UNIVERSIDADE PAULISTA

DYEGO DA CUNHA LELIS MOREIRA

B05877-3

GABRIELA MAGNO CONTENTE A75CCE-0

KENIA DIANY GARCIA B0305H-4

VINICIUS RENAN FUJINO CASTRO B032HG-7

VITOR ROBERTO DE SOUZA B052ID-0

FUNDIÇÃO OUTROS MÉTODOS

SÃO JOSÉ DO RIO PRETO

2013

UNIVERSIDADE PAULISTA

FUNDIÇÃO OUTROS MÉTODOS

Trabalho semestral apresentado ao

curso de Engenharia Mecatrônica da

Universidade Paulista – UNIP –

como exigência para a obtenção de

nota na disciplina de Fabricação

Mecânica.

Docente: Prof. Dr. Otávio Villar.

SÃO JOSÉ DO RIO PRETO

2013

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO...........................................................................................................04

1. Evolução Histórica........................................................................................04

1.1 Linha do Tempo..............................................................................................06

2. Ligas................................................................................................................07

2.1 Classificação....................................................................................................08

2.2 Fundidos Ferrosos...........................................................................................08

2.3 Fundidos Não Ferrosos...................................................................................09

3. Fundição.........................................................................................................10

3.1 Processos de Fundição...................................................................................11

3.1.1 Confecção do Modelo da Peça.............................................................11

3.1.2 Confecção do Molde.............................................................................11

3.1.3 Confecção dos Machos.........................................................................12

3.1.4 Fechamento do Molde...........................................................................12

3.1.5 Fusão....................................................................................................12

3.1.6 Vazamento............................................................................................12

3.1.7 Desmoldagem.......................................................................................12

3.1.8 Cortes de Canais e Massalotes............................................................12

3.1.9 Rebarbação e Limpeza.........................................................................12

3.1.10 Inspeção e Recuperação......................................................................13

3.2 Métodos de Fundição......................................................................................13

3.2.1 Em Casca (Shell Molding).....................................................................13

3.2.2 Fundição de Precisão............................................................................13

3.2.2.1 Mercast.......................................................................................14

3.2.2.2 Cera Perdida..............................................................................14

3.2.3 Molde Permanente – Fundição por Gravidade (Coquilha)....................15

3.2.4 Molde permanente – Fundição Sob Pressão........................................16

3.2.5 Fundição Contínua................................................................................17

3.2.6 Fundição Centrífuga..............................................................................18

4. A Indústria Mundial de Fundidos.................................................................18

5. Setor Brasileiro de Fundição........................................................................19

CONCLUSÃO............................................................................................................21

Referências Bibliográficas......................................................................................22

ANEXOS....................................................................................................................24

4

FUNDIÇÃO OUTROS MÉTODOS

INTRODUÇÃO

Durante o decorrer da história o homem foi percebendo que precisaria

desenvolver um tipo de material que tivesse as características desejadas para um

trabalho de acentuado nível de desgaste.

Estas características foram parcialmente encontradas no minério de ferro.

Com o aprimoramento das técnicas de manejo desse minério originou-se a

descoberta do aço, e com isso a produção e a confecção de ferramentas e

diferentes tipos de equipamentos, utilizando-se dessa matéria prima.

Um dos processos de aprimoramento utilizados no manuseio do minério de

ferro foi o da fundição. Tal método possibilitou a fabricação de peças mais

elaboradas, as quais atendiam de melhor maneira as necessidades do homem.

Sendo definida como um conjunto de atividades, que por meio da fusão dão forma a

materiais.

1. Evolução Histórica

O processo de fundição consiste na fabricação de peças metálicas por meio

do preenchimento, com metal líquido, de um molde cuja cavidade apresenta

dimensões semelhantes às da peça que se deseja fabricar. Uma definição mais

técnica e atual para o processo de fundição consiste “na preparação, fusão e refino

de insumos metálicos, seu vazamento em moldes (por gravidade, pressão,

centrifugação no vácuo) e na limpeza e acabamento das peças brutas assim

obtidas” [Monticelli (1994)].

Ainda que não haja um consenso, acredita-se que tal data de 5000 a.C.,

quando já se faziam objetos em cobre fundido por meio de moldes em pedra lascada

[Rossitti (1993)]. Uma das razões para as quais se acredita que o cobre foi o

primeiro metal fundido pelo homem, se dá pelo seu baixo ponto de fusão. Sendo que

em meados de 3300 a.C., as técnica de fundição evoluíram. A adição de estanho ou

arsênio ao cobre formou uma nova liga denominada de bronze, o que aumentou a

dureza do metal e permitiu ao homem produzir armas e armaduras com elevada

resistência. No entanto, o bronze era considerado um artigo de luxo e dificilmente

seu uso chegava nas mãos de soldados ou plebeus. (anexo 1)

5

Já nessa mesma época, na China e na Mesopotâmia, o processo em “cera

perdida” era conhecido. Achados arqueológicos datam que de 1700 a.C. e 1100

a.C., artesãos da dinastia Shang utilizavam esse tipo de fundição para fabricar

objetos artísticos de paredes finas, com desenhos sofisticados.

