fundição - fatec 2-2011

FATEC Sertãozinho FUNDIÇÃO

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o Novos Produtos Qualidade de Vida

o Tecnologia Materiais e Métodos

o Processos de Fabricação Propriedades

Finais

o Baixo Custo + Qualidade Acesso Universal

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Principais Processos de Fabricação

Fundição

Fusão do metal

Metalurgia do Pó

Compactação e Sinterização

Conformação

Com ou Sem perda de material

Com perda “usinagem”

Ferramentas de corte (cavaco)

Sem perda “conformação

plástica”

Quente Frio

Soldagem

Reparo de defeitos

Manutenção

União de componentes


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Os objetos em metal mais antigos que se tem

notícia datam de 10.000 anos antes de Cristo.

No período de 5000 a 3000 aC aparecem os

primeiros trabalhos com o cobre, fundido em

formas de pedra. O processo de fundição de

ferro teve lugar na China em 600aC e o de

aço, sendo que fundição de aço é bem mais

recente ( 1740).


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É um processo de fabricação de peças metálicas a partir do estado líquido.

Vazamento em moldes.

Grande número de váriaveis.

Processo simples e barato.

Dimensões “economia de usinagem”.

Materiais Ferrosos Siderurgia.

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Fusão

Vazamento

Desmoldagem

Limpeza

Corte

Rebarbação

Controle de

qualidade

Recuperação Tratamento

térmico

Expedição

Acabamento

Sucata


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Temperatura de fusão e vazamento

Viscosidade

Densidade

Condutividade Térmica

Coeficiente de Dilatação

Reatividade Química

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Líquido SOLIDIFICAÇÃO

PEÇA

ACABADA

LINGOTE

SOLIDIFICAÇÃO = NUCLEAÇÃO + CRESCIMENTO

LÍQUIDOS estrutura desordenada, com átomos e moléculas em movimento com alta energia.

RESFRIAMENTO a energia total diminui, aumentando a atração.

Temperatura determinada ordenação atômica núcleo sólido.

NÚCLEOS ESTAVÉIS Temperatura do Banho MENOR Temperatura de Solidificação, TS.

NUCLEAÇÃO HOMOGENÊOS METAL PURO

Exemplo: Ferro núcleo estabilizado 300ºC abaixo da TS

NUCLEAÇÃO HETEROGÊNEA LIGAS METÁLICAS

Exemplo: Impurezas facilitam a formação de núcleos estáveis Condição Real.

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rcrit

Interface sólido-líquido

rcrit

Substrato

(a)

Líquido

(b)

(a)Nucleação homogênea

(b)Nucleação heterogênea

Inoculação vazamento nucleação heterogênea

granulometria fina > implica maior propriedade mecânica

Núcleos crescem com o acúmulo da matéria

sólida

Crescimento Planar (a) ou Dendrítico (b)

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Sólido Líquido

Extração de

calor

Tl > Tf

Sólido Líquido

Extração de

calor

Tl < Tf

Crescimento

Crescimento

(a) (b)


Dendritas de solidificação de uma liga de alumínio alto silício.

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Contração solidificação Exceção fofo – CE > 3,9% Projeto do Ferramental: -Metal? -Moldagem? -Geometria? Disposição? -Temperatura de Vazamento? local ataquemodelostamanho/localização

massalotes local e posição massalotesexperiência do técnico dimensões: mecânica dos fluidos/transferencia de

calor simulação/solidificação:eficiência

canal,massalote,resfriador -eficácia do processo prévio -caros -grandes lotes

Lingotes “coquilhas” molde permanente.

Rápida extração de calor paredes do molde inúmeros pontos de nucleação grãos refinados e equiaxiais.

