..
Fundição
..
Sumário
Introdução 1Oprocesso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Aplicação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Vantagens e Desvatagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Solidificação deMetais e Ligas 3
Formação deDefeitos 7
Etapas 8
Classificação 11
Moldes Colapsáveis 11Areias com ligantes inorgânicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Fundição em areia verde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Fundição em areia seca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Processo silicato de sódio/CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Processo areia cimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Areias com ligantes orgânicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Resinas de cura a frio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Moldagem em casca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Areias sem ligantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Molde cheio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Moldagem a vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Moldes congelados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Outros refratários . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Processo CLA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Cera perdida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Moldes Permanentes (Coquillhas) 21Fundição por gravidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Fundição sob pressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Fundição a vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Fundição por compressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Fundição por centrifugação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2
..
Centrifugação total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Centrifugação parcial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Somente preenchimento por centrifugação . . . . . . . . . . . 26
Vantagens e Desvantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Vantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Desvantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3
.. Fundição
Introdução
Os processos de conformação de um
material a partir de seu estado líquido
são usualmente denominados de pro-
cessosmetalúrgicos de fabricação.
Estes processos podem ainda ser classi-
ficados com relação à sua temperatura
de trabalho. Ametalurgia do pó engloba
todos os processos onde a temperatura
aplicada é inferior a temperatura de fu-
são domaterial. Em contrapartida, os
processos que trabalham em tempera-
turas superiores a temperatura de fusão
são: soldagem, lingotamento e fundição.
O período da Idade dosMetais (período
seguinte à Idade da Pedra), que se ini-
cia por volta de 4000 a.C., foi marcado
pelo início da fabricação de ferramentas
e armas demetal.
Ainda que demaneira rudimentar, o ser
humano começou a dominar a técnica
da fundição.
Inicialmente, utilizou comomatéria
prima o cobre, o estanho e o bronze
(uma liga de estanho), metais cuja fu-
são émais fácil. Somente em 1200 a.C,
aproximadamente, começa-se a traba-
lhar com ferro.
Apósmilhares de anos, os princípios
do processo de fundição continuam os
mesmos, mas aprimoramentos técni-
cos proporcionaram um controle maior
sobre o processo, assim como sua auto-
mação.
Dessa forma, tal desenvolvimento, junto
à softwares que permitem a simulação de
fenômenos de solidificação, possibilita-
ram a fabricação de produtos cada vez
mais sofisticados.
Oprocesso
A fundição é definida como conforma-
ção demetais e ligas a partir domaterial
líquido, vazado emmoldes apropriados
onde, ao solidificar-se, toma-lhe a forma,
resultando em produtos acabados (pe-
1
.. Fundição
ças, componentes) ou semi-acabados
ematéria prima para processamento
mecânico (tarugos, lingotes, chapas). É
de grande importância para a indústria,
pois praticamente todo produtometá-
lico passa por um processo de fundição
em ummomento de sua produção.
OMolde pode corresponder à forma fi-
nal da peça desejada ou pode conferir
à peça determinada forma, que ainda
sofrerá posteriores tratamentos de con-
formação no estado sólido até chegar
às dimensões desejadas. A cavidade no
molde é conhecido como “negativo” da
peça.
Basicamente, no processo de fundição,
o metal líquido é vazado em ummolde e
ocupa a sua geometria. Após ser resfri-
ado, o material se solidifica e é então re-
tirado de dentro domolde. Desse forma,
este processo possibilita a confecção de
peças com grande variedade e complexi-
dade de formas.
Aplicação
Essa técnica é amplamente utilizada
para a fabricação de:
• Partes demotores;
• Turbinas hidráulicas e a gás;
• Equipamentos e ferramentas para
a indústria mecânica;
• Laminadores;
• Hélices e âncoras de navios;
• Válvulas de alta e baixa pressão;
• Sapatas de freios;
• Rodas de automóveis;
• Artefatos para uso doméstico.
2
.. Fundição
Vantagens e Desvatagens
Em processos de fundição, não há limite
de peso e de dimensão para as peças
confeccionadas, permitindo, ainda, que
sejam fabricadas formas de grande com-
plexidade. Além disso, apresenta baixo
custo de produção e grande versatili-
dade, assim como também a possibili-
dade de se trabalhar com uma ampla
gama demetais e ligas. A partir dele,
pode-se obter peças com elevada pre-
cisão dimensional e qualidade de aca-
bamento, garantindo também que ela
esteja, aomenos, próxima de sua dimen-
são final, reduzindo a necessidade de um
processo de usinagem posterior e a con-
sequente perda dematerial.
Entretanto, algunsmateriais podem
apresentar reações com osmoldes ou
dificuldades em se alcançar o estado
de fusão. Há também a necessidade do
processo ser realizado em atmosferas
inertes. A peça final pode apresentar
defeitos devido à formação de inclusões,
trincas ou cavidades de contração e po-
rosidades. Ademais, pode ocorrer a se-
gregação de solutos.
Solidificação deMetais e Ligas
Conforme discutido anteriormente, o
processo de fundição envolve a fusão do
metal ou liga, seu posterior vazamento
em ummolde, a solidificação da peça e,
na sequência, sua remoção domolde.
O escoamento dometal líquido na ca-
vidade domolde é influenciado por al-
guns parâmetros, que variam conforme
o processo de fundição utilizado:
1. Temperatura de vazamento: um
material metálico apresenta uma
temperatura de fusão bem de-
finida, ou seja, inicia e finaliza o
processo de solidificação em uma
temperatura bem determinada.
Em contrapartida, as ligas apre-
3
.. Fundição
sentam uma temperatura no inicio
do processo de solidificação e ou-
tra ao terminar. Dentro da faixa
de temperaturas em que ocorre a
solidificação para uma liga, existe
sempre umamistura de sólido e
líquido. A temperatura de vaza-
mento de uma liga deve sempre
ser tal que garanta que omaterial
esteja com 100%de líquido (supe-
raquecimento). O vazamento, no
caso de ligas, dentro de uma faixa
de temperaturas onde se tem uma
mistura de sólido e líquido preju-
dica o preenchimento completo do
molde.
