Fundição - aula2, Notas de aula de Engenharia Mecânica

Baixe Fundição - aula2 e outras Notas de aula em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity!

FUNDIÇÃ

O

Prof. Hélio Padilha

Introdução

 O ferro ocorre, na natureza, sob diversas formas

de minerais. Entretanto, apenas alguns destes

minerais têm valor comercial como fontes de

ferro. Entre estes, os minerais formados por

óxidos de ferro representam a grande maioria

das fontes de ferro para a indústria.

Breve histórico

 (^) Os objetos em metal mais antigos conhecidos até agora datam de 10.000 anos A.C. Eram pequenos enfeites feitos de cobre nativo e batidos no formato desejados. No período de 5.000 a 3.000 A.C. apareceram os primeiros trabalhos com cobre fundido sendo os moldes feitos de pedra lascada. Na sequencia inicia-se a Era do Bronze.  (^) O processo de fundição de ferro tem lugar na china em 600 A.C., sendo que o processo de fundição em aço é bem mais recente, em 1740, atribuído a Benjamin Huntsman da Inglaterra.

Princípio do processo

 (^) O processo de fundição consiste em vazar (despejar) metal líquido num molde contendo uma cavidade na geometria desejada para a peça final.  (^) Os processos podem ser classificados pelo tipo de molde e modelo e/ou pela força ou pressão usada para preencher o molde com o metal líquido.  (^) O processo de fundição permite obter, de modo econômico, peças de geometria complexa, sua principal vantagem em relação a outros processos.  (^) O processo de fundição aplica-se a vários tipos de metais, tais como aços, ferros fundidos, alumínio, cobre, zinco, magnésio e respectivas ligas.

Ferro GUSA

 (^) O gusa é o produto imediato da redução do minério de ferro pelo coque ou carvão e calcário num alto forno. O gusa normalmente contém até 4,5% de carbono, o que faz com que seja um material quebradiço e sem grande uso direto.  (^) O ferro gusa é a matéria-prima do aço. É formado por uma liga de ferro- carbono, obtida em alto forno e fundida em molde padrão de formato piramidal, de aproximadamente 4,5 kg, e em formato trapezoidal de 6, kg. É dividido em 3 categorias de acordo com sua especificação química: Ferro Gusa de Aciaria: matéria-prima utilizada na produção do aço; Ferro Gusa de Fundição: matéria-prima para peças fundidas; Ferro Gusa Nodular: matéria-prima utilizada na produção de peças especiais. Composição genérica do gusa Carbono 3,5 a 4,5% Silício 0,3 a 2% Enxofre 0,01 a 0,1% Fósforo 0,05 a 2% Manganês 0,5 a 2%

Ferro primário

5mm<Pelotas<18mm 5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm 5mm<Sinter<50mm 6mm< Minério <40mm granulado 6mm< Minério <40mm granulado Em detalhe Em detalhe

Processo de sinterização

 (^) As partículas finas de minério, também chamadas de sínter-feed , são pequenas demais para serem colocadas diretamente no alto forno. Portanto, elas sofrem um processo de aglomeração denominado sinterização.  (^) Durante esse processo, ocorre uma fusão incipiente das partículas de minério, e parte da hematita, que é seu composto principal, é reduzida a outras fases. O material produzido, que é o sínter, é um material fortemente não-homogêneo composto principalmente por hematita, magnetita, ferritos, silicatos e poros. Forno de ignição Alimentador Chaminé Exaustor (^) Caixa de Despoeiramento Tambor de mistura A B C D E F Silos de armazenagem INSUMOS Finos de retorno Finos de minério Coque Calcário Pó de alto forno Fragmentação do bolo de sinter Peneiramento a quente Sinter Peneiramento a Finos de retorno frio Resfriador rotativo

Alto forno

 (^) São estruturas de aproximadamente 100 metros de altura e 13 metros de diâmetro. Com temperaturas elevadas que podem chegar até a 1800°. É construído com chapas de aço e revestido com materiais refratários.No topo do forno o coque, calcário, e o material portador de ferro (sinter, pelotas e minério granulado) são carregados em diferentes camadas.  (^) A carga sólida, alimentada pelo topo, desce por gravidade reagindo com o gás que sobe.  (^) Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos regeneradores) é injetado através das ventaneiras.  Em frente as ventaneiras o O 2 , presente no ar, reage com o coque formando monóxido de carbono (CO) que ascende no forno reduzindo o óxido de ferro presente na carga que desce em contra corrente.

Alto forno

 (^) As condições termodinâmicas existentes no interior do reator promovem a incorporação de algumas impurezas ao gusa líquido e separa outras na fase escória e gás. MINÉRIO^ COQUE Fe 2 O 3 MnO 2 P 2 O 5 K 2 O SiO 2 CaO Al 2 O 3 ESCÓRIA GUSA Fe 3 O 4 FeO FeO Fe (99%) (^) Si (10%) P 2 O 5 SiO 2 CaO Al 2 O 3 P (95%) GÁS K 2 O GÁS C C (12%) GÁS Mn (70%) MnO GÁS Mn 3 O 4 MnO

FERROS FUNDIDOS

Correlação dos teores de C e de Si presente nos aços e ferros

fundidos (a maioria dos aços apresenta baixo %Si e os ferros

fundidos elevado %Si).

Ferro fundido

Ferros fundidos cinzentos  (^) Ferro fundido cinzento  (^) Entre os ferros fundidos, o cinzento é o mais comum, devido às suas características como baixo custo (em geral é fabricado a partir de sucata); elevada usinabilidade, devida à presença de grafite livre em sua microestrutura; Alta fluidez na fundição, permitindo a fundição de peças com paredes finas e complexas; e facilidade de fabricação, já que não exige equipamentos complexos para controle de fusão e solidificação.  (^) Este tipo de material é utilizado em larga escala pela indústria de máquinas e equipamentos, indústria automobilística, ferroviária, naval e outras. A presença de veios de grafite em sua microestrutura proporciona diversas características que tornam do ferro fundido cinzento quase que insubstituível na fabricação de carcaças de motores e bases de equipamentos. A grafite, entrecortando a matriz metálica, absorve vibrações, facilita a usinagem e confere ao ferro fundido uma melhor estabilidade dimensional.  (^) Existem diversas classes de ferro fundido cinzento, com diferentes tipos, tamanhos e quantidades de grafite e diferentes tipos de matriz metálica (variações nos teores de perlita e ferrita). Podem ser submetidos a tratamentos térmicos para endurecimento localizado, porém, em geral, são utilizados nos estados normalizado ou recozido.

Os ferros fundidos absorvem as vibrações por conta da presença da grafita na estrutura

Ferro fundido cinzento

Ferros fundidos brancos  (^) Menos comum que o ferro fundido cinzento, o branco é utilizado em peças em que se necessite elevada resistência a abrasão. Este tipo de ferro fundido não possui grafite livre em sua microestrutura. Neste caso o carbono encontra-se combinado com o ferro, resultando em elevada dureza e elevada resistência a abrasão. Praticamente não pode ser usinado. A peça deve ser fundida diretamente em suas formas finais ou muito próximo delas, a fim de que possa ser usinada por processos de abrasão com pouca remoção de material.  (^) É utilizado na fabricação de equipamentos para a moagem de minérios, pás de escavadeiras e outros componentes similares.