FUNDIÇÃO

Faculdade de Tecnologia Senai Cimatec

FUNDIFUNDIÇÇÃOÃO

Ricardo Travassos

FUNDIÇÃO

DefiniçãoO processo de fundição é definido como o conjunto de atividades requeridas para dar forma aos materiais por meio da sua fusão /solidificação.Após a liquefação e seu escoamento ou vazamento para moldes adequados, ocorrerá a solidificação já no formato definitivo.

FUNDIÇÃO

• É o processo de fabricação de peças metálicas que consiste essencialmente em encher com metal líquido a cavidade de um molde com formato e medidas correspondentes aos da peça a ser fabricada.

• Esse processo não se restringe só ao ferro, pode ser também empregado com os mais variados tipos de ligas metálicas, desde que elas apresentem as propriedades adequadas, como por exemplo, temperatura de fusão e fluidez.

• A fundição pode ser um processo de fabricação inicial, pois também é o processo pelo qual se fabricam os lingotes. É a partir do lingote que se realizam os processos de conformação mecânica para a obtenção de chapas, placas, perfis etc.

Processo de Fundição

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Propriedades

• Temperatura de fusão – é a temperatura em que o metal passa do estado sólido para o estado líquido.

• Fluidez – é a capacidade de uma substância de escoar com maior ou menor facilidade. Por exemplo, a água tem mais fluidez que o óleo porque escorre com mais facilidade.

http://www.cimm.com.br/cimm/geral/jsps/frame_univers.jsp?pagina=http://construtor.cimm.com.br/cgi-win/construt.cgi?configuradorresultado&id=387&construt=true

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a) As peças fundidas podem apresentar formas externas e internas desde as mais simples até as bem complicadas, com formatos muitas vezes,impossíveis de serem obtidos por outros processos.

b) As peças fundidas podem apresentar dimensões limitadas somente pelas restrições das instalações onde são produzidas. Isso quer dizer,que é possível produzir peças de poucos gramas de peso e com espessura de parede de apenas alguns milímetros até outras pesando muitas toneladas.

c) As peças fundidas podem ser produzidas dentro de padrões variados de acabamento (mais liso ou mais áspero) e tolerância dimensional (entre ± 0,2 mm e ± 6 mm) em função do processo de fundição usado. Por causa disso, há uma grande economia em operações de usinagem.

d) A peça fundida possibilita grande economia de peso, porque permite a obtenção de paredes com pequenas espessuras, evitando ter sobremetal desnecessário, devido à limitação de acesso dos outros processo de fabricação.

Características:

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Adotar as seguintes seqüências de etapas

- Desenho da peça- Projeto do modelo- Confecção do modelo (modelagem)- Confecção do molde (moldagem)- Fusão do metal- Vazamento no molde- Limpeza e rebarbação- Controle de qualidade

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Confecção do modelo e dos machos

Fusão do metal

Desmoldagem e rebarbação

Projeto e Especificação

Confecção do modelo e dos machos

Molde

Desmoldagem e rebarbação

Acabamento

Fusão do metal

Expedição

FLUXOGRAMA DO PROCESSO

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• Etapas:• Parte-se do modelo de madeira

(etapa I);• Joga-se areia na caixa de

moldar e a areia é compactada de encontro ao modelo (etapa II);

• Retira-se o estrado de madeira e coloca-se a outra caixa de moldagem (etapas III e IV);

• Retira-se o modelo dos canais A e B (etapa V);

• Separa-se as caixas, retira-se o modelo de madeira e junta-se novamente as caixas (etapas VI, VII e VIII);

• vaza-se o metal, desmolda-se e corta-se os canais (etapa IX);

• Peça final (etapa X).

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1- Desenho das peças a serem fundidas

• Considerar em primeiro lugar, os fenômenos que podemocorrer na solidificação do metal líquido no interior do molde, para assim evitar os defeitos oriundos dessestais fenômenos.

• Evitar cantos vivos e mudanças bruscas de seção.

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2. Projeto do modelo

• O modelo é geralmente feito de madeira (cedro, peroba, etc..), plástico ou para produção seriada, o material mais comum para a confecção de modelos é o alumínio, devido a sua leveza e usinabilidade.

