Processos de Fabricação Instituto Federal de Santa Catarina Campus de Florianópolis Departamento Acadêmico de Metal-Mecânica Curso Técnico de Mecânica Industrial – ProIn II Processos de Fabricação Fundição ProIn II – Mecânica Industrial Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. Eng E-mail: pavanati@ifsc.edu.br

CARACTERÍSTICAS Peças fundidas são obtidas deixando-se solidificar um metal líquido vazado em um molde cuja forma corresponde ao negativo da peça a ser obtida. Permite obter, de modo econômico, peças de geometria complexa (liberdade de forma).

CARACTERÍSTICAS A Fundição é realizada em metais cujo ponto de fusão não é demasiadamente elevado e o mesmo possua boa fluidez Ligas mais comuns na fundição Ferro Fundido, Alumínio, Cobre, Zinco, Magnésio e suas respectivas ligas.

Flexibilidade quanto à dimensões e peso Moldagem de formas complexas POTENCIALIDADES Vantagem econômica Caminho mais curto entre matéria-prima e peça acabada Flexibilidade quanto à dimensões e peso De algumas gramas até toneladas Moldagem de formas complexas Liberdade de formas (líquido se molda com facilidade) Economia de peso Pode-se moldar uma peça com a espessura final desejada Produção em série Fácil automação Economia de usinagem Bom acabamento superficial e boas tolerâncias dimensionais

Possíveis rotas da fabricação utilizando a Fundição Metais/ ligas Forma final Fundição Forma semifinal Processamento Forma final

60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência HISTÓRICO 60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência Fonte: R.E. Hummel, Understanding Materials Science, 2nd ed. (2004)

60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência HISTÓRICO 60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência Fonte: R.E. Hummel, Understanding Materials Science, 2nd ed. (2004)

60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência HISTÓRICO 60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência

60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência HISTÓRICO 60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência O atraso na exploração de materiais fundidos está provavelmente relacionado à completa ignorância da natureza do fenômeno de solidificação e das microestruturas produzidas Sem conhecimento da solidificação a fundição era vista mais como “magia negra” do que como ciência

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Importância da Solidificação Salvo raríssimas exceções todos os produtos metálicos passam necessariamente pela solidificação em algum estágio de sua obtenção. É na fundição de metais que a solidificação encontra seu mais vasto campo de aplicação

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO 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

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO 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)

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Na solidificação de um metal tem-se a formação de, geralmente, vários núcleos cristalinos envolvidos em um líquido que possui natureza amorfa. T (ºC) Subresfriamento Tf ΔT Liq. Liquido + Sólido Sólido Líquido atomicamente desordenado (amorfo) Núcleo atomicamente ordenado (cristal) Liq.

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Nucleação Nucleação Homogênea – o núcleo sólido “nasce” totalmente a partir do líquido Nucleação Heterogênea – o núcleo sólido “nasce” em contato com uma superfície sólida

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Nucleação homogênea rcrítico Núcleo crítico Núcleo

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Nucleação homogênea Variação da energia livre Var. energia livre do volume Raio do núcleo, r Var. energia livre da superfície Var. energia livre TOTAL 3 Energia livre total de um sistema sólido-líquido com mudança de tamanho do sólido. O núcleo sólido deve ter um raio maior que o raio crítico para que a solidificação ocorra.

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Nucleação homogênea Na nucleação homogênea é necessário um subresfriamento térmico para se estabilizar um ou mais núcleos e então a partir dele(s) ocorrer a solidificação Subresfriamento necessário para nucleação homogênea de alguns materiais Material Pb Ag Cu Ni Fe H2O Temp. de Fusão (oC) 327 962 1085 1453 1536 Subresfriamento (oC) 80 250 236 480 420 40 Fonte: DR Askeland, PP Phulé, Ciência e Engenharia dos Materiais (2008)

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Nucleação Heterogênea Em condições práticas a nucleação é geralmente heterogênea, pois a fase sólida se cristaliza mais facilmente num substrato previamente solidificado. O núcleo surge como uma calota esférica na superfície do substrato aproveitando a energia superficial já existente