2. Taxa de resfriamento: possui
grande influência no desenvolvi-
mento da estrutura do fundido.
O critério que descreve a ciné-
tica da interface sólido-líquido é
dado porG/R, ondeG é o gradi-
ente térmico eR a taxa na qual a
interface sólido-líquido semovi-
menta. Normalmente,G se encon-
tra entre 102 e 103 K/m eR entre
10−4 e 10−3 m/s. Estruturas den-
dríticas (estrutura de solidificação
normalmente encontrada em fun-
didos) apresentam valores da ra-
zãoG/R entre 105 e 107. Por sua
vez, frentes planas de solidificação
possuem estes valores entre 1010 e
1012.
3. Fluidez: é a capacidade dometal
líquido preencher as cavidades do
molde. Essa propriedade depende
de características dometal e de
parâmetros utilizados na fundição.
Com relação aometal, a fluidez
depende da viscosidade, tensão
superficial, inclusões e padrão de
solidificação da liga. No que se re-
fere aos parâmetros de fundição, a
fluidez depende do projeto e do
material domolde, além de seu
4
.. Fundição
acabamento superficial, grau de
superaquecimento, taxa de vaza-
mento e transferência de calor.
4. Existência de turbulência: O esco-
amento demetais e ligas metálicas
em estado líquido superaquecidos
são semelhantes entre si e ao es-
coamento da água. É necessário
que o sistema de canais domolde
seja projetado de forma a reduzir
a turbulência. Essa característica
pode ser quantificada pelo número
de Reynolds (Re), que depende da
velocidade do escoamento, do diâ-
metro hidráulico do canal e da vis-
cosidade cinemática do líquido. Na
maioria dos casos, o fluxo se apro-
xima do turbulento, provocando,
assim, reações dometal líquido,
levando a formação indesejável
de bolhas de gás que podem ficar
presas e produzirem defeitos nas
peças fundidas.
5. Contração de solidificação: a mai-
oria dosmetais comercialmente
utilizados apresenta contração
durante o processo de solidifica-
ção. Sendo assim, esse fato deve
ser considerado na fabricação do
molde. De forma a compensar
essa contração, existe no projeto
domolde a adição de um recipi-
ente para ometal líquido deno-
minadomassalote, que é o último
componente se solidificar e con-
centra a contração de solidifica-
ção. Ele é retirado da peça após
a solidificação e desmoldagem,
sendo posteriormente sucateado.
6. Transferência de calor nomolde:
Fatores como fluidez e taxa de
resfriamento dependem da tem-
peratura e, portanto, também da
transferência de calor domolde.
7. Tempo de solidificação: O tempo
de solidificação da peça nomolde
5
.. Fundição
é função do volume do fundido e
da sua área superficial.
Podem ocorrer diferentes tipos de
micro emacroestruturas, depen-
dendo de como ocorre o resfria-
mento/solidificação domaterial que foi
fundido. Diferentes tipos de zonas es-
truturais vão surgir, devido ao uso de
moldes em temperaturas inferiores às
domaterial fundido. De acordo com a
distância até as paredes domolde, três
regiões se formam nomaterial.
• Zona Coquilhada: Os grãos do
material possuem pequenas di-
mensões, orientações cristalográ-
ficas aleatórias, crescimento equi-
axial. É a região formada na perife-
ria, junto às paredes domolde.
• Zona Colunar: Apresenta grãos
alongados, cujo crescimento
ocorre namesma direção, mas
sentido oposto, do fluxo de calor.
Se encontra numa região inter-
mediária, entre a periferia (zona
coquilhada) e o centro da seção.
• Zona Equiaxial Central: Os grãos
são equiaxiais, demédia dimen-
são e possuem orientações cris-
talográficas aleatórias. É a região
formada no centro da seção.
6
.. Fundição
Formação deDefeitos
Em processos de fundição, há vários de-
feitos oumesmo efeitos indesejáveis
possíveis de ocorrer. Dentre eles estão:
1. Crescimento dendrítico: ocorre
a formação de dendritas que se
encontram em planos diagonais,
formando planos demaior fragili-
dade, onde podem aparecer fissu-
ras ou trincas durante processos
posteriores de conformação plás-
tica.
2. Ocorrência de contração de vo-
lume: provoca a formação de re-
chupe (vazio ou chupagem). Essa
região deve ser retirada da peça.
Em peças fundidas, essa é a região
domassalote ou alimentador. A
contração durante a solidificação
pode acarretar no aparecimento
de tensões residuais (que são cau-
sadas por deformações plásti-
cas não homogêneas) e trincas a
quente. A contração de solidifica-
ção também ocorre junto as den-
dritas, causando a ocorrência de
micro-rechupes.
3. Não preenchimento completo do
molde: esse tipo de defeito pode
ser causado por temperaturas de
vazamento baixas.
4. Concentração de impurezas em
algumas regiões: pode ser con-
sequência da segregação durante
o processo de solidificação. Em li-
gas, os elementos commais baixo
ponto de fusão se concentram no
líquido. Sendo assim, a última re-
gião a solidificar é amais rica nes-
ses elementos.
5. Gases: quando formados durante
o processo de fundição, podem
formar bolhas tanto na superfície
7
.. Fundição
quanto no interior das peças. No
interior das peças, a porosidade
formada pelos gases se diferencia
dosmicrorechupes por apresentar
formasmais aredondadas.
6. Presença de inclusões: a presença
de inclusões de elementos nãome-
tálicos, como SiO2 eMnO, causam
a redução de propriedadesmecâ-
nicas das peças fundidas e podem
comprometer os lingotes em pro-
cessos posteriores de deformação
plástica.
Etapas
Oprocesso de fabricação de peças a
partir da fundição pode ser dividido em
10 etapas, sendo elas apresentadas a
seguir.
