Aula 03 - Fundição

Engenharia Mecânica – Mecânica – SENAI SENAI CIMATEC

ENGENHARIA MECÂNICA - SENAI CIMATEC CIMATEC

Processame Processament nto o de Materiais Materiais Metálico Metálicoss Prof. Eng. Raoni Barreto de Oliveira SENAI Departamento Departamento Regional da Bahia

Aula 03: Processos de Fundição Processos de Fundição  Classificações  Aplicações 

ENGENHARIA MECÂNICA - SENAI CIMATEC CIMATEC

Processame Processament nto o de Materiais Materiais Metálico Metálicoss Prof. Eng. Raoni Barreto de Oliveira SENAI Departamento Departamento Regional da Bahia

Aula 03: Processos de Fundição Processos de Fundição  Classificações  Aplicações 

EMENTA 1. •

• •

Side Sideru rurrgia gia Processos pré-extrativos, pré-extrativos, de extração e refino Processos e produtos siderúrgicos Matérias primas da indústria siderúrgica Operação de beneficiamento do minério de ferro ferro Carvão Fundente O alto forno Produtos do alto forno Processos de obtenção de aço Propriedades do aço   

•



• •

2. •

3. •

Metalur Metalurgia gia de Metais Metais Não-Ferro Não-Ferrosos sos Processamento e obtenção de ligas de alumínio, cobre, zinco, chumbo e estanho estanho Processos Proces sos de Fa Fabri brica cação ção Processos de Fundição Definição dos Processos de Fundição Classificação dos Processos de Fundição  

EMENTA •

Processos de Soldagem Definição dos Processos de Soldagem Classificação dos Processos de Soldagem Introdução à tecnologia dos Processos de Soldagem Aplicações dos Processos de Soldagem    

•

Processos de Usinagem Definição dos Processos de Usinagem Classificação dos Processos de Usinagem Introdução à tecnologia dos Processos de Usinagem Aplicações dos Processos de Usinagem    

•

Metalurgia do pó Definição dos Processos de Metalurgia do Pó Classificação dos Processos de Metalurgia do Pó Introdução à tecnologia dos Processos de Metalurgia do Pó Aplicações dos Processos de Metalurgia do Pó    

EMENTA •

Conformação mecânica Definição dos Processos de Conformação Mecânica Classificação dos Processos de Conformação Mecânica Introdução à tecnologia dos Processos de Conformação Mecânica Mecânica Aplicações dos Processos de Conformação Mecânica    

Habilidades: A. Aplicar Aplicar os princípios princípios básicos básicos na área área de process processamen amento to e metalur metalurgia gia de ferrosos ferrosos e não ferrosos; B. Reconhecer Reconhecer os diversos diversos processos processos de fabricação fabricação correlacionando correlacionando-os -os com as propriedades propriedades das matérias primas; C. Compree Compreender nder as diferen diferentes tes propriedade propriedadess mecânicas mecânicas das peças fundidas fundidas e confor conformada madass antes e após os processos; D. Identi Identifica ficarr os Processo Processoss de Fabricaç Fabricação ão aplicávei aplicáveiss de acordo acordo com a geomet geometria ria das peças a serem fabricadas, o material a ser processado e os requisitos de produtividade, precisão e acabamento.

INTRODUÇÃO Fundição A fundição é um dos processos de fabricação mais antigos e mais versáteis existentes. A fundição começou a ser usada pelo homem mais ou menos uns 3000 A.C. Fundiu-se primeiro o cobre, depois o bronze, e, mais recentemente, o ferro, por causa da dificuldade em alcançar as temperaturas necessárias para a realização do processo. No Brasil, a primeira casa de fundição surgiu por volta de 1580, em São Paulo, e era destinada à fundição do ouro extraído das minas do Jaraguá e arredores. O processo de fundição é um processo de produção de peças de metais, o qual consiste em fundir (derreter), fundir (derreter), vazar (despejar) vazar (despejar) metal líquido num molde, molde, que contém uma cavidade com a geometria desejada para a peça final. final.