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Nucleação Heterogênea A nucleação depende da afinidade do material a ser solidificado e do substrato Líquido Sólido O ângulo  é o ângulo de molhamento e está relacionado com a afinidade entre os materiais Substrato Se  ↓ ↔ Nucleação ↑

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Nucleação Heterogênea = 180º Molhamento nulo 0º<  <180º Molhamento parcial = 0º Molhamento Total

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Nucleação Heterogênea Condição de nucleação Homogênea Se o ângulo  = 180º Se o ângulo  = 0º 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.

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Crescimento da fase sólida – Uniforme Sólido

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Crescimento da fase sólida – Colunar

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Crescimento da fase sólida – Dendrítico Dendritas

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Crescimento da fase sólida metal puro Sólido + líquido Sólido + líquido Sólido + líquido 100% sólido

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Crescimento da fase sólida metal puro Fonte: G.F Van der Voort. Microstructre of nonferrous alloys (2002) Aluminio super-puro Revela microestrutura de grãos alfa equiaxiais

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Crescimento da fase sólida metal puro Fonte: G.F Van der Voort. Microstructre of nonferrous alloys (2002) Liga de alumínio 1100 (>99%Al) Revela microestrutura de solidificação dendrítica

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Crescimento da fase sólida em ligas metálicas Sólido + líquido Sólido + líquido Sólido + líquido 100% sólido

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Crescimento da fase sólida ligas Fonte: G.F Van der Voort. Microstructre of nonferrous alloys (2002) Liga de alumínio 3105 (Al – 0.55% Mn – 0.5% Mg) Revela precipitados intermetálicos formados no estágio final da fusão

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Crescimento da fase sólida ligas Fonte: G.F Van der Voort. Microstructre of nonferrous alloys (2002) Liga de alumínio hipoeutética (Al – 11.8% Si) Dendritas alfa e um eutético alfa-Si.

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação Após a formação da região de grãos colunares o material se solidifica formando grãos grandes equiaxiais 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 Devido ao forte subresfriamento formam-se vários núcleos heterogêneos em contato com a superfície do molde gerando grãos pequenos e equiaxiais Atingindo-se a temperatura de solidificação, tem-se o surgimento de núcleos nas paredes do molde Nucleação heterogênea Núcleos Material metálico no estado líquido a uma temperatura acima da temperatura de solidificação Grãos equiaxiais Grãos coquilhados Grãos colunares

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação Grãos colunares Região Coquilhada Grãos Equiaxiais

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação Pode-se obter macroestruturas diversas fazendo-se o controle adequado do processo

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação Para a grande maioria das aplicações dos metais busca-se otimizar as propriedades mecânicas e tecnológicas através de uma microestrutura de grãos refinados. Na fundição isto pode ser obtido através do controle das variáveis de processo que propiciem um máximo subresfriamento (uso de moldes metálicos, resfriadores, etc.). O máximo de eficácia é atingindo usando-se INOCULANTES

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO 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

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Utilizando inoculantes aço ferrítico (Fe-Si) Barra de aço solidificada sem o uso de inoculantes Barra de aço solidificada com o uso de inoculantes Fonte: C Constantinescu, The annals of “Dunarea de Jos” University of Galati (2006)

PROCESSOS DE FUNDIÇÃO

PROCESSO DE FUNDIÇÃO Etapas genéricas Fabricação dos modelos Fabricação dos moldes Fabricação dos machos (macharia) Obtenção do metal líquido (fusão) Enchimento do molde com metal líquido (vazamento) Retirada da peça do molde (desmoldagem) Corte de canais e rebarbas (rebarbação e limpeza) Inspeção Tratamentos Térmicos

PROCESSO DE FUNDIÇÃO Etapas genéricas Inspeção Metais e aditivos Matéria-prima modelo Rebarbação e limpeza Forno de Fusão Fabricação do Modelo Metal líquido Desmoldagem Montagem do Molde Vazamento Resfriamento Fabricação do molde Fabricação do machos Areia reaproveitada Areia e aditivos Areia e aditivos

