PROCESSOS DE FABRICAÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO FUNDIÇÃO. PROCESSOS MECÂNICOS Aplicação de tensão. PROCESSOS METALÚRGICOS Aplicação de temperatura

Danielle Bond

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

PROCESSOS MECÂNICOS

Aplicação de tensão

PROCESSOS METALÚRGICOS

Aplicação de temperatura

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

PROCESSOS METALÚRGICOS

FUNDIÇÃO

•CAMPOS FILHO, M.P. e DAVIES, G.J. Solidificação e

fundição de metais e suas ligas. Livros Técnicos e

Científicos e Editora da USP, 1978.

•CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos. São Paulo: ABM, 7ed., 2002.

•GARCIA, A. Solidificação, fundamentos e aplicações. Campinas, SP: Editora da Unicamp, 2001.

•AMERICAN SOCIETY FOR METALS. Casting. Metals

Handbook, Ohio: ASM International, Metals Park, video institucional

FUNDIÇÃO

O processo de fundiçãoconsiste em vazar (despejar) metal

líquido num molde contendo uma cavidade na geometria desejada

da peça final. O próprio molde retira calor do metal líquido

provocando sua solidificaçãoe fixando

sua forma final. fundição

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Processos de fundição

Permite obter, de modo, econômico, peças de geometria complexa. Aplicações:

Fofos, Al, Cu, Zn, Mg e suas ligas. Também os aços, porém podem apresentar elevadas tensões residuais, microporosidades zonamento e variação do tamanho de grão. Menor LR e ductilidade (conformação a quente). video

Principal vantagem:

DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO Fe – Fe3C

Ferros fundidos Aços

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Processos de fundição

A taxa de extração de calor através do molde, determina o tamanho final de grão, e portanto a

resistência mecânicada peça.

Classificação de acordo com 4 grupos básicos: a) Areia verde (molde é descartado)

b) Moldagem e molde metálico: fundição em moldes permanentes e fundição sob pressão

c) Fundição por centrifugação

d) Fundição de precisão: cera perdida e fundição em casca (Shell Molding)

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FUNDIÇÃO

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Processos de fundição

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Processos de fundição

a) Areia Verde (molde é descartável):

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Processos de fundição

a) Areia Verde(molde é descartável): É o processo mais simples e mais generalizado em fundição;

Funde qualquer tipo de material; Fácil alteração de projeto na fundição

macharia

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Processos de fundição

b) Moldagem em molde metálico:

b1) fundição em moldes permanentes b2) fundiçãosob pressão

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Processos de fundição

b1) fundição em moldes permanentes

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Processos de fundição

b) Moldagem em molde metálico:

b1) fundição em moldes permanentes: Para fundir Al e Cu

Fundição por gravidade

Quando comparadas com as peças em areia verde:

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Processos de fundição

b) Moldagem em molde metálico:

b1) fundição em moldes permanentes:

Tem maior uniformidade Melhor acabamento superficial Tolerâncias dimensionais + estreitas Melhores propriedades mecânicas

Formas muito complicadas dificultam o projeto e a sua extração do molde Alto custo do molde  grandes séries

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Processos de fundição

b2) fundição sob pressão:

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Processos de fundição

b) Moldagem em molde metálico:

b1) fundição sob pressão:

Devido à pressão (alta velocidade de enchimento), o processo possibilita a fabricação de peças de forma bastante complexa e de paredes + finas que os processos por gravidade P/ ligas com Tf<Tfcobre como Al e zamac Para dimensões limitadas: peso <5kg Alto custo (só para grandes produções)

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Processos de fundição

c) Fundição por centrifugação:

Envolve a solidificação de metal num molde rotativo.

A força centrífuga origina uma pressão além da gravidade, e força o metal líquido de encontro á parede do molde onde se solidifica.

Ex.: fabricação de tubos de fofo para linhas de suprimento de água.