INTRODUÇÃO Conceito Consiste na fabricação de peças metálicas por meio do preenchimento, preenchimento, com metal líquido, líquido, de um molde cuja molde cuja cavidade apresenta dimensões similares às da peça que se deseja produzir (CASOTTI et al., 2011).

Vídeo 8

INTRODUÇÃO Tipos de Fundidos

FERRO FUNDIDO O que é o Ferro Fundido? De forma genérica, os ferros fundidos são uma classe de ligas ferrosas com teores de carbono acima de 2,1% e silício. Na prática, entretanto, muitos e muitos ferros fundidos contém entre 3,0 e 4,5% C em peso e, em adição, outros elementos de liga. Finalmente, e talvez o mais importante, ferros fundidos cinzentos são os mais baratos dos materiais metálicos.

FERRO FUNDIDO O ferro fundido e suas classificações É uma liga de Fe-C-Si É considerada uma liga ternária devido a presença do Si Os teores de Si podem ser maiores que o do próprio C

Os ferros fundidos podem ser classificados quanto ao tipo de liga nos seguintes quatro principais tipos: 1. 2. 3. 4.

Ferro Fundido Cinzento Ferro Fundido Branco Ferro Fundido Nodular ou Dúctil Ferro Fundido Maleável

FERRO FUNDIDO Composição química

FERRO FUNDIDO

FERRO FUNDIDO Ferro fundido cinzento Propriedades:

1. É o tipo de Ferro fundido mais utilizado (75%) 2. Baixo custo 3. Elevada usinabilidade 4. Elevada Fluidez na Fundição Aplicações: 1. Fundição de componentes mecânicos em geral 2. Blocos de motores 3. Engrenagens de grandes dimensões 4. Máquinas agrícolas

FERRO FUNDIDO Ferro fundido branco Propriedades: 1. Grande resistência à compressão e ao desgaste; 2. Extremamente Frágil; 3. Baixa Soldabilidade; 4. Baixo custo; 5. Baixa usinabilidade. Aplicações: 1. Produção de ferro fundido maleável; 2. Peças submetidas a elevada compressão e atrito; 3. Esfe

de moinhos

olos de laminador

FERRO FUNDIDO Ferro fundido dúctil Propriedades: 1. Alta resistência, tenacidade e ductilidade; 2. Alta usinabilidade; 3. Passível de deformação a quente; 4. Soldabilidade razoável; 5. Baixo custo (superior ao ferro cinzento)

Aplicações: Válvulas, carcaças de bombas, virabrequins, engrenagens, pinhões e cilindros.

FERRO FUNDIDO Ferro fundido maleável Propriedades: 1. Grande resistência à corrosão; 2. Boa usinabilidade e fluidez; 3. Propriedades similares ao dúctil; 4. Alta resistência, tenacidade e ductilidade. Aplicações: 1. Aplicação similares ao ff dúctil; 2. Peças sujeitas a alta temperatura; 3. Elementos de ligação; 4. Juntas universais;

FERRO FUNDIDO

APLICAÇÕES 1. Automotiva 2. Óleo e gás 3. Tubulações 4. Eletrônica 5. Hidráulica 6. Máquinas e Equipamentos 7. Outros

APLICAÇÕES

Trava do motor

Válvulas de gás

APLICAÇÕES

Ventoinhas

Caixas de câmbio

APLICAÇÕES

Carcaça de motores elétricos

Carcaça de bombas

APLICAÇÕES

Tampa de cabeças de cilindro

Puxadores

APLICAÇÕES

Panelas / Frigideiras

Castiçais

VANTAGENS Obtenção de peças de geometria complexa de forma econômica

VANTAGENS As fundições podem ser de materiais ferrosos ou não-ferrosos

VANTAGENS Pode-se obter peças em formas definitivas ou não

VANTAGENS Possui baixas limitações de tamanho, formato e complexidade

DESVANTAGENS Desvantagens do processo de fundição 1 - Podem apresentar elevadas: •

