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Processos de FabricaçãoProcessos de FabricaçãoFundição
Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. EngProf. Henrique Cezar Pavanati, Dr. EngE-mail: pavanati@ifsc.edu.br
ProProInIn II – Mecânica Industrial II – Mecânica Industrial
Instituto Federal de Santa CatarinaCampus de FlorianópolisDepartamento Acadêmico de Metal-MecânicaCurso Técnico de Mecânica Industrial – ProIn II
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Prof. Henrique Cezar PavanatiProf. Henrique Cezar Pavanati
FundiçãoFundiçãoCARACTERÍSTICAS
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).
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FundiçãoFundiçãoCARACTERÍSTICAS
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.
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FundiçãoFundiçãoPOTENCIALIDADES
1. Vantagem econômicaCaminho mais curto entre matéria-prima e peça acabada
2. Flexibilidade quanto à dimensões e pesoDe algumas gramas até toneladas
3. Moldagem de formas complexasLiberdade de formas (líquido se molda com facilidade)
4. Economia de pesoPode-se moldar uma peça com a espessura final desejada
5. Produção em sérieFácil automação
6. Economia de usinagemBom acabamento superficial e boas tolerâncias dimensionais
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FundiçãoFundição
Metais/ ligas
Fundição Forma final
Forma semifinal
Processamento
Forma final
Possíveis rotas da fabricação utilizando a Fundição
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FundiçãoFundiçãoHISTÓRICO
Fonte: R.E. Hummel, Understanding Materials Science, 2nd ed. (2004)
60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência
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Prof. Henrique Cezar PavanatiProf. Henrique Cezar Pavanati
FundiçãoFundiçãoHISTÓRICO
Fonte: R.E. Hummel, Understanding Materials Science, 2nd ed. (2004)
60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência
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FundiçãoFundiçãoHISTÓRICO
60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência
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FundiçãoFundiçãoHISTÓRICO
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
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FundiçãoFundição
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS 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
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS 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
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS 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)
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS 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.
Núcleo atomicamenteordenado (cristal)
Líquido atomicamente desordenado (amorfo)
Liq.
Liq. Liquido+
Sólido Sólido
T (ºC)
Tf ΔT
Subresfriamento
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Nucleação
1. Nucleação Homogênea – o núcleo sólido “nasce” totalmente a partir do líquido
2. Nucleação Heterogênea – o núcleo sólido “nasce” em contato com uma superfície sólida
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
rcrítico
Nucleação homogênea
Núcleo Núcleo crítico
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FundiçãoFundição
Varia
ção
da e
nerg
ia li
vre
Var. energia livre do volume
Raio do núcleo, r
Var. energia livre da superfície
Var. energia livre TOTAL
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ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃONucleação homogênea
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.
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FundiçãoFundição
Na nucleação homogênea é necessário um subresfriamento térmico para se estabilizar um ou
mais núcleos e então a partir dele(s) ocorrer a solidificação
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃONucleação homogênea
Material Pb Ag Cu Ni Fe H2O
Temp. de Fusão (oC) 327 962 1085 1453 1536 0
Subresfriamento (oC) 80 250 236 480 420 40
Subresfriamento necessário para nucleação homogênea de alguns materiais
Fonte: DR Askeland, PP Phulé, Ciência e Engenharia dos Materiais (2008)
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Nucleação Heterogênea
Em condições práticas a nucleação é geralmenteheterogênea, 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
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Nucleação Heterogênea
A nucleação depende da afinidade do material a ser solidificado e do substrato
Se ↓ ↔ Nucleação ↑
Líquido Sólido
Substrato
O ângulo é o ângulo de molhamento e está relacionado
com a afinidade entre os materiais
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Nucleação Heterogênea
= 180º Molhamento
nulo
0º< <180º Molhamento
parcial
= 0º Molhamento
Total
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Nucleação Heterogênea
Se o ângulo = 180º
Se o ângulo = 0º
Condição de nucleação Homogênea
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.