1. Modelação:
Esta etapa consiste na confecção
domodelo: uma réplica da peça
que é utilizada para confeccionar
omolde. Estes modelos são for-
mados pela réplica da peça, canais,
respiro, alimentadores e resfria-
dores. Podem ser construídos da
seguinte forma:
• Montagemmanual: mode-
los feitos de isopor, madeira,
entre outros materiais.
• Por fundição: modelos de
cera ou polímeros.
• UsinagemCNC:modelos
demadeira, polímeros ou
mesmomateriais metálicos.
• Usinagem de precisão: mo-
delos metálicos obtidos por
processo de eletroerosão.
• Prototipagem rápida: mode-
los poliméricos.
Os canais são os elementos que
permitem um preenchimento ho-
mogêneo dometal líquido dentro
domolde. Sua construção requer
8
.. Fundição
cuidados com relação a geometria,
demodo a evitar escoamentos tur-
bulentos e a formação de bolsas
de ar.
O respiro é o elemento que per-
mitirá a saída do ar do interior das
cavidades.
Alimentadores são utilizados para
que haja mais metal fundido em
regiões adequadas, demodo a se
evitar rechupes.
Por fim, resfriadores são respon-
sáveis por direcionar o fluxo do lí-
quido, evitando, assim, a formação
de rechupes.
2. Moldagem eMacharia:
Etapa onde são confeccionados
omolde e osmachos. Omolde
é constituído por todas as cavi-
dades a serem preenchidas pelo
metal líquido. Por sua vez, os ma-
chos correspondem às cavidades
que são necessárias nas peças fun-
didas (principalmente orifícios).
Sua função nomolde é formar uma
seção cheia onde ometal não pe-
netrará, demodo que a peça final
apresente um vazio naquela re-
gião.
3. Fusão:
Nessa etapa ocorre o aqueci-
mento damatéria prima que será
vazada na cavidade domolde até
temperaturas superiores ao seu
ponto de fusão.
4. Vazamento:
9
.. Fundição
Ovazamento corresponde a um
conjunto demétodos utilizados
para despejar ometal líquido den-
tro domolde.
5. Desmoldagem:
Na etapa de desmoldagem, após
a solidificação domaterial, a peça
fundida é retirada do interior do
molde.
6. Inspeção:
A peça formada é analisada para
detecção de possíveis defeitos.
7. Pós-operações:
Os canais são cortados e a peça
passa por um processo de lim-
peza. Após a retirada domolde
de fundição, a peça possui diver-
sas rebarbas causadas pelo vaza-
mento através dos canais de res-
piro. Dessemodo, é necessária a
"limpeza"da peça através do des-
rebarbeamento, onde são retira-
das as sobras e as rebarbas utili-
zando esmeris ou lixadeiras.
8. Recuperação:
Passam por esta etapa as peças
que apresentarem algum defeito
não comprometedor que é detec-
tado durante a análise.
9. Conformação final:
Se necessário, a peça é submetida
há processos de usinagem ou con-
formação plástica para obter a di-
mensão e acabamento superficial
desejados.
10. Tratamentos térmicos e outros:
Por fim, podem ser aplicados à
peça tratamentos térmicos ou
termoquímicos para adequar as
suas propriedades aos requisitos
de projeto.
10
.. Fundição
Classificação
Com relação aomaterial adotado na fa-
bricação domolde, os processos de fun-
dição podem ser classificados em:
• Moldes Colapsáveis
• Moldes Permanentes (Coquilhas)
• Moldes Semi-permanentes
A seguir, são apresentadasmais infor-
mações a respeito de cada grupo.
MoldesColapsáveis
Os processos que são classificados
dessa forma são aqueles que utilizam
moldes dematerial refratário e que são
quebrados para a retirada do fundido.
Dessa forma, cadamolde se presta a so-
mente um vazamento. Entretanto, após
a desmoldagem da peça, algunsmateri-
ais podem ser recuperados para a cons-
trução de outromolde.
Esse tipo demolde permite que sejam
fabricadas várias peças em um único va-
zamento, ou seja, o molde pode conter
várias cavidades a serem preenchidas
commetal líquido.
Os processos commoldes colapsáveis
são aqueles que utilizam:
• Areias + ligantes inorgânicos:
areia seca, areia verde, areia ci-
mento e silicato de sódio/CO2.
• Areias + ligantes orgânicos: mol-
dagem em casca (shell molding) e
resinas de curo a frio.
• Areias sem ligantes: molde cheio,
moldagem a vácuo emoldes con-
gelados.
• Outros refratários: Cera perdida e
CLA.
11
.. Fundição
Areias com ligantesinorgânicos
Fundição em areia verde
Oprocesso de fundição em areia verde
é omais popular (aproximadamente
90% - em volume dometal líquido - da
produção de fundidos). Possui baixo
custo de produção e pode ser utilizado
em pequenas e elevadas produções, de-
vido, principalmente, a sua elevada ver-
satilidade quanto ao peso (de peças com
poucas gramas até dezenas de tonela-
das). Entretanto, como se faz necessário
o uso de ummodelo, a complexidade de
geometrias é limitada. É utilizado para
ligas ferrosas e não ferrosas.
Omaterial demoldagem é constituído
por areia (75%), argila (de 3 a 15%), água
e outros aditivos para fins específicos, e
pode ser reutilizado.
Este processo permite que omolde,
após estar pronto, receba o vazamento
imediatamente e pode ser facilmente
mecanizável.
Omodelo é fabricado em partes para
permitir a sua retirada domolde, en-
quanto osmachos são construídos em
areia com resinas, separadamente, nas
chamadas caixas demacho.
A desmoldagem se dá através da quebra
domolde.
Fundição em areia seca
A fundição em areia seca é semelhante
ao processo em areia verde, mas há ne-
cessidade de secagem antes domolde
receber ometal líquido.