Apesar de o minério de ferro ser encontrado em abundância na natureza, o

primeiro fundido de ferro conhecido é de 600 a.C. [Loper(2003)]. Trata-se de um

tripé de 275 kg produzido na China. Outras fontes indicam que o processo de

fundição do ferro data de 1000 a.C., os chineses já produziam peças de ferro

fundido em temperaturas mais elevadas, obtidas em fornos de carvão soprados por

foles [Ribeiro(2008)]. (anexo 2)

Sendo que os primeiros fundidos em ferro tinham baixíssima resistência à

fratura e que apenas mais tarde foi introduzido o carvão durante o processo de

fusão, para que fosse conferindo maior resistência à peça final.

Na era romana, de 250 a 100 a.C. a metalurgia do ferro já era largamente

conhecida e aplicada na fabricação de machados, ferramentas, charruas, canos e

armamentos. (anexo 3)

O processo produtivo, no entanto, não sofreu significativa evolução ao longo

dos séculos seguintes. Os fundidos de ferro cinzento e os fundidos de ferro branco

foram produzidos sem muitas mudanças através dos anos [Loper(2003)], e que

apenas em 1638 d.C., que os primeiros estudos científicos sobre a resistências dos

metais à ruptura foram realizados pro Galileu Galilei [Ribeiro(2008)].Inovações no

método produtivo foram feitas no século XVII, por meio de incarbonização, que

consiste na adição de carbono ao ferro – o que daria origem, futuramente, ao aço

[Ribeiro(2008)]. O processo de fundição em aço data de 1740 e é atribuído ao inglês

Benjamin Huntsman.

Descoberto, por Réaumur, a descarbonetização dos ferros fundidos brancos,

que promoveu maior ductibilidade a seções finas, ocorreu em apenas 1722.

Somente em 1830, Seth Boyden, por acidente, descobriu que certas composições

de fundidos de ferro branco poderiam ser tratadas a quente, de forma que o

carboneto de ferro se decompunha para grafita, dando origem ao ferro fundido

maleável de núcleo preto.

6

No período da Segunda Guerra Mundial, foi realizado o controle da morfologia

da grafita durante a solidificação, que proporcionou avanços significativos na ciência

e na produção de ferros fundidos.

Sendo assim fica a seguinte frase de [Loper(2003)], “a família dos fundidos de

ferro tem uma longa história, enquanto a família dos fundidos de ferro que

conhecemos e usamos nas aplicações atuais de engenharia datam da metade do

último século”.

Já no Brasil, a primeira casa de fundição surgiu no final do século XVI, em

São Paulo, e era destinada à fundição de ouro extraído das minas de Jaraguá e

arredores. No decorrer do século XVIII, muitas casas de fundição foram criadas em

Minas Gerias, Goiás, Mato Grosso e Bahia. A fundição de ferro passou a ser feita a

partir do século XVII e, nos últimos dias de seu domínio, a coroa portuguesa chegou

a construir alguns altos-fornos na colônia. A demanda por ferrovias e portos

fomentou, por muito tempo, o desempenho das fundições, de modo que os pátios de

reparo das companhias ferroviárias e os estaleiros passaram a ter as mais bem

equipadas oficinas metalúrgicas do país [Bethell(2002)].

Mais tarde, com a chegada da industrial automotiva e a construção de

Brasília, o setor de fundição ganhou novo fôlego, e cumprindo um importante papel

no desenvolvimento da industrial nacional. (anexo 4)

1.1 Linha do Tempo

1480 – Nasce Biringuiccio, considerado o primeiro e verdadeiro fundidor.

1612 – Têm-se a primeira menção do carvão marinho, feito pelo inventor e

fundido alemão Simon Strurtevant.

1709 – Abraham Darby desenvolve a primeira caixa de moldagem. Inicia mais

tarde o uso de coque como combustível para a obtenção do ferro.

1722 – O ferro maleável é desenvolvido por A.F de Reamur.

1794 – É inventado o primeiro forno Cubilô.

1825 – O alumínio é isolado do cloreto de alumínio.

1863 – Henry C. Sorby desenvolve a metalografia, possibilitando o polimento

e exame microscópio para analisar a superfície do metal.

1880 – A primeira fresa de acabamento de fundidos é desenvolvida nos EUA.

7

1886 – O estudante de 22 anos, Charles M. Hall descobre o processo de

redução do alumínio através da eletrólise.

1897 – O processo de microfusão por cera perdida é adaptado na produção

de próteses dentárias.

1898 – São produzidos os primeiros moldes de areia ligados com silicato de

sódio.

1899 – É iniciada a produção comercial do forno elétrico a arco.

1906 – Instalados nos EUA o primeiro forno elétrico a arco e o primeiro forno

a indução de baixa freqüência.

1916 – É inventado o forno de indução sem núcleo.

1924 – Com a marca de 1 (um) milhão de carros produzidos em 132 dias

atingida por Henry Ford, a manufatura de automóveis consumira um terço da

demanda de fundidos dos EUA.

1930 – O primeiro forno de indução sem núcleo de alta freqüência é instalado

nos EUA.

1940 – A relação entre o tempo de solidificação e a geometria da peça é

desenvolvida por Chvorinov.

1947 – O processo de fundição em casca (Shell molding) é descoberto e

tornado público.

1957 – Vagn Age Jeppesen, inventa a máquina de moldagem de areia verde

sem caixas e com partição vertical.

1964 – É entregue na Dinamarca a primeira máquina de moldar areia verde e

de fazer partição vertical.

1971 – O processo de moldagem a vácuo é desenvolvido no Japão.