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Crescimento da fase sólida – Uniforme
Sólido
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Crescimento da fase sólida – Colunar
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Dendritas
Crescimento da fase sólida – Dendrítico
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Crescimento da fase sólida metal puro
Sólido + líquido Sólido + líquido Sólido + líquido 100% sólido
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Crescimento da fase sólida metal puro
Aluminio super-puro Revela microestrutura de grãos alfa equiaxiais
Fonte: G.F Van der Voort. Microstructre of nonferrous alloys (2002)
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Crescimento da fase sólida metal puro
Liga de alumínio 1100 (>99%Al) Revela microestrutura de solidificação dendrítica
Fonte: G.F Van der Voort. Microstructre of nonferrous alloys (2002)
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃOCrescimento da fase sólida em ligas metálicas
Sólido + líquido Sólido + líquido Sólido + líquido 100% sólido
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Crescimento da fase sólida ligas
Liga de alumínio 3105 (Al – 0.55% Mn – 0.5% Mg) Revela precipitados intermetálicos formados no
estágio final da fusão
Fonte: G.F Van der Voort. Microstructre of nonferrous alloys (2002)
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FundiçãoFundição
Liga de alumínio hipoeutética (Al – 11.8% Si)Dendritas alfa e um eutético alfa-Si.
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃOCrescimento da fase sólida ligas
Fonte: G.F Van der Voort. Microstructre of nonferrous alloys (2002)
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação
Material metálico no estado líquido a uma temperatura acima da
temperatura de solidificação
Atingindo-se a temperatura de solidificação, tem-se osurgimento de núcleos nas paredes do molde Nucleação heterogênea
Núcleos
Devido ao forte subresfriamento formam-se vários núcleos
heterogêneos em contato com a superfície do molde gerando grãos pequenos e equiaxiais
Grãos coquilhados
Após a formação da região coquilhada o material se
solidifica sob a ação de um pequeno subresfriamento
crescendo segundo a direçãoda extração de calor
Nucleação heterogênea
Grãos colunares
Após a formação da região degrãos colunares o material se
solidifica formando grãosgrandes equiaxiais
Grãos equiaxiais
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação
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FundiçãoFundição
Grãos Equiaxiais
Região Coquilhada
Grãos colunares
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃODesenvolvimento da macroestrutura da solidificação
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação
Pode-se obter macroestruturas diversas fazendo-se o controle adequado do processo
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação
Para a grande maioria das aplicações dos metaisbusca-se otimizar as propriedades mecânicase tecnológicas através de uma microestrutura
de grãos refinados.
Na fundição isto pode ser obtido através docontrole das variáveis de processo que propiciem
um máximo subresfriamento (uso de moldes metálicos, resfriadores, etc.).
O máximo de eficácia é atingindo usando-se INOCULANTES
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS 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
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FundiçãoFundiçãoASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃOUtilizando 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)
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FundiçãoFundição
PROCESSOS DE FUNDIÇÃO
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FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃO
Etapas genéricas
1. Fabricação dos modelos2. Fabricação dos moldes3. 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. Inspeção9. Tratamentos Térmicos
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FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃO
Etapas genéricasMetais e aditivos
Forno de Fusão
Areia e aditivos
Fabricação do molde
Montagem do Molde
Metal líquido
Fabricação do machos
Areia e aditivos
Resfriamento
Desmoldagem
Areia reaproveitada
Rebarbação e limpeza
Inspeção
Fabricação do Modelo
Matéria-prima modelo
Vazamento
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FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃOFabricação 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
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FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃO
Fabricação dos modelos (exemplos)
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FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃO
Fabricação dos modelos (exemplos)
Modelo de uma biela
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FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃOFabricação dos Moldes
Usando-se os modelos, pode-se construir os moldes
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FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃOFabricação dos Moldes
Existem vários tipos
de moldes.Por exemplo:
molde em areia...
