ETEP - FACULDADE DE TECNOLOGIA

DE SÃO JOSÉ DOS CAMPOS

AÇOS PARA FUNDIÇÃO

Carlos Júnior da Silva, 14006107.

Daiara Stefane de Carvalho Teodoro, 14000398.

León Mazala Oliveira Pelegrine, 14000994.

Lucas Azevedo Gonçalves, 14001142.

Victor César Vieira Ramos, 133090.

ETEP Faculdades

São José dos Campos

2015

RESUMO

O trabalho apresentado a seguir evidência e demonstra a importância da fundição, sendo

apresentado de forma progressiva para favorecer a compreensão do assunto e de forma

simplificada não dispensando a leitura das outras bibliografias sobre o assunto que

complementa tal trabalho. Também tem como objetivo explanar considerações relativas à

ordem técnica, projeto de peças e moldes correspondentes e métodos de produção (fundição

de aço, vazamento, entre outros).

Palavras chaves: Aços, fundição, ferros, chiaverini, mecânica.

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ABSTRACT

The following work presented evidence and demonstrates the importance of casting, being

introduced gradually to promote understanding of the subject and in a simplified manner not

dispensing with the reading of other bibliographies on the subject that complements such

work. It also aims to explain the technical considerations, corresponding parts and mold

design and production methods (steel, casting, etc.).

Keywords: Steel, foundry, iron, Chiaverini, mechanics.

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1 INTRODUÇÃO

Aço é a liga ferro-carbono contendo geralmente 0,008% até, aproximadamente, 2,11%

de carbono, além de certos elementos residuais, resultantes dos processos de fabricação e

apresentam características como ductilidade, tenacidade, elasticidade, resistência mecânica,

resiliência, soldabilidade, temperabilidade e usinabilidade. As matérias primas básicas para

obtenção do aço são o minério de ferro e o carvão mineral, ambos são encontrados puro na

natureza.

Já o aço fundido por sua vez é vazado em moldes de areia ou metálicos, onde

solidifica e adquire a forma da cavidade do molde de modo a apresentar a forma praticamente

definitiva, sem necessidade de qualquer outra transformação mecânica. A relevância por sua

vez da fundição é extremamente alta, onde uma vez se consegue produzir peças de grande

variedade de formas e dimensões em aceitáveis tenacidade e resistência por um custo “baixo”.

Porém, com um olhar voltado as propriedades mecânicas o aço fundido é considerado

de qualidade inferior ao trabalhado, apresentando com certa frequência defeitos superficiais

ou internos característicos. Sendo assim os aços fundidos devem apresentar as seguintes

características:

Homogeneidade (secção sã em toda sua extensão);

Granulação fina;

Completa isenção de tensões internas.

A homogeneidade pode ser alcançada através de um projeto adequado da peço e dos

moldes, com os canais convenientemente localizados e mediante apropriada desoxidação do

aço na fusão.

Já a granulação fina e isenção de tensões internas podem ser alcançadas através de

tratamentos térmicos, que possibilitem normalizar a textura excessivamente grosseira e

dendrítica do aço fundido e eliminar as tensões internas originadas durante a solidificação do

metal no interior do molde que podem causar empenamento e distorção das peças em serviço.

Devido a tal complexidade do assunto em questão neste trabalho a seguir serão

explanadas de forma direta e concisa considerações sobre métodos de produção, moldes e

projetos das peças relativas, ordem técnica dentre outros tópicos do assunto.

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2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 Resistência das peças

A resistência das peças fundidas depende diretamente dos seguintes fatores:

Resistência real do metal;

Espessura das peças;

Forma da peça.

2.2 Forma das peças

As peças são constituídas de um corpo no qual se anexam a flanges, saliências,

nervuras, etc. Assim considerando a semelhança com outra ou um molde, posição no conjunto

mecânico e condições do serviço na ocasião.

Obedecendo ao ponto de vista estrutural, diminuindo a quantidade de material no eixo

neutro em peças sujeitas a esforços de flexão; Resistência ao dobramento com o aumento de

nervuras de diferentes alturas e espessuras; Em peças sujeitas a esforços como torção

considerando as secções ou perfis fechados; Evitar ângulos vivos descartando as tensões que

causam ruptura.

2.3 Escolha das espessuras das paredes

Determinadas peças devem-se procurar que as paredes apresentem espessursa a mais

uniforme possível, compatível com as exigências da fundição e um aumento localizado de

espessura da parede, com o objetivo de garantir uma melhor resistência mecânica, pode

comprometer a homogeneidade da peça fundida.