1971 – Através do processo de moldagem semi-sólida, são gerados os

primeiros fundidos semi-sólidos.

1995 – A simulação da microestrutura é desenvolvida e a fundição em semi-

sólido inicia sua produção comercial, penetrando no mercado.

2. Ligas

Antes de concentrar todas nossas atenções as técnicas de fundição,

primeiramente faremos uma breve introdução sobre as ligas metálicas as quais são

fundamentais para a execução dos processos de fundição.

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2.1 Classificação

Os fundidos podem ser classificados de duas maneiras: os ferrosos e os não

ferrosos. Sendo pertencente da classe dos ferrosos o ferro fundido branco, ferro

fundido mesclado, ferro fundido cinzento, ferro fundido nodular, ferro fundido

vermicular, ferro fundido maleável e por fim o aço. Já os não ferrosos são os demais

e o alumínio.

2.2 Fundidos Ferrosos

“Os metais ferrosos são ligas de ferro com carbono (...) que se dividem em

aço e ferros fundidos” [Malishev, Nikolaiv e Shuvalov (1970)]. Os ferros fundidos são

ligas do sistema ternário Fe-C-Si, contendo teores de carbono superiores a 2%. O

aço por sua vez, contém teores inferiores a 2%.

As propriedades mecânicas dos ferros fundidos são definidas, basicamente,

por sua microestrutura, isto é, pela forma como o carbono se encontra distribuído:

ele pode estar tanto combinado diretamente ao ferro (cementita) como em estado

livre (grafita).

Fundidos sob a microestrutura cementita, também chamada de carboneto de

ferro (Fe3C), têm elevada dureza, e alta resistência mecânica e com baixa

tenacidade, o que torna o metal dura, porém quebradiço. Fundidos com essa

microestrutura apresentam coloração mais clara.

A grafita é um alótropo natural do carbono e tem baixa dureza, baixa

resistência mecânica, mas boa usinabilidade. A peça fundida feita de grafita

apresenta uma coloração mais escura (na cor do grafite), devido a quantidade de

carbono “solto” em sua estrutura.

O acréscimo de determinados elementos de liga, como silício (Si), níquel (Ni),

cromo (Cr), magnésio (Mg), molibdênio (Mo), vanádio (V) e manganês (Mn), modifica

a microestrutura do fundido, alterando de forma significativa as suas propriedades

mecânicas, tais como rigidez e ductibilidade. O silício, o alumínio e o níquel

favorecem a formação da grafita e conferem maior usinabilidade à peça. O cromo, o

manganês, o molibdênio e o vanádio favorecem a formação de cementita,

conferindo a peça maior dureza e resistência mecânica da liga. O potássio e o

enxofre são considerados impurezas e devem ser mantidos em baixas

9

concentrações. O enxofre reduz a tenacidade do material e o potássio eleva a

dureza. Teores acima de 0,5% de potássio causam forte fragilização da estrutura. O

manganês também é utilizado como disssulfurante, para reduzir os efeitos do

enxofre.

A velocidade de resfriamento durante a solidificação do material também

influencia as propriedades mecânicas dos fundidos. Velocidades elevadas,

promovidas por resfriamento contra superfícies metálicas (coquilhas ou resfriadores),

favorecem a formação de cementita, enquanto baixas velocidades, promovidas por

resfriamento de areia, favorecem a formação de grafita.

Além da composição química e da velocidade de resfriamento, a inoculação

pode alterar as propriedades mecânicas dos ferros fundidos, favorecendo a

formação de grafita. A inoculação consiste na adição de uma anti-liga granulada no

metal líquido, para promover a formação de “núcleos sólidos” no metal, nos quais a

formação de grafita pode começar. O processo permite a formação de

microestruturas mais homogêneas e uniformes.

Alguns ferros fundidos também passam pro tratamento térmico para

modificarem suas propriedades mecânicas.

Como características gerias, os ferros fundidos apresentam: ponto de fusão

relativamente baixo (1200ºC);baixo custo de produção, em parte obtido pelo menor

uso de combustível para fundir o metal, e boa usinabilidade, comparados ao aço.

Os fundidos ferrosos, de acordo com sua composição, podem ser

classificados como brancos, mesclados, cinzentos, nodulares, vermiculares,

maleáveis e aços.

2.3 Fundidos Não Ferrosos

Dentre os fundidos não ferrosos estão os fundidos em alumínio, zinco, cobre

e magnésio. Dos quais o alumínio tem a maior importância comercial, tanto nacional

como internacional. No mundo, cerca de 75% dos fundidos não ferrosos são

produzidos em alumínio. Esse percentual chega a 90% no Brasil.

A obtenção do alumínio divide-se em três etapas: mineração, refino e

redução. Na fase de mineração, obtém-se a bauxita, minério avermelhado que deve

conter, no mínimo, 30% de alumina aproveitável, para que a produção de alumínio

seja economicamente viável. Na fase de refino, realiza-se a extração de alumina

10

presente na bauxita. O processo de Bayer, aplicado nessa fase, consiste na adição

de soda cáustica à bauxita, seguida da filtragem do material sólido, que é

concentrado e cristalizado em alumina. Os cristais de alumina são secos e

calcinados para retirada de toda a água, restando somente alumina em pó branco.

Na fase de redução, transforma-se o pó de alumina em alumínio por meio do

processo eletrolítico de Hall-Heroult.