A composição domaterial demoldagem
é de areia e ligantes (óleos vegetais ou
derivados de petróleo), que fornecem
resistência mecânica após secagem. A
confecção domolde é semelhante ao
processo de fundição em areia verde,
exceto pela presença de uma etapa final
de secagem em uma estufa em tempe-
raturas entre 200 e 300C . A secagem
12
.. Fundição
proporciona o aumento das resistências
mecânica e à erosão dometal líquido
e diminui o teor de água nomolde, re-
duzindo a possibilidade de certos tipos
de defeitos na peça fundida, como a po-
rosidade. Após a secagem, osmoldes
devem receber ometal líquido imediata-
mente para se evitar drenagem de água
das camadas externas para a superfície
interna domolde.
De forma geral, fornece fundidos deme-
lhor qualidade que a fundição em areia
verde, mas apresenta um custo superior
devido à existência de uma etapa amais.
Suamaior aplicação se dá paramoldes
de grandes dimensões, na confecção de
machos e namoldagem feita por partes
demoldes grandes oumuito complexos.
Assim como a fundição em areia verde, a
areia também pode ser reutilizada.
Processo silicato de sódio/CO2
Para este caso, a areia do processo de
fundição é composta por areia,Na2SiO3
eCO2. Para a confecção domolde,
adiciona-se a substânciaNa2SiO3H2O
em estado líquido à areia e, em seguida,
coloca-se essamistura sobre omodelo,
utilizando vibração para acomodação
da areia (compactação leve, manual ou
vibração). Por sua vez, o gásCO2 é pas-
sado pelo interior da areia. Dessa re-
ação surgem as substâncias SiO2H2O
(sílica gel) eNa2OSiO2 (silicato vítreo).
A sílica gel envolve os grãos de areia,
proporcionado coesão e plasticidade.
Já o silicato vítreo fornece forte ligação
e alta resistência mecânica aomolde. A
fração encontrada de sílica gel e de sili-
cato vítreo varia conforme o tempo de
gaseificação, influenciando, portanto, na
resistência mecânica domolde.
Demodo geral, trata-se de um processo
com alta versatilidade, permitindo a fa-
bricação demoldes de pequenas, mé-
dias e grandes dimensões. Pode ser utili-
zada commateriais ferrosos e não ferro-
13
.. Fundição
sos. Além disso, fornece fundidos de boa
qualidade superficial e alta precisão di-
mensional. Entretanto, apresentamaior
custo em relação ao processo em areia
verde e a areia não é recuperável.
É popularmente usado na fabricação
demachos, moldes que requeiram bom
acabamento e namoldagem de peças
grandes por partes.
Processo areia cimento
Sua utilização comercial teve início nos
anos 50, sendo seu uso popular para
confecção demoldes de grande porte
e para ligas ferrosas. A areia cimento
é composta por umamistura de areia,
cimento (de 8 a 10%) e água (de 4 a 7%.
Não é necessário o uso de caixas demol-
dagem, somentemolduras, pois a alta
resistência mecânica do cimento sus-
tenta omolde. Também não necessita
de elevada compactação.
Omodelo é retirado após cura parcial.
Trata-se de um processo lento devido
ao tempo de secagem do cimento, onde
vários dias podem ser requeridos. For-
necemmoldes com elevada resistência
mecânica, mas com reduzida colapsibili-
dade. A areia não é recuperável.
Areias com ligantes orgânicos
Resinas de cura a frio
Essemétodo tem sido desenvolvido
desde o início dos anos 50 do século XX
e revolucionou a tecnologia demolda-
gem, pois dispensa elevadas temperatu-
ras, já que elimina a presença de gases
provenientes da queima de componen-
tes orgânicos e longos tempos de cura.
É adotado para uma ampla gama de pro-
cessos (produtos) disponíveis, com dife-
rentes denominações comerciais.
Na presença de um catalisador, as resi-
nas adicionadas à areia polimerizam em
temperatura ambiente, levando tempos
da ordem deminutos ou segundos.
Os processos de fundição de resinas de
cura a frio utilizammodelos demadeira
14
.. Fundição
e fornecemmoldes de elevada resistên-
cia e de alta colapsabilidade, sem neces-
sidade de elevado grau de compactação.
Proporcionammoldesmanuseáveis que
são úteis para amoldagem por partes.
Além disso, atendem à fundidos de gran-
des dimensões e/ou geometrias comple-
xas.
Osmateriais fundidos provenientes
desse processo possuem excelente pre-
cisão dimensional e acabamento super-
ficial.
É uma boa escolha para produção em
grande escala devido à sua rapidez. En-
tretanto, a resina utilizada pode apre-
sentar custo elevado.
Moldagem em casca
Também conhecido como processo Shell,
foi primeiramente utilizado na Alema-
nha durante a década de 40. Atual-
mente, é amplamente utilizado para os
mais variados produtos e ligas.
Amistura demoldagem é composta por
areia e resinas de cura a quente, que,
normalmente, são fenol-formaldeído,
ureia-formaldeído ou alquídicas.
Osmodelos são construídos a partir de
materiais metálicos (ligas de alumínio,
ligas de Fe-C, entre outros) estáveis à
temperatura de cura da resina e pos-
suem bom acabamento superficial. Ele
é aquecido entre 175 e 370C e, em se-
guida, é colocado dentro de uma caixa
com amistura de areia resinada. A caixa
é entãomovimentada, permitindo a
adesão da areia sobre a superfície do
modelo, pois, com o aquecimento, a re-
sina da areia polimeriza e forma uma
casca sobre ele. Essa “casca” (Shell) é
destacada domodelo e as partes são
fechadas paramontagem domolde, es-
tando pronto para o vazamento do lí-
quido.
Duas técnicas são comumente utilizadas
para amoldagem:
15
.. Fundição
• Tamboreamento: a areia éman-
tida no interior da caixa e omo-
delo é preso sobre ela, que é então
virada demodo a deixar cair areia
sobre omodelo.
• Sopramento: neste caso, a areia
é soprada para a cavidade que se
forma entremodelo e placa de fe-
chamento (que estão aquecidas),
produzindo uma casca de espes-
sura uniforme e controlada. Os
equipamentos dessa técnica pos-
suem elevados custos, tornando
seu uso justificável apenas para
fabricação de grandes quantida-
des de peças (dimensões peque-
nas/médias). É muito utilizado
para confecção demachos.