Tensões residuais

•

Microporosidade

•

Zonamento

•

Variações de tamanho de grão

2 - Resistência relativamente baixa 3 - Ductilidade relativamente baixa

PROCESSO DE FUNDIÇÃO Etapas do Processo de Fundição O processo de fundição, embora existam variações de caso para caso, basicamente segue o seguinte passo-a-passo: 1 - Pedido do cliente

9 – Rebarbação

2 – Projeto de Fundição

10 – Acabamento

3 – Confecção do Modelo

11 – Verificação da Qualidade

4 – Confecção do Molde

12 – Expedição da Peça

5 – Fusão do Metal 6 – Vazamento 7 – Solidificação 8 - Desmoldagem

PROCESSO DE FUNDIÇÃO Etapas do Processo de Fundição

(https://www.youtube.com/watch?v=pt6Tb1Wf1DA)

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 1 - Pedido do Cliente O processo de fundição em uma empresa se inicia pela chegada de um pedido de cliente, que deseja obter a peça fundida. Este cliente pode ser interno (outro setor da fábrica) ou externo (vindo de outra companhia). Normalmente, o pedido do cliente vem acompanhado das especificações da peça, como o desenho técnico do produto, a composição química da liga desejada e as propriedades mecânicas que devem ser alcançadas. A partir daí, começa o processo de obtenção da peça por fundição.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 1 - Pedido do Cliente

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 2 - Projeto de Fundição Nesta etapa será analisada a peça que se deseja fundir. Define-se o tipo de moldagem, a posição dos moldes, a quantidade e forma dos canais de entrada, a presença ou não de massalotes, a inclusão ou não de coquilhas de resfriamento controlado e, em empresas mais modernas, é feita a simulação numérica computacional do vazamento da carga metálica líquida.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 3 - Confecção do Modelo O modelo é uma peça usinada, com dimensões iguais à da peça que se deseja fundir, que servirá para proporcionar a cavidade dos moldes. Para cada tipo de peça, é necessário um modelo específico. Para cada modelo, inúmeros moldes poderão ser feitos, o que originará diversas peças fundidas. O modelo pode ser de diversos materiais, sendo mais comum o alumínio, madeira e nylon.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 4 - Confecção do Molde De posse do modelo, procede-se a confecção do molde. O molde pode ser de vários tipos, sendo os mais comuns: 1 - Areia 2 - Cera perdida 3 - Moldes metálicos 4 - Moldes especiais

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 5 - Fusão do Metal Dentro do forno de fundição, o metal sólido é aquecido até atingir uma temperatura superior a sua temperatura de fusão, tornando-se líquido. A carga metálica inicial é variada, mas, via de regra, se utiliza de sucata de aços de baixo carbono, combinados de ferro gusa (na fundição de ferro fundido), retorno de partes de peças fundidas, como canais de alimentação e massalotes, e eventuais elementos de liga. Após estar líquido, procede-se retirada de amostra do banho metálico que, após solidificar, é submetido à teste de composição química em um espectrômetro óptico e, na sequência, feita a correção da carga.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 5 - Fusão do Metal Depois de corrigida, nova amostra é retirada e novo teste de composição química é realizado. Caso a composição química esteja a ideal, segue-se para a etapa de transferência metálica, de onde o metal fundido sai do forno para uma panela de vazamento.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 6 - Vazamento Vazamento do metal liquido nos moldes.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 6 - Vazamento Durante o vazamento, dependendo do tipo de processo e do tipo de liga a ser vazado, alguns insumos podem ser adicionados. Para a obtenção de ferro fundido cinzento, cuja característica microestrutural é bem definida pela presença de grafita em veios, é comum a adição de inoculantes, na forma sólida e granulada, que têm por objetivo auxiliar na nucleação de novos grãos, durante a solidificação.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 6 - Vazamento Para a obtenção de ferro fundido nodular, cuja característica microestrutural é marcada pela presença de grafita em forma esférica, uma liga nodularizante é adicionada, na forma sólida e granular, que tem por objetivo retardar a veificação da grafita. Esta liga nodularizante é composta, normalmente, de alumínio, silício e magnésio