De modo geral, a cada quatro toneladas de bauxita são retiradas duas

toneladas de alumina que originam apenas uma tonelada de alumínio.

O alumínio pode ser classificado como primário ou secundário. O alumínio

primário é o resultado direto da redução da alumina. O seu preço é negociado na

London Metal Exachange (LME), e o seu processo de obtenção é intensivo em

consumo de energia elétrica, que responde por 30% a 35% de seu custo de

fabricação.

A industria do alumínio é o maior consumidor industrial de energia elétrica no

mundo. Chega a consumir cerca de 1% de toda energia gerada no planeta o que

equivale a 7% de toda energia consumida por todo complexo industrial mundial

[International Rivers Network (2003)]. Sendo que no Brasil, o complexo industrial do

alumínio corresponde a uma faixa de consumo de 6% de toda energia elétrica

gerada no país.

O alumínio secundário corresponde àquele que é reciclado, geralmente

utilizado na composição de ligas metálicas. Apesar de não ser negociado em bolsa,

seu preço acompanha as flutuações da LME. O processo de fabricação de fundidos

em alumínio secundário é menos intensivo em energia elétrica, que corresponde a

apenas 2% do custo de produção.

3. Fundição

Os processos de transformações de metais e liga metálicas em peças para

utilização em conjuntos mecânicos são inúmeros e variados. E dentro desses

processos de fabricação de peças a fundição faz o papel mais primordial, pois esse

processo destaca-se pela maior versatilidade na construção dos mais variados tipos

de peças demandados pela indústria em geral.

Dentre as vantagens e os motivos para sua utilização, destacam-se:

Obtenção, de maneira econômica, peças de geometria complexa.

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Produção de peças de paredes mais finas e tolerâncias dimensionais

mais estreitas.

Utilização da mesma matriz para milhares de pelas, sem variações

significativas nas dimensões das peças produzidas.

Permite alto grau de automatização e com isso, a produção rápida em

serie de grandes quantidades de peças.

Mas como todo processo não é ideal, a fundição também tem suas

desvantagens, sendo as principais:

Inclusão da areia do molde nas paredes internas ou externas da peça.

Causando problemas de usinagem, pois os grãos de areia que aderem a peça são

extremamente abrasivos e por isso danificam as ferramentas de usinagem. Além de

causarem defeitos na superfície da peça usinada.

Defeitos de composição da liga metálica, que prejudicam as

propriedades mecânicas das peças fundidas.

Rechupe, ou seja, falta de material devido ao processo de solidificação,

causado por projeto de massalote mal feito.

Porosidade, presença de “buraquinhos” dentro da peça, causados pela

presença de gases não eliminados durante os processos de vazamento e

solidificação. O que gera defeitos superficiais e torna a peça usinada frágil.

3.1 Processos de Fundição

Após a introdução, passaremos agora analisar cada técnica de fundição

separadamente. Antes disso ainda, mostraremos às principais etapas desse

processo que estão presentes nas variadas técnicas de fundição. Entre elas estão:

3.1.1 Confecção do Modelo da Peça

O primeiro passo para a obtenção do fundido é a confecção de um modelo

com formato da peça final. As dimensões devem ser calculadas levando em conta a

taxa de contração do metal na fase de solidificação. O modelo pode ser

confeccionado em madeira, metal, plástico, gesso, isopor, resina etc.

3.1.2 Confecção do Molde

O molde é o dispositivo no qual o metal fundido é despejado e cujo à

cavidade tem formato similar ao da peça final. Feito em material refratário composto

12

de areia e aglomerante, o molde deve ser capaz de resistir às temperaturas dos

metais líquidos.

3.1.3 Confecção dos Machos

Macho é um dispositivo, feito também de areia, que tem a finalidade de formar

vazios, furos e reentrâncias da peça. Eles são colocados nos moldes antes que eles

sejam fechados para receber o metal líquido. Diferentemente do molde, que é uma

peça em areia que delimita as partes externas da peça fundida, o macho é uma

peça em areia que delimita as partes internas (vazios).

3.1.4 Fechamento do Molde

O molde é composto de duas metades, sendo o macho colocado no interior

da primeira e fechado pela segunda. Nessa fase, é fundamental garantir a limpeza

dos moldes, para que não haja inclusão de outros materiais no metal, o que poderia

comprometer a resistência da peça.

3.1.5 Fusão

Nessa fase, o metal é fundido em um forno de indução. As variáveis mais

importantes desse processo são a temperatura do forno, a composição química do

fundido e a correção da mesa, caso necessário.

3.1.6 Vazamento

O metal líquido é transferido do forno para a panela de vazamento, que

despejará o metal no molde. As principais variáveis nessa fase são a limpeza da

panela, a temperatura e a velocidade de vazamento. Uma velocidade muito alta

pode provocar erosão da areia e inclusão de grãos na peça.

3.1.7 Desmoldagem

Operação de retirada da peça sólida dentro do molde. É importante controlar

a temperatura em que a operação é feita, para evitar choque térmico e

conseqüentes trincas na peça. Atualmente, existem processos capazes de recuperar

98% da areia, que é então utilizada em novos moldes.

3.1.8 Cortes de Canais e Massalotes

Remoção do metal excedente que ficou nos canais e nos massalotes

(machos). Essa remoção pode ser feita com corte por disco abrasivo ou por fusão

localizada.