De forma geral, o shell molding fornece
fundidos com excelente acabamento
e precisão dimensional (devido, em
grande parte, ao uso de areias de granu-
lometria fina que possibilitam alta flui-
dez e tornam desnecessária a sua com-
pactação). Sendo assim, o processo per-
mite alta flexibilidade de formas. Tem
grande aplicação comercial na indús-
tria automobilística, para a fabricação
de componentes em ligas de alumínio
e na produção de peças como engrena-
gens, onde grande precisão e bom aca-
bamento superficial são necessários.
Dependendo da construção domodelo,
mais de uma peça pode ser feita em um
único vazamento. A areia não é recupe-
rável.
Areias sem ligantes
Molde cheio
Também conhecido como fundição em
molde sem cavidade ou processo EPC
(Evaporative Pattern Casting), pois omo-
delo é construído emmaterial vapori-
zável a uma temperaturamenor que a
temperatura de fusão dometal (poliesti-
reno ou polimetil-metacrilato expandi-
16
.. Fundição
dos), sendo, portanto, destruído durante
o processo.
Para os casos de fundidos de grandes di-
mensões e baixa produção, a confecção
dosmodelos é feita por meio da usina-
gem de blocos. Deve possuir canais e ali-
mentadores, além de ser recoberto com
uma pintura refratária, que constituirá
a superfície interna domolde, preve-
nindo, assim, a queda de grãos de areia,
e controlando a taxa de saída de gases e
o acabamento da peça.
Por sua vez, a confecção dosmoldes uti-
liza areia seca de alta fluidez (ou seja,
com grãos bem pequenos), sem ligantes,
e é colocada sobre omodelo. Para ajuste
da areia aomodelo, aplica-se somente
vibração, não ocorrendo compactação.
Isso permite a saída dos gases produzi-
dos.
Ometal é vazado diretamente sobre o
modelo, sendo essenciais o controle do
tempo de vazamento (para evitar o co-
lapso domolde) e que a areia tenha per-
meabilidade adequada.
O processo permite fundidos de geome-
trias complexas, com alta precisão di-
mensional. Como omolde não é dividido
em duas partes, tem-se ausência de de-
feitos de linhas de partição demoldes. É
um processo adequado para pequena e
grande produção de ferrosos e não fer-
rosos. A areia do processo é recuperá-
vel.
Moldagem a vácuo
Nesse tipo demolde, o modelo é feito
emmadeira, plástico oumetal, e mon-
tado em caixas demoldar ocas, conecta-
das à bomba de vácuo. Uma película de
plástico reveste omodelo e o vácuo apli-
cado na caixa demoldar promove a sua
aderência. A areia é depositada sobre
o plástico/modelo, aplicando-se vibra-
ção para sua acomodação, e é recoberta
com película de plástico. É feito vácuo
na caixa contendo a areia, produzindo
17
.. Fundição
a sua compactação. O ar é injetado no
modelo, desprendendo a película, cons-
tituindo, assim, omolde. As partes do
molde sãomontadas e é feito o vaza-
mento.
Ometal é vazado diretamente nomolde
e a desmoldagem é imediata, bastando
injetar ar nomolde.
Vantagens do processo:
• Menor custo domaterial demol-
dagem;
• Maior vida demoldes;
• Não poluentes;
• Não ocorrem defeitos nos fundi-
dos devido a ingredientes voláteis
na areia demoldagem;
• Produz fundidos de boa preci-
são dimensional, com bom aca-
bamento e peças de pequeno à
grande porte;
• Utiliza areia recuperável.
Moldes congelados
Amistura demoldagem é constituída
por areia e água, podendo ou não conter
argila.
Esse processo é similar às outras mol-
dagens que utilizam areias, exceto pela
aplicação deN2 líquido, que promove
o aumento da coesão da areia devido
ao seu congelamento. Na sequência,
devido a um aquecimento repentino,
ocorre o colapso da areia após a forma-
ção de espessura de sólido suficiente
para conter ometal. Assim, pode-se di-
zer que a desmoldagem é espontânea.
Omolde possui ótimas propriedades
mecânicas, comparáveis, inclusive,
aquelas obtidas por processo silicato
de Sódio/CO2.
Os fundidos apresentam boa qualidade
superficial em ligas de baixo ponto de
fusão. Devido ao rápido resfriamento,
não ocorrem zonas coquilhadas ou colu-
18
.. Fundição
nares, formando uma estrutura isotró-
pica.
A areia é 100% recuperável.
Outros refratários
Processo CLA
Oprocesso CLA (Counter Gravity Low
Pressure Air Melt Alloys) é utilizado para
a produção de fundidos de elevada qua-
lidade (que necessitam de grande pre-
cisão) e de pequenas dimensões. Nor-
malmente, são utilizadas ligas sensíveis
à oxidação (ligas Alumínio-Lítio e ligas
de Titânio).
Ummolde tipo casca (que é construída
por outros refratários, como o processo
da cera perdida) é colocada em uma câ-
mara submetida a vácuo. O preenchi-
mento se dá por aspiração dometal fun-
dido. Após certo tempo de solidificação,
é permitido a entrada de ar e o excesso
de líquido volta por gravidade para o ca-
dinho. Sendo assim, é necessário con-
trole da temperatura de vazamento e,
principalmente, do tempo de vácuo.
Uma dasmaiores vantagens desse pro-
cesso está relacionada a eliminação de
operações de corte de canais e de refu-
gos de canais, resultando na redução de
custos operacionais, energéticos e de
material. Além disso, devido às caracte-
rísticas do processo, há uma redução da
turbulência no escoamento durante o
vazamento e na quantidade de gases re-
tidos. Como ometal é aspirado, este não
necessita de elevada fluidez e, portanto,
a temperatura de vazamento pode ser
reduzida.
