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Processos de FabricaçãoFundição

Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. Eng

E-mail: [email protected]

ProIn II – Mecânica Industrial

Instituto Federal de Santa Catarina

Campus de Florianópolis

Departamento Acadêmico de Metal-Mecânica

Curso Técnico de Mecânica Industrial – ProIn II

Prof. Henrique Cezar Pavanati

Fundição

2

CARACTERÍSTICAS

Peças fundidas são obtidas deixando-se solidificar

um metal líquido vazado em um molde cuja forma

corresponde ao negativo da peça a ser obtida.

Permite obter, de modo econômico, peças de

geometria complexa (liberdade de forma).


Fundição

3

CARACTERÍSTICAS

A Fundição é realizada em metais cujo ponto de fusão

não é demasiadamente elevado e o mesmo possua boa

fluidez

Ligas mais comuns na fundição

Ferro Fundido, Alumínio, Cobre, Zinco, Magnésio e

suas respectivas ligas.


Fundição

4

POTENCIALIDADES

1. Vantagem econômicaCaminho mais curto entre matéria-prima e peça acabada

2. Flexibilidade quanto à dimensões e pesoDe algumas gramas até toneladas

3. Moldagem de formas complexasLiberdade de formas (líquido se molda com facilidade)

4. Economia de pesoPode-se moldar uma peça com a espessura final desejada

5. Produção em sérieFácil automação

6. Economia de usinagemBom acabamento superficial e boas tolerâncias dimensionais


Fundição

5

Metais/

ligasFundição Forma

final

Forma

semifinal

Processa

mento

Forma

final

Possíveis rotas da fabricação utilizando a Fundição


Fundição

6

HISTÓRICO

Fonte: R.E. Hummel, Understanding Materials Science, 2nd ed. (2004)

60 Séculos de empirismo x 5 décadas

de ciência


Fundição

7

HISTÓRICO

60 Séculos de empirismo x 5 décadas

de ciência

O atraso na exploração de materiais fundidos está

provavelmente relacionado à completa ignorância

da natureza do fenômeno de solidificação e das

microestruturas produzidas

Sem conhecimento da solidificação a fundição era vi

sta mais como “magia negra” do que como ciência


Fundição

8

ASPECTOS GERAIS

SOBRE SOLIDIFICAÇÃO


Fundição

9

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

Importância da Solidificação

Salvo raríssimas exceções todos os produtos

metálicos passam necessariamente pela

solidificação em algum estágio de sua obtenção.

É na fundição de metais que a solidificação

encontra seu mais vasto campo de aplicação


Fundição

10


Na fundição, a solidificação do metal ocorre,

geralmente, em poucos segundos.

É um tempo muito breve no processo produtivo de

uma peça, mas é o “coração” do processo.

Se estes poucos segundos de solidificação não

forem bem controlados eventuais defeitos de

fabricação podem surgir inviabilizando a

utilização da peça produzida


Fundição

11


Um material metálico ao passar do estado líquido

para o estado sólido (e vice-versa) sofre uma

drástica mudança de viscosidade

Ao se fundir os materiais metálicos têm sua

viscosidade aumentada em aproximadamente

100.000.000.000.000.000.000x

(cem quinqualhões de vezes)


Fundição

12


Na solidificação de um metal tem-se a formação de,

geralmente, vários núcleos cristalinos envolvidos

em um líquido que possui natureza amorfa.

Núcleo atomicamente

ordenado (cristal)

Líquido atomicamente

desordenado (amorfo)

Liq.

Liq. Liquido

+

Sólido Sólido

T (ºC)

TfΔT

Subresfriamento


Fundição

13


Nucleação

1. Nucleação Homogênea – o núcleo sólido “nasce”

totalmente a partir do líquido

2. Nucleação Heterogênea – o núcleo sólido “nasce”

em contato com uma superfície sólida


Fundição

14


rcrítico

Nucleação homogênea

Núcleo Núcleo crítico


Fundição

15

Vari

ação

da e

nerg

ia liv

reVar. energia livre do volume

Raio do núcleo, r

Var. energia livre da superfície

Var. energia livre

TOTAL

3



Energia livre total de um sistema sólido-líquido com mudança de tamanho

do sólido. O núcleo sólido deve ter um raio maior que o raio crítico para

que a solidificação ocorra.


