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Danielle Bond
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