Cera perdida
Processo conhecido na China e no Egito
hámais de 4.000 anos, a cera perdida
émuito utilizada namanufatura de ob-
jetos decorativos (esculturas), jóias e
ornamentos, além de componentes de
precisão, principalmente na industria
aeronáutica. Antigamente, utilizava-
19
.. Fundição
se cera de abelha, que, após o reaque-
cimento, perde suas propriedades de
conformação. Entretanto, atualmente,
usam-se parafinas, que não apresentam
esse problema e podem ser reutilizadas.
Uma das grandes desvantagens é a des-
truição domodelo durante o processo,
o que torna necessário a construção de
ummodelo para cada peça produzida.
Omodelo construído em cera é con-
feccionado por injeção emmoldesme-
tálicos de elevada precisão, dentro de
moldes poliméricos ou atémesmo de
gesso. Como dezenas demodelos são
montados em um único ramo central,
formando uma árvore, podem ser fabri-
cadas várias unidades de uma peça em
uma única vez.
A árvore émergulhada em uma pasta
refratária (Al2O3, SiO2, gesso, silicato de
Zr ou outros refratários de granulome-
tria muito fina, pois é isso que irá deter-
minar o acabamento superficial da peça)
em conjunto com elementos ligantes à
base de etilsilicatos, Na-silicatos ou sí-
lica gel hidratada, que adere à cera, for-
mando uma casca superficial bastante
lisa. Em seguida, o conjunto émergu-
lhado em leito fluidizado e a casca fica
revestida com grãosmais grosseiros
demateriais refratários à base de zir-
conita e alumino-silicatos. Posterior-
mente, passa por uma etapa de secagem
por aquecimento para que ocorra de-
sidratação da sílica gel e a volatilização
da cera-parafina (que, inclusive, pode
ser recuperada), gerando a cavidade do
molde. Então, é levado ao forno para a
cura da casca, que torna-se rígida e com
espessura da ordem de 5 a 15mm.
O preenchimento commetal líquido
é feito utilizando os efeitos da gravi-
dade ou da centrifugação. Na sequência,
ocorre a desmoldagem através da que-
bra das cascas. Os fundidos resultantes
20
.. Fundição
possuem excelente acabamento e preci-
são.
Aços diversos e ligas especiais podem
ser utilizadas para os fundidos. O pro-
cesso permite a fabricação de peças
com geometrias complexas, seções re-
duzidas e/ou finas. Entretanto, o fun-
dido apresenta limitações de peso. Além
disso, equipamento emão de obra apre-
sentam custos significativos e o pro-
cesso é laborioso e lento.
MoldesPermanentes(Coquillhas)
A utilização demoldes permanentes,
também conhecidos como coquilhas
oumatrizes (ilustradas na figura acima),
dispensa a construção e o consequente
uso demodelos. Eles são fabricados em
processos de usinagem de precisão.
A desmoldagem se dá, simplesmente,
pela abertura domolde e um novo vaza-
mento nele mesmo pode ser feito imedi-
atamente.
Como o custo de fabricação é elevado,
seu uso só é justificável para grandes vo-
lumes de produção. Entretanto, o molde
apresenta longa vida útil e centenas de
milhares de vazamentos podem ser feito
em uma única unidade.
Os fundidos obtidos a partir desse tipo
demolde possuem elevada qualidade
superficial e melhor microestrutura,
graças ao rápido resfriamento.
Para a construção domolde, devem ser
empregadosmateriais com tempera-
tura de fusãomuito acima da liga fun-
21
.. Fundição
dida. Normalmente, são adotados ferro
fundido, aços resistentes ao calor, ligas
Cromo-Níquel (parametais com alta
temperatura de fusão) ou ligas Cobre-
Berílio (para outras ligas de cobre). São
confeccionados em partes desmontá-
veis, que são facilmente encaixáveis. En-
tretanto, em seu projeto de fabricação,
devem ser consideradas a expansão e
contração térmica domaterial. Devem
ser providos de canais, marcações de
macho, respiros para saída de ar e ali-
mentadores, além demecanismos para
fechamento domolde e ejeção do fun-
dido. Suas paredes não devem apresen-
tar espessuras muito distintas, demodo
aminimizar gradientes térmicos na co-
quilha e aumentar sua vida útil.
Os diferentes processos que utilizam
moldes permanentes se diferenciam
pelomodo como é efetuado o preenchi-
mento domolde. Dessemodo, tem-se os
seguintes grupos:
• Fundição por gravidade
• Fundição sob pressão
• Fundição a vácuo
• Fundição por compressão
• Fundição por centrifugação
A seguir, serão expostosmaiores deta-
lhes a respeito de cada tipo.
Fundição por gravidade
Neste tipo, o preenchimento domolde
ocorre devido a ação da gravidade. Pos-
sui um ciclo de produção breve e que
pode ser reduzido com o uso de refrige-
ração a água ou ar.
É adequado paramédios e grandes volu-
mes de produção, princialmente de ligas
não ferrosas. Entretanto, a parede do
molde não deve possuir espessura infe-
rior a 7mm, pois, do contrário, a elevada
extração de calor reduziria a fluidez do
metal rapidamente. Domesmomodo,
não é possível a confecção de fundidos
22
.. Fundição
de geometrias complexas, pois com a
extração do calor e perda de fluidez, o
material solidificaria antes de preencher
os detalhes.
Como há alta extração de calor na co-
quilha, a fundição de aços por essa téc-
nica geraria altos gradientes térmicos
devido às elevadas temperaturas de fu-
são. Sendo assim, esses metais não po-
dem ser utilizados nesta técnica.
O vazamento deve ser realizado pela
parte superior ou por canais que pro-
porcionam o acesso do líquido pela
parte inferior. Após a solidificação, a
abertura para ejeção do produto deve
ser realizada omais rápido possível para
que as contrações devido ao resfria-
mento da peça não sejam restringidas
pela contração da coquilha.
