Processamento e Manufatura de Metais 1

Apresentação em tema: "Processamento e Manufatura de Metais 1"— Transcrição da apresentação:

1 Processamento e Manufatura de Metais 1
Prof. Dr. Lucas Freitas Berti Engenharia de Materiais - UTFPR

2 Aula 11 Forno de Fundição 20/09/2018

3 Presença Cobrança da presença

4 DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Sumário da aula DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Principais tipos Bolhas, vazios ou porosidades Junta fria Trincas de contração Rebarbas Inclusão de areia Rechupes Segregação Alimentação insuficiente Granulação grosseira Outras...

5 DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO BOLHAS VAZIOS POROSIDADE São bolsas de gás de paredes geralmente lisas, causados por gases oclusos pelo metal.

6 DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Processos de Fundição 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

7 DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Aparentes: defeitos são evidenciados na superfície da peça Detectáveis a olho nu ou com auxílio de líquidos penetrantes

8 DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Não aparentes: defeitos estão presentes no interior da peça Detectáveis geralmente com auxílio de raios X

9 DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Processos de Fundição 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

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Processos de Fundição 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.

11 DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Junta 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.

12 DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO

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Processos de Fundição 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.

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Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO 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

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Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Dendritic/filament shrinkage Sponge shrinkage

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Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Cavity shrinkage

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

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Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Rebarbas – 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

19 DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Processos de Fundição 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.

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Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO 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

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

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Processos de Fundição 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.

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Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Rechupes – Causa

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Processos de Fundição 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

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Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Rechupes - Solução

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Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Segregação É o acumulo de impurezas na última seção solidificada. O material apresenta composição química não uniforme e consequentemente propriedades mecânicas diferentes. As zonas segregadas geralmente localizam- se no interior da peça, onde as tensões são mais baixas, não constituindo um problema sério.

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Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Segregação

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Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Segregação – 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.

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

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Processos de Fundição 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

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

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Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Granulação grosseira – causas e soluções 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.

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Processos de Fundição 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

34 DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Quebra de partes do molde – causas e soluções 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

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Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Superfície áspera Rugosidade elevada da superfície da peça

36 DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Superfície áspera – causas e soluções 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

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

38 DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Microporosidade de hidrogênio

39 DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Processos de Fundição DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO Microporosidade de hidrogênio – causas e soluções 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.

40 Sumário da aula Fornos de fundição Fornos Cubilô Cadinho Elétrico
Indução

41 Forno de Fundição Cubilô Os primeiros fornos cubilô foram construídos há mais de um século. Eles surgiram antes da Primeira Guerra Mundial, mas com características básicas, que foram evoluindo até chegar aos fornos modernos, de última geração e totalmente automatizados. No Brasil, o primeiro forno cubilô moderno foi instalado 1982, na Sofunge, naquela época a maior fundição do país. 

42 Forno de Fundição Cubilô O segundo cubilô moderno do Brasil, com capacidade para produzir de 20 a 22 toneladas por hora, foi inaugurado em 2001, na Luk, cuja fundição ficava em Mogi Mirim (SP) e sua fábrica de freios em Sorocaba (SP). O terceiro começou a funcionar em 2005, na Teksid do Brasil, a empresa fundidora controlada pela Fiat, em Betim (MG).

43 Forno de Fundição Cubilô
Na sua essência o forno cubilô é um forno de fusão, cuja função é derreter a carga metálica utilizando como fonte de calor um combustível sólido, aquela pedra de carvão mais conhecida como coque. Ele é, portanto, um forno de fusão com combustível sólido. Modernamente, utiliza-se gás combustível

44 Forno de Fundição Cubilô O Cubilô é o forno mais usado para produzir ferro fundido cinzento. O cubilô é um forno cuja altura é de três a cinco vezes o seu diâmetro. É construído em um base de aço que é de (10 mm) de densidade e que está interiormente forrado com tijolos de argila refratária. A estrutura inteira é erguida em pernas ou colunas.

45 Forno de Fundição Cubilô
No o topo do forno, há uma abertura pela qual o combustível é colocado. O ar que é necessário para a combustão é soprado pelas ventaneiras localizadas a aproximadamente 900 mm acima da base do forno. Ligeiramente acima da base e na frente, há um furo vedado e uma calha que permite o ferro fundido ser coletado. Também há uma abertura de escória localizada na parte de trás e acima do nível do furo vedado (porque a escória flutua na superfície do ferro fundido).

46 Forno de Fundição Cubilô Revestimentos Ácidos Básicos Comuns,
Aluminosos; Silicosos Básicos Dolomíticos; Magnesíticos; Cromíticos (neutro).

47 Forno de Fundição Cubilô Básicos; Ácidos Maiores temperaturas;
Maior captação de carbono, (mais sucata); Menor captação de S; Ácidos Menor quantidade de coque; Menor perda de Si Menor custo; Maior facilidade de operação

48 Forno de Fundição Cadinho Os fornos a cadinho com aquecimento a óleo diesel, gás liquefeito de petróleo - GLP - ou gás natural ainda encontram espaço junto a pequenas e médias fundições - principalmente na área de não-ferrosos.