Fundição

16

Na nucleação homogênea é necessário um

subresfriamento térmico para se estabilizar um ou

mais núcleos e então a partir dele(s) ocorrer

a solidificação



Material Pb Ag Cu Ni Fe H2O

Temp. de Fusão (oC) 327 962 1085 1453 1536 0

Subresfriamento (oC) 80 250 236 480 420 40

Subresfriamento necessário para nucleação homogênea de alguns materiais

Fonte: DR Askeland, PP Phulé, Ciência e Engenharia dos Materiais (2008)


Fundição

17


Nucleação Heterogênea

Em condições práticas a nucleação é geralmente

heterogênea, pois a fase sólida se cristaliza mais

facilmente num substrato previamente solidificado.

O núcleo surge como

uma calota esférica na

superfície do substrato

aproveitando a energia

superficial já existente


Fundição

18



A nucleação depende da

afinidade do material a ser

solidificado e do substrato

Se ↓ ↔ Nucleação ↑

Líquido Sólido

Substrato

O ângulo é o ângulo de

molhamento e está relacionado

com a afinidade entre os materiais


Fundição

19



= 180º

Molhamento

nulo

0º< <180º

Molhamento

parcial

= 0º

Molhamento

Total


Fundição

20



Se o ângulo = 180º

Se o ângulo = 0º

Condição de nucleação

Homogênea

O substrato tem mesma natureza

do material a ser solidificado

Na fundição os moldes têm

natureza diferente do metal,

logo o ângulo terá valor entre

0 e 180º.


Fundição

21


Crescimento da fase sólida – Uniforme

Sólido


Fundição

22


Crescimento da fase sólida – Colunar


Fundição

23


Dendritas

Crescimento da fase sólida – Dendrítico


Fundição

24


Crescimento da fase sólida metal puro

Sólido + líquido Sólido + líquido Sólido + líquido 100% sólido


Fundição

25



Aluminio super-puro

Revela microestrutura de grãos alfa equiaxiais

Fonte: G.F Van der Voort. Microstructre of nonferrous alloys (2002)


Fundição

26



Liga de alumínio 1100 (>99%Al)

Revela microestrutura de solidificação dendrítica



Fundição

27


Crescimento da fase sólida em ligas metálicas

Sólido + líquido Sólido + líquido Sólido + líquido 100% sólido


Fundição

28


Crescimento da fase sólida ligas

Liga de alumínio 3105 (Al – 0.55% Mn – 0.5% Mg)

Revela precipitados intermetálicos formados no

estágio final da fusão



Fundição

29

Liga de alumínio hipoeutética (Al – 11.8% Si)

Dendritas alfa e um eutético alfa-Si.


Crescimento da fase sólida ligas



Fundição

30


Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação

Material metálico no

estado líquido a uma

temperatura acima da

temperatura de

solidificação

Atingindo-se a temperatura de

solidificação, tem-se o

surgimento de núcleos

nas paredes do molde

Nucleação heterogênea

Núcleos

Devido ao forte subresfriamento

formam-se vários núcleos

heterogêneos em contato com a

superfície do molde gerando

grãos pequenos e equiaxiais

Grãos coquilhados

Após a formação da região

coquilhada o material se

solidifica sob a ação de um

pequeno subresfriamento

crescendo segundo a direção

da extração de calor

Nucleação heterogênea

Grãos colunares

Após a formação da região de

grãos colunares o material se

solidifica formando grãos

grandes equiaxiais

Grãos equiaxiais


Fundição

31




Fundição

32Grãos Equiaxiais

Região Coquilhada

Grãos colunares




Fundição

33



Pode-se obter macroestruturas diversas fazendo-se

o controle adequado do processo


Fundição

34



Para a grande maioria das aplicações dos metais

busca-se otimizar as propriedades mecânicas

e tecnológicas através de uma microestrutura

de grãos refinados.

Na fundição isto pode ser obtido através do

controle das variáveis de processo que propiciem

um máximo subresfriamento (uso de moldes metálicos,

resfriadores, etc.).

O máximo de eficácia é atingindo usando-se

INOCULANTES


Fundição

35


Utilizando inoculantes

Inoculante é um pó geralmente fino de um

material covenientemente escolhido (dependendo

da liga a ser fundida) depositado no estado sólido

no metal ainda líquido fornecendo superfície para

a nucleação heterogênea

Favorece o surgimento de maior número de núcleos.

