Introdução
Fundição é um processo de fabricação onde
um metal ou liga metálica, no estado líquido, é
vazado em um molde com formato e medidas
correspondentes aos da peça a ser produzida.
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.
POTENCIALIDADES
1. Vantagem econômica
Caminho mais curto entre matéria-prima e peça acabada
2. Flexibilidade quanto à dimensões e peso
De algumas gramas até toneladas
3. Moldagem de formas complexas
Liberdade de formas (líquido se molda com facilidade)
4. Economia de peso
Pode-se moldar uma peça com a espessura final desejada
5. Produção em série
Fácil automação
6. Economia de usinagem
5 Metais/ ligas Fundição Forma final Forma semi acabada Processamento Forma final
Peças produzidas por fundição
7
PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Etapas genéricas
1. Fabricação dos modelos
2. Fabricação dos moldes
3. Fabricação dos machos (macharia)
4. Obtenção do metal líquido (fusão)
5. Enchimento do molde com metal líquido (vazamento)
6. Retirada da peça do molde (desmoldagem)
7. Corte de canais e rebarbas (rebarbação e limpeza)
8. Inspeção
9. Usinagem / Acabamento
10. Tratamentos Térmicos
1. Confecção do modelo - Essa etapa consiste em construir um
modelo com o formato aproximado da peça a ser fundida. Esse modelo vai servir para a construção do molde e suas dimensões devem prever a contração do metal quando ele se solidificar bem como um eventual sobremetal para posterior usinagem da peça. Geralmente ele é feito de madeira, alumínio, aço, resina plástica e até isopor.
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Fabricação dos modelos (exemplos)
Modelo de uma biela
fabricada em madeira
2.
Confecção do molde
- O
molde é o dispositivo no qual
o metal fundido é colocado
para que se obtenha a peça
desejada.
Ele
é
feito
de
material refratário composto
de areia e aglomerante. Esse
material é moldado sobre o
modelo que, após retirado,
deixa uma cavidade com o
formato
da
peça
a
ser
fundida.
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3.
Confecção dos machos
- Macho é um dispositivo,
feito também de areia, que
tem a finalidade de formar os
vazios, furos e reentrâncias
da peça. Eles são colocados
nos moldes antes que eles
sejam fechados para receber
o metal líquido.
4.
Fusão - Etapa em que acontece a fusão do metal.
5.
Vazamento
- O vazamento é o enchimento do molde
com metal líquido.
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6.
Desmoldagem
-
Após
determinado período de tempo
em que a peça se solidifica
dentro
do
molde,
e
que
depende do tipo de peça, do
tipo de molde e do metal (ou
liga metálica), ela é retirada do
molde
(desmoldagem)
manualmente ou por processos
mecânicos.
7.
Rebarbação - A rebarbação é a
retirada
dos
canais
de
alimentação,
massalote
e
rebarbas
que
se
formam
durante
a
fundição.
Ela
é
realizada quando a peça atinge
temperaturas próximas às do
ambiente.
8.
Limpeza - A limpeza é necessária porque a
peça apresenta uma série de incrustações da
areia usada na confecção do molde. Geralmente
ela é feita por meio de jatos abrasivos.
15
FUNDIÇÃO
Características que estão estreitamente
ligadas ao processo de fundição.
• A peça produzida por fundição pode ter as formas
e dimensões definitivas ou não.
• Furos pequenos e detalhes complexos não são
feitos na peça, embora apareçam no desenho.
• As propriedades mecânicas de peças fundidas
geralmente são inferiores às propriedades de
peças conformadas mecanicamente.
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1. Fundição em areia
2. Fundição em casca (shell molding)
3. Fundição em cera perdida
4. Fundição em moldes permanentes
5. Fundição em molde cheio
6. Fundição centrífuga
7. Fundição e forjamento
8. Fundição a vácuo
9. Fundição melt-spinning
10. Fundição contínua
PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Principais tipos
Principal diferença entre eles é em como os moldes são19
FUNDIÇÃO EM AREIA
Características do molde em areia
1. Resistência mecânica
Deve suportar o peso próprio e o peso do metal líquido
2. Permeabilidade
Deve permitir que os gases liberados pelo líquido escapem
3. Resistência à erosão
Deve resistir à ação do líquido que flui durante o vazamento
4. Colapsibilidade
Deve permitir a contração do metal sem perder integridade. (É o tempo gasto no desmoronamento de um corpo de prova quando exposto a uma pré-carga e temperatura estabelecidas.)
5. Baixa aderência ao metal fundido
Deve se separar facilmente do metal quando solidificado
6. Econômico
FUNDIÇÃO EM AREIA
Tipos de molde em areia
Moldes com
areia verde
Moldes com areia
ligada quimicamente
1. Areia de base
Sílica, cromita, zirconita...
2. Agente aglomerante
Argila
3. Plastificante
Água
4. Outros aditivos
Pó de grafite, amido, etc..
1. Areia de base
Sílica, cromita, zirconita...
2. Agente aglomerante
Resinas poliméricas
3. Outros aditivos
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Vantagens Desvantagens
1. A moldagem por areia verde é o mais barato dentre todos os métodos de produção de moldes.
2. Há menos distorção de formato do que nos métodos que usam areia seca, porque não há necessidade de aquecimento (durante a fabricação do molde).