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 6 - Vazamento Na fundição de aço, é comum se proceder a desoxidação com alumínio ou silício durante o vazamento. O alumínio e o silício são elementos ávidos por oxigênio que, ao reagir com este elemento (presente na escória do banho) forma a alumina ou sílica, e impede que o oxigênio venha a oxidar outros elementos de liga, como cromo, manganês, entre outros.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação A solidificação é a etapa onde, ao resfriar, o metal líquido gradativamente se torna sólido, gerando os cristais que, sob a forma dendrítica, formam os grãos do metal. Os principais fenômenos que ocorrem durante a solidificação do metal fundido são: •

•

•

•

Cristalização; Contração de volume; Concentração de impurezas; Desprendimento de gases.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Cristalização A cristalização nada mais é que o aparecimento das primeiras células unitárias.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Cristalização As células servem como núcleo para o crescimento de cristais. Já os cristais dão origem aos grãos e a estrutura granular.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Cristalização Aspectos da solidificação: •

•

•

O crescimento dos cristais não ocorre uniformemente; A velocidade de crescimento não é igual para todas as direções; As paredes do molde limitam o crescimento dos cristais.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Cristalização O cristal originado pelo núcleo durante a solidificação é denominado dendrita; As dendritas crescem até alcançarem suas vizinhas formando o grão; As dendritas possuem formato semelhante a uma árvore.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Cristalização Nos moldes, a solidificação inicia-se nas paredes em que o metal líquido entra em contato; Por sua vez os cristais em crescimento sofrem interferência do molde e dos cristais vizinhos; Desta forma tendem a crescer rapidamente na direção perpendicular.

mais

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Cristalização 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


Após a formação da região de grãos colunares o material se solidifica formando grãos grandes equiaxiais

Grãos Equiaxiais


ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Cristalização Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação Grãos colunares Região Coquilhada

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Cristalização

Barra de aço solidificada sem o uso

Barra de aço solidificada com o uso




ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Contração de Volume Durante a solidificação podem ocorrer as seguintes contrações: •

•

•

Contração líquida: corresponde ao abaixamento da temperatura até o início da solidificação; Contração de solidificação: corresponde a variação de volume que ocorre durante a mudança do estado líquido para sólido; Contração sólida: corresponde à variação de volume que ocorre já no estado sólido, desde a temperatura final de solidificação até a temperatura ambiente.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Contração de Volume A contração depende de cada liga considerada; A contração origina uma heterogeneidade denominada de vazio ou rechupe; Podem ocorrer vazios no interior das peças, próximos à superfície, porém invisível externamente.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Contração de Volume Recursos para controle de rechupe

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Contração de Volume Recursos para controle de rechupe

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Contração de Volume A contração durante a solidificação pode causar outros inconvenientes, como: •

Aparecimento de trincas à quente

•

Aparecimento de tensões residuais

Ambos pode ser controlados por um projeto mais adequado da peça; As tensões residuais podem ser eliminadas, também, através de tratamento térmico.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Contração de Volume

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Concentração de Impurezas As impurezas podem ser menos solúveis quando o metal está no estado sólido ou líquido; No caso de uma impureza ser menos solúvel no estado sólido, esta constitui o fenômeno conhecido como segregação.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Concentração de Impurezas Inconvenientes da segregação: Composição química do material apresenta-se não uniforme, desta forma suas propriedades mecânicas serão diferentes; As zonas de segregação, normalmente, localizam-se no interior da peça, onde as tensões são mais baixas, assim sendo, não constituindo um problema sério; Para minimizar a segregação pode-se aplicar um rigoroso controle da composição química e/ou da velocidade de resfriamento.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Desprendimento de Gases Ocorre principalmente nas ligas de Fe-C; O O2 dissolvido no Fe tende a combinar-se com o C formando gases como CO e CO2; A medida que a temperatura decresce, devido a solidificação, a viscosidade da massa líquida diminui, o que dificulta a fuga do gases, formando bolhas; Em aços de baixo carbono as bolhas não são prejudiciais; Em aços de alto carbono adicionam-se desoxidantes (Al, Si, Mn) que formam óxidos sólidos com o O2 para impedir a reação com o C.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 7 - Solidificação Desprendimento de Gases

EXERCÍCIO Questões 1.