3.1.9 Rebarbação e Limpeza

13

Após o corte dos canais e massalotes, essas áreas precisam de acabamento

superficial. É necessária a retirada de incrustações de areia do molde na peça

fundida. Essa limpeza é feita, em geral, com jatos abrasivos.

3.1.10 Inspeção e Recuperação

Por fim, marcam-se os defeitos da peça durante os ensaios de inspeção

visual, líquido penetrante, ultrassom ou radiografia. Em seguida, testam-se as

propriedades físicas e mecânicas do material. Os defeitos são removidos e

reparados por solda (com exceção dos ferros fundidos, que não admitem

recuperação por solda) para serem novamente inspecionados.

3.2 Métodos de Fundição

3.2.1 Em Casca (Shell Molding)

No processo em casca (shell), o modelo é feito em metal e reproduz as duas

metades da peça, que são fixadas em placas junto a canais alimentadores. Uma

areia especial com resina reveste as placas, que são aquecidas por meio de bicos

de gás. O calor funde a areia, formando uma casca de 10 mm a 15 mm sobre o

modelo. O molde desse processo, em geral, contém cerca de 3% a 10% de resina,

sendo o restante areia, isenta de argila.

A secagem (cura) mais utilizada é a quente. As resinas mais empregadas são

poliéster, uréia formaldeído ou fenoal formaldeído.

O endurecimento da casca completa-se quando a placa é colocada em uma

estufa a temperaturas de 350ºC a 450ºC. O molde (shell) extraído tem o formato das

duas metades da peça. Nele é feito o vazamento do metal fundido.

Esse processo oferece melhor acabamento superficial e maior facilidade de

liberação dos gases que o processo em areia verde. Entretanto, há maiores

limitações em relação ao tamanho da peça que pode ser fabricada e ao custo de

produção.

Entre os metais utilizados nessa técnica estão, o alumínio, cobre, zinco,

chumbo e o estanho. E a sua principal aplicação está ligada ao setor automobilístico,

na fabricação de componentes de ligas de alumínio.

3.2.2 Fundição de Precisão

Analisaremos os processos de precisão em cera perdida e em mercast.

14

3.2.2.1 Mercast

Trata-se de importante método de fundição de precisão que começa com um

modelo de mercúrio solidificado. O mercúrio é um material adequado para o modelo,

pois sua alteração volumétrica na fusão é muito pequena, alem de que esse material

possui uma alta velocidade de difusão. A pequena alteração de volume permite a

fabricação de peças maiores e de moldes em casca fina porque a pressão para

quebrar o molde é pequena em comparação com a cera, em cujo caso o modelo é

eliminado do molde. Um molde de casca fina dá o resfriamento mais rápido e

propriedades físicas mais elevadas para a peça fundida. A maior velocidade de

difusão é a razão que permite que as peças grudem imediatamente após o contato.

E por isso, cavidades difíceis de colocar em uma única peça podem ser formadas

com facilidade nas peças do modelo, antes que elas se juntem.

Neste processo, o modelo de mercúrio é mergulhado em uma série de pastas

semi-fluidas de cerâmica, mantidas bem abaixo do ponto de solidificação do

mercúrio, a fim de formar uma casca. Após a casca ter sido formada e seca, o

modelo é lavado do investimento por meio de um jato de mercúrio, à temperatura

ambiente. O molde é aquecido a 1.010ºC por duas horas. Ele, então, se assemelha

à porcelana não vitrificada, é poroso, e tem um acabamento liso na cavidade. A

casca de cerâmica é colocada em uma caixa com areia grosseira ou grânulos para

apoio. Alguns moldes podem ser pré-aquecidos, outros não são. A peça fundida

pode ser obtida por gravidade apenas, ou por meio centrífugo ou pneumático.

Todos os metais comuns e ligas podem ser fundidos por um método ou outro

de fundição de precisão.

Por muito tempo, o processo foi usado para obturações, instrumentos

cirúrgicos, e joalheria. Produtos típicos, na indústria atual, incluem caçambas,

paletas, e lâminas para turbinas a gás, deslizadores oscilantes para máquinas de

corte de roupa, lingüetas e garras para projetores de cinema, peças para

combustível em carburadores de avião, e guias para radar de aviões.

3.2.2.2 Cera Perdida

No processo de cera perdida, também conhecido como microfusão, os

modelos são produzidos em cera, por meio do vazamento de cera líquida em uma

matriz metálica de aço ou alumínio, cujas cavidades têm o formato e a dimensão da

peça a ser produzida.

15

Os moldes são compostos de uma lama refratária especial (feita com sílica ou

zircônia, misturada a aglomerante e outros componentes), que, após o

endurecimento, fica com aparência similar à cerâmica.

Nesse caso, deve-se atentar para um abuso de notação. A cera é utilizada

apenas para compor o modelo, e não o molde, contrariando o padrão das

denominações dos processos anteriores.

O processo consiste no mergulho do modelo de cera em um reservatório ou

tanque com lama especial, formando um envoltório pastoso sobre o modelo. O

conjunto é retirado para o endurecimento da lama, que, após a solidificação,

consistirá no molde da peça. A retirada do modelo de dentro do molde é feita por

aquecimento do conjunto, de modo que a cera derrete e escoa, permanecendo

apenas uma casca de cerâmico, cujo interior vazio tem o formato da peça que se

deseja produzir. A cera recolhida pode ser utilizada para a produção de novos

modelos. É feito o vazamento do metal líquido dentro da casca em cerâmica. Após a

solidificação da peça em metal no interior do molde, este é quebrado, finalizando

assim o processo de fundição.