3. As caixas de moldagem estão prontas para a reutilização em um mínimo espaço de tempo.
4. Boa estabilidade dimensional.
5. Menor possibilidade de surgimento de trincas.
1. O controle da areia é mais crítico do que nos outros processos que também usam areia.
2. Maior erosão quando as peças fundidas são de maior tamanho.
3. O acabamento da superfície piora nas peças de maior peso.
4. A estabilidade dimensional é menor nas peças de maior tamanho.
FUNDIÇÃO EM AREIA
FUNDIÇÃO EM AREIA
Canais no molde em areia
Peça Bacia de vazamento
Canal de descida
Base do canal de descida
Canal de distribuição
Canal de espuma
Canal de ataque
Massalote
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FUNDIÇÃO EM AREIA
Etapas na produção do molde em areia verde
FUNDIÇÃO EM AREIA
Etapas na produção do molde em areia verde
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FUNDIÇÃO EM AREIA
Etapas na produção do molde em areia verde
Caixa é virada
Defeito
FUNDIÇÃO EM AREIA
Etapas na produção do molde em areia verde
É colocada a outra metade e os canais e massalotes
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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
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FUNDIÇÃO EM AREIA
Etapas na produção do molde em areia verde
FUNDIÇÃO EM AREIA
Vazamento do metal líquido Desmoldagem
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FUNDIÇÃO EM AREIA
Rebarbação e limpeza
FENÔMENOS QUE OCORREM NA SOLIDIFICAÇÃO
Os principais fenômenos que ocorrem durante a solidificação de
metais, se não forem adequadamente controlados, podem
prejudicar a qualidade das peças fundidas.
Os principais fenômenos são:
•Cristalização;
•Contração de volume;
•Concentração de impurezas;
•Desprendimento de gases.
Cristalização
• Consiste no aparecimento das primeiras células
cristalinas unitárias, que servem como núcleos, para
o posterior desenvolvimento ou crescimento dos
cristais,
dando,
finalmente,
origem
aos
grãos
definitivos e à estrutura granular típica dos metais.
• Esse crescimento dos cristais não se dá, na realidade,
de maneira uniforme, ou seja, a velocidade de
crescimento não é a mesma em todas as direções,
variando
de
acordo
com
os
diferentes
eixos
cristalográficos;
no
interior
de
um
molde,
o
crescimento é limitado pelas paredes deste.
Contração de volume
Do estado líquido ao sólido e contrações podem ocorrer:
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.
A contração depende da liga considerada (aços fundidos:
2,18-2,47%; FoFos: 1-15%; Ni e ligas de Cu-Ni: 8-9%).
Concentração de impurezas
Algumas impurezas comportam-se de maneira diferente,
conforme o estado em que se encontra o metal (sólido ou líquido).
Certas impurezas são menos solúveis no estado sólido ou no
estado líquido.
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 na
última seção solidificada. A concentração de impurezas constitui o
fenômeno conhecido como segregação.
Desprendimento de gases
Ocorre principalmente nas ligas Fe-C.
O O
2dissolvido no Fe tende a combinar-se com o C
formando gases como CO e CO
2, que escapam facilmente para a
atmosfera enquanto a liga estiver no estado líquido.
A medida que a temperatura decresce para a solidificação,
a viscosidade da massa líquida diminui, dificultando a fuga dos
gases. Esses gases ficam retidos nas proximidades da superfície
das peças, na forma de bolhas.
37
DESCONTINUIDADES
NA FUNDIÇÃO
DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
1. Bolhas, vazios ou porosidades
2. Junta fria
3. Trincas de contração
4. Rebarbas
5. Inclusão de areia
6. Rechupes
7. Segregação
8. Alimentação insuficiente
9. Outras...
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BOLHAS
VAZIOS
DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Bolhas, vazios ou porosidades
São bolsas de gás de
paredes geralmente
lisas, causados por
gases oclusos pelo
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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:
1. excessiva umidade e/ou baixa permeabilidade da mistura da areia 2. grau de compactação do molde inadequado
3. composição da mistura inadequada (reação química do metal líquido durante o resfriamento)
4. sistema de alimentação mal projetado 5. alto teor de gases no metal líquido 6. reações metal-areia-aditivos
7. má extração de gases do molde 8. falta de respiros,
DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Bolhas, vazios ou porosidades
Aparentes: defeitos são evidenciados na superfície
da peça
Detectáveis a olho nu ou com auxílio de líquidos
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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
1. otimização da composição da mistura da areia
2. utilização de areia de retorno o mais seca possível 3. reavaliar o sistema de canais
4. provisão de respiradouros
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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.
47
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;
TRINCAS DE
CONTRAÇÃO
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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
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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DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Rebarbas
São saliências do
metal em torno da
linha de divisão do
molde
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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
INCLUSÃO
DE AREIA
55
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
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).
57
DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Rechupes
São vazios de diversos tipos, formas e localizações
nas peças fundidas (internos, externos,
59
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.
61
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.
63
DESCONTINUIDADES NA 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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ALIMENTAÇÃO
INSUFICIENTE
DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Alimentação insuficiente
Vazios localizados nas
paredes das peças
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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
QUEBRA DE PARTE
DOS MOLDES
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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
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SUPERFÍCIE
ÁSPERA
Rugosidade elevada da
superfície da peça
DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
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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
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DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Microporosidade de hidrogênio
Microporosidade
causada pela dissolução de
hidrogênio oriundo
principalmente da areia e
formação de gás H
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