O que são dendritas? Como elas se originam no material?

2.

Como pode-se melhorar as propriedades das peças fundidas?

3. Quais tipos de contração o metal está sujeito durante o processo de fundição? 4.

Como pode-se resolver o problema da contração de volume nas peças fundidas?

5.

O que a concentração de impurezas pode proporcionar à peça fundida?

6.

Como é possível resolver os problemas com desprendimentos de gases nos aços de alto carbono?

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 8 - Desmoldagem Com o resfriamento da peça, ocorre a solidificação, obtendo-se a peça fundida. A desmoldagem consiste em retirar a peça fundida de dentro do molde. Na maioria dos casos, os moldes são feitos de areia compactada, de modo que a desmoldagem resume-se a vibrar o molde, fazendo cair a areia e separá-la da peça fundida.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 9 - Rebarbação A etapa de rebarbação se refera a retirada dos canais de alimentação e dos massalotes da peça fundida, além da eliminação de respiros, rebarbas e demais materiais conectados a peça. Em geral, a rebarbação se faz com rebolos e discos de corte, podendo também se utilizar de maçaricos, em determinados casos.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 10 - Acabamento As peças fundidas, após desmoldadas, passam por etapas de acabamento, que normalmente consiste em: • Tamboreamento; • Rebarbação; • Tratamento térmico; • Usinagem final.

ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO 11 - Verificação da Qualidade Muitas vezes, de acordo com o grau de segurança da peça, ensaios não destrutivos são necessários, sendo os mais comuns: • Líquidos penetrantes; • Ultrassom; • Partículas magnéticas; • Radiografia.

As peças fundidas ainda podem passar por setores como metrologia e embalagem, até serem expedidas para o cliente final.

TIPOS DE MOLDAGEM Tipos de Moldagem Molde é o nome que se dá ao local que abriga a cavidade, cuja geometria é a “mesma” da peça que se deseja obter. A moldagem possui variações dependendo do processo que se deseja realizar. Os moldes mais comuns são: 1. 2. 3. 4. 5.

Moldagem em areia; Moldagem em molde metálico; Moldagem pelo processo CO2; Molde de centrifugação; Moldes de precisão.

TIPOS DE MOLDAGEM Moldagem em Areia A moldagem em areia possui subdivisões: •

•

•

•

Areia verde; Areia seca; Areia cimento; Areia de Macho.

Os moldes devem apresentar resistência suficiente para suportar o peso do metal líquido; Devem gerar a menor quantidade possível de gás e facilitar a saída de gases gerados; Devem extrair calor do metal líquido, permitindo a solidificação.

TIPOS DE MOLDAGEM Moldagem em Areia Caixa de Moldagem: Estrutura, geralmente metálica, com resistência suficiente para suportar o socamento da areia na operação de moldagem, bem como a pressão do metal líquido durante a fundição. Normalmente construída em duas partes.

TIPOS DE MOLDAGEM Moldagem em Areia Moldagem em Areia Verde Consiste em compactar, manualmente ou com auxílio de máquinas de moldar, uma mistura refratária chamada areia de fundição, a qual é composta por uma mistura de areia, argila e água, sobre um modelo colocado ou montado sobre uma caixa de moldar. A areia de fundição deve ter como principais características a plasticidade e consistência, moldabilidade, dureza, resistência e refratariedade. Areia: é o constituinte básico, em que devem ser consideradas a pureza, granulometria (tamanho de grãos, distribuição granulométrica e porcentagem de finos), dureza, forma dos grãos, integridade dos grãos, refratariedade, permeabilidade e expansibilidade. Argila: aglomerante usual nas areias de fundição sintéticas (especialmente preparadas).