• Neste caso, é importante lembrar que no projeto do modelo tem que se considerar a contração do metal a solidificar.

• A seleção do material do modelo depende do tamanho, forma, tolerâncias e quantidade de peças a serem produzidas.

• Os modelos devem ser facilmente retirados dos moldes e devem ser de tamanho que compense as contrações térmicas decorrentes da solidificação.

•Deve-se também deixar um sobre metal para posterior usinagem, quando for o caso.

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Modelos para fundição

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3. Confecção do molde ou moldagem• O molde é o recipiente que contem a cavidade ou

cavidades, com a forma da peça a ser fundida e no interior das quais será vazado o metal líquido.

• Etapa mais importante, para se prevenir defeitos de processo. Deve-se avaliar: fluxo do metal líquido devido a turbulência, contração do metal, possíveis pontos formação de bolhas, tensões de resfriamento.

• Paredes muito finas não são preenchidas pelo metal líquido no molde.

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Moldes não-metálico e metálico (coquilha).

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Fase Moldagem

Alguns tipos de processos:

• Moldagem em molde de areia ou temporário, por gravidade;

• Moldagem em molde metálico ou permanente• Fundição por centrifugação;• Fundição de precisão.

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A peça, após fundida e retirada do molde

A peça após tratamento térmico e usinagem

Peça original que se quer obter

Modelo da peça em madeira

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A peça, após usinagem e tratamento térmico, é pintada e adquire aparência igual àoriginal

Peça original

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Solidificação:

• Fenômenos que ocorrem na solidificação do metal líquido no interior dos moldes

• 1º - Cristalização

• 2º - Contração de volume (volumétrica ou tridimensional)

• 3º - Concentração de impurezas• 4º - Desprendimento de gases

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Cristalização

• Aparecimento das primeiras células cristalinas unitárias, que servem como “núcleos” para o posterior desenvolvimento ou “crescimento” dos cristais, dando finalmente, origem aos grãos definitivos e a “estrutura granular” típicas dos metais.

• O crescimento dos cristais não se dá de maneira uniforme, ou seja, a velocidade de crescimento não é a mesma em todas as direções

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Transferência de calor durante a solidificação

Os cristais tendem a crescer no sentido contrário ao fluxo de calor. Portanto, a solidificação ocorre da parede do molde para o interior.

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Cristalização

• Os grãos cristalinos vão crescendo e formarão uma estrutura chamada “dendrita”.

• As dendritas formam-se em quantidades cada vez maiores até se encontrarem; o seu crescimento é, então, impedido pelas dendritas vizinhas, originando os grãos e os contornos de grãos, que delimitam cada grão cristalino, formando a massa sólida.

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O crescimento do sólido

Existem duas formas bastante usuais de crescimento, o celular e o dendrítico (dendron, árvore em grego). Odendrítico é muito comum e ocorre principalmente em ligas, para as velocidades de resfriamento usualmente encontradas nos processos de fundição, a interface seráquase sempre dendrítica

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Figuras mostrando o crescimento da dendrita

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O crescimento do sólido

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Macroestruturas de fundição. Variações na macroestrutura:

(a) ausência da zona equiaxialcentral;

(b) Presença das três zonas(coquilhada, colunar e Equiaxial central)

(c) ausência das zonas coquilhada e colunar

Macroestruturas de fundição

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Resfriamento lento de um metal puro

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Metal com pequena quantidade de outro elemento de liga

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Contração de Volume• Os metais ao se solidificarem sofrem uma contração

- Contração líquida – Correspondente ao abaixamento da temperatura até o início da solidificação;

- Contração de solidificação – correspondente a variação de volume que ocorre durante a mudança do estado líquido para o sólido;

- Contração sólida – correspondente a variação de volume que ocorre já no estado sólido, desde a temperatura de fim de solidificação até a temperatura ambiente.

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Variação volumétrica do aço ao se resfriar a partir da fase líquida, expressa em %.

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Vazio ou rechupe

Porosidades ou bolhas

Trincas

Mau acabamento

DEFEITOS

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Defeitos na contração sólida

• Vazios – A diferença entre os volumes no estado líquido e no estado sólido final é onde ocorrem os vazios.

