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Aula 16 : Processos Especiais de Fundição

01. Moldes Cerâmicos e Processo Shaw.

02. Preenchimento a baixa pressão contra a gravidade.

03. Solidificação Unidirecional

04. Crescimento de Monocristais

05. Fundição Centrífuga

06. Fundição Contínua

07. Squezee Casting

08. Reofundição

Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Dr. Eng. Metalúrgica

• Moldes Cerâmicos

• Processos que utilizam modelos permanentes e materiais cerâmicos com composições e granulometrias controladas na forma de uma lama cerâmica usando ligantes especiais.

• Processo Shaw

• Processo especial de moldagem que usa Moldes Cerâmicos Sólidos obtidos a partir da mistura de refratários com composição e granulométrica adequadas aglomerado usando ligantes especiais.

Processos Especiais de Fundição Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran

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Processo Shaw

Principais Características:

• Excelente Acabamento Superficial

• Altíssima Precisão Dimensional

Aplicações:• Peças e componentes com grande precisão de detalhes.

• Exemplo: moldes/matrizes para injeção de solados de calçados.

Componentes:

Refratário: mulita ou zirconita

Ligante: silicato de etila ou sílica gel

Agente Gelificante


Processo Shaw

Seqüência de operações do processo com molde totalmente cerâmico


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Processo Shaw usando Moldes Compostos

Faceamento

Shaw

Enchimento

Silicato de Na – CO2


Preenchimento a Baixa Pressao contra a Gravidade

• Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos ao ar -CLA

• Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos sob vacuo -CLV

• Preenchimento com valvula de fechamento - CV

• Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos ao ar usando moldes de areia -CLAS


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Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos ao ar -CLA


• Aplicável para todos os metais e ligas fundíveis ao ar (atmosfera normal).

• Economia relacionada com a possibilidade de obtenção de diversas pecas por molde.

• Alto rendimento metálico

• Baixo índice de defeitos (inclusões metálicas)

• Permite a obtenção de grandes lotes de pecas com paredes finas (0,75mm) a baixos custos de fabricação.


Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos ao ar -CLA

Aplicações:

• Obtenção de pecas e componentes usando os mais diversos

tipos de ligas, para as industrias automotiva, metal–mecânica,

sistemas de transmissão, câmaras de combustão a diesel, etc..


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Representacao Esquematica do Processo CLA

a) Molde tipo casca na câmara de vácuo.

b) Abaixamento do molde para a posição de enchimento.

c) Molde contendo as pecas solidificadas.


Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos sob vacuo -CLV

• Utilizado para ligas que contenham elementos reativos (superligas, ligas Al-Li, ligas a base de Ti) aplicando as vantagens inerentes ao processo CLA.

• Habilidade para preenchimento de seções finas.

• Obtenção de pecas livres de inclusões de óxidos.

• Permite produzir pecas com grandes áreas e pequenas espessuras (geometria tipo placa) sem a ocorrência de oxidação superficial inerente aos processos convencionais.


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Representacao Esquematica do Processo CLV

a) O metal e fundido sob vácuo e um molde e introduzido na câmara superior onde e criado vácuo.b) As câmaras são preenchidas com argônio, a válvula entre as câmaras e aberta, o tubo de enchimento e colocado em contato com o metal e aplica-se vácuo adicional para preenchimento do molde.c) Procedimento idêntico ao processo CLA


Preenchimento com valvula de fechamento-Processo CV


• Usado para pecas mais robustas que não solidificam com a rapidez requerida pelos processos CLA e CLV.

• Utiliza um tubo de enchimento flexível, o qual e fechado por meio de uma válvula de retenção quando o molde esta cheio.

• Proporciona um bom preenchimento de pecas com seções finas, garantindo a obtenção de um metal isento de óxidos.


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Preenchimento com valvula de fechamento-Processo CV

Aplicações:

• Aplicado para todos os tipos de métodos de moldagem.

• Asas de mísseis, corpos de válvulas, articulações e outras pecas grandes com variações de espessuras.


Representacao esquematica do Processo CV

a) O tubo de enchimento e introduzido no metal liquido e e aplicado vacuo para preenchimento do molde.

b) Com o molde cheio a valvula de retenção e acionada para fechamento do tubo. O metal aprisionado solidifica.


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Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos ao ar usando moldes de areia -CLAS

• Usado para moldes de areia.

• Próprio para obtenção de pecas finas usando baixo vácuo.

