Fundição - aula1, Notas de aula de Engenharia Mecânica

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FUNDIÇÃO

Prof. Hélio Padilha

Generalidades

 O objetivo fundamental da fundição é o de dar forma

adequada ao metal, vazando-o em estado líquido dentro

da cavidade de um molde com a forma desejada. As

paredes do molde permitem retirar o calor do metal

líquido, por transferência térmica, provocando sua

solidificação e fixando a forma final das peças vazadas.

Nucleação

O termo nucleação traduz o modo pelo qual a fase sólida surge de forma estável no interior da fase líquida, sob a forma de pequenos núcleos cristalinos. Nucleação homogênea Nucleação heterogênea

Crescimento de cristais

O termo crescimento traduz o modo pelo qual os núcleos crescem sob a forma de cristais ou grãos cristalinos.

Fenômenos que ocorrem durante a solidificação - cristalização  (^) A solidificação tem início nas paredes com as quais o metal líquido entra imediatamente em contato.  (^) Os cristais formados e em crescimento sofrem a interferência das paredes do molde e dos cristais vizinhos, de modo que eles tendem a crescer mais rapidamente na direção perpendicular às paredes do molde.

Cristalização

Refino de grão

Inoculantes

Metais e ligas Inoculantes Eficiência relativa Ligas de Magnésio Carbono Alta Cloreto de Ferro Alta Zircônio Moderada Alumínio e ligas Boro Alta Titânio Alta Nióbio Moderada Titânio e ligas Terras raras Moderada Níquel Moderada Cobalto Baixa Ferro Fundido Alumínio Alta Boro Alta Ferro-silício Alta Terras raras Moderada Aço comum Nióbio Moderada Titânio Moderada

Fenômenos que ocorrem

durante a solidificação –

contração de volume

 (^) A contração sólida varia de acordo com a liga considerada. No caso dos aços fundidos, por exemplo, a contração linear, devida à variação de volume no estado sólido, varia de 2,18 a 2,47%, o valor menor correspondendo ao aço de mais alto carbono (0,9%).  (^) No caso dos ferros fundidos - uma das mais importantes ligas para fundição de peças - a contração sólida linear varia de 1 a 1,5%, o valor de 1% correspondendo ao ferro fundido cinzento comum e o valor 1,5% (mais precisamente de 1,3 a 1,5%) ao ferro nodular.  (^) Para os outros metais e ligas - a contração linear é muito variada, podendo atingir valores de 8 a 9% para níquel e ligas cobre-níquel.  (^) A diferença entre os volumes no estado líquido e no estado sólido final dá como consequência o vazio ou rechupe

Fenômenos que ocorrem

durante a solidificação

 (^) Os vazios citados podem eventualmente ficar localizados na parte interna das peças, próximos da superfície; porém, invisíveis externamente. Além dessa consequência - vazio ou rechupe - a contração verificada na solidificação pode ocasionar :  (^) aparecimento de trincas a quente;  (^) aparecimento de tensões residuais.

Fenômenos que ocorrem

durante a solidificação -

segregação

 (^) Algumas ligas metálicas contêm impurezas normais, que se comportam de modo diferente, conforme a liga esteja no estado líquido ou sólido. O caso mais geral é o das ligas Fe-C que contêm, como impurezas normais, o P, o S, o Mn, o Si e o próprio C.  (^) 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: P e S, por exemplo, nas ligas mencionadas. Assim sendo, à medida que a liga solidifica, esses elementos vão acompanhando o metal líquido remanescente, indo acumular-se, pois, na última parte sólida fornada.  (^) Nessas regiões, a concentração de impurezas constitui o que se chama segregação.

Fenômenos que ocorrem

durante a solidificação – gases

 (^) Esse fenômeno ocorre, como no caso anterior, principalmente nas ligas Fe-C. O oxigênio dissolvido no ferro, por exemplo, tende a combinar-se com o carbono dessas ligas, formando os gases CO e CO 2 que escapam facilmente à atmosfera, enquanto a liga estiver no estado liquido. À medida, entretanto, que a viscosidade da massa liquida diminui, devido à 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.

Fornos para fundição - Cubilô

 (^) Os primeiros fornos cubilô foram construídos há mais de um século. Eles surgiram antes da Primeira Guerra Mundial, mas com características básicas, que foram evoluindo até chegar aos fornos modernos, de última geração e totalmente automatizados.  (^) No Brasil, o primeiro forno cubilô moderno foi instalado 1982, na Sofunge, naquela época a maior fundição do país.  (^) O segundo cubilô moderno do Brasil, com capacidade para produzir de 20 a 22 toneladas por hora, foi inaugurado em 2001, na Luk, cuja fundição ficava em Mogi Mirim (SP) e sua fábrica de freios em Sorocaba (SP).  (^) O terceiro começou a funcionar em 2005, na Teksid do Brasil, a empresa fundidora controlada pela Fiat, em Betim (MG).

Fornos para fundição - Cubilô

 (^) Na sua essência o forno cubilô é um forno de fusão, cuja função é derreter a carga metálica utilizando como fonte de calor um combustível sólido, aquela pedra de carvão mais conhecida como coque. Ele é, portanto, um forno de fusão com combustível sólido. No entanto, para atender à demanda dos países árabes produtores de petróleo, há cerca de 20 anos foi inventado um forno cubilô que utiliza gás como combustível.