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Aula 13: Processos Especiais de Fundição

• Moldes Cerâmicos

• Processo Shaw

• Enchimento a Baixa Pressão contra a Gravidade – CLA e CLV

• Solidificação Unidirecional

• Produção de Monocristais

Disciplina: Processos de Fabricação Parte 2: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Dr. Eng. Metalúrgica

• Moldes Cerâmicos

• Processos que utilizam modelos permanentes e materiais cerâmicos com composições e granulometrias controladas na forma de uma lama cerâmica usando ligantes especiais.

• Processo Shaw

• Processo especial de moldagem que usa Moldes Cerâmicos Sólidos obtidos a partir da mistura de refratários com composição e granulométrica adequadas aglomerado usando ligantes especiais.

Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição

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Processo Shaw

Principais Características:• Excelente Acabamento Superficial• Altíssima Precisão Dimensional

Aplicações:• Peças e componentes com grande precisão de detalhes.• Exemplo: moldes/matrizes para injeção de solados de calçados.

Componentes:

Refratário: mulita ou zirconita

Ligante: silicato de etila ou sílica gel

Agente Gelificante


Processo Shaw

Seqüência de operações do processo com molde totalmente cerâmico


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Processo Shaw usando Moldes Compostos

Faceamento

Shaw

Enchimento

Silicato de Na – CO2


Preenchimento a Baixa Pressao contra a Gravidade

• Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos ao ar - CLA

• Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos sob vacuo - CLV

• Preenchimento com valvula de fechamento - CV

• Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos ao ar usando moldes de areia - CLAS


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Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos ao ar - CLA

Principais Características:

• Aplicável para todos os metais e ligas fundíveis ao ar (atmosfera normal).• Economia relacionada com a possibilidade de obtenção de diversas pecas por molde.

• Alto rendimento metálico

• Baixo índice de defeitos (inclusões metálicas)

• Permite a obtenção de grandes lotes de pecas com paredes finas (0,75mm) a baixos custos de fabricação.


Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos ao ar - CLA

Aplicações:

• Obtenção de pecas e componentes usando os mais diversos

tipos de ligas, para as industrias automotiva, metal–mecânica,

sistemas de transmissão, câmaras de combustão a diesel, etc..


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Representacao Esquematica do Processo CLA

a) Molde tipo casca na câmara de vácuo.

b) Abaixamento do molde para a posição de enchimento.

c) Molde contendo as pecas solidificadas.


Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos sob vacuo - CLV

• Utilizado para ligas que contenham elementos reativos (superligas, ligas Al-Li, ligas a base de Ti) aplicando as vantagens inerentes ao processo CLA.

• Habilidade para preenchimento de seções finas.

• Obtenção de pecas livres de inclusões de óxidos.

• Permite produzir pecas com grandes áreas e pequenas espessuras (geometria tipo placa) sem a ocorrência de oxidação superficial inerente aos processos convencionais.


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Representacao Esquematica do Processo CLV

a) O metal e fundido sob vácuo e um molde e introduzido na câmara superior onde e criado vácuo.b) As câmaras são preenchidas com argônio, a válvula entre as câmaras e aberta, o tubo de enchimento e colocado em contato com o metal e aplica-se vácuo adicional para preenchimento do molde.c) Procedimento idêntico ao processo CLA


Preenchimento com valvula de fechamento-Processo CVPrincipais Características:

• Usado para pecas mais robustas que não solidificam com a rapidez requerida pelos processos CLA e CLV.

• Utiliza um tubo de enchimento flexível, o qual e fechado por meio de uma válvula de retenção quando o molde esta cheio.

• Proporciona um bom preenchimento de pecas com seções finas, garantindo a obtenção de um metal isento de óxidos.


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Preenchimento com valvula de fechamento-Processo CV

Aplicações:

• Aplicado para todos os tipos de métodos de moldagem.

• Asas de mísseis, corpos de válvulas, articulações e outras pecas grandes com variações de espessuras.


Representacao esquematica do Processo CV

a) O tubo de enchimento e introduzido no metal liquido e e aplicado vacuo para preenchimento do molde.b) Com o molde cheio a valvula de retenção e acionada para fechamento do tubo. O metal aprisionado solidifica.


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Preenchimento a baixa pressão contra a gravidade de metais fundidos ao ar usando moldes de areia - CLAS

• Usado para moldes de areia.

• Próprio para obtenção de pecas finas usando baixo vácuo.

• Possibilita a produção de pecas com níveis de inclusões muito baixos quando comparados com os encontrados em pecas fundidas por gravidade.


Solidificação Unidirecional

• Processo que envolve a obtenção de estruturas solidificadas unidirecionalmente resultando em uma estrutura colunar.

• Adequado para a obtenção de pecas fundidas nas quais as tensões são primariamente unidirecionais ao longo de uma determinada direção.

• Exemplo – Palhetas de Turbinas.


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Palhetas de Turbina com paredes finas solidificada unidirecionalmente.



Estrutura Colunar

Controle rigoroso do processo

Fornos Especiais Projeto Diferenciado do Molde


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Controle do Fluxo de Calor

Extração violenta de calor a partir de uma extremidade da peca

Criação de um intenso Gradiente Térmico entre Tliquidus e Tsolidus da liga, que se desloca

ao longo de toda a peça



Procedimento para Controle do Fluxo de Calor

• Moldes de paredes finas ⇒ moldes tipo casca cerâmica (fundição de precisão), aquecido a uma T > T liquidus.

• Resfriador (refrigerado a água) na base do molde.

• Vazamento do metal liquido ⇒ o molde e resfriado a partir da extremidade resfriada através do deslocamento progressivo do mesmo dentro do forno.


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Representação esquemática do processo de solidificação direcional.


Configuracao de um Forno para



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Comparação de microestruturas em palhetas Equiaxiais, Solidificada Unidirecionalmente e

Monocristalina


Obtenção de Monocristais

• Monocristais são produzidos usando técnicas similares as usadas para a produção de pecas solidificadas unidirecionalmente, com uma importante diferença.

• Necessidade de uma técnica que permita o crescimento preferencial de um grão com uma determinada direção de crescimento.


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Obtenção de Monocristais

a) Uso de um molde com seção helicoidal.

b) Uso de um molde com seção em ângulo reto.

c) Uso de uma semente monocristalina.


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