• Possibilita a produção de pecas com níveis de inclusões muito baixos quando comparados com os encontrados em pecas fundidas por gravidade.


Características do processo:

– Enchimento rápido do molde, praticamente sem turbulência;

– Enchimento do molde com velocidade variável, comandado e controlado pela curva de pressão aplicada;

– Temperatura de vazamento reduzida e ajustável com precisão;

– Para impedir o retorno do material não solidificado

– completamente, o sistema do canal de alimentação é fechado quando o enchimento termina (processo CV).



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• Enchimento do molde pela parte inferior ou lateral, aplicando-se uma pressão pneumática;

• A pressão é aplicada preferencialmente com nitrogênio ou outro gás inerte;

• Ferramental tem custo e prazo de fabricação muito menores do que os da fundição sobre pressão.



Solidificação Unidirecional

• Processo que envolve a obtenção de estruturas solidificadas unidirecionalmente resultando em uma estrutura colunar.

• Adequado para a obtenção de pecas fundidas nas quais as tensões são primariamente unidirecionais ao longo de uma determinada direção.

• Exemplo – Palhetas de Turbinas.

Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran

Processos Especiais de Fundição

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Palhetas de Turbina com paredes finas solidificada unidirecionalmente.



Estrutura Colunar

Controle rigoroso do processo

Fornos Especiais Projeto Diferenciado do Molde


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Controle do Fluxo de Calor

Extração violenta de calor a partir de uma extremidade da peca

Criação de um intenso Gradiente Térmico entre T liquidus e Tsolidus da liga, que se desloca

ao longo de toda a peça



Procedimento para Controle do Fluxo de Calor

• Moldes de paredes finas ⇒ moldes tipo casca cerâmica (fundição de precisão), aquecido a uma T > T liquidus.

• Resfriador (refrigerado a água) na base do molde.

• Vazamento do metal liquido ⇒ o molde e resfriado a partir da extremidade resfriada através do deslocamento progressivo do mesmo dentro do forno.


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Representação esquemática do processo de solidificação direcional.


Configuracao de um Forno para Solidificação Unidirecional


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Comparação de microestruturas em palhetas Equiaxiais, Solidificada Unidirecionalmente e

Monocristalina


Obtenção de Monocristais

• Monocristais são produzidos usando técnicas similares as usadas para a produção de pecas solidificadas unidirecionalmente, com uma importante diferença.

• Necessidade de uma técnica que permita o crescimento preferencial de um grão com uma determinada direção de crescimento.


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Lingotes e Peças Monocristalinos

Evolução das estruturas brutas de fusão das palhetas de turbina (da esquerda p/ direita): Equiaxial (anos 50), Colunar (anos 60-70) e monocristalina (atualmente).


Maior monocristal de Si produzido comercialmente no mundo atualmente, mede 8” e pesa 100 kg.


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Métodos de Fabricação de Monocristais: O Método Czochralski

Produção de monocristais a partir de um banho líquido por meio de uma semente sólida, com orientação cristalográfica definida que molha o líquido, a partir de um movimento simultâneo de rotação e translação.


Métodos de Fabricação de Monocristais: O Método de Bridgman

Esquema de um forno de Bridgman para a produção de monocristais de Al. A semente serve de substrato de crescimento enquanto o cadinho desce contra um gradiente positivo.


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Métodos de Fabricação de Monocristais: Solidificação Zonal

Esquema do forno tubular vertical para o crescimento de monocristais pelo método de solidificação zonal.


Métodos de Fabricação de Monocristais: Fabricação de Palhetas (Método de Bridgman)

Esquemas de fornos para a produção de palhetas de turbina monocristalina: (a) Aquecimento da base por indução, com deslocamento de cadinho; (b) Aquecimento,

por resistores elétricos, de três zonas, estáticas.


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Métodos de Fabricação de Monocristais: Fabricação de Palhetas (Método de Bridgman)


Obtenção de Monocristais

a) Uso de um molde com seção helicoidal.

b) Uso de um molde com seção em ângulo reto.

c) Uso de uma semente monocristalina.


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Fundição Contínua




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Squeeze Casting


Squeeze Casting


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Rheocasting

(a) Bruta de Fusão: observa-se o aspecto dendrítico da fase α

Microestruturas de uma liga de Al

(b) Reofundida : observa-se o aspecto globulítico da fase α


RheocastingProcessos Especiais de Fundição Disciplina: Fundição

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RheocastingProcessos Especiais de Fundição Disciplina: Fundição

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