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Diminuição da temperatura de

vazamento

(a) (b) (c)

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Projeto ferramental (modelos + caixas de macho)

Modelo geometria idêntica à peça

Caixa de macho detalhes e cavidades

Medidas compensam contração

Material madeira, resina, metal, isopor

Escolha Acabamento, geometria e quantidade

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Moldagem molde: negativo da peça

Moldes areia, cerâmicos ou permanentes

Areia areia + aditivos + misturador (manual ou não)

Areia + modêlo molde descartável

Fechamento molde + macho + pintura

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Tipos de moldes

Descartáveis Permanentes

Areia Cerâmico Coquilha

Refrigerada

Não-refrigerada

Verde ou sintética

Silicato/CO2

Cura a frio

Shell-moulding

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Areia verde ou sintética

Moldagem manual ou mecânica

Molde não rígido

Não para machos

Não ferrosos e ferros fundidos

Alto índices de recuperação (defeitos)

Areia, carvão, argila (bentonita) e água

Molde de baixa resistência

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Medidas para melhorar acabamento e diminuir

inclusões não metálicas:

Forte compactação descolamento de camadas

Controle de argila ativa e umidade erosão

Vazamento evitar muita turbulência

Limpeza do molde após colocação machos

Ferramental e caixas checagem dimensional

Pintura do molde a base de grafite

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Silicato/CO2:

ferrosos e não ferrosos

moldes rígidos

usada em macharia

temperatura ambiente

30% SiO2 + 15% Na2O + 55% H2O

endurecimento:

CO2 areia+silicato desidratação silicato

carbonato de sódio + sílica gel

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Para evitar maiores problemas com este tipo de

areia são necessários alguns cuidados:

areia quente desidrata o silicato friável

muito silicato extração e colapso reduzidos

dureza do macho serragem colapso

tinta adequada a base de alcool

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Cura a frio

molde rígido

também macharia

ferrosos (aços)

resina + catalizador (diversos tipos)

cura a temperatura ambiente

alta resistência a quente

óxido de ferro resistência a quente

resistência tintas:alumina - zirconita

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Características:

poluir pouco

menor custo relativo

temperatura de cura flexivel

boa tolerância a temperatura da areia

flexibilidade ao pH da areia

baixa emissão de fumos

propiciar areia com boa fluidez

apresentar plasticidade na desmoldagem

compatibilidade com maior nº de tintas

exalar pouco odor na moldagem

tempo de cura adequado ao tamanho peças

fácil desaglomeração na reciclagem

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Shell moulding (casca):

molde rígido

também em macharia


resina + catalizador

cura a quente

óxido de ferro resistência a quente

boa precisão e acabamento

máquina própria

modelo metálico aquecido

casca queimada em forno

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Caçamba de areia

Pinos extratores

Forno

Placa-modelo aquecida

Molde em casca

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

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Processo de confecção de moldes em material cerâmico, com

modelos de cera, é chamado de cera perdida, investimento,

microfusão ou fundição de precisão:

molde rígido


modelo de cêra

banhos de lama cerâmica

cêra retirada em estufa

molde aquecido antes do vazamento

precisão medidas e ótimo acabamento

peças pequenas

processo muito caro e demorado

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Peça

modelo Argila

Gesso

Borracha líquida

Cera líquida Cera

Lama

cerâmica

Vazamento

(a) (b)

(c)

(d) (e)

(f)

(g) (h)

(i)

(j)

(k)

Peça

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Moldes permanentes são confeccionados em

materiais metálicos:

Coquilhas metais (ex: ferro fundido)

usados inúmeras vezes

gravidade ou sob pressão

fundidas ou eletro-erodidas

refrigeradas ou não

pintadas para facilitar extração

pré-aquecidas

bom acabamento

granulometria superficial mais fina

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LISTA DE EXERCÍCIOS

1) Qual a definição do processo de industrialização por fundição?

2) O que é nucleação homogênea e nucleação heterogênea?

3) Quais as condições para o crescimento planar e para o crescimento dendrítico?

4) Quais os fatores que devem ser levados em conta no projeto de peças fundidas?

5) O que é o ferramental de fundição?

6) Fale com suas palavras sobre o que é a caixa de macho e o modelo. Para que servem?

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7) Para que servem as luvas exotérmicas e onde devem ser colocadas?