Dependendo de sua dispersão, reduz o efeito da

formação de macroestrutura de fundição


Fundição

36


Utilizando inoculantes aço ferrítico (Fe-Si)

Barra de aço solidificada sem

o uso de inoculantes

Barra de aço solidificada com

o uso de inoculantes

Fonte: C Constantinescu, The annals of “Dunarea de Jos” University of Galati (2006)


Fundição

37

PROCESSOS DE FUNDIÇÃO


Fundição

38

PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Etapas genéricas

1. Fabricação dos modelos

2. Fabricação dos moldes

3. Fabricação dos machos (macharia)

4. Obtenção do metal líquido (fusão)

5. Enchimento do molde com metal líquido (vazamento)

6. Retirada da peça do molde (desmoldagem)

7. Corte de canais e rebarbas (rebarbação e limpeza)

8. Inspeção

9. Tratamentos Térmicos


Fundição

39

PROCESSO DE FUNDIÇÃOEtapas genéricas

Metais e aditivos

Forno de Fusão

Areia e aditivos

Fabricação do molde

Montagem do Molde

Metal líquido

Fabricação do machos

Areia e aditivos

Resfriamento

Desmoldagem

Areia reaproveitada

Rebarbação e limpeza

Inspeção

Fabricação do Modelo

Matéria-prima modelo

Vazamento


Fundição

40


Fabricação dos modelos

Consiste em construir modelos com o formato da

peça a ser fundida

O modelo é importante, pois a partir dele faz-se a

construção do molde. Suas dimensões devem prever

a contração do metal durante o processo e

sobremetal para posterior usinagem

O modelo pode ser construído de madeira, plásticos,

metais leves, gesso, cera, isopor, entre outros


Fundição

41


Fabricação dos modelos (exemplos)


Fundição

42


Fabricação dos modelos (exemplos)

Modelo de uma biela


Fundição

43


Fabricação dos Moldes

Usando-se os modelos, pode-se construir os moldes


Fundição

44


Fabricação dos Moldes

Existem vários tipos

de moldes.

Por exemplo:

molde em areia...


Fundição

45


Os Machos formam

a cavidade interna da

peça fundida

Macho


Fundição

46


Fabricação dos Machos (macharia)


Fundição

47


Obtenção do metal líquido (fusão)

A fusão do metal pode ser obtida de várias

maneiras, sendo as principais:

1. Forno Cubilô

2. Forno a indução

3. Forno a arco voltaico


Fundição

48

PROCESSO DE FUNDIÇÃOObtenção do metal líquido (fusão)


Fundição

49


Enchimento do molde (vazamento)


Fundição

50


Retirada da peça (desmoldagem) corte e limpeza

Desmoldagem Limpeza (jateamento)


Fundição

51


Inspeção

Se faz uso geralmente de ensaios não destrutivos

Líquidos

Penetrantes

Partículas

Magnéticas

Raios X


Fundição

52

1. Fundição em areia

2. Fundição em casca (shell molding)

3. Fundição em cera perdida

4. Fundição em moldes permanentes

5. Fundição em molde cheio

6. Fundição centrífuga

7. Fundição e forjamento

8. Fundição a vácuo

9. Fundição melt-spinning

10. Fundição contínua


Principais tipos

Principal diferença

entre eles é em

como os moldes são

obtidos


Fundição

53

FUNDIÇÃO EM AREIA


Fundição

54

Objetos de cobre moldados em areia datam de

4000 a.C. na Mesopotâmia

FUNDIÇÃO EM AREIA


Fundição

55

FUNDIÇÃO EM AREIA

Características do molde em areia

1. Resistência mecânicaDeve suportar o peso próprio e o peso do metal líquido

2. PermeabilidadeDeve permitir que os gases liberados pelo líquido escapem

3. Resistência à erosãoDeve resistir à ação do líquido que flui durante o vazamento

4. ColapsibilidadeDeve permitir a contração do metal sem perder integridade

5. Baixa aderência ao metal fundidoDeve se separar facilmente do metal quando solidificado

6. EconômicoBaixo custo pois neste caso teremos uma peça por molde


Fundição

56

FUNDIÇÃO EM AREIA

Tipos de molde em areia

Moldes com

areia verde

Moldes com areia

ligada quimicamente

1. Areia de baseSílica, cromita, zirconita...

2. Agente aglomeranteArgila (bentonita)

3. PlastificanteÁgua

4. Outros aditivosPó de grafite, amido, etc..

1. Areia de baseSílica, cromita, zirconita...

2. Agente aglomeranteResinas polim. (furânicas, fenólicas...)

3. Outros aditivosÓxido de ferro...


Fundição

57

Vantagens Desvantagens

1. A moldagem por areia verde é o

mais barato dentre todos os métodos

de produção de moldes.

2. Há menos distorção de formato do

que nos métodos que usam areia

seca, porque não há necessidade de

aquecimento (durante a fabricação

do molde).

3. As caixas de moldagem estão

prontas para a reutilização em um

mínimo espaço de tempo.

