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PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

PROCESSOS MECÂNICOS

Aplicação de tensão

PROCESSOS METALÚRGICOS

Aplicação de temperatura

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PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

PROCESSOS METALÚRGICOSConformação por Solidificação

Conformação por Sinterização

METALURGIA DO PÓ

•Materiais porosos

• Metal duro

• Materiais refratários

TEMPERATURA

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FUNDIÇÃO•CAMPOS FILHO, M.P. e DAVIES, G.J. Solidificação efundição de metais e suas ligas. Livros Técnicos eCientíficos e Editora da USP, 1978.

•CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos. São Paulo:ABM, 7ed., 2002.

•GARCIA, A. Solidificação, fundamentos eaplicações. Campinas, SP: Editora da Unicamp, 2001.

•AMERICAN SOCIETY FOR METALS. Casting. MetalsHandbook, Ohio: ASM International, Metals Park,10ed., v.15, 1993.

video institucional

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FUNDIÇÃOO processo de

fundição consiste em vazar (despejar) metal

líquido num molde contendo uma cavidade na geometria desejada

da peça final. O próprio molde retira calor do metal líquido

provocando sua solidificação e fixando

sua forma final. fundição

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Processos de fundição

Permite obter, de modo, econômico, peças de geometria complexa.

Aplicações: Fofos, Al, Cu, Zn, Mg e suas ligas.

Também os aços, porém podem apresentarelevadas tensões residuais, microporosidadeszonamento e variação do tamanho de grão.Menor LR e ductilidade (conformação aquente). video

Principal vantagem:

DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO Fe – Fe3C

Ferros fundidosAços

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Processos de fundiçãoA taxa de extração de calor através do molde,determina o tamanho final de grão, e portanto aresistência mecânica da peça.

Classificação de acordo com 4 grupos básicos:

a) Areia verde (molde é descartado)

b) Moldagem e molde metálico: fundição em moldespermanentes e fundição sob pressão

c) Fundição por centrifugação

d) Fundição de precisão: cera perdida e fundição emcasca (Shell Molding)

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FUNDIÇÃOEm duplas, escolher 01 artigo sobre

“Processos de Fundição”

Entregar o artigo e a apresentação impressa.

Revista: Fundição & Serviços

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Processos de fundição

Processos em areia

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Processos de fundiçãoa) Areia Verde (molde é descartável):

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Processos de fundiçãoa) Areia Verde (molde é descartável):

É o processo mais simples e mais generalizado em fundição;

Funde qualquer tipo de material;

Fácil alteração de projeto na fundição

macharia

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Processos de fundiçãob) Moldagem em molde metálico:

b1) fundição em moldes permanentes

b2) fundição sob pressão

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Processos de fundiçãob1) fundição em moldes permanentes

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Processos de fundiçãob) Moldagem em molde metálico:

b1) fundição em moldes permanentes:

Para fundir Al e Cu

Fundição por gravidade

Quando comparadas com as peças em areia verde:

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Processos de fundiçãob) Moldagem em molde metálico:

b1) fundição em moldes permanentes:Tem maior uniformidade

Melhor acabamento superficial

Tolerâncias dimensionais + estreitas

Melhores propriedades mecânicas

Formas muito complicadas dificultam o projeto e a sua extração do molde

Alto custo do molde grandes séries

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Processos de fundiçãob2) fundição sob pressão:

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Processos de fundiçãob) Moldagem em molde metálico:

b1) fundição sob pressão:Devido à pressão (alta velocidade deenchimento), o processo possibilita a fabricaçãode peças de forma bastante complexa e deparedes + finas que os processos por gravidade

P/ ligas com Tf <Tfcobre como Al e zamac

Para dimensões limitadas: peso <5kg

Alto custo (só para grandes produções)

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Processos de fundiçãoc) Fundição por centrifugação:

Envolve a solidificação de metal num molde rotativo.

A força centrífuga origina uma pressão além da gravidade, e força o metal líquido de encontro á parede do molde onde se solidifica.

Ex.: fabricação de tubos de fofo para linhas de suprimento de água.