8) Quais os tipos de moldes? O que os diferencia?

9) Quais os tipos de areia de moldagem mais utilizadas? Qual é a menos rigida e que não

serve para macharia ou para moldar peças de aço?

10) Qual o processo de fundição mais caro, utilizado para produzir peças com alta precisão

dimensional? Escreva o que sabe sobre ele.

11) O que são coquilhas? Para que servem?

12) Qual o objetivo principal de se adicionar elementos de liga no aço?

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Carga metálica sólida liga metálica líquida C.Q e T(oC)

vazamento

Ao ar, sob vácuo ou atmosfera inerte vácuo isola

banho - gases atmosféricos inertes (Ar, He, N) isola

elementos

Aspectos importantes:

refratário

potência do forno

produtos de combustão

composição da carga metálica

empacotamento da carga

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Material refratário:

fornos e panelas baixa reatividade com banho líquido e escórias contaminação metálica ou não Al, Si, H ou O

Potência do forno

adequada evita periodos longos de fusão reações químicas indesejaveis entre o banho e gases atmosféricos (O2, N2, H2O e Co2 altera composição química e qualidade metalúrgica

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Produtos de combustão (contaminam banho)

queima de gás, óleo e combustiveis sólidos com O2 e N2 do ar

fósforo e enxôfre cinzas combustiveis sólidos

“solução” tratamento de descontaminação

Carga metálica

empacotamento da carga

CQ dos componentes da carga

ordem de adição

limpeza dos componentes

análise química e correção do banho

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Energia

Carvão

Óleo

eletricidade

Tipo do forno

Depende:

da liga a ser fundida

da qualidade exigida do produto

fonte de energia mais abundante

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A carvão – Cubilot (1794)

tubo na vertical revestido com refratário

carvão mineral (energia e carbono)

carvão nacional bpc, cinzas e enxôfre

carregamento periódico do forno: “gusa + sucata aço e ferro + ferro ligas + fundente + carvão”

carregamento pela boca

metal funde fundo bica vazamento

panela de espera (metal não homogêneo)

escória bica de escória

funde ferro

sistema duplex

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Escória Metal líquido

Ar

-Ferro gusa

-Sucata

-Coque

-Fundente

-Ferros-liga

Tampa

Panela de espera

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A eletricidade – século XX, vários tipos de fornos melhora produtividade e qualidade

Principais a arco e a indução

Vantagens:

* altas temperaturas

* não contato gases combustão com banho

* escória x refratário ácido ou básico

* homogeneidade do metal

* > rendimento metálico < oxidação

* < refugo causa metal

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A arco:

Mais usados em aciarias de siderurgicas

• Vantagens sobre outros elétricos:

• produz qualquer tipo de aço

• pode utilizar apenas sucata

• possibilita interrupções e mudança na C.Q

• baixos teores de P e S

• alta eficiência energética

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A indução:

Mais usado nas industrias de fundição (peças)

Vantagens sobre outros elétricos:

operação simples

oxidação do banho (ar) pequena

fácil correção da composição do banho

fácil desoxidação com elementos liga

forças eletromagnéticas agitam o banho absorção de carbono

Cubilot + indução duplex

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(ToC +C.Q) adequados vazamento do metal

Gravidade ou Sobre Pressão

Metal forno panela inoculação

Inoculação substratos de nucleação refina grãos resistência

Parâmetros de inoculação:

* forma de adição

* temperatura

* tempo

* quantidade e tipo do inoculante

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Abertura dos moldes:

manualmente

grelha vibratória (check-out)

libera peça

limpeza

corte

rebarbação

areia para recuperação

moagem

eliminação de finos

resfriamento

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Os canais e massalotes são cortados e vão para o pátio de sucatas

ferro fundido e não ferrosos - esmerilhadeira + discos corte aços carbono - maçarico óxigenio + GLP aços inclusive os inoxidáveis - máquina solda + eletrodo de grafite Obs: às vezes, dependendo da liga metálica, é necessário TT antes do corte.