Aplica-se na indústria de jóias em geral.

A fundição de precisão é muito cara para peças que possam ser feitas com

facilidade por outros processos. Ela não é competitiva com a fundição em moldes

metálicos e com a fundição em matrizes para ligas de baixo ponto de fusão, exceto

para quantidades muito pequenas ou peças complexas. Ela é econômica para

metais que fundem a temperaturas altas demais para moldes metálicos ou de gesso

e para peças com exigências tais como tolerâncias muito rigorosas, que não possam

ser fundidas em areia. Algumas peças complicadas são difíceis e cara de usinar,

para conformar, de fundir por outros métodos, ou de produzir por metalurgia do pó, e

podem ser feitas de modo mais barato por fundição de precisão. Como exemplo, é

algumas vezes mais barato fundir um conjunto completo pelo processo de fundição

de precisão do que montá-lo a partir de um certo número de peças, como seria

exigido se fosse feito por outros processos. Sua principal vantagem está relacionada

a sua estreita tolerância dimensional, que podem chegar a 0,002 polegadas.

3.2.3 Molde Permanente – Fundição por Gravidade (Coquilha)

Os moldes metálicos (também denominados coquilhas) são feitos,

geralmente, em aço ou ferro fundido e são usados cerca de 100 mil vezes ao longo

16

de sua vida útil. Como o custo do molde é elevado, o processo é mais adequado

para a produção em escalas elevadas.

A fundição em moldes metálicos está restrita a fundidos de metais cuja a

temperatura de fusão seja mais baixa do que a do aço ou ferro fundido. Costuma ser

usada para a produção de pelas em ligas de chumbo, zinco, alumínio, magnésio e

bronze.

Em geral, as peças obtidas por esse processo são pequenas e de formatos

simples e requerem mais uniformidade, melhor acabamento e maior resistência

mecânica que as permitidas pelo processo com molde de areia. Bielas, pistões e

coletores de admissão costumar ser fabricados por esse processo.

3.2.4 Molde permanente – Fundição Sob Pressão

O processo de molde permanente consiste em forçar a penetração do metal

líquido na cavidade do molde metálico, também conhecido como matriz, por meio de

pressão.

A injeção do metal líquido contido na câmara de injeção para dentro da

cavidade do molde (em geral, fabricado em aço) é feita com ação de pistões.

Na primeira fase, o ar é eliminado da câmara de injeção. Depois, há um

rápido preenchimento da cavidade do molde para evitar o resfriamento do metal. A

última etapa é a compactação do metal para diminuir o volume das

microporosidades decorrentes da contração de solidificação do metal [Abal]

O processo é automatizado, e a vida útil de cada molde varia entre 50.000 e

1.000.000 de injeções.

Os metais e ligas que são fundidos sob pressão são, em ordem de

importância, zinco, alumínio, magnésio, cobre e chumbo. As ligas de zinco, são mais

populares porque elas têm boa resistência á tração e boa ductilidade e grande

resistência ao impacto a temperaturas normais. Como desvantagens, elas têem

baixa resistência à fluência, sendo cada vez mais frágeis a baixas temperaturas, e

são bastante corroídas em alguns ambientes. As ligas de zinco fundem bem em

seções mais finas, com contornos agudos, a dimensões mais rigorosas e custo mais

baixo de matriz, e mais rapidamente, que outras ligas comerciais para fundição sob

pressão. Elas podem ser revestidas com facilidade para proteção, assim como para

decoração.

17

O alumínio oferece leveza, as peças podem ser utilizadas em uma faixa

extensa de temperaturas de operação, e apresentam boa resistência à corrosão.

Elas são particularmente recomendadas para contato com alimentos e frutas ácidas.

As ligas de magnésio são especialmente leves e bastante resistentes á

corrosão, mas são bastante atacadas por clima tropical úmido e água salgada.

Os latões têm a maior resistência a tração, mas não são comumente fundidos

sob pressão, porque seu ponto de fusão alto danifica as matrizes. Em vista disso, o

custo de peças de latão fundidas sob pressão relativamente alto, e elas são usadas

apenas quando peças fundidas sob pressão de outros metais não são adequadas e

quando pode-se economizar o suficiente em custos de produção e usinagem sobre

peças fundidas em moldes de gesso ou de areia para pagar o custo das matrizes.

A indústria automobilística utiliza uma alta porcentagem de peças fundidas

sob pressão. Um automóvel médio pode ter de 50 a 150 libras de peças fundidas

sob pressão. Peças típicas são encontradas no velocímetro, motor do limpador de

parabrisas, busina e decorações.

A indústria aeronáutica também utiliza muitas peças fundidas sob pressão,

especialmente as de magnésio e alumínio, para leveza.

3.2.5 Fundição Contínua

Consiste em vazar metal líquido em uma extremidade de um molde metálico

aberto em ambas as extremidades, resfriando rapidamente, e extraindo o produto

sólido com um comprimento contínuo na outro extremidade na outra extremidade.

Isto é feito com o cobre, o latão, o bronze, o alumínio e, em um grau menor, ferro

fundido e aço.