4. Boa estabilidade dimensional.

5. Menor possibilidade de surgimento

de trincas.

1. O controle da areia é mais crítico do que

nos outros processos que também usam

areia.

2. Maior erosão quando as peças fundidas

são de maior tamanho.

3. O acabamento da superfície piora nas

peças de maior peso.

4. A estabilidade dimensional é menor nas

peças de maior tamanho.

FUNDIÇÃO EM AREIA

Vantagens e desvantagens da areia verde


Fundição

58

FUNDIÇÃO EM AREIA

Canais no molde em areia

Peça

Bacia de vazamento

Canal de descida

Base do canal de descida

Canal de distribuição

Canal de espuma

Canal de ataque

Massalote

Canal de subida


Fundição

59

FUNDIÇÃO EM AREIA

Etapas na produção do molde em areia verde

Compactação da areia na caixa


Fundição

60

FUNDIÇÃO EM AREIA


Compactação automatizada


Fundição

61

FUNDIÇÃO EM AREIA


Caixa é virada

Defeito

(excesso de umidade na areia)


Fundição

62

FUNDIÇÃO EM AREIA


É colocada a outra metade e os

canais e massalotes


Fundição

63

FUNDIÇÃO EM AREIA


Os modelos dos canais são

removidos


Fundição

64

FUNDIÇÃO EM AREIA


Abertura do copo de vazamentoAbertura do canal de distribuição

e retirada do modelo da peça


Fundição

65

FUNDIÇÃO EM AREIA


Fechamento do molde


Fundição

66

FUNDIÇÃO EM AREIA

Vazamento do metal líquido Desmoldagem



Fundição

67

FUNDIÇÃO EM AREIA

Rebarbação e limpeza



Fundição

68

FUNDIÇÃO EM CASCA(SHELL MOLDING)


Fundição

69

FUNDIÇÃO EM CASCA

O processo de fundição em casca é também um

processo de fundição em areia

Utiliza, no entanto, areia modificada quimicamente

sendo o molde “curado” para adquirir resistência

mecânica. Nesta cura a resina forma uma massa

aderente que mantêm os grãos de areia unidos

Neste método a areia não necessita ser compactada

para que o conjunto adquira resistência mecânica

Características


Fundição

70

FUNDIÇÃO EM CASCA

Características

A cura da resina poder ser realizada a quente ou a frio

Cura a frio

1. Processo mais caro

2. Utiliza catalisadores

ácidos e corrosivos

3. Por isso menos comum

Cura a quente

1. Chamada de shell molding

2. A base de polímeros

geralmente termofixos

3. Resina corresponde de 3 a

10% do molde


Fundição

71

FUNDIÇÃO EM CASCA

Obtenção do molde – Cura a quente

Modelos Metálicos para resistir ao calor


Fundição

72

FUNDIÇÃO EM CASCA


Moldelo posicionado na placa de aquecimento (200-250ºC)


Fundição

73

FUNDIÇÃO EM CASCA


A placa é girada contra um reservatório contendo uma mistura

de areia e resina de modo a envolver todo o modelo


Fundição

74

FUNDIÇÃO EM CASCA


O calor do modelo

funde parcialmente a

resina da mistura que

fica próxima ao modelo

unindo as partículas de

areia, nesta região


Fundição

75

FUNDIÇÃO EM CASCA


Após algum tempo (cerca de 15 minutos), forma-se uma casca

(“shell”) com espessura suficiente (10-15 mm) sobre o modelo


Fundição

76

FUNDIÇÃO EM CASCA


A casca é retirada da placa com auxílio de

pinos extratores


Fundição

77

FUNDIÇÃO EM CASCA


A resina da casca é finalmente reticulada “curada” quando a placa

é colocada numa estufa com temperatura entre 350-450 ºC


Fundição

78

FUNDIÇÃO EM CASCA


São produzidas duas metades e unidas por um adesivo e/ou

grampos. O Conjunto pode ou não ser posicionado numa

caixa contendo areia para o vazamento do metal líquido.