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FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃO
Os Machos formam a cavidade interna da
peça fundida
Macho
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FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃO
Fabricação dos Machos (macharia)
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FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃO
Obtenção do metal líquido (fusão)
A fusão do metal pode ser obtida de várias maneiras, sendo as principais:
1. Forno Cubilô2. Forno a indução3. Forno a arco voltaico
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FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃO
Obtenção do metal líquido (fusão)
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FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃO
Enchimento do molde (vazamento)
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FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃO
Retirada da peça (desmoldagem) corte e limpeza
Desmoldagem Limpeza (jateamento)
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FundiçãoFundiçãoPROCESSO DE FUNDIÇÃO
Inspeção
Se faz uso geralmente de ensaios não destrutivos
Líquidos Penetrantes
PartículasMagnéticas
Raios X
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FundiçãoFundição
1. Fundição em areia2. Fundição em casca (shell molding)3. Fundição em cera perdida4. Fundição em moldes permanentes5. Fundição em molde cheio6. Fundição centrífuga7. Fundição e forjamento8. Fundição a vácuo9. Fundição melt-spinning10. Fundição contínua
PROCESSO DE FUNDIÇÃOPrincipais tipos
Principal diferença entre eles é em
como os moldes são obtidos
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FundiçãoFundição
FUNDIÇÃO EM AREIA
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FundiçãoFundição
Objetos de cobre moldados em areia datam de 4000 a.C. na Mesopotâmia
FUNDIÇÃO EM AREIA
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM AREIA
Características do molde em areia
1. Resistência mecânicaDeve suportar o peso próprio e o peso do metal líquido
2. PermeabilidadeDeve permitir que os gases liberados pelo líquido escapem
3. Resistência à erosãoDeve resistir à ação do líquido que flui durante o vazamento
4. ColapsibilidadeDeve permitir a contração do metal sem perder integridade
5. Baixa aderência ao metal fundidoDeve se separar facilmente do metal quando solidificado
6. EconômicoBaixo custo pois neste caso teremos uma peça por molde
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM AREIA
Tipos de molde em areia
Moldes com areia verde
Moldes com areia ligada quimicamente
1. Areia de baseSílica, cromita, zirconita...
2. Agente aglomeranteArgila (bentonita)
3. PlastificanteÁgua
4. Outros aditivosPó de grafite, amido, etc..
1. Areia de baseSílica, cromita, zirconita...
2. Agente aglomeranteResinas polim. (furânicas, fenólicas...)
3. Outros aditivosÓxido de ferro...
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FundiçãoFundição
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 AREIAVantagens e desvantagens da areia verde
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO 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
Canal de subida
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM AREIA
Etapas na produção do molde em areia verde
Compactação da areia na caixa
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM AREIA
Etapas na produção do molde em areia verde
Compactação automatizada
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM AREIA
Etapas na produção do molde em areia verde
Caixa é virada
Defeito (excesso de umidade na areia)
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM AREIA
Etapas na produção do molde em areia verde
É colocada a outra metade e os canais e massalotes
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM AREIA
Etapas na produção do molde em areia verde
Os modelos dos canais são removidos
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM AREIA
Etapas na produção do molde em areia verde
Abertura do copo de vazamento Abertura do canal de distribuiçãoe retirada do modelo da peça
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM AREIA
Etapas na produção do molde em areia verde
Fechamento do molde
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM AREIA
Vazamento do metal líquido Desmoldagem
Etapas na produção do molde em areia verde
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM AREIA
Rebarbação e limpeza
Etapas na produção do molde em areia verde
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FundiçãoFundição
FUNDIÇÃO EM CASCA(SHELL MOLDING)
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CASCA
O processo de fundição em casca é também umprocesso de fundição em areia
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
Neste método a areia não necessita ser compactadapara que o conjunto adquira resistência mecânica
Características
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CASCA
CaracterísticasA cura da resina poder ser realizada a quente ou a frio
Cura a frio
1. Processo mais caro
2. Utiliza catalisadores ácidos e corrosivos
3. Por isso menos comum
Cura a quente
1. Chamada de shell molding
2. A base de polímeros geralmente termofixos
3. Resina corresponde de 3 a 10% do molde
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CASCA
Obtenção do molde – Cura a quente
Modelos Metálicos para resistir ao calor
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CASCA
Obtenção do molde – Cura a quente
Moldelo posicionado na placa de aquecimento (200-250ºC)
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CASCA
Obtenção do molde – Cura a quente
A placa é girada contra um reservatório contendo uma misturade areia e resina de modo a envolver todo o modelo
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO 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
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO 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
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CASCA
Obtenção do molde – Cura a quente
A casca é retirada da placa com auxílio de pinos extratores
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CASCA
Obtenção do molde – Cura a quente
A resina da casca é finalmente reticulada “curada” quando a placaé colocada numa estufa com temperatura entre 350-450 ºC
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO 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.
