Fundição - Processos de Fabricação: Guia Completo

Módulo 1 Prof Luiz F Fontanella Processos Fabricação Prof Luiz F Fontanella Fundição Prof Luiz F Fontanella Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 4 FUNDIÇÃO Fundição é um processo de fabricação no qual o metal fundido ou seja metal no estado líquido é levado a fluir por gravidade ou por outra força dentro de um molde onde se solidifica na forma da cavidade desse molde O molde tem a forma total ou parcial da peça a ser produzida 4 Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 5 FUNDIÇÃO Vantagens 1 Fabricação de peças com geometrias complexas tanto nos seus formatos externos quanto nos internos 2 Alguns dos processos são capazes de produzir peças com a forma final diretamente net shape não necessitando de etapas adicionais para alcançar a geometria e as dimensões exigidas 3 Produz tanto peças de grandes dimensões 100 t como peças de pequenas dimensões poucas gramas 4 Faz uso de grande quantidade de sucata metálica sendo este um aspecto bastante positivo sob o ponto de vista de otimização do uso de recursos naturais Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 6 FUNDIÇÃO Desvantagens 1 Porosidade 2 Limitada precisão dimensional 3 Acabamento superficial para alguns processos 4 Periculosidade por trabalhar com metal fundido 5 Problemas ambientais quanto ao descarte de certos produtos Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 7 FUNDIÇÃO Na moldagem o molde com a cavidade na forma da peça a ser produzida é fabricado Para moldes de areia são usados modelos feitos geralmente de madeira em torno dos quais a areia é conformada e nos moldes permanentes a cavidade é usinada Para as partes ocas das peças o volume correspondente deve ser preenchido dentro da cavidade do molde utilizandose peças de areia aglomerada denominadas machos que são fabricados na fase de macharia Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 8 FUNDIÇÃO A contração que ocorre com a maioria das ligas quando se solidificam e resfriam determina a dimensão exata da cavidade do molde e o seu material Diversas cavidades que não constituem a peça em si são feitas no molde com objetivo de garantir a sanidade da peça elas correspondem a canais ou volumes que visam por exemplo evitar a turbulência do metal fundido durante o vazamento permitir a saída de gases filtrar ou aprisionar a entrada de escória ou ainda para evitar a formação de vazios na peça devido à contração do metal na solidificação Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 9 FUNDIÇÃO Tendo sido fabricado o molde a próxima etapa a liga metálica fundida a uma temperatura adequada é vazada para dentro do molde Após a solidificação da liga e resfriamento a uma temperatura adequada a parte solidificada denominada de fundido é retirada do molde Finalmente diversas operações são realizadas como retirada dos canais e massalotes limpeza tratamento térmico e superficiais usinagem e operações de controle de qualidade A sucata metálica gerada retorna para o forno e é reaproveitada enquanto a areia é tratada para ser reciclada Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 10 FUNDIÇÃO Fundamentos 1 Fusão A fusão da liga é uma importante etapa do processo de fundição porque está diretamente relacionada a qualidade da peça fundida Nesta etapa a composição química é um dos itens que devem ser rigorosamente controlados pois a microestrutura e consequentemente as propriedades da peça dependem não só do procedimento como também da composição química Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 11 FUNDIÇÃO Fundamentos 2 Vazamento Quando o metal fundido é vazado na cavidade do molde ele deve preencher todas as partes da cavidade antes de se solidificar Se isso não acontecer a peça fundida estará incompleta A propriedade do metal fluir e preencher o molde é conhecida como fluidez A fluidez depende da composição química da liga temperatura de fusão temperatura de superaquecimento e intervalo de solidificação Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 12 FUNDIÇÃO Sistema de alimentação para uma fundição em molde de areia Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 13 FUNDIÇÃO Fundamentos 3 Solidificação A solidificação é a transformação fundamental num processo de fundição determinante na microestrutura e nos possíveis defeitos que a peça fundida irá apresentar Essa transformação líquidosólido depende da composição da liga e das particularidades superaquecimento material do molde etc de cada processo de fundição Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 14 FUNDIÇÃO Diagrama de Equilíbrio AlSi Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 15 FUNDIÇÃO Diagrama de temperatura x tempo Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 16 FUNDIÇÃO Fenômenos que podem ocorrer durante a solidificação