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Processos de fundição

c) Fundição por centrifugação

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Processos de fundição

d) Fundição de precisão:

b1) fundição em cera perdida

b2) fundiçãoem casca (Shell Molding)

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Processos de fundição

d) Fundição de precisão:

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Processos de fundição

Processos de fundição

Processos de fundição

b1) fundição em cera perdida:

Tanto modelo como molde são inutilizados Produção em massa de peças de formas complicadas

Maior precisão dimensional

Produção peças acabadas (a liga não precisa ser de fácil usinagem)

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Processos de fundição

d) Fundição de precisão:

b2) fundiçãoem casca (Shell Molding):

Mistura de areia + resina (endurecida pelo calor)

Sobre a superfície do modelo metálico

Casca resistente

e rígida Une as 2 metades _{por colagem}

Para peça de tamanho médio

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Processos de fundição

d) Fundição de precisão:

b2) fundiçãoem casca (Shell Molding):

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Processos de fundição

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FUNDIÇÃO - solidificação

A solidificação se dará em 2 etapas

sucessivas de:

NUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO

.

FUNDIÇÃO - solidificação

dissolver ou crescer. O líquido inicia a transformação em sólido quando atinge a temperatura de equilíbrio entre as duas fases, ou seja o ponto de

fusão.

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FUNDIÇÃO - solidificação

Curva típica de temperatura de resfriamento.

O início da solidificação ocorre abaixo da Tf

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FUNDIÇÃO - solidificação

Embora se admita que o líquido inicia a transformação em sólido quando atinge a temperatura de equilíbrio entre as fases, ou seja o ponto de fusão, observa-se que o surgimento

de partículas sólidas ocorre a temperaturas inferiores(∆T).

Porquê?

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FUNDIÇÃO - solidificação

Trabalho para a próxima aula

(individual e manual)

:

Responda

o

questionamento

e

descreva os aspectos principais das

2 etapas (nucleação e crescimento).

Especial atenção para:

•Figuras: 2.2; 2.5; 2.6; 2.7; 2.11

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FUNDIÇÃO - solidificação

O ponto de fusão também pode ser definido como a temperatura na qual as energias livres das duas fases são iguais.

A essa temperatura, tanto o líquido quanto o sólido têm a mesma energia ou capacidade de realizar trabalho, ou seja:

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FUNDIÇÃO - solidificação

No caso da solidificação a energia associada com a estrutura cristalina do

sólido é menor do que a fase liquida.

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FUNDIÇÃO - solidificação

A uma temperatura T abaixo de Tf, há um decréscimo de energia livre por conta da transformação de um determinado volume

de líquido em sólido. Danielle Bond

FUNDIÇÃO - solidificação

volume ∆Gv e constitui a forca

motriz da solidificação.

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FUNDIÇÃO - solidificação

FUNDIÇÃO - solidificação

Embora se admita que o líquido inicia a transformação em sólido quando atinge a temperatura de equilíbrio entre as fases, ou seja o ponto de fusão, observa-se que o surgimento

de partículas sólidas ocorre a temperaturas inferiores(∆T).

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleação

Quando um agrupamento atômico arranja-se com ordenação cristalina

para formar um embrião, forma-se também uma superfície que o separa

do líquido desordenado. Associada a essa superfície existe

uma energia livre positiva, o que conduz a um aumento da energia livre

Danielle Bond

SOLIDIFICAÇÃO-nucleação

Quando um agrupamento atômico arranja-se com ordenação cristalina para formar um

embrião, forma-se também uma superfície que o separa do líquido desordenado.

Associada a essa superfície existe uma energia livre positiva, o que conduz a um aumento da energia livre

à medida que essa superfície cresce. O embrião só sobrevive se a energia

livre total diminuir.

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleação

Essa condição sugere que a nucleação possa se dar por meio da formação de embriões esféricos, já que essa forma geométrica é a

que apresenta a menor relação superfície/volume, ou seja, a geometria

mais indicada energeticamente para a sobrevivência do embrião. Nessas condições, a variação total de

energia livre G será: G = Gv + Gs

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleação

G = Gv + Gs

Gv = variação de energia livre associada ao

volume;

Gs = variação de energia livre associada à superfície;

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleação

SOLIDIFICAÇÃO-nucleação

que precisa ser alcançada para formar um núcleo estável de raio crítico rc.