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Processos de fundiçãoc) Fundição por centrifugação

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Processos de fundiçãod) Fundição de precisão:

b1) fundição em cera perdida

b2) fundição em casca (Shell Molding)

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Processos de fundiçãod) Fundição de precisão:

b1) fundição em cera perdida:

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Processos de fundiçãoCera

Massa refratária

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Processos de fundição

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Processos de fundiçãod) Fundição de precisão:

b1) fundição em cera perdida:Tanto modelo como molde são inutilizados

Produção em massa de peças de formas complicadas

Maior precisão dimensional

Produção peças acabadas (a liga não precisa ser de fácil usinagem)

Dimensões e pesos limitados (<5kg)

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Processos de fundiçãod) Fundição de precisão:

b2) fundição em casca (Shell Molding):Mistura de areia + resina

(endurecida pelo calor)Sobre a superfície do modelo metálico

Casca resistente e rígida

Une as 2 metades por colagem

Para peça de tamanho médio

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Processos de fundiçãod) Fundição de precisão:

b2) fundição em casca (Shell Molding):

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Processos de fundição

Manufacturing

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FUNDIÇÃO - solidificação

A solidificação se dará em 2 etapas sucessivas de:

NUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO.

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FUNDIÇÃO - solidificação

Embrião: agrupamento momentâneo de átomos,

num dado arranjo atômico (ccc, cfc, etc.) que pode se

dissolver ou crescer.

O líquido inicia a transformação em sólido quando atinge a temperatura de equilíbrio entre as duas fases, ou seja o ponto de

fusão.

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FUNDIÇÃO - solidificaçãoCurva típica de temperatura de resfriamento.

O início da solidificação ocorre abaixo da Tf

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FUNDIÇÃO - solidificação

Embora se admita que o líquido inicia a transformação em sólido quando atinge a temperatura de equilíbrio entre as fases, ou seja o ponto de

fusão, observa-se que o surgimento de partículas sólidas ocorre a temperaturas inferiores (∆T).

Porquê?

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FUNDIÇÃO - solidificação

Trabalho para a próxima aula (individual e manual):

Responda o questionamento edescreva os aspectos principais das2 etapas (nucleação e crescimento).

Especial atenção para:

•Figuras: 2.2; 2.5; 2.6; 2.7; 2.11

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FUNDIÇÃO - solidificação

O ponto de fusão também pode serdefinido como a temperatura na qual asenergias livres das duas fases sãoiguais.

A essa temperatura, tanto o líquidoquanto o sólido têm a mesma energia oucapacidade de realizar trabalho, ouseja:

Gl = Gs

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FUNDIÇÃO - solidificaçãoNo caso da solidificação a energia

associada com a estrutura cristalina do sólido é menor do que a fase liquida.

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FUNDIÇÃO - solidificaçãoA uma temperatura T abaixo de Tf, há um decréscimo de energia livre por conta da transformação de um determinado volume

de líquido em sólido.

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FUNDIÇÃO - solidificaçãoEssa diferença de

energia entre o líquido e o sólido é a variação de energia livre por unidade de

volume ∆Gv e constitui a forca

motriz da solidificação.

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FUNDIÇÃO - solidificação

Quanto maior o super-resfriamento térmico (∆T), maior a força motriz da

transformação líquido/sólido (∆G).

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FUNDIÇÃO - solidificação

Embora se admita que o líquido inicia a transformação em sólido quando atinge a temperatura de equilíbrio entre as fases, ou seja o ponto de

fusão, observa-se que o surgimento de partículas sólidas ocorre a temperaturas inferiores (∆T).

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleaçãoQuando um agrupamento atômico

arranja-se com ordenação cristalina para formar um embrião, forma-se

também uma superfície que o separa do líquido desordenado.

Associada a essa superfície existe uma energia livre positiva, o que

conduz a um aumento da energia livre à medida que essa superfície cresce.

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleaçãoQuando um agrupamento atômico arranja-

se com ordenação cristalina para formar um embrião, forma-se também uma superfície

que o separa do líquido desordenado.

Associada a essa superfície existe uma energia livre positiva, o que

conduz a um aumento da energia livre à medida que essa superfície cresce.

O embrião só sobrevive se a energia livre total diminuir.

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleaçãoEssa condição sugere que a nucleação possa se dar por meio da formação de embriões

esféricos, já que essa forma geométrica é a que apresenta a menor relação

superfície/volume, ou seja, a geometria mais indicada energeticamente para a

sobrevivência do embrião.

Nessas condições, a variação total de energia livre G será:

G = Gv + Gs

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleaçãoG = Gv + Gs

Gv = variação de energia livre associada ao volume;

Gs = variação de energia livre associada àsuperfície;

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleação

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleação

∆G = ∆GV + ∆GS

SLf

rT

TLrG 23 434

∆Gc é a energia de ativação que precisa ser alcançada para formar um núcleo estável de raio crítico rc.