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CASCA
Características – CURA A QUENTE1. Este processo produz somente metade do molde2. Menor espaço para estocagem3. Redução na quantidade de areia necessária4. Fornece bom acabamento superficial5. Boa estabilidade dimensional6. Facilidade de liberação de gases (permeabilidade)7. Processo facilmente automatizado8. Mais adequado para peças complexas9. O vazamento é realizado por gravidade
10. Maior custo comparado ao molde areia verde11. Dimensões limitadas em comparação com fundição em areia verde
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CASCA
Obtenção do molde – Cura a FRIO
1. Modelos (geralmente em madeira) são fixados na caixa2. A mistura de areia, resina e catalisador é feita e
despejada na caixa, fazendo-se a gradativa compactação
3. A cura inicia-se imediatamente após a moldagem4. A cura termina algumas horas após5. O modelo é retirado6. Molde é pintado com tintas especiais para fundição7. Molde é aquecido para secagem da tinta
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CASCA
Características – CURA A FRIO
1. Moldes mais rígidos para serem usados para peças grandes e formas complexas;
2. Bom acabamento superficial3. Vazamento feito por gravidade
4. Molde mais caro comparado com outros em areia5. Catalisadores têm substâncias ácidas e corrosivas6. Cuidado na manipulação
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FundiçãoFundição
FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA(INVESTMENT CASTING)
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FundiçãoFundição
Os primeiros objetos fundidos usando-se cera perdida que se tem notícia foi 3000 a.C.
na Mesopotâmia
FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO 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;
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CERA PERDIDAObtenção do modelo de cera
1. Usinagem da cera2. União de sub-partes de cera formando o modelo3. Moldagem da cera no estado sólido4. Moldagem da cera no estado líquido
• Molde metálico (injeção)• Molde cerâmico (geralmente gesso)• Molde polimérico (geralmente silicone)
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CERA PERDIDAObtenção do modelo de cera
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA
União dos canaisde alimentação
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA
Banho de lama + partículas refratárias (areia)
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FundiçãoFundição
Remoção da cera e cura da casca cerâmica
FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA
Autoclave
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA
Vazamento do metal
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA
Remoção da casca cerâmica
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM CERA PERDIDA
RESUMO
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FundiçãoFundição
1. Produz peças com excelente acabamento superficial2. Facilidade em produzir peças com geometria complexa3. Ideais para peças pequenas4. Reprodução de detalhes, cantos vivos e paredes finas;5. Possibilidade de produzir partes ocas sem o uso de
machos.
6. Dificuldade em produzir peças grandes (>5 kg);
FUNDIÇÃO EM CERA PERDIDAVantagens e desvantagens
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FundiçãoFundição
FUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
(DIE CASTING)
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Características
1. Como o próprio nome sugere, o molde (metálico) pode ser utilizado repetidas vezes;
2. Um único molde é capaz de produzir muitas peças (da ordem de 100.000 peças);
3. Neste processo o metal líquido pode ser vazado por gravidade ou sob pressão;
4. Produz peças com boa precisão dimensional e bom acabamento superficial;
5. É necessário que a peça tenha geometria adequada para possibilitar a extração do molde.
6. É utilizado geralmente na fundição de metais de baixo e médio ponto de fusão.
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Matéria-prima adequada ao processo