TIPOS DE MOLDAGEM Moldagem em Areia Moldagem em Areia Verde Composição típica da areia sintética de fundição (partes em peso): •

Areia = 100

•

Argila = 20

•

Água = 4

TIPOS DE MOLDAGEM Moldagem em Areia Moldagem em Areia Seca Neste caso, a areia deve conter aditivos orgânicos para melhorar suas características. A secagem é feita em estufas entre 150

C e 250

°

Vantagens do molde estufado: • Maior resistência à pressão do metal líquido; • Maior estabilidade dimensional; • Maior dureza; • Melhor acabamento das peças fundidas.

C.

°

TIPOS DE MOLDAGEM Moldagem em Areia Moldagem em Areia Cimento Vantagens semelhantes às dos moldes estufados (areia seca) e empregada para peças médias e grandes. Composição típica da areia de moldagem (em peso): •

Areia Silicosa = 82%

•

Cimento Portland =10%

•

Água = 8%

TIPOS DE MOLDAGEM Moldagem em Areia Moldagem em Areia de Macho Para a confecção dos machos, as areias devem apresentar alta resistência depois de secas em estufas (“estufadas” entre 150 e 250 C), alta dureza, alta permeabilidade e inalterabilidade. Para isso, aditivos orgânicos são comumente adicionados: °

•

•

•

•

•

•

Carvão moído: eventualmente usado para melhorar o acabamento superficial das peças. Dextrina: aglomerante orgânico usado para dar maior resistência mecânica à areia quando seca em estufa. Farinha de milho gelatinizado (Mogul): melhora a trabalhabilidade da areia. Breu em pó: aglomerante, que confere boa resistência mecânica às moldagens. Cimento Portland: aumenta a resistência dos machos. Serragem: eventualmente para atenuar os efeitos de expansão.

TIPOS DE MOLDAGEM Moldagem pelo Processo CO2 Os moldes são confeccionados em areia aglomerada com silicato de sódio (2,5 a 6,0% em peso). Depois de compactados, são submetidos a um tratamento com CO2, que consiste na passagem de um fluxo deste gás através de sua seção. A reação entre o CO2 e o silicato de sódio formando sílica-gel, carbonato de sódio e água, resultando num endurecimento do molde em tempo relativamente curto. Dispensa-se o tratamento em estufa, obtendo-se resistência e durezas elevadas.

TIPOS DE MOLDAGEM Moldagem em Molde Metálico A modelagem em moldes metálicos pode ocorrer em duas principais formas: 1. Molde Permanente por gravidade; 2. Sob Pressão. O molde permanente por gravidade é mais utilizado para fundição de lingotes, e o o molde é chamado de lingoteira.

TIPOS DE MOLDAGEM Moldagem em Molde Metálico Molde permanente por gravidade Também é utilizado para vários outros tipos de peças: o molde é composto de duas ou mais partes que, quando fechadas, formam a cavidade correspondente à forma da peça desejada. Vantagens (em relação a peças produzidas em molde de areia): Maior uniformidade; Melhor acabamento superficial; Tolerâncias dimensionais menores; Melhores propriedades mecânicas. •

•

•

•

Desvantagens: Limitado a peças pequenas; Custo elevado do molde (alto volume de produção); •

•

TIPOS DE MOLDAGEM Moldagem em Molde Metálico Fundição Sob Pressão Metal líquido é forçado (sob pressão) a entrar na cavidade do molde, chamado neste caso de matriz (metálica, permanente); Permite a fabricação de peças mais complexas e de paredes mais finas que os processos por gravidade; Matriz pode ser fria ou aquecida à temperatura de vazamento; Possui canais para saída de ar e para garantir o total preenchimento das cavidades; A pressão é mantida até o final da solidificação. Após abertura da matriz e expulsão da peça, procede-se à limpeza e lubrificação da matriz, preparando-a para o próximo ciclo.

TIPOS DE MOLDAGEM Moldagem em Molde Metálico Fundição Sob Pressão Vantagens: • Produção de formas mais complexas; • Produção de peças com paredes mais finas e tolerâncias dimensionais mais

estreitas; • Alta capacidade de produção; • Acabamento superficial de ótima qualidade; • Matrizes de alta durabilidade; • Permitem aplicação de revestimentos superficiais com pouco preparo prévio da superfície; • Algumas ligas, como as de alumínio, apresentam maiores resistências que se fundidas em areia.