Fabricação dos modelos PROCESSO DE FUNDIÇÃO Fabricação dos modelos Consiste em construir modelos com o formato da peça a ser fundida O modelo é importante, pois a partir dele faz-se a construção do molde. Suas dimensões devem prever a contração do metal durante o processo e sobremetal para posterior usinagem O modelo pode ser construído de madeira, plásticos, metais leves, gesso, cera, isopor, entre outros

Fabricação dos modelos (exemplos) PROCESSO DE FUNDIÇÃO Fabricação dos modelos (exemplos)

Fabricação dos modelos (exemplos) PROCESSO DE FUNDIÇÃO Fabricação dos modelos (exemplos) Modelo de uma biela

Usando-se os modelos, pode-se construir os moldes PROCESSO DE FUNDIÇÃO Fabricação dos Moldes Usando-se os modelos, pode-se construir os moldes

Existem vários tipos de moldes. Por exemplo: molde em areia... PROCESSO DE FUNDIÇÃO Fabricação dos Moldes Existem vários tipos de moldes. Por exemplo: molde em areia...

Os Machos formam a cavidade interna da peça fundida PROCESSO DE FUNDIÇÃO Macho Os Machos formam a cavidade interna da peça fundida

Fabricação dos Machos (macharia) PROCESSO DE FUNDIÇÃO Fabricação dos Machos (macharia)

Obtenção do metal líquido (fusão) PROCESSO DE FUNDIÇÃO Obtenção do metal líquido (fusão) A fusão do metal pode ser obtida de várias maneiras, sendo as principais: Forno Cubilô Forno a indução Forno a arco voltaico

Obtenção do metal líquido (fusão) PROCESSO DE FUNDIÇÃO Obtenção do metal líquido (fusão)

Enchimento do molde (vazamento) PROCESSO DE FUNDIÇÃO Enchimento do molde (vazamento)

Retirada da peça (desmoldagem) corte e limpeza PROCESSO DE FUNDIÇÃO Retirada da peça (desmoldagem) corte e limpeza Limpeza (jateamento) Desmoldagem

Partículas Magnéticas Se faz uso geralmente de ensaios não destrutivos PROCESSO DE FUNDIÇÃO Inspeção Raios X Partículas Magnéticas Líquidos Penetrantes Se faz uso geralmente de ensaios não destrutivos

Principal diferença entre eles é em como os moldes são obtidos PROCESSO DE FUNDIÇÃO Principais tipos Fundição em areia Fundição em casca (shell molding) Fundição em cera perdida Fundição em moldes permanentes Fundição em molde cheio Fundição centrífuga Fundição e forjamento Fundição a vácuo Fundição melt-spinning Fundição contínua Principal diferença entre eles é em como os moldes são obtidos

FUNDIÇÃO EM AREIA

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

Características do molde em areia FUNDIÇÃO EM AREIA Características do molde em areia Resistência mecânica Deve suportar o peso próprio e o peso do metal líquido Permeabilidade Deve permitir que os gases liberados pelo líquido escapem Resistência à erosão Deve resistir à ação do líquido que flui durante o vazamento Colapsibilidade Deve permitir a contração do metal sem perder integridade Baixa aderência ao metal fundido Deve se separar facilmente do metal quando solidificado Econômico Baixo custo pois neste caso teremos uma peça por molde

Moldes com areia ligada quimicamente FUNDIÇÃO EM AREIA Tipos de molde em areia Moldes com areia verde Moldes com areia ligada quimicamente Areia de base Sílica, cromita, zirconita... Agente aglomerante Argila (bentonita) Plastificante Água Outros aditivos Pó de grafite, amido, etc.. Areia de base Sílica, cromita, zirconita... Agente aglomerante Resinas polim. (furânicas, fenólicas...) Outros aditivos Óxido de ferro...