1. Alumínio e suas ligas
2. Zinco e suas ligas
3. Magnésio e suas ligas
4. Chumbo e suas ligas
5. Bronze (eventualmente)
6. Latão (eventualmente)
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Vazamento por gravidade
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Vazamento por gravidade
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Vazamento por gravidade
Molde com fechamento manual
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Vazamento por gravidade
Molde com
fechamento
automático
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Vazamento por gravidade
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO - Características
1. Consiste em força o metal líquido a preencher as cavidades do molde sob pressão;
2. O molde é geralmente fabricado em aço alta liga resistente ao calor;
3. O molde é fechado hermeticamente e o metal injetado e a pressão é mantida até a completa solidificação do metal;
4. Os moldes são geralmente refrigerados à água com o intuito de aumentar a vida dos mesmos.
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Sob pressão - MOLDES
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Sob pressão - Tipos
1. Câmara Quente
2. Câmara Fria
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Sob pressão – Câmara quente
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Sob pressão – Câmara quente - Características
1. Reduz tempo de obtenção da peça ao mínimo;2. O metal líquido necessita percorrer uma pequena
distância para preencher o molde em cada ciclo;3. É um processo de operação rápida variando de 1s (para
peças de poucos gramas) a 30s (para alguns kg);4. Usado geralmente para metais de baixo ponto de fusão
como chumbo e ligas de zinco.
5. Ligas de ponto de fusão mais alto (incluindo alumínio e suas ligas) são evitadas pois causam rápida degradação do sistema de injeção
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Sob pressão – Câmara fria
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Sob pressão – Câmara fria - Características
1. Usado tipicamente para fundir materiais com ponto de fusão mais elevado (ligas de alumínio, magnésio e cobre);
2. O princípio de funcionamento é similar ao da câmara quente, porém o metal líquido é disposto numa unidade independente;
1. Tempo de operação mais longo que a de câmara quente
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Peças produzidas por fundição sob pressão
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Peças produzidas por fundição sob pressão
Peças automotivas
em alumínio
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
Peças produzidas por fundição sob pressão
Carcaça dabomba de
óleo de ummotor a gasolina
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDES PERMANENTES
SOB PRESSÃO - Vantagens e desvantagens
1. Obtenção de peças com geometria complexa2. Maior velocidade no processo3. Melhor acabamento superficial4. Pode-se fundir peças com esp. de parede de até 1 mm5. Ligas de alumínio apresentam melhor resist. mecânica
que aquelas fundidas em areia;
1. Alto custo do ferramental2. Porosidade residual3. Limitação no emprego do processo4. Limitação na dimensão das peças (geralmente até 5 kg)
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FundiçãoFundição
FUNDIÇÃO EM MOLDE CHEIO(Poliestireno expandido)
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDE CHEIO
Características
1. Utiliza como modelo um corpo de poliestireno expandido (isopor®) que funciona como “molde cheio”;
2. Este modelo é revestido com material refratário
3. O mesmo é posicionado numa caixa com areia
4. O metal líquido é vazado sobre o corpo de isopor degradando-o formando assim a cavidade do molde durante o vazamento.
5. A cavidade do molde mantém-se integra pois não há efetivamente cavidade até o momento do vazamento.
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDE CHEIO
Sequência do processo
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO EM MOLDE CHEIO
Seqüência do processo
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FundiçãoFundição
FUNDIÇÃO CENTRÍFUGA
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO CENTRÍFUGA
Características
1. Metal líquido é vazado num molde dotado de movimento de rotação.
2. A força centrífuga pressiona o metal ao encontro às paredes do molde em rotação até a sua solidificação.
3. Produz peças com geometria de revolução
4. Pode-se ainda usar a força centrífuga como meio de distribuir o metal líquido para o molde.
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO CENTRÍFUGA
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO CENTRÍFUGA
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO CENTRÍFUGA
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO CENTRÍFUGA
Distribuição por força centrífuga
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO CENTRÍFUGA
Distribuição por força centrífuga – Moldes Poliméricos
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FundiçãoFundição
FUNDIÇÃO E FORJAMENTO(squeeze casting)
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO E FORJAMENTO
Características
1. 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
2. As elevadas pressões induzem à forte taxa de nucleação produzindo grãos refinados e equiaxiais
3. Propriedades mecânicas semelhantes à uma peça forjada
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO E FORJAMENTO
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FundiçãoFundição
FUNDIÇÃO A VÁCUO
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO A VÁCUO
Características
1. 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
2. Esta diferença de pressão é dada retirando-se o ar da cavidade do molde (vácuo);
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO A VÁCUO
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FundiçãoFundição
FUNDIÇÃO MELT-SPINNING
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO MELT-SPINNING
Características
1. 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.