Na impossibilidade de ter uma espessura uniforme de paredes como é o caso de peças

de formas complicadas se reduz o mínimo possível à quantidade de espessuras tornando-se

necessário que a transição de uma espessura para outra seja progressiva e uniforme

direcionando a uma área para que possa ser alimentada de metal líquido evitando mudanças

bruscas de secções que produzem defeitos de fundição.

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2.4 Espessura de membros e nervuras

Após determinar a forma da peça, as paredes devem apresentar espessura a mais

uniforme possível, que sejam compatíveis com as exigências da fundição. Caso a mudança da

espessura seja brusca pode-se causar defeitos de fissuras superficiais e de fundição. Se o

aumento localizado de espessura seja utilizado, com o objetivo de garantir uma melhoria na

resistência mecânica, às vezes compromete a homogeneidade da peça fundida.

A uniformidade de espessura depende mais da resistência e da homogeneidade, do que

do reforço concentrado em certas partes, por isso é preferível algumas vezes modificar a

forma de uma peça do que aumentar certas espessuras de paredes.

Nas peças de formas complicadas, é reduzida ao mínimo a quantidade de espessura

diferente, pois é impossível de se ter uma espessura uniforme.

Quando se diminui ao mínimo o número de espessuras diferentes, a transição de uma

espessura para outra deve ser progressiva e uniforme, sendo na direção de uma área onde

possa ser alimentada com metal liquido, evitando mudanças bruscas de secções que

geralmente causam defeitos de fundição.

2.5 Espessuras de membros e nervuras

A espessura das paredes constitui no contorno externo da peça fundida e depende da

resistência exigida. Os membros servem para ligar várias paredes, aumentando assim a rigidez

das peças. E a nervura tem por finalidade reforçar certas paredes, como as juntas existentes

entre as paredes e os membros.

Os membros não estão em contato direto com os canais de alimentação, sendo assim

não são bem alimentados com metal fundido, por isso deve-se reduzir sua espessura,

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geralmente adotando um valor correspondente a 4/5, em alguns casos não se utiliza em

espessuras das paredes que estão ligadas com os canais. As nervuras em relação com a

espessura da parede geralmente têm espessura de ordem de 2/3.

2.6 Prevenção de defeitos causados pela contração

Em locais que há excesso de massa de metal ocorre defeitos que são originados pela

contração, chamados de “pontos superaquecidos”, por apresentar muita massa são as últimas

secções a se solidificar. É localizado na intersecção ou nas junções de partes da peça de

espessura uniforme, ocorre também na intersecção ou junções de partes de secções

abruptamente diferentes, ou na transição bruta de espessuras diferentes de uma mesma parte,

em isolamento de massas de metal concentrada, como as saliências e ressaltos, ou em massas

consideradas pesadas que fiquem sobre uma estrutura normalmente mais leve, em posições

dificilmente atingidas pelo metal liquido, ou em cavidades profundas, etc.

O princípio fundamental para prevenir esse defeito, consiste na equalização das

secções e no projeto, para se produzir uma sequência apropriada de solidificação,

considerando as junções de duas paredes ou intersecções em ângulo reto, as junções de três

paredes que são as peças em formato de t ê, as junções de quatro ou mais paredes, os vãos e

o reforço de nervuras, as dimensões dos orifícios e outras partes das peças.

2.7 Condições de vazamento e moldagem

Para projetar peças que assegure a obtenção de material sadio e econômico é

necessário ter o conhecimento das técnicas de vazamento e moldagem. Quando se estuda o

projeto ou sua modificação permite aperfeiçoamento e facilita a moldagem para ter um

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projeto mais econômico e localizar os canais de vazamento e alimentação, garantindo maior

homogeneidade do material. Com o estudo da localização dos canais, garantirá alimentação e

suprimento adequado de metal liquida e evitará várias falhas de fundição, que ocorre quando a

localização é impropria, essas falhas são: inclusões de areais, deslocamento de machos, vazios

de contração, entre outros. O projetista não pode ignorar esses fatos, e deve considerar as

secções que serão usinadas, as secções mais maciças das peças, a possibilidade de se ter vazão

aos gases vindos dos machos, as tolerâncias exigidas nas peças fundidas, entre outros que

pode influenciar na localização de todos os tipos de canais.