Fundição sob pressão
Ovazamento sob pressão garante que
ocorra o perfeito preenchimento do
molde. Tais pressões são da ordem de
70 kg/mm2 e sãomantidas até o final da
solidificação.
Osmoldes são fabricados em ligas es-
peciais, resistentes às altas temperatu-
ras e à abrasão. Tanto omolde quanto
a câmara de injeção são pré-aquecidos
no início da operação e revestidos com
lubrificantes anti-fricção. Podem se pro-
duzidas uma oumais peças em cada ci-
clo.
O fundido resultante dessamétodo
apresenta alta qualidade superficial
e alta precisão dimensional. Normal-
mente, possui paredes finas e geome-
trias complexas. Sua estrutura é refi-
nada e com boas propriedadesmecâni-
cas. Entretanto, esse processo não per-
mite a fabricação de peças com cavida-
desmuito intrincadas e a forte turbulên-
cia no preenchimento pode ocasionar
porosidades e inclusões. Possui ampla
aplicação comercial emmédias e gran-
des produções e com peça de pequenas
23
.. Fundição
emédias dimensões, normalmente de
ligas de alumínio, cobre ou zinco.
O processo possui alto custo de equipa-
mento e ferramental e apresenta limi-
tações quanto à temperatura de vaza-
mento. Mas o reduzido custo operacio-
nal somado as elevadas taxas de produ-
ção (graças a possibilidade de automa-
ção do processo) e a grande qualidade
do produto, podem compensar os pro-
blemas expostos.
Este processo pode ainda ser subdivi-
dido em:
• Injeção em câmara quente: Pos-
sui câmara de injeção imersa no lí-
quido. Uso restrito aosmetais com
baixa temperatura de fusão, como
as ligas de zinco, chumbo e esta-
nho. Indicado para ligas reativas,
como a demagnésio, pois previne
o seu contato com a atmosfera.
• Injeção em câmara fria: Nesse
tipo, as unidades de injeção ema-
nutenção do líquido são indepen-
dentes. As pressões utilizadas são
inferiores às da injeção em câmara
quente. Indicada para elevadas ta-
xas de fabricação.
• Fundição a baixa pressão: Possui
menor custo de capital e operaci-
onal do que os processo de inje-
ção, já que, por exemplo, elimina
operações de corte, uma vez que
os canais não se solidificam. En-
tretanto, a reduzida pressão pode
ocasionar defeitos de preenchi-
mento em fundidos de paredes fi-
nas emal acabamento. Utilizado,
principalmente, para ligas de alu-
mínio.
Fundição a vácuo
Técnica desenvolvida nos anos 80, a fun-
dição a vácuo apresenta amontagem do
molde semelhante a da fundição a baixa
pressão.
24
.. Fundição
Omolde é colocado sobre a panela que
contém ometal em estado líquido.
A conexão, por sua vez, é feita por ca-
nais imersos no banho, ondemais de
um canal pode ser utilizado simultane-
amente.
O preenchimento ocorre por sucção do
líquido pela aplicação de vácuo à cavi-
dade domolde.
Essa técnica permite um fluxo de líquido
ascendente e sem turbulência.
Os fundidos apresentam elevada densi-
dade e são livre de óxidos e gases.
Fundição por compressão
A fundição por compressão, também
chamada de forjamento líquido, é uma
técnica conhecida pelos soviéticos
desde os anos 60 do século XX, mas seu
uso comercial vem se ampliando apenas
nos últimos 20 anos.
Essa técnica permite a fabricação de
fundidos com geometrias complexas e
com alta densidade, algo similar ao que
é tipicamente observado em peças for-
jadas.
Omolde é fabricado em partes macho-
fêmea e émantido fechado durante
a solidificação, demodo amanter a
pressão constante (da ordem de 150 a
300 kg/mm2), garantindo um íntimo con-
tatometal/molde.
O líquido é vazado em ummolde pré-
aquecido e a taxa de resfriamento é li-
geiramente alta, o que proporciona o
refino da estrutura.
A técnica apresenta elevado custo de
ferramental e equipamentos, mas os
fundidos resultantes desse processo
possuem grande precisão dimensional.
Não há necessidade de se utilizar canais
e alimentadores.
Fundição por centrifugação
Esse processo é subdividido em três ca-
tegorias: centrifugação total, centrifu-
gação parcial e somente preenchimento
por centrifugação.
25
.. Fundição
Centrifugação total
A técnica de fundição por centrifuga-
ção é conhecida desde o início do século
XIX.
Nela, o metal líquido é vazado no eixo de
rotação demoldes que estão girando e,
portanto, não se faz necessário o uso de
alimentadores, canais emachos.
Ometal se solidifica sob a ação de pres-
são resultante de reações centrífugas.
Osmoldes normalmente são feitos de
materiais metálicos, mas também po-
dem ser confeccionados em areia ou
mesmo em casca.
Os fundidos resultantes desse processo
são livres de inclusões, de porosidade
(geradas pela retenção de gases) e de
impurezas mais leves que ometal. Além
disso, apresentam bom acabamento su-
perficial, ausência de defeitos de preen-
chimento e reduzidos vazios de contra-
ção.
Esse processo é utilizado com ligas fer-
rosas e não ferrosas.
Centrifugação parcial
A centrifugação parcial é comumente
empregada para a confecção de fundi-
dos de grandes dimensões e que apre-
sentam eixo de simetria (rodas, engre-
nagens, entre outros).
Omolde é posicionado verticalmente e
girado em torno desse eixo. Em seguida,
o metal líquido é vazado por um canal
central, preenchendo um alimentador.
De lá, o líquido é forçado para a cavi-
dade domolde pelas ações da reação
centrífuga, que auxilia o preenchimento
domolde, e da alimentação.
Assim, a geometria do fundido será
idêntica à da cavidade domolde.
Somente preenchimento porcentrifugação
Processo semelhante a centrifugação
parcial, nele omolde é constituído por
diversas cavidades (que não são ne-
26
.. Fundição
cessariamente idênticas) montadas em
torno de um canal alimentador.