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleação

Se r < rcembriões diluem

r > rc  núcleos crescem

Tudo o que ajudar na criação da interface, vai ajudar na solidificação



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SOLIDIFICAÇÃO-nucleação

SOLIDIFICAÇÃO-nucleação

SOLIDIFICAÇÃO-nucleação

agentes nucleadores (INOCULANTES) apresentam uma dimensão cristalina semelhante à

do sólido que vai nuclear. TiB2em ligas de alumínio

TiC em aços

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SOLIDIFICAÇÃO-nucleação

Nucleação heterogênea

+ locais para nucleação

 + n°grãos  MAIOR RESISTÊNCIA Altas taxas de solidificação  Dendritas + finas (quebram c/ agitação) + nucleantes Danielle Bond

SOLIDIFICAÇÃO-crescimento

A maneira como este núcleo cresce vai determinar as propriedades do material

fundido: Etapa de crescimento

Normal : crescimento planar Invertido: crescimento c/ protuberâncias Danielle Bond

SOLIDIFICAÇÃO-crescimento

Danielle Bond

SOLIDIFICAÇÃO-crescimento

DENDRITAS

Mesmo com o gradiente normalhá crescimento dendritico, devido ao super-resfriamento constitucional. Normal Invertido Danielle Bond

SOLIDIF.-macroestrutura

SOLIDIF.-macroestrutura

Depende da taxa de extração de calor e gradientes térmicos durante a solidif.

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SOLIDIF.-exercício

Qual lingote tem maior resistência mecânica? Porque?Explique o que ocorreu durante a solidificação.

A B

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Fenômenos durante a solidif.



Heterogeneidades físicas:

porosidades



Heterogeneidades químicas:

segregações

Danielle Bond

Fenômenos durante a solidif.

Heterogeneidades físicas: porosidades

A presença de poros pode ser causada

por fenômenos diferentes:

1)

contração

de solidificação

2) presença de

gases

dissolvidos

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Fenômenos durante a solidif.

Heterogeneidades físicas: porosidades

1) Contraçãode solidificação Ocorre um empacotamento dos átomos, formando estruturas ordenadas. densidade ↓ contração Danielle Bond

Fenômenos durante a solidif.

1) Contraçãode solidificação

Resultado da contração: Macroporosidades

Microporosidades Heterogeneidades físicas: porosidades

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Fenômenos durante a solidif.

1) Contraçãode solidificação: macroporosidades

Metal

líquido solifidif.Inicia da periferia para o meio Fim da solidif. Contração sólida Vazio

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Fenômenos durante a solidif.

A localização da macroporosidade depende do tipo de extração de

calor sofrido pelo molde

Vazio Heterogeneidades físicas: porosidades

Fenômenos durante a solidif.

1) Contraçãode solidificação: microporosidades 1a) Forma-se quando as dendritas da interface S/L são grandes, devendo  veloc. resfriam

Heterogeneidades físicas: porosidades

Danielle Bond

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Fenômenos durante a solidif.

1) Contraçãode solidificação: microporosidades

Há dificuldade do líquido em penetrar entre as dendritas, não compensando as

contrações locais.

1a) Forma-se quando as dendritas da interface S/L são grandes, devendo  veloc. resfriam

Danielle Bond

Fenômenos durante a solidif.

1) Contraçãode solidificação: microporosidades

1b)

Frente de

solidificação

em ligas com

grande

intervalo de

solidificação

Heterogeneidades físicas: porosidades

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Fenômenos durante a solidif.

Heterogeneidades físicas: porosidades

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Fenômenos durante a solidif.

2) Presença de gasesdissolvidos

Heterogeneidades físicas: porosidades

Para evitar:

•É preciso introduzir elementos como Si, Mn, Al, pois o O prefere estes elementos ao C (CO e CO2); assim serão formados óxidos e não gases.

•Borbulhar gases inertes no metal líquido arrastando os gases dissolvidos para fora da massa de metal

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Fenômenos durante a solidif.

• Distribuição heterogênea de elementos de

liga e impurezas no material.

•Devido a falta de tempo para homogeneização da composição química ao longo do grão.

•Microsegregação(Zonamento)

•Macrosegregação(núcleo da peça + soluto) •Segregação gravimétrica (grafita tem menor densidade→flotação)

Heterogeneidades químicas: segregações

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Fenômenos durante a solidif.

Heterogeneidades químicas: segregações

Solidif. Equilíbrio (linhas L e S)

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Fenômenos durante a solidif.

Heterogeneidades químicas: segregações

Solidif. Equilíbrio (linhas L e S)

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Fenômenos durante a solidif.

Heterogeneidades químicas: segregações

Zonamento (dentro do grão) O último

sólido tem Tf menor

 liquação

Pode ser agravada pelas Impurezas que se localizam nos c.d.g