Para prevenir esses defeitos e facilitar as condições de moldagem é necessário que o

projetista fique atento e esteja ciente de certas características fundamentais do aço, quando se

esfria do estado liquido até a temperatura ambiente, a baixa fluidez, contrações elevadas e

pequena resistência que é em cerca de 1480ºC. Quando não é atendido as exigências

fundamentais do projeto será o responsável por vários defeitos das peças fundidas, entre eles,

os mais comuns são: trincas de fundição, vazios devido a contração, adição de areia, entre

outras falhas da natureza diversificada.

2.8 Tipos de aços para fundição

São considerados cinco classes de aços fundidos comerciais.

Aços de baixo carbono (C inferior a 0,20%)

Aços de médio carbono (C entre 0,20 e 0,50%)

Aços de alto carbono (C acima de 0,50%)

Aços-liga de baixo teor em liga (teor total de liga inferior a 8%)

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Aços-liga de alto teor em liga (teor total de liga superior a 8%)

Os aços de alto teor em liga são para aplicações especiais, como resistência a corrosão, ao

calor, ao desgaste. Portanto não serão abordados.

FIGURA 1 – Propiedades mecânicas de aço-carbono de baixo carbono pra fundição

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FIGURA 2 – Efeito do teor de carbono em algumas propriedades mecânicas de aços-carbonos de médio carbono para fundição

TABELA 1 – Composição química de aços carbono

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE PEÇAS FUNDIDAS DE ALTO TEOR DE CARBONO

C Acima de 0,50 %

Mn 0,50 a 1,50 %

Si 0,35 a 0,70 %

P 0,05 % máx.

S 0,05 % máx.

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Os aços que pertencem à categoria de aços estruturais encontram seu principal campo

de aplicação nos setores de: transporte, automobilístico e ferroviário.

Na construção de equipamentos de transporte, podem ser adotadas duas

soluções. A primeira é a redução das dimensões dos perfis das peças, assim reduzindo o peso-

morto das estruturas, sendo um ponto positivo para o transporte de carga. A segunda solução é

o aumento da capacidade de carga e da vida do equipamento, sem redução do peso-morto,

mas melhorando a resistência mecânica e à corrosão atmosférica.

As duas soluções se aplicam tanto ao setor ferroviário quanto ao rodoviário, em

equipamentos pesados e outros maquinários para construção.

O setor da engenharia civil compreende a construção de prédios, pontes e

torres metálicas, e o cálculo das estruturas é feito dividindo-se um valor relativo à resistência

mecânica por um conveniente fator de segurança. O aço típico de alta resistência e baixo teor

em liga possui vantagens em relação aos aços-carbono estruturais, e uma destas vantagens é o

fato de que a relação entre os limites de escoamento são aproximadamente de 1,5 para 1,

sendo assim, a tensão será aumentada em 50%, ocasionando em economia de peso, pois

somente 2/3 de aço de alta resistência é necessário para conferir à sua estrutura a mesma

resistência de um aço-carbono comum. Boa soldabilidade e resistência a corrosão são algumas

das vantagens encontradas.

A maioria das aplicações comuns da engenharia requer aços estruturais de

custo moderado e resistência mecânica razoável, sendo assim, os aços-carbono se encaixam

perfeitamente. Para melhores propriedades mecânicas e certa resistência à corrosão

atmosférica, são utilizados os aços de alta resistência e baixo teor em liga, que se caracteriza

por baixos teores de cobre, níquel e cromo. Esta alta resistência mecânica e à corrosão

permitem projetar estruturas com a mesma vida que a do aço comum, mas com uma grande

redução do peso e projetar estruturas com o mesmo peso que a de aço-carbono, mas com

maior resistência e vida mais longa.

Estas características, aliadas às menores despesas de manutenção tornam esse

aço importante nas estruturas do tipo móvel (transportes) e em equipamentos de manuseio de

carga.

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Para aços de alta resistência a serem utilizados na condição laminada, existe

um enorme campo de emprego de microelementos de liga.

Para aços normalizados, o refino de grão pode ser obtido por precipitados de

NbC relativamente grosseiros ou mediante o endurecimento por dispersão de precipitados

finos de V(C, N).

Para aços temperados e revenidos são preferivelmente ligados com boro que

retarda a transformação da austenita.

Para aços conformados a frio, o emprego de titânio e zircônio é vantajoso, pois

permite o controle da forma dos sulfetos. Caso seja necessário, para aumentar a resistência

mecânica, adições adequadas são, por exemplo, nióbio e titânio.