Vantagens e desvantagens da areia verde FUNDIÇÃO EM AREIA Vantagens e desvantagens da areia verde Vantagens Desvantagens A moldagem por areia verde é o mais barato dentre todos os métodos de produção de moldes. Há menos distorção de formato do que nos métodos que usam areia seca, porque não há necessidade de aquecimento (durante a fabricação do molde). As caixas de moldagem estão prontas para a reutilização em um mínimo espaço de tempo. Boa estabilidade dimensional. Menor possibilidade de surgimento de trincas. O controle da areia é mais crítico do que nos outros processos que também usam areia. Maior erosão quando as peças fundidas são de maior tamanho. O acabamento da superfície piora nas peças de maior peso. A estabilidade dimensional é menor nas peças de maior tamanho.

Canais no molde em areia FUNDIÇÃO EM AREIA Canais no molde em areia Bacia de vazamento Canal de descida Base do canal de descida Canal de distribuição Canal de espuma Canal de ataque Massalote Canal de subida Peça

FUNDIÇÃO EM AREIA Etapas na produção do molde em areia verde Compactação da areia na caixa

Etapas na produção do molde em areia verde Compactação automatizada FUNDIÇÃO EM AREIA Etapas na produção do molde em areia verde Compactação automatizada

FUNDIÇÃO EM AREIA Etapas na produção do molde em areia verde Defeito (excesso de umidade na areia) Caixa é virada

FUNDIÇÃO EM AREIA Etapas na produção do molde em areia verde É colocada a outra metade e os canais e massalotes

FUNDIÇÃO EM AREIA Etapas na produção do molde em areia verde Os modelos dos canais são removidos

FUNDIÇÃO EM AREIA Etapas na produção do molde em areia verde Abertura do copo de vazamento Abertura do canal de distribuição e retirada do modelo da peça

Etapas na produção do molde em areia verde FUNDIÇÃO EM AREIA Etapas na produção do molde em areia verde Fechamento do molde

Etapas na produção do molde em areia verde Vazamento do metal líquido FUNDIÇÃO EM AREIA Etapas na produção do molde em areia verde Vazamento do metal líquido Desmoldagem

Etapas na produção do molde em areia verde FUNDIÇÃO EM AREIA Etapas na produção do molde em areia verde Rebarbação e limpeza

FUNDIÇÃO EM CASCA (SHELL MOLDING)

FUNDIÇÃO EM CASCA Características O processo de fundição em casca é também um processo de fundição em areia Neste método a areia não necessita ser compactada para que o conjunto adquira resistência mecânica 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

A cura da resina poder ser realizada a quente ou a frio FUNDIÇÃO EM CASCA Características A cura da resina poder ser realizada a quente ou a frio Cura a frio Cura a quente Chamada de shell molding A base de polímeros geralmente termofixos Resina corresponde de 3 a 10% do molde Processo mais caro Utiliza catalisadores ácidos e corrosivos Por isso menos comum

Obtenção do molde – Cura a quente FUNDIÇÃO EM CASCA Obtenção do molde – Cura a quente Modelos Metálicos para resistir ao calor

FUNDIÇÃO EM CASCA Obtenção do molde – Cura a quente Moldelo posicionado na placa de aquecimento (200-250ºC)

Obtenção do molde – Cura a quente FUNDIÇÃO EM CASCA Obtenção do molde – Cura a quente A placa é girada contra um reservatório contendo uma mistura de areia e resina de modo a envolver todo o modelo

Obtenção do molde – Cura a quente FUNDIÇÃO EM CASCA Obtenção do molde – Cura a quente O calor do modelo funde parcialmente a resina da mistura que fica próxima ao modelo unindo as partículas de areia, nesta região

Obtenção do molde – Cura a quente FUNDIÇÃO EM CASCA Obtenção do molde – Cura a quente Após algum tempo (cerca de 15 minutos), forma-se uma casca (“shell”) com espessura suficiente (10-15 mm) sobre o modelo

Obtenção do molde – Cura a quente FUNDIÇÃO EM CASCA Obtenção do molde – Cura a quente A casca é retirada da placa com auxílio de pinos extratores

Obtenção do molde – Cura a quente FUNDIÇÃO EM CASCA Obtenção do molde – Cura a quente A resina da casca é finalmente reticulada “curada” quando a placa é colocada numa estufa com temperatura entre 350-450 ºC

Obtenção do molde – Cura a quente FUNDIÇÃO EM CASCA Obtenção do molde – Cura a quente 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.