49 Forno de Fundição Cadinho Há um incentivo governamental na opção pelo gás natural, menos poluente, porém isto demanda, muitas vezes, a realocação física da fundição para a proximidade de um gasoduto.

50 Três tipos de fornos de cadinho:
Forno de Fundição Cadinho Três tipos de fornos de cadinho: (a) elevação (b) estacionário (c) forno panela inclinado

51 Forno de Fundição Cadinho (a) elevação (b) estacionário
(c) forno panela inclinado

52 Forno de Fundição Arco elétrico
O calor gerado pelo arco elétrico é transferido através de radiação direta ou por radiação refletida pelo forro interno do forno. O arco elétrico é gerado entre eletrodos de grafite. Para controlar a folga entre os dois eletrodos e adequar o controle da intensidade do calor, um eletrodo é estacionário e o outro é móvel. Os fornos de arco elétrico são usados principalmente para fundir aços e menos usados para fundir ferro fundido cinzento e alguns metais não-ferrosos.

53 Forno de Fundição arco elétrico O forno de arco elétrico é o tipo mais usado de forno elétrico.

54 Forno de Fundição Indução Tipos Canal Cadinho

55 Forno de Fundição Indução – Canal Também chamado de forno de indução com núcleo magnético, este forno possui um núcleo de aço magnético - do tipo usado em transformadores - no qual é enrolada uma bobina, normalmente tubo de cobre refrigerado à água. A aplicação de uma diferença de potencial entre as extremidades da bobina gera uma corrente alternada (primária) que induz um campo eletromagnético alternado no canal preenchido pelo metal.

56 Forno de Fundição Indução – Canal Assim a potência gerada no secundário depende da corrente que circula, da resistividade elétrica e da permeabilidade magnética do metal.

57 Forno de Fundição Indução – Cadinho Também chamado de forno de indução sem núcleo. Como o nome diz, possui a geometria de um cadinho e ausência de núcleo magnético, quando o próprio metal que se deseja fundir funciona como secundário.

58 Forno de Fundição Indução – Cadinho A corrente induzida no bloco metálico flui mais na periferia deste, apresentando um decaimento exponencial à medida que penetra no metal.

59 Forno de Fundição Metais para fundição Ferrosos Não-ferrosos

60 Forno de Fundição Metais para fundição Ferrosos Ferro fundido
A mais importante de todas as ligas de fundição A tonelagem de fundição de ferro fundido é várias vezes maior que de todos os outros metais combinados Vários tipos: ferro fundido cinzento, ferro nodular, ferro fundido branco, ferro maleável e ferro fundido de liga Temperaturas típica vazamento: ~1400 °C (2500 °F), dependendo da composição

61 Forno de Fundição Metais para fundição Ferrosos - FoFo

62 Forno de Fundição Metais para fundição Ferrosos Aço
As propriedades mecânicas do aço o tornam um material de engenharia atraente. A capacidade de criar geometrias complexas faz da fundição um processo de fabricação atrativo Dificuldades na fundição de aço: A temperatura de vazamento do aço é superior à maioria dos outros metais ~1650 °C (3000 °F). Nestas temperaturas o aço facilmente se oxida, assim, o metal fundido deve ser isolado do ar. O aço fundido tem relativamente baixa fluidez

63 Forno de Fundição Metais para fundição Ferrosos – Aço

64 Forno de Fundição Metais para fundição Não - ferrosos Alumínio
Geralmente considerado muito moldável Temperaturas de vazamento baixas devido à baixa temperatura de fusão do alumínio - Tm = 660 °C (1220 °F) Propriedades: Baixo peso Muitas propriedades de resistência devido ao tratamento térmico Fácil de usinar

65 Forno de Fundição Metais para fundição Não - ferrosos – Alumínio

66 Forno de Fundição Metais para fundição Não - ferrosos Cobre
Inclui: bronze, latão e alumínio-bronze Propriedades: Resistência à corrosão Aspecto atrativo Boas qualidades estruturais Limitação: alto custo do cobre Aplicações: acessórios para tubos, pás de hélice marinha, componentes de bombas hidráulicas, jóias ornamentais

67 Forno de Fundição Metais para fundição Não - ferrosos – Cobre

68 Forno de Fundição Metais para fundição Não - ferrosos Zinco
Boa maleabilidade, muito utilizado na fundição Baixo ponto de fusão:Tm = 419 °C (786 °F) Boa fluidez facilitando a fundição Propriedades: Baixa resistência à fluência, depois de fundidas das não podem ser submetidas a altas tensões prolongadas

69 Próxima aula Fornos de fundição Metais ferrosos e ligas Metais não-ferrosos e ligas