do metal líquido no interior do molde ü Cristalização ü Contração Volume ü Concentração de Impurezas ü Desprendimento de Gases Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 17 CRISTALIZAÇÃO Formação de células cristalinas unitárias para posterior desenvolvimento dos cristais dando origem dos grãos definitivos e a estrutura granular típica dos metais Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 18 CONTRAÇÕES Os metais quando passarem do estado líquido ao sólido sofrem três contrações Contração líquida correspondente ao abaixamento da temperatura até o inicio da solidificação Contração de solidificação correspondente a variação de volume que ocorre durante a mudança do estado líquido para o solido Contração sólida correspondente a variação de volume que ocorre já no estado sólido desde a temperatura de fim de solidificação até a temperatura ambiente Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 19 CONTRAÇÕES A contração dá origem a uma heterogeneidade conhecida por vazio ou chupagem ilustrada nas figuras abaixo Representação esquemática do fenômeno de contração Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 20 CONTRAÇÕES Correção inclusão de massalotes Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 21 CONTRAÇÕES Além do vazio ou chupagem na solidificação do material é verificada o aparecimento de trincas a quente e tensões residuais Correção formato da peça ou tratamento térmico alivio de tensões Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 22 IMPUREZAS Algumas ligas metálicas contém impurezas que se comportam de modo diferente conforme o estado da liga líquido ou sólido O caso mais geral e o das ligas ferro carbono que contém como impurezas normais ü Fósforo ü Enxofre ü Manganês ü Silício ü Carbono Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 23 IMPUREZAS Quando essas ligas estão no estado líquido as impurezas estão totalmente dissolvidas no líquido formando um todo homogêneo Ao solidificar entretanto algumas das impurezas são menos solúveis no estado sólido como por exemplo o fósforo P e o enxofre S Assim sendo a medida que a liga solidifica esses elementos vão acompanhando o metal líquido remanescente indo acumularse na última parte sólida formada Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 24 GASES O oxigênio dissolvido no ferro por exemplo tende a combinarse com o carbono dessas ligas formando os gases CO e CO2 que escapam facilmente para a atmosfera enquanto a liga estiver no estado líquido Entretanto na medida que a viscosidade da massa líquida diminui devido a queda de temperatura fica mais difícil a fuga desses gases os quais acabam ficando retidos nas proximidades da superfície das peças ou lingotes na forma de bolhas Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 25 GASES As bolhas devem ser evitadas contudo em aços de alto teor carbono isso pode ser feito adicionandose ao metal líquido substâncias chamadas desoxidantes tais como alguns tipos de ferroligas ferrosilício e ferro manganês ou alumínio De fato o oxigênio reage de preferência com os elementos Si Mn e AI formando óxidos sólidos SiO2 MnO e Al2 O3 impedindo assim que o oxigênio reaja como carbono formando os gases CO e C02 responsáveis pela produção das bolhas Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 26 FUNDIÇÃO A fundição abrange uma série de processos e cada um apresentando suas características próprios Fundição por Gravidade Fundição sobre Pressão Fundição por Centrifugação Fundição de Precisão Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 27 FUNDIÇÃO Geralmente qualquer que seja o processo de fundição adotado devem ser consideradas as seguintes etapas desenho da peça projeto do modelo confecção do modelo modelagem confecção do molde moldagem fusão do metal vazamento no molde limpeza e rebarbação controle de qualidade A etapa que distingue os vários processos de fundição é a moldagem Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 28 SEQUÊNCIA DE OPERAÇÕES 1 0 Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 29 DESENHO DA PEÇA Ao projetar uma peça para ser fundida devese levada em conta os fenômenos que ocorrem na solidificação do metal líquido no interior do molde de modo a evitar que os defeitos originados a partir desses fenômenos apareçam nas peças Fatores a considerar estrutura dendrítica tensões de resfriamento espessura das paredes Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 30 DESENHO DA PEÇA Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 31 DESENHO DA PEÇA Adequação das seções das peças Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 32 DESENHO DA PEÇA Seções mínimas recomendadas em peças fundidas Pro Fab LFFontanella 2015 Rev 02 33 DESENHO DA PEÇA Conicidade recomendada no projeto do modelo e confecção do molde Ângulo de saída recomendado é 3o