A fundição contínua oferece vantagens definidas para algumas aplicações. No

caso de lingotes individuais fundidos para laminação, uma parte apreciável da

extremidade de cada lingote deve ser cortada e retorna ao forno porque ela é

porosa, tem defeitos, e é cheia de impurezas. Este desperdício é praticamente

eliminado pela uniformidade das peças obtidas por fundição contínua. O resultado é

um rendimento elevado a partir de uma quantidade dada de metal líquido, e um

custo mais baixo de capital para cada tonelada-ano de produção. Também à

uniformidade e a pureza do produto torna possível preparar peças para laminação

que são menores do que linguotes fundidos individualmente, para o mesmo objetivo.

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Os pedaços menores podem ser laminados com mais facilidade e de maneira mais

barata.

Para algumas aplicações, as formas obtidas por fundição contínua podem ser

cortadas em comprimentos determinados, a fim de produzir produtos acabados, por

meio de poucas operações. Como exemplo, buchas de bronze que são cortadas em

comprimentos determinados, a fim de produzir produtos acabados, por meio de

poucas operações. Como exemplo, buchas de bronze que são cortadas em

comprimentos padrão e acabadas por leves cortes internos e externos. Em outro

caso, barras acaneladas fundidas são cortadas em tamanho determinado e

engrenagens para bombas são completadas por dois leves cortes nos dentes.

3.2.6 Fundição Centrífuga

Consiste em vazar-se metal em um molde em rotação e devido a isso só

produz peças de formato cilíndrico. Produz peças de qualidade e com boa precisão,

além de eliminar economizar material e eliminar grande parte das impurezas. As

peças são densas e têm uma granulação fina com propriedades físicas uniformes e

altas e são menos sujeitas a variações direcionais do que peças estáticas. O metal

escoa facilmente em seções finas, e as peças são produzidas com maior detalhe

externo. Canais e massalotes não são necessários para dar uma coluna de pressão

e podem ser poucos e curtos, isso significa que o material que seria utilizado nesses

apêndices passa a ser não mais necessário, gerando uma economia de até 40% de

material a ser utilizado.

Todos os metais comuns podem ser fundidos por centrifugação em moldes

metálicos ou refratários.

Se aplica a elaboração de peças metálicas ocos, que tem a forma simples de

corpos de revolução (tubos, cilindros, eixos, anéis, buchas, e etc)

4. A Indústria Mundial de Fundidos

Com a produção global de 90 milhões de toneladas ano, até o período antes

da crise financeira mundial (final de 2008), puxada pela quebra do setor imobiliário

americano, a indústria de fundição vinha crescendo cerca de 4,5% ao ano. Com a

crise, a produção de fundidos apresentou queda de 2% em relação a 2007.

E devido aos efeitos da crise de 2008, que afetou drasticamente os setores

industriais metais-mecânicos e automobilísticos, a produção de fundidos em 2009

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caiu para o patamar de 80 milhões de toneladas ao ano. Como exemplo tem-se o

segmento de veículos comerciais pesados (cuja demanda por fundidos é

significativa) teve sua produção reduzida em 39% nos Estados Unidos, 49% no

Japão e 64% na Europa.

Porém, no ano de 2010, a produção global de fundidos mostrou uma ligeira

recuperação. Isso se deu, devido ao crescimento das economias emergentes, em

especial a China, que desde 2007 produz cerca de um terço da produção mundial de

fundidos. Estados Unidos e Rússia vêem logo atrás, sendo respectivamente

segundo e terceiro colocados. Condição essa diferente a de 20 anos atrás, na qual a

produção mundial de fundidos girava em torno de 60 milhões de toneladas, e

configuravam entre os maiores produtores os Estados Unidos, China e Japão.

No anexo 5, que demonstra em dados específicos, a produção dos onze

maiores produtores de fundidos.

Entre os maiores importadores, os Estados Unidos, continua sendo o maior.

Sendo que em 2006 dos 3,2 milhões de toneladas de fundidos, 24% foram

importados da China, seguidos de 13% da Europa e 11% do Brasil.

Os europeus também são grandes importadores, mas suprem sua demanda

internamente. Isto é, das importações dos países europeus, 78% vêem da própria

Europa, 13% dos Estados Unidos, 5,6% da Ásia e apenas 2,5% do Brasil.

Mundialmente, a indústria automotiva é a maior cliente do setor de fundição,

representando cerca de 40% das vendas. Nos Estados Unidos e Japão, esse

percentual é de, respectivamente, 31% e 50%. No Brasil, a indústria automotiva

corresponde por 58% das vendas dos fundidos em geral, chegando a 75% quando

se analisa apenas a venda de fundidos em alumínio Em razão da alta demanda por

fundidos em geral, uma grande parte das montadoras possui fundições cativas, cuja

prioridade é atender ao grupo.

Em geral as empresas do setor de fundição possuem porte similar no mundo

inteiro. Nos Estados Unidos, cerca de 80% das fundições têm menos de 100

funcionários. No Brasil, o percentual é de 78%. Segundo a Abifa cerca de 90% da

indústria de fundição é composta de micro, pequenas e médias empresas, e 97%

das empresas são de capital nacional.

5. Setor Brasileiro de Fundição

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A produção anual de fundidos brasileira, gira em torno de 3 milhões de

toneladas ao ano, o que coloca o Brasil na sétima colocação do ranking entra os

maiores produtores globais, gerando cerca de 60 mil empregos diretos.

