Introdução à Fundição

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Fundição Os process os de fabricação de pe ças usando a solidificação de me tais em mold es com for ma requer ida vem sendo aplicada há milênios pelo homem: 4000 anos egípc ios e ri os obti nham 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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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