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleação

Se r < rc embriões diluem

r > rc núcleos crescem

Tudo o que ajudar na criação da interface, vai ajudar na solidificação

Nucleação heterogênea

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleação

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleaçãoNucleação heterogênea

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleaçãoNucleação heterogênea

As partículas usadas comercialmente como agentes nucleadores (INOCULANTES)

apresentam uma dimensão cristalina semelhante à do sólido que vai nuclear.

TiB2 em ligas de alumínio

TiC em aços

Terras Raras em ferros fundidos

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleaçãoNucleação heterogênea

+ locais para nucleação

+ n°grãos

MAIOR RESISTÊNCIA

Altas taxas de solidificação

Dendritas + finas (quebram c/

agitação)

+ nucleantes

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SOLIDIFICAÇÃO-crescimentoA maneira como este núcleo cresce vai

determinar as propriedades do material fundido: Etapa de crescimento

Normal : crescimento planar

Invertido: crescimento c/ protuberâncias

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SOLIDIFICAÇÃO-crescimento

DENDRITASDendritic solidification.MPG

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SOLIDIFICAÇÃO-crescimentoDENDRITAS

Mesmo com o gradiente normal há crescimento dendritico, devido ao super-resfriamento constitucional.

Normal Invertido

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SOLIDIF.-macroestruturaPeças ou lingotes

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SOLIDIF.-macroestruturaDepende da taxa de extração de calor e gradientes térmicos durante a solidif.

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SOLIDIF.-exercícioQual lingote tem maior resistência mecânica? Porque?Explique o que ocorreu durante a solidificação.

A B

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Fenômenos durante a solidif.

Heterogeneidades físicas:

porosidades

Heterogeneidades químicas:

segregações

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Fenômenos durante a solidif.Heterogeneidades físicas: porosidades

A presença de poros pode ser causada por fenômenos diferentes:

1) contração de solidificação

2) presença de gases dissolvidos

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Fenômenos durante a solidif.Heterogeneidades físicas: porosidades1) Contração de solidificação

Ocorre um empacotamento dos átomos, formando

estruturas ordenadas.

densidade

↓

contração

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Fenômenos durante a solidif.

1) Contração de solidificação

Resultado da contração:

Macroporosidades

Microporosidades

Heterogeneidades físicas: porosidades

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Fenômenos durante a solidif.

1) Contração de solidificação: macroporosidades

Metal líquido

Inicia solifidif.

da periferia para o meio

Fim da solidif.

Contração sólida

Vazio

Heterogeneidades físicas: porosidades

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Fenômenos durante a solidif.

A localização da macroporosidade depende do tipo de extração de

calor sofrido pelo molde

VazioHeterogeneidades físicas: porosidades

Fenômenos durante a solidif.1) Contração de solidificação: microporosidades1a) Forma-se quando as dendritas dainterface S/L são grandes, devendo veloc. resfriam

Heterogeneidades físicas: porosidades

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Fenômenos durante a solidif.1) Contração de solidificação: microporosidades

Há dificuldade do líquido em penetrar entre as dendritas, não compensando as contrações locais.

1a) Forma-se quando as dendritas dainterface S/L são grandes, devendo veloc. resfriam

Heterogeneidades físicas: porosidades

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Fenômenos durante a solidif.

1) Contração de solidificação: microporosidades

1b) Frente de solidificação em ligas com

grande intervalo de solidificação

Heterogeneidades físicas: porosidades

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Fenômenos durante a solidif.Heterogeneidades físicas: porosidades

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Fenômenos durante a solidif.

2) Presença de gases dissolvidos Heterogeneidades físicas: porosidades

Para evitar:

•É preciso introduzir elementos como Si, Mn, Al,pois o O prefere estes elementos ao C (CO eCO2); assim serão formados óxidos e não gases.

•Borbulhar gases inertes no metal líquidoarrastando os gases dissolvidos para fora damassa de metal

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Fenômenos durante a solidif.

• Distribuição heterogênea de elementos de liga e impurezas no material.

•Devido a falta de tempo para homogeneização da composição química ao longo do grão.

•Microsegregação (Zonamento)

•Macrosegregação (núcleo da peça + soluto)

•Segregação gravimétrica (grafita tem menor densidade→flotação)

Heterogeneidades químicas: segregações

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Fenômenos durante a solidif.Heterogeneidades químicas: segregações

Solidif. Equilíbrio (linhas L e S)

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Fenômenos durante a solidif.Heterogeneidades químicas: segregações

Solidif. Equilíbrio

(linhas L e S)

Solidif. Não Equilíbrio

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Fenômenos durante a solidif.Heterogeneidades químicas: segregações

Zonamento (dentro do grão)

O último sólido tem Tf menor

liquação

Pode ser agravada pelas Impurezas que se localizam nos c.d.g