A produção brasileira concentra-se na produção de fundidos de ligas ferrosas

(90%), exemplificado no anexo 6. Já na produção de ligas não ferrosas, têm se o

destaque para o alumínio.

A produção está concentrada nas regiões Sul e Sudeste, principais

demandantes de fundidos, dada a importância das indústrias metal-mecânica e

automotiva nessas regiões. Sendo o estado de São Paulo o maior produtor nacional

(36%) seguido de Minas Gerias em conjunto com a região Centro-Oeste (28%),

região Sul (28%), Rio de Janeiro (6%) e as regiões Norte e Nordeste

correspondendo por (2,5%) da produção nacional de fundidos.Como demonstra o

anexo 7.

De forma isolada, a indústria de fundição responde por 3% do PIB industrial

brasileiro, mas adquire maior relevância quando se consideram as principais

indústrias que abastece, com destaque para a automotiva, que representa 23% do

PIB industrial.

Das vendas nacionais, o setor automotivo corresponde por 58% das vendas

nacionais de fundidos. Seguido pelo setor de bens de capital, com participação de

13%, o mesmo percentual das exportações. Sendo a siderurgia correspondendo a

apenas 2% da demanda de fundidos (já chegou a representar cerca de 16,5%).

Como mostra o anexo 8.

A indústria nacional de fundição,tem uma importante vantagem comparativa

entre as demais no âmbito mundial, que é a autossuficiência na obtenção das

principais matérias-primas relacionadas ao processo. O Brasil é o segundo maior

produtor mundial de ferro-gusa e exporta cerca de 69% da sua produção. A

produção de ferroligas e alumínio atende plenamente o mercado interno. Os gastos

com matéria-prima representam 57% do custo de produção no caso de fundidos

ferrosos e 42% para não ferrosos. (anexo 9)

Em 2009, o Brasil tinha 1.331 fundições, sendo que 90% delas são

compostas por micro, pequenas e médias empresas. No anexo 10 temos a tabela

referente as 10 maiores fundições brasileiras em 2009.

21

Se tratando de exportações, apenas empresas de grande porte entram no

ramo, pois apresentam escala que garante rentabilidade e confiabilidade para

assumir contratos futuros de longo prazo. Temos no anexo 11, que demonstra a

distribuição de fundidos exportados pelo Brasil no mundo.

Atualmente, fundições brasileiras vêm agregando qualidade e valor aos

fundidos exportados, oferecendo, por exemplo, produtos já usinados e diminuindo o

tempo de desenvolvimento de peças, para o ganho de competitividade, lidando

assim com a forte concorrência internacional principalmente a advinda dos países

asiáticos.

CONCLUSÃO

Com a conclusão desse trabalho, fica evidente o grau de importância que a

fundição teve e tem no desenvolvimento da sociedade humana. Foi através dela e

de seus diferentes métodos que, máquinas e equipamentos foram desenvolvidos

com o intuito de facilitar os afazeres humanos cotidianos e que talvez sem esse tipo

de processo a humanidade jamais chegaria a esse nível de evolução que temos

hoje. Daí se tira o seu grau de importância.

22

Referências Bibliográficas:

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1962.

Chiaverini, V. Aços e ferros fundidos. 4a ed. São Paulo: Associação Brasileira de

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http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/3676-processos-de-

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http://www.mecanicaindustrial.com.br/conteudo/270-fundicao-centrifuga >. Acesso

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< http://www.metalica.com.br/fabricacao-de-tubos-centrifugados-em-ligas-nao-

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http://www.metalica.com.br/31-razoes-para-usar-fundidos-de-aluminio_SLIDES >.

Acesso em: 16 mar. 2013.

Cassotti,Bruna Pretti. Bel Filho, Egmar Del. De Castro, Paulo Castor. Indústria de

fundição: situação atual e perspectivas.

23

<http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/Galerias/Arquivo

s/conhecimento/bnset/set3304.pdf>. Acesso em 09 mar. 2013.

Goulart Michel. Quinze armas antigas mortíferas.

<http://www.historiadigital.org/curiosidades/15-armas-antigas-mortiferas/>. Acesso

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<http://pt.wikipedia.org/wiki/Idade_do_Bronze >. Acesso em 09 mar. 2013.

<http://pt.wikipedia.org/wiki/Idade_dos_Metais ESPADA CHINESA>. Acesso em 09

mar. 2013.

24

ANEXOS: ANEXO 1: Armas e ornamentos feitos de Bronze. (Fonte: www.pt.wikipedia.org).

ANEXO 2: Espada chinesa do século IV a.C. (Fonte: www.pt.wikipedia.org).

25

ANEXO 3: Espada romana do século II a.C. (Fonte: www.historiadigital.org).

ANEXO 4: Presidente João Goulart acende alto-forno de Ipatinga (MG) em 1962.

(Fonte: www.automotivebusiness.com.br).

26

ANEXO 5: Referente ao período anual de produção de fundidos por país.

27

ANEXO 6: Produção brasileira em relação a quantidade de ligas utilizadas no processo de fundição.

ANEXO 7: Produção dividida por região.

ANEXO 8: Destino dos fundidos por setor.

28

ANEXO 9: Custo Brasil

ANEXO 10: As 10 maiores fundições brasileiras.

ANEXO 11: Destino das exportações.