Características – CURA A QUENTE FUNDIÇÃO EM CASCA Características – CURA A QUENTE Este processo produz somente metade do molde Menor espaço para estocagem Redução na quantidade de areia necessária Fornece bom acabamento superficial Boa estabilidade dimensional Facilidade de liberação de gases (permeabilidade) Processo facilmente automatizado Mais adequado para peças complexas O vazamento é realizado por gravidade Maior custo comparado ao molde areia verde Dimensões limitadas em comparação com fundição em areia verde

Obtenção do molde – Cura a FRIO FUNDIÇÃO EM CASCA Obtenção do molde – Cura a FRIO Modelos (geralmente em madeira) são fixados na caixa A mistura de areia, resina e catalisador é feita e despejada na caixa, fazendo-se a gradativa compactação A cura inicia-se imediatamente após a moldagem A cura termina algumas horas após O modelo é retirado Molde é pintado com tintas especiais para fundição Molde é aquecido para secagem da tinta

Características – CURA A FRIO FUNDIÇÃO EM CASCA Características – CURA A FRIO Moldes mais rígidos para serem usados para peças grandes e formas complexas; Bom acabamento superficial Vazamento feito por gravidade Molde mais caro comparado com outros em areia Catalisadores têm substâncias ácidas e corrosivas Cuidado na manipulação

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA (INVESTMENT CASTING)

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA Os primeiros objetos fundidos usando-se cera perdida que se tem notícia foi 3000 a.C. na Mesopotâmia

FUNDIÇÃO 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;

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA Obtenção do modelo de cera Usinagem da cera União de sub-partes de cera formando o modelo Moldagem da cera no estado sólido Moldagem da cera no estado líquido Molde metálico (injeção) Molde cerâmico (geralmente gesso) Molde polimérico (geralmente silicone)

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA Obtenção do modelo de cera

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA União dos canais de alimentação

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA Banho de lama + partículas refratárias (areia)

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA Remoção da cera e cura da casca cerâmica Autoclave

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA Vazamento do metal

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA Remoção da casca cerâmica

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA RESUMO

FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA Vantagens e desvantagens Produz peças com excelente acabamento superficial Facilidade em produzir peças com geometria complexa Ideais para peças pequenas Reprodução de detalhes, cantos vivos e paredes finas; Possibilidade de produzir partes ocas sem o uso de machos. Dificuldade em produzir peças grandes (>5 kg);

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES (DIE CASTING)

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Características Como o próprio nome sugere, o molde (metálico) pode ser utilizado repetidas vezes; Um único molde é capaz de produzir muitas peças (da ordem de 100.000 peças); Neste processo o metal líquido pode ser vazado por gravidade ou sob pressão; Produz peças com boa precisão dimensional e bom acabamento superficial; É necessário que a peça tenha geometria adequada para possibilitar a extração do molde. É utilizado geralmente na fundição de metais de baixo e médio ponto de fusão.

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Matéria-prima adequada ao processo Alumínio e suas ligas Zinco e suas ligas Magnésio e suas ligas Chumbo e suas ligas Bronze (eventualmente) Latão (eventualmente)

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Vazamento por gravidade

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Vazamento por gravidade

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Vazamento por gravidade Molde com fechamento manual

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Vazamento por gravidade Molde com fechamento automático

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Vazamento por gravidade

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO - Características Consiste em força o metal líquido a preencher as cavidades do molde sob pressão; O molde é geralmente fabricado em aço alta liga resistente ao calor; O molde é fechado hermeticamente e o metal injetado e a pressão é mantida até a completa solidificação do metal; Os moldes são geralmente refrigerados à água com o intuito de aumentar a vida dos mesmos.

