Fundição

Question 1

Fundição

Answer 1

processo de enformação, no estado líquido, em que uma
ou mais peças são obtidas pelo vazamento de um metal fundido numa cavidade, onde este
solidifica, após tomar a forma pretendida.

Question 2

lingotes metálicos

Answer 2

lingotes metálicos, por exemplo, são
normalmente obtidos em linhas de vazamento contínuo e podem ser destinados, quer a
servir de matéria-prima para outras fundições, quer à indústria de laminagem de chapas
finas ou conformação de perfis

Question 3

Moldação

Answer 3

Moldação consiste num “recipiente” em material refractário que contêm no seu interior a
cavidade, com forma semelhante à da peça pretendida, na qual o metal líquido será
vazado.

Question 4

Machos

Answer 4

Os Machos são elementos normalmente posicionados no interior das Moldações
e que têm por objectivo a definição das cavidades interiores das peças a obter. Ou seja,
preencher no interior da cavidade da Moldação, os espaços que não deverão conter metal
líquido. Tal como as Moldações, os Machos (Figura 1.4) são também fabricados em
materiais refractários, podendo ou não ser destruídos aquando da extracção da peça, de
acordo com o grau de complexidade da cavidade interior da peça e o processo de
fundição em uso

Question 5

processos de Fundição podem ser classificados em dois grandes
grupos:

Answer 5

processos de Fundição podem ser classificados em dois grandes
grupos: Fundição com Moldação Destrutível e Fundição com Moldação Não
Destrutível ou Permanente

Question 6

Os processos de Fundição com Moldações Destrutíveis

Answer 6

Os processos de Fundição com Moldações Destrutíveis
(Figura 1.2), na generalidade dos casos, são também vulgarmente designados como
processos de Fundição em Areia devido ao facto de a Moldação ser construída utilizando
grãos de minerais refractários agregados e compactados numa mistura facilmente
colapsável após a solidificação da peça

Question 7

processos de Fundição em
Moldação Permanente

Answer 7

processos de Fundição em
Moldação Permanente, fazem uso de Moldações normalmente construídas em materiais
metálicos (Figura 1.3), das quais as peças são retiradas após a abertura das mesmas. Estas
Moldações devem ser projectadas de modo a poderem ser utilizadas para obter séries
numerosas de peças, antes de necessitarem de reparação, ou serem inutilizadas. De outro
modo, o seu custo tornaria o processo economicamente incomportável.

Question 8

Molde

Answer 8

Molde
•forma semelhante ao exterior da peça a obter
•utilizado para a obtenção da moldação

Question 9

Caixa de macho

Answer 9

Caixa de macho
•geralmente duas meias caixas
•execução dos machos
•Interiormente define uma forma semelhante ao interior da peça a obter

Question 10

Classificação dos diversos tipos de fundição 14

Answer 10

Classificação dos diversos tipos de fundição
Moldação em areia (mistura de areia, aglomerantes e aditivos)
Consoante o aglomerante, o processo de endurecimento, etc:
• em areia verde
• em areia seca
• em areia de machos
• em fosso
• em carapaça
• curada com CO2
• com cimento (auto-endurecível)
Moldação em gesso
Moldação por cera perdida
Moldação para fundição centrífuga
Moldação em coquilha
Moldação para fundição injectada
Moldação por processos especiais
•Moldação cerâmica
•Utilização de moldes de poliestireno

Question 11

Fases de produção

Answer 11

Fases de Produção
Execução da moldação e machos
• Execução dos moldes
• Execução das caixas de machos
• Execução das meias moldações
• Execução dos machos
• Montagem dos machos na moldação
• Correcções eventuais
Abate e controle visual
• Destruição da moldação (se esta for destrutível)
• Eliminação das peças defeituosas
Acabamentos e controle final
• Limpeza das peças (grenalhagem)
• Separação dos gitos e rebarbagem
• Controle final com eliminação de peças defeituosas

Question 12

Areia verde

Answer 12

Areia verde
• Areia (sílica-90%) aglomerada por uma argila apropiada, água e aditivos
•Ex: pó de carvão na fundição de materiais ferrosos melhora o acabamento superficial
e a descarbonação da peça.
• Processo mais usado
• Peças de grandes dimensões
• Baixo custo e simples
• Pobre acabamento superficial e precisão dimensional
• As moldações podem ser armadas com armações metálicas ou de
cimento para dar maior consistência (peças de grandes dimensões)