TIPOS DE MOLDAGEM Moldagem em Molde Metálico Fundição Sob Pressão Desvantagens: • Dimensões das peças são limitadas (normalmente <5kg); • Ar retido no interior da matriz pode causar porosidades nas peças; • Equipamento e acessórios de alto custo, sendo viáveis apenas para altos

volumes de produção;

TIPOS DE MOLDAGEM Moldagem em Molde Metálico Fundição Sob Pressão

TIPOS DE MOLDAGEM Moldagem em Molde Metálico Fundição Sob Pressão

TIPOS DE MOLDAGEM Fundição por Centrifugação O metal líquido é vazado num molde dotado de movimento de rotação, de modo que a força centrífuga origina uma pressão que força o metal de encontro às paredes do molde, onde solidifica. Aplicação: Peças cilíndricas e simétricas.

TIPOS DE MOLDAGEM Fundição de Precisão Utiliza-se um molde obtido pelo revestimento de um modelo consumível com uma pasta ou argamassa refratária que endurece à temperatura ambiente ou mediante aquecimento adequado; Uma vez endurecida esta pasta refratária, o modelo é consumido ou inutilizado; A casca endurecida que constitui-se no molde propriamente dito; Após vazamento da peça, o molde também é inutilizado; Os tipos de fundição de precisão mais comuns são: 1. Cera perdida; 2. Casca (shell molding).

TIPOS DE MOLDAGEM Fundição de Precisão Cera Perdida Etapas: 1. Injeção da cera na matriz para fabricação dos modelos. 2. Ligação dos modelos a um canal central. 3. Grupo de modelos é colocado num recipiente. 4. O recipiente é preenchido com uma pasta refratária (chamada de investimento). 5. Aquecimento provoca o endurecimento do molde e o derretimento dos modelos de cera. 6. Vazamento do metal no molde por gravidade, sob pressão, a vácuo ou com auxílio de centrifugação. 7. Quebra do molde e retirada das peças. 8. Separação das peças do canal central e esmerilhamento ou lixamento .

TIPOS DE MOLDAGEM Fundição de Precisão Fundição em Casca (Shell Molding) Etapas: O molde é fabricado a partir de uma mistura de areia e resina endurecível ao calor que funciona como aglomerante. Esta mistura é colocada sobre um modelo metálico que é aquecido (por volta de 450 C), resultando uma casca resistente e rígida que formará uma das metades do molde. A outra metade é feita de forma semelhante. °

Faz-se a montagem dos machos se necessário. Segue-se o fechamento das cascas por prensagem e colagem.

EXERCÍCIO Questões 1) Quais as vantagens do uso da moldagem areia seca sobre a moldagem de areia verde? 2) Em quais casos a fundição por centrifugação é utilizada? 3) Cite 3 diferenças entre o molde de areia e o molde permanente.

FORNOS DE FUNDIÇÃO Tipos de Fornos Principais tipos de fornos para fundição: 1. Fornos Cubilô 2. Fornos de Reverberação 3. Fornos de Crisol 4. Fornos Elétricos a Arco 5. Fornos Elétricos por Indução 6. Fornos Elétricos por Resistência

FORNOS DE FUNDIÇÃO Tipos de Fornos Aplicações dos tipos de fornos para fundição: 1. Fornos Cubilô: Fundição de Ferro 2. Fornos de Reverberação: Fundição de Aço 3. Fornos de Crisol: Fundição de Ferro, Aço, Ligas Leves e Ligas de Cobre 4. Fornos Elétricos a Arco: Fundição de Ferro e Aço 5. Fornos Elétricos por Indução: Fundição de Ligas Leves 6. Fornos Elétricos por Resistência: Fundição de toda classe de metais

FORNOS DE FUNDIÇÃO Forno Cubilô Utilizado na maioria das fundições de ferro - alta eficiência térmica; Forno de cuba vertical; Cilindro de placas de revestimento refratário;

aço

com

Caixa de vento: alimentação do ar necessário para combustão do carvão; Ar soprado com pressão entre 0,03 e 0,10 kg/cm², controlado por manômetros;