O canal central deve coincidir com o
eixo de rotação do conjunto.
Ometal é vazado nomolde em rotação
e, com o efeito da reação centrífuga,
ocorre o preenchimento das cavidades a
partir do alimentador. A rotação éman-
tida até o final da solidificação demodo
a garantir a perfeita alimentação.
Essa técnica pode ser utilizada para a
fabricação de fundidos de pequenas di-
mensões e permite a produção de várias
peças simultaneamente.
Vantagens e Desvantagens
Com relação aosmolde colapsáveis, os
moldes permanentes possuem vanta-
gens e desvantagens.
Vantagens
• Alta produtividade, devido a facili-
dade de desmoldagem, redução de
custos e automatização.
• Eliminação de operações de des-
moldagem e limpeza.
• Reduzido tempo total de solidifi-
cação.
• Reduzido custo operacional.
• É desnecessária a construção de
ummodelo.
Desvantagens
• Elevado custo de fabricação de
moldes, pois requerem elevada
qualidade na confecção e equipa-
mentosmais sofisticados.
• Maior restrição quanto a geome-
tria, dependendo do tipo de coqui-
lha escolhida.
• Limitados amateriais de reduzida
contração.
27
.. Fundição
ExemploPetrobras Biocombustível - 2011 - Engenheiro de Equipamentos Júnior
- Inspeção - 69
Com vistas ao processo de fundição em areia, associe a coluna à esquerda
às suas respectivas características, expostas na coluna à direita.
I - molde P - A peça solidificada é re-tirada domolde.
II - macho Q - É feito em areia e tema finalidade de formar osvazios, os furos e as reen-trâncias da peça.
III - fusão R - O enchimento domoldeé feito commetal líquido.
IV - vazamento S - É o dispositivo no qualometal fundido é colo-cado para que se obtenha apeça.T - Acontece em fornos es-peciais em alta tempera-tura.
A associação correta é
(A) I - P, II - S, III - Q, IV - T.
(B) I - Q, II - T, III - S, IV - P.
(C) I - R, II - Q, III - T, IV - P.
28
.. Fundição
(D) I - S, II - T, III - P, IV - R.
(E) I - S, II - Q, III - T, IV - R.
Solução:
Como discutido ao longo do texto, o molde construído a partir domodelo
corresponde a todas as cavidades a serem preenchidas commetal líquido.
Logo, I está associado a S.
Já osmachos são construídos e inserido para preservar às cavidades que
são necessárias nas peças fundidas (principalmente orifícios), evitando que
ali o metal penetrare. Assim, II se relaciona comQ.
A fusão de umamaterial nadamais é que a suamudança de estado sólido
para líquido. Para que essa transformação ocorra, é necessário que oma-
terial seja submetido a uma temperaturamaior que a sua temperatura de
fusão (Tf ). No caso demetais e ligas metálicas, Tf émuito superior a tem-
peratura ambiente, necessitando, assim, do uso de fornos especiais. Portanto,
III se associa a T.
Por último, o vazamento consiste no preenchimento das cavidades domolde
com ometal líquido. Sendo assim, IV e R estão correlacionados.
O item P corresponde a etapa de desmoldagem, que não aparece na coluna
da esquerda.
Resposta: E
29
.. Fundição
Caiu no concurso!Petrobras Biocombustível - 2010 - Engenheiro de Equipamentos Júnior
- Inspeção - 33
Um inspetor da Petrobras, ao realizar um ensaio de ultrassom em um tubo
novo, fabricado por fundição centrífuga, percebe diversos vazios pontuais
nas paredes do tubo. Ao avaliar o resultado deste ensaio, conclui-se que o(s)
(A) Processo de fundição não foi realizado corretamente, sendo indicada a
utilização de ummassalote para evitar a formação de vazios e segregação.
(B) Defeitos foram provocados pela contração dometal durante a solidifi-
cação, proporcionando vazios no interior do tubo onde ometal se solidifica
por último.
(C) Defeitos são oriundos da absorção dos gases, por meio da parede domolde
em areia verde que, além de poros, proporcionam a aparência rugosa do tubo.
(D) Defeitos são oriundos da diminuição da viscosidade dometal ao se so-
lidificar, dificultando a fuga dos gases diluídos nometal líquido e gerando
bolhas no interior do tubo.
(E) Defeitos foram provocados pela absorção do ar comprimido quanto in-
jeta ometal líquido sob pressão nas paredes domolde.
Resposta: D
30
.. Fundição
Caiu no concurso!Petrobras Biocombustível - 2012 - Engenheiro de Equipamentos Júnior
- Inspeção - 69
As propriedadesmecânicas de componentes fundidos são influenciadas pelo
tamanho dos seus grãos cristalinos. No que se refere aos aços fundidos de
baixa resistência mecânica, considere as afirmativas abaixo.
I - O uso de inoculantes durante a solidificação domaterial favorece o cres-
cimento de grão domaterial.
II - A técnica de inoculação na solidificação caracteriza um tipo de nuclea-
ção conhecida como homogênea.
III - Menor tamanho de grão diminui a temperatura de transição dúctil-frágil
domaterial.
IV -Maior tamanho de grão aumenta o limite de resistência domaterial.
Está corretoAPENAS o que se afirma em
(A) I
(B) III
(C) I e II
(D) I e IV
(E) II e III
Resposta: B
31
.. Fundição
Caiu no concurso!SEDECT - 2008 - EngenhariaMetalúrgica - 30
Considere uma fundição em que omodelo padrão é feito a partir de cera ou
plástico. Em seguida, despeja-se uma lama fluida ao redor domodelo padrão,
que se estabelece e se sedimenta para formar omolde que, em seguida, é
aquecido a uma temperatura tal que omodelo padrão se funde e é queimado,
deixando para trás uma cavidade demolde no formato desejado. Esse exem-
plo é um tipo de fundição
(A) commatriz.
(B) emmolde de areia.
(C) contínua.
(D) de precisão.
Resposta: D
32