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Sob pressão - MOLDES

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Sob pressão - Tipos Câmara Quente Câmara Fria

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Sob pressão – Câmara quente

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Sob pressão – Câmara quente - Características Reduz tempo de obtenção da peça ao mínimo; O metal líquido necessita percorrer uma pequena distância para preencher o molde em cada ciclo; É um processo de operação rápida variando de 1s (para peças de poucos gramas) a 30s (para alguns kg); Usado geralmente para metais de baixo ponto de fusão como chumbo e ligas de zinco. Ligas de ponto de fusão mais alto (incluindo alumínio e suas ligas) são evitadas pois causam rápida degradação do sistema de injeção

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Sob pressão – Câmara fria

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Sob pressão – Câmara fria - Características Usado tipicamente para fundir materiais com ponto de fusão mais elevado (ligas de alumínio, magnésio e cobre); O princípio de funcionamento é similar ao da câmara quente, porém o metal líquido é disposto numa unidade independente; Tempo de operação mais longo que a de câmara quente

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Peças produzidas por fundição sob pressão

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Peças produzidas por fundição sob pressão Peças automotivas em alumínio

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES Peças produzidas por fundição sob pressão Carcaça da bomba de óleo de um motor a gasolina

FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES SOB PRESSÃO - Vantagens e desvantagens Obtenção de peças com geometria complexa Maior velocidade no processo Melhor acabamento superficial Pode-se fundir peças com esp. de parede de até 1 mm Ligas de alumínio apresentam melhor resist. mecânica que aquelas fundidas em areia; Alto custo do ferramental Porosidade residual Limitação no emprego do processo Limitação na dimensão das peças (geralmente até 5 kg)

FUNDIÇÃO EM MOLDE CHEIO (Poliestireno expandido)

FUNDIÇÃO EM MOLDE CHEIO Características Utiliza como modelo um corpo de poliestireno expandido (isopor®) que funciona como “molde cheio”; Este modelo é revestido com material refratário O mesmo é posicionado numa caixa com areia O metal líquido é vazado sobre o corpo de isopor degradando-o formando assim a cavidade do molde durante o vazamento. A cavidade do molde mantém-se integra pois não há efetivamente cavidade até o momento do vazamento.

FUNDIÇÃO EM MOLDE CHEIO Sequência do processo

FUNDIÇÃO EM MOLDE CHEIO Seqüência do processo

FUNDIÇÃO CENTRÍFUGA

FUNDIÇÃO CENTRÍFUGA Características Metal líquido é vazado num molde dotado de movimento de rotação. A força centrífuga pressiona o metal ao encontro às paredes do molde em rotação até a sua solidificação. Produz peças com geometria de revolução Pode-se ainda usar a força centrífuga como meio de distribuir o metal líquido para o molde.

FUNDIÇÃO CENTRÍFUGA

FUNDIÇÃO CENTRÍFUGA

FUNDIÇÃO CENTRÍFUGA

Distribuição por força centrífuga FUNDIÇÃO CENTRÍFUGA Distribuição por força centrífuga

Distribuição por força centrífuga – Moldes Poliméricos FUNDIÇÃO CENTRÍFUGA Distribuição por força centrífuga – Moldes Poliméricos

FUNDIÇÃO E FORJAMENTO (squeeze casting)

FUNDIÇÃO E FORJAMENTO Características 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 As elevadas pressões induzem à forte taxa de nucleação produzindo grãos refinados e equiaxiais Propriedades mecânicas semelhantes à uma peça forjada

FUNDIÇÃO E FORJAMENTO

FUNDIÇÃO A VÁCUO

FUNDIÇÃO A VÁCUO Características 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 Esta diferença de pressão é dada retirando-se o ar da cavidade do molde (vácuo);

FUNDIÇÃO A VÁCUO

FUNDIÇÃO MELT-SPINNING

FUNDIÇÃO MELT-SPINNING Características 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. Isso gera um aumento do limite de solubilidade e redução da micro-segregação.