Para os aços microligados que não exigem tratamento térmico para possuirem

alta resistência deve ser submetida a cuidados especiais no seu processamento. Os blocos a

serem forjados devem ser aquecidos a temperaturas elevadas para que os cabornetos sejam

dissolvidos na austenica. A mais importante precaução é que as peças forjadas devem ser

imediatamente resfriadas ao ar até certa temperatura, pois, se colocadas imediatamente para o

transporte o transportador deve possuir um transportador especial para manter as peças até

que elas escureçam.

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2.9 Tratamento Térmico

Tem como principais objetivos o tratamento térmico:

Refinar a granulação;

Destruir a textura bruta ou dendrítica de fusão;

Eliminar tensões internas causadas pelas diferentes velocidades de

resfriamento.

Recomendam-se tratamentos de recozimento ou normalização para normalizar a

textura bruta de fusão, preferindo-se este último pela melhor propriedade mecânica. Onde há

tensões devido ao tipo de aço, deve-se revenir, que melhora a ductilidade.

Para o recozimento é preciso que a carga resfrie até cerca de 250 ºC ou menos, antes

de ser retirado do forno. Quando o revenimento for necessário, após a normalização para

alívio de tensões, a temperatura pode variar entre 250 ºC a 700 ºC, as mais baixas sem afetar

as propriedades mecânicas. Se for necessário aumentar a ductilidade e resistência ao choque a

temperatura indicada deve subir a 540 ºC a 700 ºC.

Para peças muito pesadas, de grande secção, muitas vezes é necessário um tratamento

múltiplo: normalização a 900 ºC, recozimento a 840 ºC e prolongado coalescimento a 675 ºC

a 705 ºC, para destruir completamente a textura brurta de fusão e produzir máxima

ductilidade.

2.10 Têmpera

É aplicada para melhorar as propriedades mecânicas. Antes da têmpera, as peças

devem ser recozidas ou normalizadas, visto que estes tratamentos homogeneízam a estrutura,

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diminuindo os perigos de fissuração na têmpera. Como meios de resfriamento são usadas

água e óleo dependendo do teor do carbono.

2.11 Soldabilidade dos aços para Fundição

A tabela a abaixo (Tab. 2) relaciona a composição química à soldabilidade dos aços,

verificando-se que, à medida que aumenta o teor de carbono, o aço se torna cada vez mais

difícil de soldar, devido ao efeito de endurecimento pelo resfriamento após a soldagem na

zona afetada pela solda, da mesma forma que com o nível de carbono elevado, assim como os

aços-liga de baixo teor em liga, é necessário um preaquecimento e um tratamento para alívio

de tensões.

Tabela 2 – Soldabilidade dos Aços.

Tiposde

AçosComposição

SoldabilidadeGeral

Pré-AquecimentoRecozimento para Alívio de Tensões

I

Aço-carbono, com C abaixo de 0,30%.

Prontamente Soldável

Desnecessário Desnecessário

Aço-liga, de baixo teor em liga e C abaixo de 0,15%.

Prontamente Soldável

Desnecessário Desnecessário

II

Aço-carbono, com C entre 0,35% e 0,50%.

Soldável com precauções

Preferível Preferível

Aço-liga, de baixo teor em liga e C entre 0,15% e

0,30%.

Soldável com precauções

Preferível Preferível

III

Aço-Carbono, com C acima de 0,50%.

Difícil de Soldar Necessário Necessário

Aço-liga, com teor em liga acima de 3% de C acima

de 0,30%.Difícil de Soldar Necessário Necessário

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3 CONCLUSÃO

Explorando a criatividade, o desenvolvimento da capacidade de relacionamento

interpessoal, interação para realizar um excelente trabalho em equipe, foram algumas das

metas alcançadas pelo grupo.

O trabalho superou com margem as expectativas criadas e ainda pode servir de base

para outros artigos sobre o assunto, visto que claramente os objetivos foram alcançados com

pleno sucesso.

Os créditos desse trabalho são conferidos aos autores dos livros utilizados para a

realização deste, são dados créditos também ao professor desta disciplina.

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REFERÊNCIAS

CALLISTER, William D. Jr. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 5ed.

Rio de Janeiro: LTC Editora, 2000.

CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica: Estrutura e Propriedades das Ligas

Metálicas. 2ª edição.São Paulo: Makron Books do Brasil, 1986.

CHIAVERINI, Vicente. Materiais para Construção Mecânica. 2ª edição.São Paulo:

Makron Books do Brasil, 1986.

DIETER, George E. Metalurgia Mecânica. 2ed. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1997.