Processos de Fabricação Fundição Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. Eng E-mail: [email protected] ProIn II – Mecânica Industrial Instituto Federal de

Processos de FabricaçãoProcessos de FabricaçãoFundição

Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. EngProf. Henrique Cezar Pavanati, Dr. EngE-mail: [email protected]

ProProInIn II – Mecânica Industrial II – Mecânica Industrial

Instituto Federal de Santa CatarinaCampus de FlorianópolisDepartamento Acadêmico de Metal-MecânicaCurso Técnico de Mecânica Industrial – ProIn II

2

Prof. Henrique Cezar PavanatiProf. Henrique Cezar Pavanati

FundiçãoFundiçãoCARACTERÍSTICAS

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).

3


FundiçãoFundiçãoCARACTERÍSTICAS

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.

4


FundiçãoFundiçãoPOTENCIALIDADES

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

5


FundiçãoFundição

Metais/ ligas

Fundição Forma final

Forma semifinal

Processamento

Forma final

Possíveis rotas da fabricação utilizando a Fundição

6


FundiçãoFundiçãoHISTÓRICO

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

60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência

7



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


8




9




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 vista mais como “magia negra” do que como ciência

10



ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

11


FundiçãoFundiçãoASPECTOS 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

12



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

13



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)

14



Na solidificação de um metal tem-se a formação de, geralmente, vários núcleos cristalinos envolvidos

em um líquido que possui natureza amorfa.

Núcleo atomicamenteordenado (cristal)

Líquido atomicamente desordenado (amorfo)

Liq.

Liq. Liquido+

Sólido Sólido

T (ºC)

Tf ΔT

Subresfriamento

15



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

16



rcrítico

Nucleação homogênea

Núcleo Núcleo crítico

17



Varia

ção

da e

nerg

ia li

vre

Var. energia livre do volume

Raio do núcleo, r

Var. energia livre da superfície

Var. energia livre TOTAL

3

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃONucleação homogênea

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.

18



Na nucleação homogênea é necessário um subresfriamento térmico para se estabilizar um ou

mais núcleos e então a partir dele(s) ocorrer a solidificação

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃONucleação homogênea

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)

19



Nucleação Heterogênea

Em condições práticas a nucleação é geralmenteheterogênea, 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

20




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

21




= 180º Molhamento

nulo

0º< <180º Molhamento

parcial

= 0º Molhamento

Total

22




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.

23



Crescimento da fase sólida – Uniforme

Sólido

24



Crescimento da fase sólida – Colunar

25



Dendritas

Crescimento da fase sólida – Dendrítico

26



Crescimento da fase sólida metal puro

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

27




Aluminio super-puro Revela microestrutura de grãos alfa equiaxiais

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

28




Liga de alumínio 1100 (>99%Al) Revela microestrutura de solidificação dendrítica


29


FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃOCrescimento da fase sólida em ligas metálicas

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

30



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


31



Liga de alumínio hipoeutética (Al – 11.8% Si)Dendritas alfa e um eutético alfa-Si.

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃOCrescimento da fase sólida ligas


32



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 osurgimento 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 direçãoda extração de calor

Nucleação heterogênea

Grãos colunares

Após a formação da região degrãos colunares o material se

solidifica formando grãosgrandes equiaxiais

Grãos equiaxiais

33




34



Grãos Equiaxiais

Região Coquilhada

Grãos colunares

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃODesenvolvimento da macroestrutura da solidificação

35




Pode-se obter macroestruturas diversas fazendo-se o controle adequado do processo

36




Para a grande maioria das aplicações dos metaisbusca-se otimizar as propriedades mecânicase tecnológicas através de uma microestrutura

de grãos refinados.

Na fundição isto pode ser obtido através docontrole das variáveis de processo que propiciem

um máximo subresfriamento (uso de moldes metálicos, resfriadores, etc.).

O máximo de eficácia é atingindo usando-se INOCULANTES

37



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

38


FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃOUtilizando 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)

39



PROCESSOS DE FUNDIÇÃO

40


FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃO

Etapas genéricas

1. Fabricação dos modelos2. Fabricação dos moldes3. 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. Inspeção9. Tratamentos Térmicos

41



Etapas genéricasMetais 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

42


FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃOFabricação 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

43



Fabricação dos modelos (exemplos)

44



Fabricação dos modelos (exemplos)

Modelo de uma biela

45


FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃOFabricação dos Moldes

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

46


FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃOFabricação dos Moldes

Existem vários tipos

de moldes.Por exemplo:

molde em areia...