Question 13

Areia seca

Answer 13

Areia seca
• A moldação é seca em estufa
• A eliminação de água melhora a resistência mecânica e a resistência ao
desgaste
• Permite a produção de peças com geometrias mais complexas

Question 14

Areia seca

Answer 14

Areia seca
• A moldação é seca em estufa
• A eliminação de água melhora a resistência mecânica e a resistência ao
desgaste
• Permite a produção de peças com geometrias mais complexas

Question 15

Areia de machos

Answer 15

Areia de machos
• Areia aglomerada com óleos (óleo de linhaça)
• Aumenta a consistência da moldação
• Quando a moldação ou o macho está sujeito a grandes esforços
mecânicos
• Machos
• Peças de grandes dimensões

Question 16

Moldação em fosso/cova/pia

Answer 16

Moldação em fosso (cova ou pia)
• Peças de grandes dimensões

Question 17

Moldação em carapaça (shell molding)

Answer 17

Moldação em carapaça (shell molding)
• Areia aglomerada com resinas fenólicas (termo-endurecíveis)
•Aquecimento a 250ºC
•Posterior cura em estufa a 350ºC
•minimizar a possibilidade de deformação durante a desmoldagem
• Moldação com muito pequena espessura de areia (da ordem dos mm)
• Obtenção de peças com boas tolerâncias dimensionais e melhor
acabamento superficial
• Peças com espessuras pequenas
• Processo mais caro
• Limitado em termos das dimensões das peças

Question 18

Moldação curada em CO2

Answer 18

Moldação curada em CO2
• Areia de sílica + (5%) silicato de sódio
• O processo de cura faz-se pela passagem de uma corrente de CO2
• Precipitação de Sílica Gel
• NaSiO3 + CO2 → NaCO3 + SiO2
• O endurecimento depende do tempo de gaseificação e da composição do
silicato (a sobre-reacção pode ocasionar a deterioração da resistência)
• Gaseificação após desmoldagem
• Gaseificação após moldagem
• reduz-se a probabilidade de dano da moldação durante a desmoldagem
•Bom acabamento e boas tolerâncias dimensionais
•Pouco investimento e rápido

Question 19

Moldação em areia
Com cimento

Answer 19

Moldação em areia
Com cimento
• Areia de sílica + (10%) cimento
• Mistura utilizada para conformar as superfícies em contacto com o
molde
• O resto da moldação é em areia normal.
•Alta resistência mecânica nas zonas em contacto com o molde
•Melhora o acabamento superficial

Question 20

Moldação em gesso

Answer 20

Moldação em gesso
• As moldações e machos apresentam superfícies bastante lisas
• Peças complexas
• Boa precisão dimensional
• Não indicado para ligas ferrosas ou de magnésio (reacção com o gesso)
• Velocidade de arrefecimento é baixa
• Facilita a alimentação
• Aumenta o tempo necessário à obtenção da peça
• Processo mais caro

Question 21

Moldação por cera perdida (Investment casting)

Answer 21

Moldação por cera perdida (Investment casting)
• Peças de grande precisão dimensional
• O molde em cera é revestido por um material refractário
• Processo caro (molde de cera)
• Modelos simples
• O molde, feito por vazamento ou injecção de cera num molde de metal,
pode ser produzido numa única etapa
• Modelos complexos
• O molde é formado por montagem de componentes separados

Question 22

Moldação para fundição centrífuga

•

Answer 22

Moldação para fundição centrífuga
• Peças de revolução
• A moldação pode ser metálica ou não
• Obtenção de peças ocas sem necessidade de utilizar machos

Question 23

Moldação em coquilha

Answer 23

Moldação em coquilha
• Tolerâncias apertadas e bom acabamento superficial
• Grande precisão dimensional e alta definição de detalhes
• Ligas de baixo ponto de fusão
• Machos solúveis ou não dependendo da complexidade do interior da peça