Fundição

79

FUNDIÇÃO EM CASCA

Características – CURA A QUENTE

1. Este processo produz somente metade do molde

2. Menor espaço para estocagem

3. Redução na quantidade de areia necessária

4. Fornece bom acabamento superficial

5. Boa estabilidade dimensional

6. Facilidade de liberação de gases (permeabilidade)

7. Processo facilmente automatizado

8. Mais adequado para peças complexas

9. O vazamento é realizado por gravidade

10. Maior custo comparado ao molde areia verde11. Dimensões limitadas em comparação com fundição em areia verde


Fundição

80

FUNDIÇÃO EM CASCA

Obtenção do molde – Cura a FRIO

1. Modelos (geralmente em madeira) são fixados na caixa

2. A mistura de areia, resina e catalisador é feita e

despejada na caixa, fazendo-se a gradativa

compactação

3. A cura inicia-se imediatamente após a moldagem

4. A cura termina algumas horas após

5. O modelo é retirado

6. Molde é pintado com tintas especiais para fundição

7. Molde é aquecido para secagem da tinta


Fundição

81

FUNDIÇÃO EM CASCA

Características – CURA A FRIO

1. Moldes mais rígidos para serem usados para peças

grandes e formas complexas;

2. Bom acabamento superficial

3. Vazamento feito por gravidade

4. Molde mais caro comparado com outros em areia

5. Catalisadores têm substâncias ácidas e corrosivas

6. Cuidado na manipulação


Fundição

82

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA(INVESTMENT CASTING)


Fundição

83

Os primeiros objetos fundidos usando-se cera

perdida que se tem notícia foi 3000 a.C.

na Mesopotâmia

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA


Fundição

84


Características

A fundição por cera perdida é caracterizada por obter o

molde a partir de um modelo de cera que será derretido

após a confecção do molde;


Fundição

85


Obtenção do modelo de cera

1. Usinagem da cera

2. União de sub-partes de cera formando o modelo

3. Moldagem da cera no estado sólido

4. Moldagem da cera no estado líquido

• Molde metálico (injeção)

• Molde cerâmico (geralmente gesso)

• Molde polimérico (geralmente silicone)


Fundição

86


Obtenção do modelo de cera


Fundição

87


União dos canais

de alimentação


Fundição

88


Banho de lama + partículas

refratárias (areia)


Fundição

89

Remoção da cera e

cura da casca cerâmica


Autoclave


Fundição

90


Vazamento do metal


Fundição

91


Remoção da casca cerâmica


Fundição

92


RESUMO


Fundição

93

1. Produz peças com excelente acabamento superficial

2. Facilidade em produzir peças com geometria complexa

3. Ideais para peças pequenas

4. Reprodução de detalhes, cantos vivos e paredes finas;

5. Possibilidade de produzir partes ocas sem o uso de

machos.

6. Dificuldade em produzir peças grandes (>5 kg);


Vantagens e desvantagens


Fundição

94

FUNDIÇÃO EM MOLDES

PERMANENTES(DIE CASTING)


Fundição

95

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES

Características

1. Como o próprio nome sugere, o molde (metálico) pode

ser utilizado repetidas vezes;

2. Um único molde é capaz de produzir muitas peças (da

ordem de 100.000 peças);

3. Neste processo o metal líquido pode ser vazado por

gravidade ou sob pressão;

4. Produz peças com boa precisão dimensional e bom

acabamento superficial;

5. É necessário que a peça tenha geometria adequada

para possibilitar a extração do molde.

6. É utilizado geralmente na fundição de metais de baixo e

médio ponto de fusão.


Fundição

96


Matéria-prima adequada ao processo

1. Alumínio e suas ligas

2. Zinco e suas ligas

3. Magnésio e suas ligas

4. Chumbo e suas ligas

5. Bronze (eventualmente)

6. Latão (eventualmente)


Fundição

97


Vazamento por gravidade


Fundição

98




Fundição

99



Molde com fechamento manual


Fundição

100



Molde

com

fechamento

automático


Fundição

101




Fundição

102


FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO - Características

1. Consiste em força o metal líquido a preencher as

cavidades do molde sob pressão;

2. O molde é geralmente fabricado em aço alta liga

resistente ao calor;

3. O molde é fechado hermeticamente e o metal injetado e

a pressão é mantida até a completa solidificação do

metal;

4. Os moldes são geralmente refrigerados à água com o

intuito de aumentar a vida dos mesmos.


Fundição

103


Sob pressão - MOLDES


Fundição

104


Sob pressão - Tipos

1. Câmara Quente

2. Câmara Fria


Fundição

105


Sob pressão – Câmara quente


Fundição

106


Sob pressão – Câmara quente - Características

1. Reduz tempo de obtenção da peça ao mínimo;

2. O metal líquido necessita percorrer uma pequena

distância para preencher o molde em cada ciclo;

3. É um processo de operação rápida variando de 1s (para

peças de poucos gramas) a 30s (para alguns kg);

4. Usado geralmente para metais de baixo ponto de fusão

como chumbo e ligas de zinco.