47



Os Machos formam a cavidade interna da

peça fundida

Macho

48



Fabricação dos Machos (macharia)

49



Obtenção do metal líquido (fusão)

A fusão do metal pode ser obtida de várias maneiras, sendo as principais:

1. Forno Cubilô2. Forno a indução3. Forno a arco voltaico

50



Obtenção do metal líquido (fusão)

51



Enchimento do molde (vazamento)

52



Retirada da peça (desmoldagem) corte e limpeza

Desmoldagem Limpeza (jateamento)

53



Inspeção

Se faz uso geralmente de ensaios não destrutivos

Líquidos Penetrantes

PartículasMagnéticas

Raios X

54



1. Fundição em areia2. Fundição em casca (shell molding)3. Fundição em cera perdida4. Fundição em moldes permanentes5. Fundição em molde cheio6. Fundição centrífuga7. Fundição e forjamento8. Fundição a vácuo9. Fundição melt-spinning10. Fundição contínua

PROCESSO DE FUNDIÇÃOPrincipais tipos

Principal diferença entre eles é em

como os moldes são obtidos

55



FUNDIÇÃO EM AREIA

56



Objetos de cobre moldados em areia datam de 4000 a.C. na Mesopotâmia

FUNDIÇÃO EM AREIA

57


FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO 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

58



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...

59



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 AREIAVantagens e desvantagens da areia verde

60



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

61



Etapas na produção do molde em areia verde

Compactação da areia na caixa

62




Compactação automatizada

63




Caixa é virada

Defeito (excesso de umidade na areia)

64




É colocada a outra metade e os canais e massalotes

65




Os modelos dos canais são removidos

66




Abertura do copo de vazamento Abertura do canal de distribuiçãoe retirada do modelo da peça

67




Fechamento do molde

68



Vazamento do metal líquido Desmoldagem


69



Rebarbação e limpeza


70



FUNDIÇÃO EM CASCA(SHELL MOLDING)

71


FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CASCA

O processo de fundição em casca é também umprocesso 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 compactadapara que o conjunto adquira resistência mecânica

Características

72



CaracterísticasA 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

73



Obtenção do molde – Cura a quente

Modelos Metálicos para resistir ao calor

74




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

75




A placa é girada contra um reservatório contendo uma misturade areia e resina de modo a envolver todo o modelo

76




O calor do modelo funde parcialmente a resina da mistura que

fica próxima ao modelo unindo as partículas de

areia, nesta região

77




Após algum tempo (cerca de 15 minutos), forma-se uma casca (“shell”) com espessura suficiente (10-15 mm) sobre o modelo

78




A casca é retirada da placa com auxílio de pinos extratores

79




A resina da casca é finalmente reticulada “curada” quando a placaé colocada numa estufa com temperatura entre 350-450 ºC

80




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.

81



Características – CURA A QUENTE1. Este processo produz somente metade do molde2. Menor espaço para estocagem3. Redução na quantidade de areia necessária4. Fornece bom acabamento superficial5. Boa estabilidade dimensional6. Facilidade de liberação de gases (permeabilidade)7. Processo facilmente automatizado8. Mais adequado para peças complexas9. O vazamento é realizado por gravidade

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

82



Obtenção do molde – Cura a FRIO

1. Modelos (geralmente em madeira) são fixados na caixa2. 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 moldagem4. A cura termina algumas horas após5. O modelo é retirado6. Molde é pintado com tintas especiais para fundição7. Molde é aquecido para secagem da tinta

83



Características – CURA A FRIO

1. Moldes mais rígidos para serem usados para peças grandes e formas complexas;

2. Bom acabamento superficial3. Vazamento feito por gravidade

4. Molde mais caro comparado com outros em areia5. Catalisadores têm substâncias ácidas e corrosivas6. Cuidado na manipulação

84



FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA(INVESTMENT CASTING)

85



Os primeiros objetos fundidos usando-se cera perdida que se tem notícia foi 3000 a.C.

na Mesopotâmia

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA

86


FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA

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;

87


FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CERA PERDIDAObtenção do modelo de cera

1. Usinagem da cera2. União de sub-partes de cera formando o modelo3. Moldagem da cera no estado sólido4. Moldagem da cera no estado líquido

• Molde metálico (injeção)• Molde cerâmico (geralmente gesso)• Molde polimérico (geralmente silicone)

88


FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CERA PERDIDAObtenção do modelo de cera

89



União dos canaisde alimentação

90



Banho de lama + partículas refratárias (areia)

91



Remoção da cera e cura da casca cerâmica

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA

Autoclave

92



Vazamento do metal

93



Remoção da casca cerâmica

94



RESUMO

95



1. Produz peças com excelente acabamento superficial2. Facilidade em produzir peças com geometria complexa3. Ideais para peças pequenas4. 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);

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDAVantagens e desvantagens

96



FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES

(DIE CASTING)

97


FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO 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.

98



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)

99



Vazamento por gravidade

100




101




Molde com fechamento manual

102




Molde com

fechamento

automático

103




104



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.