Question 24

Moldação para fundição injectada

Answer 24

Moldação para fundição injectada
• Grande número de peças de grande qualidade
• Limitado a ligas metálicas de baixo ponto de fusão

Question 25

• Moldação cerâmica - coquilhas cerâmicas

Answer 25

• Moldação cerâmica - coquilhas cerâmicas • Molde metálico sobre o qual é colocada uma pasta cerâmica. • Após a extracção do molde a moldação é cozida para endurecer definitivamente e obter a resistência mecânica desejada

Question 26

Moldes de poliestireno (voláteis)

Answer 26

Fundição em moldação cheia • Idêntico à cera perdida mas não é necessário derreter o molde antes do vazamento • A elevada temperatura do metal vazado volatiliza o molde

Question 27

Seleção do processo

Answer 27

Selecção do processo • Depende • Liga a ser fundida • Temperatura de fusão, reacção com a moldação • Tamanho, peso e complexidade da peça • Peças grandes utilizam invariavelmente a moldação em areia • Formas complexas recorrem a moldações mais caras • Qualidade requerida • Tolerâncias especificadas • Espessuras da peça • Acabamento superficial desejado • Custos • Equipamento • Mão de obra • Materiais • Custos de maquinagem para acabamento

Question 28

Fusão de metais

Answer 28

• variação da composição do metal devida ao processo de fusão CONTAMINAÇÃO: atmosfera • Carga do forno Em qualquer processo de fusão, a composição final depende da composição da carga e das variações de composição que ocorrem durante a fusão

Question 29

Fusão processo simples

Answer 29

Variações de composição pequenas exigindo nenhum ou pequeno ajuste antes do vazamento • Fusão ao ar de ligas de baixo ponto de fusão, ligas leves, ...

Question 30

Fusão e refinamento

Answer 30

• de modo a obter a composição A carga fundida deve ser ajustada desejada EX: o teor de carbono nos aços bem como de outros elementos é diminuido durante a fusão através de oxidação e reacções com a escória

Question 31

Estabelecimento da liga

Answer 31

Estabelecimento da liga Mistura de dois ou mais metais diagramas de equilíbrio solubilidade completa no estado líquido Temperatura de sobreaquecimento • temperatura para realizar satisfatoriamente o processo de fundição: 100 a 300ºC acima da linha líquidus

Question 32

Propriedades físicas(fusão de metais)

Answer 32

Propriedades físicas

Question 33

Propriedades físicas(fusão de metais)

Answer 33

Pressão de vapor • vapor em equilíbrio com o líquido • varia com a temperatura • varia com a composição da liga • pressões de vapor elevadas perdas por evaporação Ex: Cd, Mg, Zn (técnicas especiais de fusão - sob atmosfera inerte) Temperatura de fusão metal A de baixo ponto de fusão e metal B de alto ponto de fusão liga A + B ? • Se A é solúvel em B e A tem uma pressão de vapor não muito elevada não haverá problemas na mistura • Se A é o solvente, o alto ponto de fusão de B dificulta a obtenção da liga recurso a ligas mãe (de B em A) previamente preparadas Ex: Introdução de metais pesados (Fe, Mn, Ni) em ligas de Al

Question 34

Estágios de fusão Fusão de metais

Answer 34

Estágios de fusão Fusão • 100 a 300 º acima da linha líquidus • Podem ocorrer variações da composição durante o aquecimento (reacções gás-sólido) Tratamento do banho • Operações de tratamento com fluxos e escórias para a remoção de impurezas e elementos metálicos e não-metálicos dissolvidos no metal Ajuste de composição • Adições de elementos de liga para afinar a composição (Mg em ligas de Al ou P em bronze é mais eficiente nesta fase) Ajuste e controle de propriedades • Análise do banho e tratamentos de desoxidação, desgaseificação, refinamento de grão e inoculação (imediatamente antes do vazamento)