• Tensões residuais – Uma alta velocidade de resfriamento, pode causar essas tensões (pode ser eliminada pelo tratamento térmico de alivio de tensões)

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Como evitar os vazios• Utilização de massalote.

• É uma espécie de reserva de metal que preenche os espaços que vão se formando à medida que a peça vai solidificando e se contraindo.

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• A utilização de massalote.

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Concentração de Impurezas

• Impurezas normais nas ligas ferro-carbono: Fósforo (P), enxofre (S), Manganês (Mn) e Silício (Si).

No metal líquido: Todas essas impurezas estão bem dissolvidas formando um todo homogêneo.

Na solidificalção: a medida que o metal se solidifica, esses elementos vão acompanhando o metal liquido remanescente, indo acumular-se na ultima parte sólida formada.

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Segregação

• Esta última parte formada é chamada de segregação.– A segregação é formação de uma

composição química não uniforme, e conseqüentes propriedades mecânicas diferentes.

Como prevenir: Controle rigoroso da composição química, e também a velocidade de resfriamento.

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Desprendimento de gases

• Fenômeno que ocorre, principalmente, nas ligas ferro-carbono. O oxigênio dissolvido no ferro, tende a combinar com o carbono dessas ligas, formando os gases CO e CO2. que escapam facilmente a atmosfera, enquanto estiver no estado líquido.

• Com a diminuição da massa líquida esses gases não tem para onde fugir, assim formando as chamadas BOLHAS.

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Como evitar as BOLHAS

• As bolhas devem ser evitadas, contudo em aços de alto carbono. Isso pode ser feito adicionando-se ao metal líquido substâncias chamadas de “desoxidantes”, tais como alguns tipos de ferro-ligas(ferro-Silicio e ferro-manganês), ou alumínio.

FUNDIÇÃOBolhas resultantes do resfriamento

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Observação

• De fato o oxigênio reage de preferência com elementos Si, Mn e Al, formando óxidos sólidos – SiO2, MnO e Al2 O3 –impedindo, assim, que o oxigênio reaja com o carbono formando os gases CO e CO2 , responsáveis pela produção de bolhas.

FUNDIÇÃOClassificação dos processos de fundição

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Classificação dos processos de fundição

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Seleção de processos de fundição: função dos metais e suas

ligas

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Seleção de processos de fundição: função dos metais e suas ligas

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• Para peças médias e grandes, a moldagem em areia e cimento pode ser a mais adequada. Sua composição em porcentagem em peso é de 90% de areia silicosa, 10% de cimento portland e 8% de água.

• Outro, é o processo com CO2. Consiste na passagem de CO2 pela areia compactada e aglomerada com silicato de sódio, reagindo com o silicato formando sílica gel, carbonato de sódio e água. Essa reação propicia endurecimento do molde em tempo relativamente curto.

Fundição utilizando moldes perdido (areia, polestireno, cera,...).

• No processo de moldagem plena, são utilizados como modelos espuma de poliestireno. A espuma de poliestireno pode ser facilmente cortada e podem ser obtidos com facilidade modelos bastante complexos. A moldagem éconduzida do mesmo modo que no processo de fundição em areia, mas o modelo não é retirado, pois durante o vazamento o poliestireno vaporiza, sendo substituído pelo metal a grande quantidade de gás gerado leva a um acabamento superficial ruim.

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Moldagem em moldes metálicos

• Fundição sob pressão e em moldes permanentes

• Consiste em forçar o metal líquido, sob pressão, a penetrar na cavidade do molde, chamado matriz. Esta é metálica, portanto de natureza permanente, e assim, pode ser usada inúmeras vezes.

Fundição sob Pressão

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Moldes permanentes• Este é aplicado para a fundição de

lingotes, ou seja, peças de forma regular, cilíndrica ou prismática, que irão sofrer posterior processamento mecânico.

• Em geral, as lingoteiras são interissas, ou com um fundo constituído de uma placa sobre o qual o corpo da lingoteira se apóia.

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Controle de Qualidade de peças Fundidas

• Inspeção visual• Inspeção Dimensional• Inspeção Metalúrgica