FORNOS DE FUNDIÇÃO Forno Cubilô O ferro fundido é depositado entre os canais e a placa de fundo, na parte inferior do cubilô, permanecendo as escórias sobre a superfície do ferro líquido; A escória é evacuada por orifício adequado: escoriador; Na parte superior existe uma abertura chamada alçapão, onde é introduzida toda a matéria-prima para a fundição do ferro (sucata, ferro fundido, coque, calcário);

FORNOS DE FUNDIÇÃO Forno Cubilô Pode chegar a 1,80 m de diâmetro e 15 m de altura; Desvantagem: é necessário esperar o enchimento do crisol para cada vazamento, assim a produção é interrompida constantemente.

FORNOS DE FUNDIÇÃO Forno Cubilô

FORNOS DE FUNDIÇÃO Forno Cubilô

FORNOS DE FUNDIÇÃO Forno de Reverberação Nesses fornos o carvão não está em contato com o metal, logo não se produz um aumento no teor de carbono no ferro; Utilizado para ferros fundidos com baixo teor de carbono (2,0-2,5%) e na fundição de bronze; Utilizado para fundir peças de grandes dimensões; Obtém-se temperaturas de 1500 a 1600

C;

°

Consiste em uma lareira revestida de ladrilhos refratários, separadas da soleira ou laboratório onde se encontra o metal por um muro chamado altar; A soleira deve ter uma dimensão tal que o gases ao sair pelo alçapão ainda tenha temperatura suficiente para fundir o metal.

FORNOS DE FUNDIÇÃO Forno de Reverberação



FORNOS DE FUNDIÇÃO Forno de Crisol Utilizados para todo tipo de fundições: fundições de ferro, aço, ligas leves e bronze; Crisol: recipiente construído de material refratário, argila e grafite, que é colocado no interior de uma mufla coberta interiormente por ladrilhos refratários, que se aquece por meio de carvão, gás, óleo combustível, petróleo, etc; O combustível não entra em contato com o metal fundido; Pode-se preparar fundições de alta qualidade; Através de tampas adequadas, capas protetoras de fundentes ou campanas de gases inertes, evita-se também o contato dos gases de combustão com o metal líquido.

FORNOS DE FUNDIÇÃO Forno de Crisol




FORNOS DE FUNDIÇÃO Forno de Elétrico a Arco Utiliza o calor desenvolvido pela descarga elétrica em forma de arco dos eletrodos que são introduzidos no forno; A parte inferior do forno, ou soleira, é constituída de um revestimento refratário; O sistema de aquecimento compreende 3 eletrodos, igualmente espaçados, ligados cada um a uma fase de um suprimento trifásico de eletricidade; Os eletrodos podem ser de carbono ou grafita;

FORNOS DE FUNDIÇÃO Forno de Elétrico a Arco

FORNOS DE FUNDIÇÃO Forno de Elétrico a Arco

FORNOS DE FUNDIÇÃO Forno de Indução Muito utilizado para fundição de ligas leves.

FORNOS DE FUNDIÇÃO Forno de Resistência Utilizados para fundição de metais de baixo ponto de fusão; Muito usado para alumínio e ligas leves; Capacidade reduzida; Utiliza-se cadinho metálico ou de grafite; Produz peças de boa qualidade; Possui um alto consumo de energia; Demoram para atingir a temperatura de fusão do metal; Necessita frequentemente de manutenção da resistência

FORNOS DE FUNDIÇÃO Forno de Resistência

EXERCÍCIO Questões 1.

Como o tipo de forno pode afetar o processo de fundição e qualidade da peça fundida?

2.

Qual a vantagem de se utilizar fornos elétricos no processo de fundição?

3.

Quais as desvantagens do uso do forno cubilô?

4.

Quais tipos de materiais podem ser fundidos no forno crisol?

5.

Quais as desvantagens do uso do forno de resistência para o processo de fundição?

Aula 03 - Fundição

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