Upload
abinadab-dos-santos-araujo
View
51
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
FATEC Sertãozinho FUNDIÇÃO
1
FATEC Sertãozinho FUNDIÇÃO
2
o Novos Produtos Qualidade de Vida
o Tecnologia Materiais e Métodos
o Processos de Fabricação Propriedades
Finais
o Baixo Custo + Qualidade Acesso Universal
3
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
FATEC Sertãozinho FUNDIÇÃO
4
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).
FATEC Sertãozinho FUNDIÇÃO
5
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.
6
Fusão
Vazamento
Desmoldagem
Limpeza
Corte
Rebarbação
Controle de
qualidade
Recuperação Tratamento
térmico
Expedição
Acabamento
Sucata
FATEC Sertãozinho FUNDIÇÃO
7
Temperatura de fusão e vazamento
Viscosidade
Densidade
Condutividade Térmica
Coeficiente de Dilatação
Reatividade Química
8
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.
9
10
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)
11
Sólido Líquido
Extração de
calor
Tl > Tf
Sólido Líquido
Extração de
calor
Tl < Tf
Crescimento
Crescimento
(a) (b)
FATEC Sertãozinho FUNDIÇÃO
Dendritas de solidificação de uma liga de alumínio alto silício.
12
13
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.
14
Diminuição da temperatura de
vazamento
(a) (b) (c)
15
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
16
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
17
18
Tipos de moldes
Descartáveis Permanentes
Areia Cerâmico Coquilha
Refrigerada
Não-refrigerada
Verde ou sintética
Silicato/CO2
Cura a frio
Shell-moulding
19
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
20
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
21
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
22
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
23
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
24
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
25
Shell moulding (casca):
molde rígido
também em macharia
ferrosos e não ferrosos
resina + catalizador
cura a quente
óxido de ferro resistência a quente
boa precisão e acabamento
máquina própria
modelo metálico aquecido
casca queimada em forno
26
Caçamba de areia
Pinos extratores
Forno
Placa-modelo aquecida
Molde em casca
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
27
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
ferrosos e não ferrosos
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
28
Peça
modelo Argila
Gesso
Borracha líquida
Cera líquida Cera
Lama
cerâmica
Vazamento
(a) (b)
(c)
(d) (e)
(f)
(g) (h)
(i)
(j)
(k)
Peça
29
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
30
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?
31
LISTA DE EXERCÍCIOS
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?
32
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
33
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
34
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
35
Energia
Carvão
Óleo
eletricidade
Tipo do forno
Depende:
da liga a ser fundida
da qualidade exigida do produto
fonte de energia mais abundante
36
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
37
Escória Metal líquido
Ar
-Ferro gusa
-Sucata
-Coque
-Fundente
-Ferros-liga
Tampa
Panela de espera
38
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
39
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
40
41
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
42
(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
43
44
45
46
Abertura dos moldes:
manualmente
grelha vibratória (check-out)
libera peça
limpeza
corte
rebarbação
areia para recuperação
moagem
eliminação de finos
resfriamento
47
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.
48
49
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
50
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)
51
Desencontro
(a) (b)
52
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
53
Rechupe em um lingote
de alumínio
micrografia ótica de
uma liga fundida de
alumínio alto silício
mostrando um grande
rechupe interno
54
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
55
Bolhas de gás em um aço carbono fundido ASTM A148-93.
56
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
57
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
58
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
59
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
60
"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!"
61
LISTA DE EXERCÍCIOS
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?
62
LISTA DE EXERCÍCIOS
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 _________.