadores
Ataques nas partes finas
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Aberto De topo Cego De topo
Cego LateralAberto Lateral
TIPOS DE MASSALOTES
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Riser configurationsand their characteristic
values (Mr, Vr, D, H)
Configuraes de massalotes e seus valores caractersticos
(Mm, Vm, D, H)
Mecanismo de Formao de Rechupes
Evoluo da solidificao de parte de uma pea, mostrando com se forma um rechupe.
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Condies para um bom funcionamento do massalote:
1. O massalote deve ser localizado junto a parte da pea que solidifica por ltimo.
Qual(is) (so) a (s) parte(s) da pea que solidifica(m) por ltimo?
Mtodo de Heuvers (Crculos Inscritos) Qual a Zona de Ao do massalote?
Zona de Ao: distncia ao longo da pea, na qual o
massalote efetivo
Distncia de Alimentao
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PlaquetaExotrmica
Rechupe Resfriador
Formao de Rechupe na Regio C
Placa Exotrmica
Tempo de Solidificao
Resfriador
Tempo de
Solidificao
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Zona de Ao ou Distncia de Alimentao
Distncia Mxima
Efeito PontaContribuio do massalote
Distncia mxima de alimentao em placas de ao.
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Regio que solidifica mais rpido
Zona de Ao ou Distncia de Alimentao
Quando a distncia mxima de alimentao excedida ocorre a formao de rechupes na regio indicada no desenho
Isento
Rechupes na linha de centroVarivel
Comprimento maior que a mxima distncia de alimentao do massalote
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Zona de Ao ou Distncia de Alimentao
Distncia de alimentao adicional devidoao uso de um resfriador (Ex.: ao em molde de areia)
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2. O massalote deve solidificar aps a parte da pea que deve ser alimentada.
Mdulo de Resfriamento M = V/S
Regra de Chvorinov ts = k M2
V= volume da pea (ou parte da pea a ser alimentada)
S = superfcie da pea que sofre resfriamento atravs das paredes do molde
ts = tempo de solidificao (s)K = constante que depende dos materiais do molde e da pea, e da temperatura de vazamento
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3. O massalote deve conter quantidade suficiente de metal lquido.
Volume massalote > Volume do rechupe em formao na pea
4. O massalote deve atuar com presso mxima durante o tempo de solidificao
5. O Massalote deve ter o peso mnimo em relao ao peso da pea
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Projetos de Massalotes
Requisito Trmico
O massalote deve apresentar um mdulo de resfriamento maior que o da pea
MM = K . MP
MM = Mdulo do Massalote
MP = Mdulo da Pea
K = Coeficiente de Segurana
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Valores de K para algumas condies prticas:Liga Molde Tipo de Massalote K crtico
FoFo CinzentoCE 4,2 P
Valores de K para algumas condies prticas:Liga Molde Tipo de Massalote K crtico
Bronze Al Areia Verde De Topo (1) 1,12
1,14Bronze Mn Areia Verde De Topo (1) ou (2)
Monel De Topo 1,15Areia Seca
(1) Altura Fixa/Dimetro Varivel (2) Dimetro Fixa/Altura VarivelObs. :
Ligas de Al De Topo 1,25Areia Verde
Liga Al12Si De Topo 1,20Areia Verde
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Projetos de Massalotes
Requisito Volumtrico
O volume do massalote deve ser maior ou igual ao volume de metal a ser fornecido
para compensao da contrao durante a solidificao.
VM = VP . b / - b
VP = Volume da pea (ou parte da pea a ser alimentada)b = Coeficiente de contrao volumtrica
Equao Bsica
= Rendimento do massalote Caso Geral = 14%
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Valores de b para diversas ligas metlicas:Liga Superaquecimento 500C Superaquecimento 1500C
Bronze 0,04 0,045
Lato Especial 0,07 0,075Lato Comum 0,06 0,065
Ligas de Mg 0,045-0,05 0,05-0,06Al Si (10-13) 0,045 0,05Al Si (05-10) 0,065-0,075 0,07-0,08Al Cu (04-08) 0,065-0,075 0,07-0,08Al Mg (03-06) 0,08 0,085-0,09
Ao C 0,8 0,06 0,07Ao C 0,3 0,05 0,06
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Dimensionamento pelo Sistema Francs
Equao Bsica VM k . b . Vcb = Coeficiente de Contrao Volumtrica
k = Coeficiente de Segurana Depende das condies de funcionamento do Massalote
Tipo de Massalote k
Massalote ComumAquecido p/AtaqueCoberto c/ ExotrmicoFoFo em Molde RgidoC/ Luva Exotrmica
65
432
VC = VP . dS / dLdS = densidade no estado slido
dL = densidade no estado lquido
Caso Geral : dS / dL = 1,14
FoFos : dS / dL = 1,06
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Dimensionamento do Pescoo (Ligao Pea Massalote)
Caso Geral: o pescoo deve apresentar um tempo de solidificao intermedirio entre o da pea e do massalote.
Segundo Vlodaver : MP : MPESC : MM = 1 : 1,1 : 1,2
Caso Particular (Ferros Fundidos Cinzentos e Nodulares) : se usa a expanso da grafita como compensao da contrao, os massalotes s devem alimentar as contraes de solidificao da fase pr-euttica, devendo o pescoo solidificar antes do incio da reao euttica, evitando assim o fenmeno de refluxo.
MP : MPESC : MM = 1 : 0,8:1,05 -1,1
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Massalotes de Topo
Massalote lateral para pea tipo placa.
Massalotes laterais
Regras Gerais para Design de Pescoos
para Massolotes
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Projetos de MassalotesRoteiro para Clculo de Massalotes
1. Determinao do Mdulo(ou dos mdulos parciais) da Pea
2. Definio das Partes da Pea a serem Alimentadas
a. Clculo dos Mdulos Parciais
b. Estabelecimento da Ordem de Solidificao na Peac. Determinao dos Pontos Quentes
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Projetos de Massalotes3. Determinao do Nmero de Massalotes
Uso da Regra da Zona de Ao ou Distncia de Alimentao
- Tipo de metal ou liga
- Modelo de solidificao
- Geometria da pea
- Grau de superaquecimento- Uso de resfriadores
Valores Tabelados
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Projetos de Massalotes4. Dimensionamento do Massalote
4.1 Requisito Trmico Mdulo do Massalote
MM = K . MP
4.2 Requisito Volumtrico Volume do Massalote
VM > Vrechupe
Escolher a condio mais crtica.
Determinar as dimenses do massalote que satisfaz
esta condio.
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Projetos de Massalotes
5 . Dimensionamento do Pescoo do Massalote.
6 . Distribuio dos massalotes ao longo da pea (esquema)
7 . Clculo do Rendimento Metalrgico.
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