5. Ligas de ponto de fusão mais alto (incluindo alumínio e

suas ligas) são evitadas pois causam rápida degradação

do sistema de injeção


Fundição

107


Sob pressão – Câmara fria


Fundição

108


Sob pressão – Câmara fria - Características

1. Usado tipicamente para fundir materiais com ponto de

fusão mais elevado (ligas de alumínio, magnésio e

cobre);

2. O princípio de funcionamento é similar ao da câmara

quente, porém o metal líquido é disposto numa unidade

independente;

1. Tempo de operação mais longo que a de câmara quente


Fundição

109


Peças produzidas por fundição sob pressão


Fundição

110



Peças

automotivas

em

alumínio


Fundição

111



Carcaça da

bomba de

óleo de um

motor a

gasolina


Fundição

112


SOB PRESSÃO - Vantagens e desvantagens

1. Obtenção de peças com geometria complexa

2. Maior velocidade no processo

3. Melhor acabamento superficial

4. Pode-se fundir peças com esp. de parede de até 1 mm

5. Ligas de alumínio apresentam melhor resist. mecânica

que aquelas fundidas em areia;

1. Alto custo do ferramental

2. Porosidade residual

3. Limitação no emprego do processo

4. Limitação na dimensão das peças (geralmente até 5 kg)


Fundição

113

FUNDIÇÃO EM MOLDE CHEIO(Poliestireno expandido)


Fundição

114

FUNDIÇÃO EM MOLDE CHEIO

Características

1. Utiliza como modelo um corpo de poliestireno expandido

(isopor®) que funciona como “molde cheio”;

2. Este modelo é revestido com material refratário

3. O mesmo é posicionado numa caixa com areia

4. O metal líquido é vazado sobre o corpo de isopor

degradando-o formando assim a cavidade do molde

durante o vazamento.

5. A cavidade do molde mantém-se integra pois não há

efetivamente cavidade até o momento do vazamento.


Fundição

115


Sequência do processo


Fundição

116


Seqüência do processo


Fundição

117

FUNDIÇÃO CENTRÍFUGA


Fundição

118


Características

1. Metal líquido é vazado num molde dotado de movimento

de rotação.

2. A força centrífuga pressiona o metal ao encontro às

paredes do molde em rotação até a sua solidificação.

3. Produz peças com geometria de revolução

4. Pode-se ainda usar a força centrífuga como meio de

distribuir o metal líquido para o molde.


Fundição

119



Fundição

120



Fundição

121



Fundição

122


Distribuição por força centrífuga


Fundição

123


Distribuição por força centrífuga – Moldes Poliméricos


Fundição

124

FUNDIÇÃO E FORJAMENTO(squeeze casting)


Fundição

125

FUNDIÇÃO E FORJAMENTO

Características

1. O metal líquido é vazado em umas das partes do molde

aberto e em seguida a outra parte do molde pressiona o

metal líquido forçando-o a preencher todas as cavidades

do molde sob ação de elevada pressão

2. As elevadas pressões induzem à forte taxa de nucleação

produzindo grãos refinados e equiaxiais

3. Propriedades mecânicas semelhantes à uma peça

forjada


Fundição

126

FUNDIÇÃO E FORJAMENTO


Fundição

127

FUNDIÇÃO A VÁCUO


Fundição

128

FUNDIÇÃO A VÁCUO

Características

1. Na fundição a vácuo o metal líquido é forçado a penetrar

nas cavidades do molde por uma diferença de pressão

entre a cavidade e a parte externa do molde

2. Esta diferença de pressão é dada retirando-se o ar da

cavidade do molde (vácuo);


Fundição

129

FUNDIÇÃO A VÁCUO


Fundição

130

FUNDIÇÃO MELT-SPINNING


Fundição

131


Características

1. Melt-spinning é um processo onde a liga é

solidificada de forma tão rápida, que o sólido

formado não tem estrutura cristalina definida,

ele é amorfo.

2. Isso gera um aumento do limite de solubilidade

e redução da micro-segregação.