2. Isso gera um aumento do limite de solubilidade e redução da micro-segregação.
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO MELT-SPINNING
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FundiçãoFundição
FUNDIÇÃO CONTÍNUA
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO CONTÍNUA
Características
1. Processo utilizado principalmente para fundição de lingotes;
2. Metal líquido é vazado continuamente e o material solidificado avança conforme ocorre a solidificação;
3. A velocidade de avanço deve coincidir com a velocidade de solidificação na direção longitudinal do lingote;
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO CONTÍNUA
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO CONTÍNUA
Produção de lingotes(lingotamento contínuo)
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FundiçãoFundiçãoFUNDIÇÃO CONTÍNUA
Vantagens
1. Maior produtividade
2. Uniformidade do produto
3. Menor consumo energético
4. Redução de mão-de-obra
5. Melhor qualidade do produto
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FundiçãoFundição
DESCONTINUIDADESNA FUNDIÇÃO
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
1. Bolhas, vazios ou porosidades2. Junta fria3. Trincas de contração4. Rebarbas 5. Inclusão de areia6. Rechupes7. Segregação8. Alimentação insuficiente9. Granulação grosseira 10. Outras...
Principais descontinuidades na fundição
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FundiçãoFundição
BOLHASVAZIOS
POROSIDADE
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Bolhas, vazios ou porosidades
São bolsas de gás de paredes geralmente lisas, causados por gases oclusos pelo
metal.
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Bolhas, vazios ou porosidades - CAUSASSe 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 areia2. grau de compactação do molde inadequado3. composição da mistura inadequada (reação química do metal
líquido durante o resfriamento)4. sistema de alimentação mal projetado5. alto teor de gases no metal líquido6. reações metal-areia-aditivos7. má extração de gases do molde8. falta de respiros,9. turbilhonamento no canal de descida
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Bolhas, vazios ou porosidades
Aparentes: defeitos são evidenciados na superfície
da peçaDetectáveis a olho nu ou com auxílio de líquidos
penetrantes
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Bolhas, vazios ou porosidades
Não aparentes: defeitos estão presentes no interior
da peça
Detectáveis geralmente com auxílio de raios X
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES 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
5. elementos químicos para “acalmar” a carga
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FundiçãoFundição
JUNTA FRIA
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES 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.
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃOJunta 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.
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FundiçãoFundição
TRINCAS DECONTRAÇÃO
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES 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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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES 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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FundiçãoFundição
REBARBAS
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Rebarbas
São saliências do metal em torno da linha de divisão do
molde
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FundiçãoFundiçãoRebarbas – 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
DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
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FundiçãoFundição
INCLUSÃODE AREIA
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES 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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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES 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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FundiçãoFundição
RECHUPES
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Rechupes
São vazios de diversos tipos, formas e localizaçõesnas peças fundidas (internos, externos,
macrorechupes, microrechupes, lamelares, centrais...)
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES 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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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES 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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FundiçãoFundição
SEGREGAÇÃO
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES 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.
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Segregação
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃOSegregação – 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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FundiçãoFundição
ALIMENTAÇÃOINSUFICIENTE
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Alimentação insuficiente
Vazios localizados nas paredes das peças
fundidas
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES 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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FundiçãoFundição
GRANULAÇÃOGROSSEIRA
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Granulação grosseira
O metal bruto de fusão apresenta uma estrutura
cristalográfica muito grosseira, dendrítrica, localmente agravada
por segregação
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES 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.
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FundiçãoFundição
QUEBRA DE PARTEDOS MOLDES
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Quebra de partes do molde
Fragmentação do moldedurante o manuseio oudurante o vazamento dometal líquido, afetando
a geometria final da peça
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES 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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FundiçãoFundição
SUPERFÍCIEÁSPERA
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FundiçãoFundição
Rugosidade elevada da superfície da peça
DESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃOSuperfície áspera
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES 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
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FundiçãoFundição
MICROPOROSIDADEDE HIDROGÊNIO
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES NA FUNDIÇÃO
Microporosidade de hidrogênio
Microporosidade causada pela dissolução de hidrogênio oriundo
principalmente da areia e formação de gás H2
durante a solidificação
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FundiçãoFundiçãoDESCONTINUIDADES 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.
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