FUNDIÇÃO MELT-SPINNING

FUNDIÇÃO CONTÍNUA

FUNDIÇÃO CONTÍNUA Características Processo utilizado principalmente para fundição de lingotes; Metal líquido é vazado continuamente e o material solidificado avança conforme ocorre a solidificação; A velocidade de avanço deve coincidir com a velocidade de solidificação na direção longitudinal do lingote;

FUNDIÇÃO CONTÍNUA

Produção de lingotes (lingotamento contínuo) FUNDIÇÃO CONTÍNUA Produção de lingotes (lingotamento contínuo)

FUNDIÇÃO CONTÍNUA Vantagens Maior produtividade Uniformidade do produto Menor consumo energético Redução de mão-de-obra Melhor qualidade do produto

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Principais descontinuidades na fundição Bolhas, vazios ou porosidades Junta fria Trincas de contração Rebarbas Inclusão de areia Rechupes Segregação Alimentação insuficiente Granulação grosseira Outras...

BOLHAS VAZIOS POROSIDADE

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Bolhas, vazios ou porosidades São bolsas de gás de paredes geralmente lisas, causados por gases oclusos pelo metal.

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Bolhas, vazios ou porosidades - CAUSAS Se originam quando os gases dissolvidos no metal líquido não são eliminados durante o processo de vazamento ou solidificação devido a: excessiva umidade e/ou baixa permeabilidade da mistura da areia grau de compactação do molde inadequado composição da mistura inadequada (reação química do metal líquido durante o resfriamento) sistema de alimentação mal projetado alto teor de gases no metal líquido reações metal-areia-aditivos má extração de gases do molde falta de respiros, turbilhonamento no canal de descida

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Bolhas, vazios ou porosidades Aparentes: defeitos são evidenciados na superfície da peça Detectáveis a olho nu ou com auxílio de líquidos penetrantes

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Bolhas, vazios ou porosidades Não aparentes: defeitos estão presentes no interior da peça Detectáveis geralmente com auxílio de raios X

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Bolhas, vazios ou porosidades – COMO EVITAR otimização da composição da mistura da areia utilização de areia de retorno o mais seca possível reavaliar o sistema de canais provisão de respiradouros elementos químicos para “acalmar” a carga

JUNTA FRIA

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO 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.

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Junta Fria – CAUSAS E SOLUÇÕES 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.

TRINCAS DE CONTRAÇÃO

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO 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.

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Trincas de contração – CAUSAS E SOLUÇÕES 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

REBARBAS

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Rebarbas São saliências do metal em torno da linha de divisão do molde

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Rebarbas – CAUSAS E SOLUÇÕES 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

INCLUSÃO DE AREIA

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO 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.

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Inclusão de areia – CAUSAS E SOLUÇÕES 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

RECHUPES

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Rechupes São vazios de diversos tipos, formas e localizações nas peças fundidas (internos, externos, macrorechupes, microrechupes, lamelares, centrais...)

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO 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.

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO 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

SEGREGAÇÃO

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO 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.

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Segregação

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Segregação – CAUSAS E SOLUÇÕES 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.

ALIMENTAÇÃO INSUFICIENTE

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Alimentação insuficiente Vazios localizados nas paredes das peças fundidas

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO 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

GRANULAÇÃO GROSSEIRA

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Granulação grosseira O metal bruto de fusão apresenta uma estrutura cristalográfica muito grosseira, dendrítrica, localmente agravada por segregação

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO 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.

QUEBRA DE PARTE DOS MOLDES

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Quebra de partes do molde Fragmentação do molde durante o manuseio ou durante o vazamento do metal líquido, afetando a geometria final da peça

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO 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

SUPERFÍCIE ÁSPERA

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Rugosidade elevada da superfície da peça Superfície áspera Rugosidade elevada da superfície da peça

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO 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

MICROPOROSIDADE DE HIDROGÊNIO

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Microporosidade de hidrogênio Microporosidade causada pela dissolução de hidrogênio oriundo principalmente da areia e formação de gás H2 durante a solidificação

DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO 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.