Fundição

132



Fundição

133

FUNDIÇÃO CONTÍNUA


Fundição

134


Características

1. Processo utilizado principalmente para fundição de

lingotes;

2. Metal líquido é vazado continuamente e o material

solidificado avança conforme ocorre a solidificação;

3. A velocidade de avanço deve coincidir com a velocidade

de solidificação na direção longitudinal do lingote;


Fundição

135



Fundição

136


Produção de lingotes

(lingotamento contínuo)


Fundição

137


Vantagens

1. Maior produtividade

2. Uniformidade do produto

3. Menor consumo energético

4. Redução de mão-de-obra

5. Melhor qualidade do produto


Fundição

138

DESCONTINUIDADES

NA FUNDIÇÃO


Fundição

139

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO

1. Bolhas, vazios ou porosidades

2. Junta fria

3. Trincas de contração

4. Rebarbas

5. Inclusão de areia

6. Rechupes

7. Segregação

8. Alimentação insuficiente

9. Granulação grosseira

10. Outras...

Principais descontinuidades na fundição


Fundição

140

BOLHAS

VAZIOS

POROSIDADE


Fundição

141


Bolhas, vazios ou porosidades

São bolsas de gás de

paredes geralmente

lisas, causados por

gases oclusos pelo

metal.


Fundição

142


Bolhas, vazios ou porosidades - CAUSAS

Se originam quando os gases dissolvidos no metal líquido não

são eliminados durante o processo de vazamento ou

solidificação devido a:

1. excessiva umidade e/ou baixa permeabilidade da mistura da areia

2. grau de compactação do molde inadequado

3. composição da mistura inadequada (reação química do metal

líquido durante o resfriamento)

4. sistema de alimentação mal projetado

5. alto teor de gases no metal líquido

6. reações metal-areia-aditivos

7. má extração de gases do molde

8. falta de respiros,

9. turbilhonamento no canal de descida


Fundição

143



Aparentes: defeitos são

evidenciados na superfície

da peça

Detectáveis a olho nu ou

com auxílio de líquidos

penetrantes


Fundição

144



Não aparentes: defeitos

estão presentes no interior

da peça

Detectáveis geralmente

com auxílio de raios X

http://onlineshowcase.tafensw.edu.au/ndt/content/radiographic/radiograph/pinhole_porosity.jpg

http://onlineshowcase.tafensw.edu.au/ndt/content/radiographic/radiograph/pinhole_porosity.jpg


Fundição

145


Bolhas, vazios ou porosidades – COMO EVITAR

1. otimização da composição da mistura da areia

2. utilização de areia de retorno o mais seca possível

3. reavaliar o sistema de canais

4. provisão de respiradouros

5. elementos químicos para “acalmar” a carga


Fundição

146

JUNTA FRIA


Fundição

147


Junta Fria

São descontinuidades causadas

pelo encontro de duas correntes de

metal a baixa temperatura, o que não

permitem a sua mistura completa.

Apresenta-se como trincas aparente

superficiais.


Fundição

148


Junta Fria – CAUSAS E SOLUÇÕES

Causas

• entupimentos de canais de ataque;

• massalotes ineficientes;

• baixas temperaturas de vazamento.

Soluções

• aumentar a fluidez do metal;

• pré-aquecer o molde;

• aumentar da temperatura de vazamento.


Fundição

149

TRINCAS DE

CONTRAÇÃO


Fundição

150


Trincas de contração

São trincas intercristalinas, geralmente

de grande extensão e de forma irregular.

Ocorrem geralmente nos estágios finais

de solidificação, mas também podem

acontecer durante o resfriamento da

peça sólida, como resultado de um

estado de altas tensões de contração.


Fundição

151


Trincas de contração – CAUSAS E SOLUÇÕES

Causas• impossibilidade da peça contrair-se livremente devido a um projeto

inadequado dos machos e moldes que geram mudanças bruscas

de seções

• machos muito rígidos

• restrições à contração pelos canais de alimentação ou massalotes.

Soluções• utilizar machos mais elásticos

• alterar o projeto para evitar variações abruptas de seções

• modificar o sistema de alimentação


Fundição

152

REBARBAS


Fundição

153


Rebarbas

São saliências do

metal em torno da

linha de divisão do

molde


Fundição

154

Rebarbas – CAUSAS E SOLUÇÕES

Causa• ocorre pelo fluxo do metal líquido para o interior do

espaço existente entre as duas partes do molde.

Soluções• Fixação rígida das caixas do molde

• Redução da temperatura de vazamento



Fundição

155

INCLUSÃO

DE AREIA


Fundição

156


Inclusão de areia

É a inclusão de areia do

molde na peça. Isso causa

problemas de usinagem:

os grãos de areia são

abrasivos e, por isso,

danificam a ferramenta.

Além disso, causam

defeitos na superfície

da peça.


Fundição

157


Inclusão de areia – CAUSAS E SOLUÇÕES

Causas• erosão (lavagem)

• quebra de cantos do molde.

• fechamento inadequado do molde.

• transporte inadequado do molde.

• limpeza inadequada do molde.