Question 35

Tipos de fusão de metais

Answer 35

Tipos de fusão Fusão sob vácuo ou atmosfera inerte Atmosfera inerte - Ar, He, N (evitar contaminação da carga) • Reduzir as reacções do banho com a atmosfera circundante Vácuo - pressões de 10-2 a 10-4 mmHg • Só pode ser utilizada em metais com pressões de vapor muito baixas Fusão simples • Quando o contacto entre o ar ou os gases de combustão e o banho não impõe restrições importantes (Sn, Zn, Pb, Al, Cu, Ni) • Pode haver necessidade de uma limpeza da superfície do banho com escórias ou fluxos • Quando o O2 e o H2 são solúveis na liga pode ser necessário realizar uma desoxidação e desgaseificação Fusão e refinamento (cargas mistas, gusas + sucatas; aços)

Question 36

Problemas físicos associados à fusão

Answer 36

Problemas físicos associados à fusão • Diferenças de temperaturas de fusão dos elementos da liga • Pressões de vapor elevadas (volatilização) • Diferenças de densidade • Solubilidade parcial (Pb em Cu)

Question 37

Propriedades dos metais líquidos

Answer 37

Propriedades dos metais líquidos Viscosidade • Resistência ao escoamento • Numa liga podem ocorrer alterações apreciáveis com a composição Indica a natureza das forças interatómicas que mantêm juntos os átomos de um líquido, mas que ainda permitem a sua contínua movimentação ao acaso num volume confinado

Question 38

Propriedades dos metais líquidos Tensão superficial

Answer 38

Propriedades dos metais líquidos Tensão superficial • Importante para o tratamento de problemas de refinamento, fluidez, fenómenos de nucleação e crescimento, alimentação • A acção das forças interatómicas na superfície livre de um líquido é puxar os átomos superficiais “para dentro” devido à assimetria na distribuição das forças na superfície tendência para a forma esférica

Question 39

Propriedades dos metais líquidos Diagramas de equilíbrio

Answer 39

Propriedades dos metais líquidos Diagramas de equilíbrio Ponto de partida para a análise da presença e do número de fases na estrutura de ligas fundidas - Fornece: • Temperatura na qual, em condições de equilíbrio (aquecimento ou arrefecimento muito lentos) ocorrem mudanças de fase para uma liga de uma certa composição • Composições das fases em equilíbrio bem como quantidades relativas das várias fases em equilíbrio

Question 40

Diagramas de equilíbrio Limitações:

Answer 40

Diagramas de equilíbrio Limitações: • Na fundição as velocidades de aquecimento ou arrefecimento são em “nãoequilíbrio” •haverá modificação nas relações fase-temperatura-composição descritas nos diagramas de equilíbrio • Os diagramas de equilíbrio são construidos com composições precisas •na metalurgia da fundição os materiais não têm necessariamente o mesmo grau de “pureza” que os que levaram à elaboração dos diagramas de equilíbrio •estas impurezas podem ocasionar o aparecimento de fases não previstas pelo diagrama de equilíbrio ou alterar o tamanho e forma das fases previstas • As transformações de não-equilíbrio necessitam de diagramas que evidenciem os efeitos cinéticos (ex: curvas tempo-temperatura-transformação - TTT) • O diagrama de equilíbrio deve ser considerado um ponto de partida para a análise das estruturas de ligas fundidas - informação qualitativa

Question 41

Propriedades de fundição Fluidez

Answer 41

Propriedades de fundição Fluidez Capacidade de preencher a moldação • Está relacionada com as propriedades físicas e químicas da liga, com as características da moldação e pelos métodos utilizados no enchimento da moldação • Aumenta com a temperatura de vazamento • Os valores do índice de fluidez para metais puros e ligas eutéticas são maiores que para ligas que possuam intervalo de solidificação Adicção de fósforo aos ferros fundidos cinzentos para peças com secções finas o fósforo aumenta a proporção de eutécticos na liga e baixa a temperatura de solidificação melhorando a capacidade de enchimento do molde

Question 42

Ensaios do metal fundido

Answer 42

Ensaios do metal fundido Ensaios de composição química Qualidade do metal líquido Composição específica da liga Ex: levantamento da curva de arrefecimento de uma amostra do banho - método rápido para obter uma indicação aproximada da composição Ensaios de contracção Para comparar diferentes ligas Para comparar variações de sensibilidade à contracção como resultado de variáveis de processo para uma determinada liga Ensaios de verificação da estrutura Antes do vazamento para evitar a possível produção de peças com estrutura insatisfatória Ensaios mecânicos do bruto de solidificação