105



Sob pressão - MOLDES

106



Sob pressão - Tipos

1. Câmara Quente

2. Câmara Fria

107



Sob pressão – Câmara quente

108



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

109



Sob pressão – Câmara fria

110



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

111



Peças produzidas por fundição sob pressão

112




Peças automotivas

em alumínio

113




Carcaça dabomba de

óleo de ummotor a gasolina

114



SOB PRESSÃO - Vantagens e desvantagens

1. Obtenção de peças com geometria complexa2. Maior velocidade no processo3. Melhor acabamento superficial4. Pode-se fundir peças com esp. de parede de até 1 mm5. Ligas de alumínio apresentam melhor resist. mecânica

que aquelas fundidas em areia;

1. Alto custo do ferramental2. Porosidade residual3. Limitação no emprego do processo4. Limitação na dimensão das peças (geralmente até 5 kg)

115



FUNDIÇÃO EM MOLDE CHEIO(Poliestireno expandido)

116


FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO 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.

117



Sequência do processo

118



Seqüência do processo

119



FUNDIÇÃO CENTRÍFUGA

120


FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO CENTRÍFUGA

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.

121



122



123



124



Distribuição por força centrífuga

125



Distribuição por força centrífuga – Moldes Poliméricos

126



FUNDIÇÃO E FORJAMENTO(squeeze casting)

127


FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO 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

128


FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO E FORJAMENTO

129



FUNDIÇÃO A VÁCUO

130


FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO 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);

131


FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO A VÁCUO

132



FUNDIÇÃO MELT-SPINNING

133


FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO MELT-SPINNING

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.

134


FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO MELT-SPINNING

135



FUNDIÇÃO CONTÍNUA

136


FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO CONTÍNUA

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;

137



138



Produção de lingotes(lingotamento contínuo)

139



Vantagens

1. Maior produtividade

2. Uniformidade do produto

3. Menor consumo energético

4. Redução de mão-de-obra

5. Melhor qualidade do produto

140



DESCONTINUIDADESNA FUNDIÇÃO

141


FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO

1. Bolhas, vazios ou porosidades2. Junta fria3. Trincas de contração4. Rebarbas 5. Inclusão de areia6. Rechupes7. Segregação8. Alimentação insuficiente9. Granulação grosseira 10. Outras...

Principais descontinuidades na fundição

142



BOLHASVAZIOS

POROSIDADE

143



Bolhas, vazios ou porosidades

São bolsas de gás de paredes geralmente lisas, causados por gases oclusos pelo

metal.

144



Bolhas, vazios ou porosidades - CAUSASSe 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 areia2. grau de compactação do molde inadequado3. composição da mistura inadequada (reação química do metal

líquido durante o resfriamento)4. sistema de alimentação mal projetado5. alto teor de gases no metal líquido6. reações metal-areia-aditivos7. má extração de gases do molde8. falta de respiros,9. turbilhonamento no canal de descida

145




Aparentes: defeitos são evidenciados na superfície

da peçaDetectáveis a olho nu ou com auxílio de líquidos

penetrantes

146




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

147



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

148



JUNTA FRIA

149



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.

150


FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃOJunta 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.

151



TRINCAS DECONTRAÇÃO

152



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.

153



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

154



REBARBAS

155



Rebarbas

São saliências do metal em torno da linha de divisão do

molde

156


FundiçãoFundiçãoRebarbas – 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

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO

157



INCLUSÃODE AREIA

158



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.

159



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

160



RECHUPES

161



Rechupes

São vazios de diversos tipos, formas e localizaçõesnas peças fundidas (internos, externos,

macrorechupes, microrechupes, lamelares, centrais...)

162



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.

163



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

164



SEGREGAÇÃO

165



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.

166



Segregação

167


FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃOSegregação – 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.

168



ALIMENTAÇÃOINSUFICIENTE

169



Alimentação insuficiente

Vazios localizados nas paredes das peças

fundidas

170



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

171



GRANULAÇÃOGROSSEIRA

172



Granulação grosseira

O metal bruto de fusão apresenta uma estrutura

cristalográfica muito grosseira, dendrítrica, localmente agravada

por segregação

173



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.

174



QUEBRA DE PARTEDOS MOLDES

175



Quebra de partes do molde

Fragmentação do moldedurante o manuseio oudurante o vazamento dometal líquido, afetando

a geometria final da peça

176



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

177



SUPERFÍCIEÁSPERA

178



Rugosidade elevada da superfície da peça

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃOSuperfície áspera

179



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

180



MICROPOROSIDADEDE HIDROGÊNIO

181



Microporosidade de hidrogênio

Microporosidade causada pela dissolução de hidrogênio oriundo

principalmente da areia e formação de gás H2

durante a solidificação

182



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.

Documents

Processos de Fabricação Fundição Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. Eng E-mail: [email protected] ProIn II – Mecânica Industrial Instituto Federal de