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Rebarbação

Elimina vestígios do corte

Elimina rebarbas e sinais moldagem

prepara região c/ defeito solda

obs – utiliza discos desbaste e rebolos

Acabamento

finalização da rebarbação

superfície mais refinada

elimina excessode solda

obs – pontas montadas

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Elimina defeitos - visuais - detectados para ensaios não destrutivos Abertura do defeito - abrasivos - eletrodos de grafite Recuperação do local - eletrodos adequados - profissionais qualificados Tratamento térmico - praticamente obrigatório (regeneração ou alívio da microestrutura)

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Desencontro

(a) (b)

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Molde estufado

moldagem não rígida areia verde

compactação insuficiente-pressão excessiva

Rechupe

vazio interno ou superficial

causas:

dimensão errada de canais e massalotes

temperatura de vazamento excessiva

mudança abrupta de seção

solidificação não direcional(ponto quente)

CQ + resfriadores

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Rechupe em um lingote

de alumínio

micrografia ótica de

uma liga fundida de

alumínio alto silício

mostrando um grande

rechupe interno

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Bolhas de Gás

cavidades internas/externas gases presos

* no metal

* entre o metal e o molde

causas:

* excesso de umidade no molde

* baixa temperatura de vazamento

* coquilha oxidada

* excesso gases dissolvidos no banho

* baixa permeabilidade do molde

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Bolhas de gás em um aço carbono fundido ASTM A148-93.

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Trincamento

trincas a quente acima de 250oC

• baixa colapsibilidade de machos e moldes

• temperatura de vazamento excessiva

• mudança abrupta de seção

• solidificação não direcionada

trincas a frio abaixo de 250oC

• além dos acima mencionados

• manuseio impróprio do fundido antes do TT

• choque térmico

• regiões de juntas frias

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Metal insuficiente

- cálculo errado do volume da cavidade

- obstrução canais de vazamento - T baixa

- canais muito estreitos

- posicionamento errado dos canais

Penetração de metal

- baixa compactação do molde

- granulometria grosseira

- moldes friáveis

- fluidez excessiva do metal

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Rebarbas

moldes empenados

fluidez excessiva

vedações inadequadas

peso insuficiente comprimindo molde

pressão excessiva de vazamento

Outros defeitos

Inclusões de areia

Inclusões de escória

normalmente falta de cuidado na limpeza

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Atua em diversas fases do processo produtivo:

recebimento da matéria prima

preparação da areia e moldagem

análise química do metal fundido

fusão – ordem de adição dos elementos liga

inspeção visual após 1º jateamento

corte de canais e massalotes

decisão se recupera ou não – critérios

técnicos e economicos

recuperação com solda

tratamento térmico

inspeção final

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"Fundição não é uma arte! É um campo do conhecimento

tecnológico, bastante

complexo e com um grande número de variáveis.Exige pois,

do fundidor,o saber e a sensibilidade de um artista!"

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1) O processo de industrialização por fundição é recomendado para altas ou

baixas demandas?

2) Fale sobre os tipos de moldagem mais importantes e quais os

acabamentos que proporcionam.

3) O tipo de moldagem limita o tamanho das peças a serem fundidas?

4) Quais os fatores que determinam a precisão dimensional das peças

fundidas?

5) Descreva a seqüência de produção pelo qual vai passar uma peça a ser

fundida.

6) Qual a composição da areia de moldagem conhecida como verde ou

sintética? Quais os teores aproximados dos materiais que a compõe?

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7) Quais as características principais do processo de fundição por cêra

perdida em termos de usinagem, acabamento, tamanho e forma das

peças? Quais ligas metálicas podem ser produzidas por este processo e do

que são confeccionados os modelos e moldes?

8) Cite duas vantagens e duas desvantagens de se utilizar moldes de areia

verde para produzir peças fundidas.

9) Qual o nome da operação onde são eliminados das peças os canais,

massalotes e rebarbas. Qual os tipos de materiais utilizados para isso.

10) Para a ____________ se utilizam os modelos e para a ___________ as

caixas de _________.

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