aula 07 contra o e alimenta o de pe as fundidas

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

Contrao e alimentao de peas fundidas.Disciplina: FundioProfessor: Guilherme O. Verran

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.


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


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


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


Solidificao Direcional

Solidificao ProgressivaMassalote

(alimentador)Riser

Solidificao direcional e progressiva numa pea com massalote


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


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


Representao esquemtica do modelo de solidificao de um metal puro

INTERFACE PLANA

COMPOSIO EUTTICA

METAIS PUROS

Ligas que solidificam com temperatura constante


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


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


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


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


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.


Liga com pequeno intervalo de solidificao

Liga com grande intervalo de solidificao

Influncia do modo de solidificao na alimentao de peas fundidas


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


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


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


DENDRTICA

Ligas com expanso volumtrica em algum estgio da solidificao

FERROS FUNDIDOS CINZENTOS E NODULARES


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)


Consequncias dos diferentes modelos de solidificao na prtica de alimentao.


PLANA

Necessidade de promover solidificao direcionada na prpria pea e do (s) ponto

(s) quente(s) para o massalote

Maior facilidade de alimentao


DENDRTICA

Baixa temperatura de vazamento

Uso de Resfriadores

Ataques nas partes finas


Aberto De topo Cego De topo

Cego LateralAberto Lateral

TIPOS DE MASSALOTES


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.


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


PlaquetaExotrmica

Rechupe Resfriador

Formao de Rechupe na Regio C

Placa Exotrmica

Tempo de Solidificao

Resfriador

Tempo de

Solidificao


Zona de Ao ou Distncia de Alimentao

Distncia Mxima

Efeito PontaContribuio do massalote

Distncia mxima de alimentao em placas de ao.


Regio que solidifica mais rpido


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



Distncia de alimentao adicional devidoao uso de um resfriador (Ex.: ao em molde de areia)


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


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


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


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



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%


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


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


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


Massalotes de Topo

Massalote lateral para pea tipo placa.

Massalotes laterais

Regras Gerais para Design de Pescoos

para Massolotes


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


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


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.



5 . Dimensionamento do Pescoo do Massalote.

6 . Distribuio dos massalotes ao longo da pea (esquema)

7 . Clculo do Rendimento Metalrgico.


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