Soluções• aumento do grau de preparação da mistura

• aumento do grau de compactação do molde nos pontos críticos

• a utilização de areia base mais fina (rugosidade).

• alterando o sistema de enchimento


Fundição

158

RECHUPES


Fundição

159


Rechupes

São vazios de diversos tipos, formas e localizações

nas peças fundidas (internos, externos,

macrorechupes, microrechupes, lamelares, centrais...)


Fundição

160


Rechupes - Causa

Ocorrem devido a contração dos metais durante sua

solidificação. A primeira parte do metal a solidificar

é aquela que está em contato com o molde, ou seja,

aonde ocorre a maior troca de calor, solidificando

o material antes que os vazios consigam submergir.


Fundição

161


Rechupes - Solução

Através de técnicas de alimentação, procura-se

localizar estes pontos quentes fora da parte útil da peça,

em regiões que deverão ser cortadas.

MASSALOTES


Fundição

162

SEGREGAÇÃO


Fundição

163


Segregação

É o acumulo de impurezas na última seção

solidificada. O material apresenta composição

química não uniforme e conseqüentemente

propriedades mecânicas diferentes. As zonas

segregadas geralmente localizam-se no interior

da peça, onde as tensões são mais baixas,

não constituindo um problema sério.


Fundição

164


Segregação


Fundição

165


Segregação – CAUSAS E SOLUÇÕES

Causas• No caso de uma impureza ser menos solúvel no estado sólido,

estas vão acompanhando o metal líquido remanescente a medida

que a solidificação se processa, indo acumular-se no interior da

peça.

Soluções• a segregação pode ser minimizada pelo rigoroso controle da

composição química e/ou da velocidade de resfriamento.


Fundição

166

ALIMENTAÇÃO

INSUFICIENTE


Fundição

167


Alimentação insuficiente

Vazios localizados nas

paredes das peças

fundidas


Fundição

168


Alimentação insuficiente – CAUSAS E SOLUÇÕES

Causas• alimentação insuficiente do molde;

• falta de fluidez da mistura;

• grau de compactação deficiente;

• massalotes e moldes pequenos.

Soluções• aumentar a temperatura de vazamento

• reconsiderar o posicionamento do molde seu tamanho e nº de

canais


Fundição

169

GRANULAÇÃO

GROSSEIRA


Fundição

170


Granulação grosseira

O metal bruto de fusão

apresenta uma estrutura

cristalográfica muito

grosseira, dendrítrica,

localmente agravada

por segregação


Fundição

171


Granulação grosseira

Causas• Pequeno gradiente térmico durante a solidificação.

Soluções• agitação e vibração ultrassônica

• uso de inoculantes;

• pode ser destruída posteriormente por tratamento térmico ou

conformação mecânica.


Fundição

172

QUEBRA DE PARTE

DOS MOLDES


Fundição

173


Quebra de partes do molde

Fragmentação do molde

durante o manuseio ou

durante o vazamento do

metal líquido, afetando

a geometria final da peça


Fundição

174


Quebra de partes do molde

Causas• Normalmente a principal causa deste tipo de defeito é a baixa

plasticidade de areia, aliada, eventualmente, a uma baixa

resistência mecânica do molde, bem como a uma desregularem

do sistema de extração de moldes da máquina

Soluções• aumento do grau de preparação da mistura

• compactação adequada do molde da máquina

• melhora do sistema de extração de moldes da máquina

• cuidados na colocação de machos nos moldes


Fundição

175

SUPERFÍCIE

ÁSPERA


Fundição

176

Rugosidade elevada da

superfície da peça


Superfície áspera


Fundição

177


Superfície áspera

Causas• uso de areia base muito grossa

• elevada temperatura da areia preparada.

• excesso de umidade

Soluções• Controlar granulometria da areia utilizada

• Controlar umidade da areia


Fundição

178

MICROPOROSIDADE

DE HIDROGÊNIO


Fundição

179


Microporosidade de hidrogênio

Microporosidade

causada pela dissolução

de hidrogênio oriundo

principalmente da areia e

formação de gás H2

durante a solidificação


Fundição

180


Microporosidade de hidrogênio

Causas• Embora também possa ser proveniente de problemas

existentes com a carga metálica, na maioria das vezes sua

origem reside na areia, sendo proveniente principalmente de

elevada temperatura da areia.

Soluções• melhora do grau de preparação da mistura

• otimização da composição da mistura

• utilização de areia de retorno o mais fria possível.

processos de fabricação - pavanati.com.brpavanati.com.br/doc/02 - processos de fabricacao -...

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