Fundio contnua

Fundio contnuaProf.: Guido WarmlingEMR 391Fagner Casagrande de AbreuGiovane KniessFundio contnuaConsiste em fundir e conformar o produto final numa nica operao.Consiste no vazamento do metal lquido num forno alimentador, onde na parte inferior montada uma coquilha refrigerada gua, que confere a forma e a dimenso desejada do perfil a ser produzido.Elimina tempos intermedirios de esfriamento em moldes, garantindo maior controle das propriedades de cada produto.

Fundio contnuaEsse processo a forma mais eficiente de produzir grande quantidades de metais em formas simples para processamento posterior.Maior custo de capital, porm com menor custo operacional em comparao aos outros processos de fundio.A primeira ideia sobre fundio contnua apareceu em 1857 com a patente (Figura) do Henry Bessemer. O mtodo permaneceu sem grande ateno e a implementao dessa tecnologia seria impossvel pelos prximos 100 anos.

Em 1970 comeou a produo industrial em larga escala.

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Processo

Vertical

Horizontal

Curvado

Existem diversos tipos de processos de fundio contnua. Os mais importantes so: Vertical, Horizontal e Curvado.Vertical: Alumnio fundido e alguns outros metais para aplicaes especiais.Horizontal: Metais no-ferrosos, aos e ferros fundidos.Curvado: Metais dcteis. A grande maioria para ao.

Processo FUCO Desenvolvido na Europa aps a 2 Guerra Mundial, o processo FUCO foi introduzido na Amrica Latina em 1975 pela Tupy Fundies Ltda., visando obter um mtodo mais econmico para produo de componentes com qualidade similar ou superior aos obtidos a partir de barras de ao ou por fundio em areia.

Ferros fundidos e aos.

Processo - FUCO

Processo

Processo - CoquilhaO molde de grafita possui alta condutividade trmica contribuindo para a alta extrao de calor.Como consequncia da alta extrao de calor, uma casca formada no material em contato com o molde (estgio 1). medida que a barra fundida tracionada para fora da coquilha, seu resfriamento feito ao ar suportado por roletes de apoio (estgio 2).

Processo - Coquilha

GeometriasA geometria dos perfis delineada pela coquilha, que permite os mais diferentes formatos geomtricos.Sees redondas, quadradas, retangulares, ovais , etc.

VantagensAusncia de porosidades

Causas da formao de porosidade na fundio em geral:

Gases proveniente de materiais de moldagem, macharia e tintas;Aprisionamento mecnico de gases que esto contidos nas cavidade do molde, que so gerados pelos moldes e machos, devido a turbulncia durante o vazamento ou por inadequados sistemas de canais;Gases dissolvidos no metal lquido.

Na fundio contnua, o molde de grafita no libera gases a altas temperaturas. A presena de gases limita-se apenas aos contidos no metal lquido, reduzindo acentualmente a tendncia formao de porosidades em relao a outros processos de fundio.VantagensAusncia de rechupes

Os rechupes so cavidades ocasionadas pela contrao do metal lquido durante a solidificao. Fatores que agravam o surgimento de rechupes:

Complexidade geomtrica da pea; Expanso do molde em areia verde.

Na fundio contnua, os moldes de grafite so rgidos e no se deformam com os esforos que ocorrem durante a solidificao dos ferros fundidos, garantido perfeita alimentao da pea.As barras produzidas por esse processo possuem geometrias definidas, garantindo maior controle da solidificao para cada tipo de barra.VantagensEstrutura mais refinada

A utilizao de moldes de grafita refrigerados proporciona s barras uma elevada sanidade, associada a uma estrutura uniforme e refinada.A estrutura mais refinada em relao s peas de mesma espessura produzidas em moldes de areia, confere ao material melhores propriedades mecnicas.O resfriamento rpido tambm permite uma maior estanqueidade das peas, caracterstica fundamental para a fabricao de componentes hidrulicos.

13VantagensMenor sobre metal para usinagem

Produo de barras com formatos prximos a dimenso final da pea, devido a grande flexibilidade quanto a geometria dos perfis.Outros fatores: inexistncia de ngulos de sada, iseno de incluses ou defeitos superficiais e bom acabamento superficial bruto de fuso.

Melhor usinabilidade

Devido uniformidade da microestrutura, ausncia de incluses de areia e ausncia de camada descabornetada.

14VantagensEliminao dos custos de ferramentais (modelos)

Por se dispor de tamanhos e formas variadas, ser sempre possvel selecionar um tipo de processo que mais se aproxime da forma final do componente a ser usinado.Isto elimina os gastos elevados com ferramentais de fundio e os longos prazos para obt-los, reduzindo significativamente o custo final do produto, principalmente quando se trata de itens com baixa demanda.

Tratamentos superficiais

Diversos tipos de tratamentos superficiais, visando, em cada caso, benefcios especficos como elevao da resistncia fadiga, ao desgaste ou a corroso.Cromagem (Figura), nitretao e tmpera superficial.

15Vantagens

16AplicaesQualquer tipo de componente em ferro fundido cinzento, nodular e ao, poderia ser fabricado a partir da fundio contnua.

FUCO17Aplicaes Ferros fundidos CinzentosClasses FC 200, FC 300 e GMIAs propriedades mecnicas dos ferros fundidos cinzentos esto condicionadas estrutura final obtida, ou seja, dependem da matriz metlica e tambm da forma e quantidade de grafita.

FC 200Ncleo: matriz predominantemente perltica, podendo ter entre 5 e 20 % de ferrita. Grafita A.Periferia: matriz ferrtica com no mximo 5 % de carbonetos. Grafita D.NcleoPeriferia

FC 300NcleoPeriferiaNcleo: matriz predominantemente perltica, podendo ter at 10 % de ferrita. Grafita A.Periferia: matriz ferrtica com no mximo 5 % de carbonetos. Grafita D.18Aplicaes Ferros fundidos CinzentosFC 200 Perltico (ferrtico)Recomendado para aplicaes que requeiram moderadas propriedades mecnicas.Buchas, polias, manpulos, contra-pesos, etc.

19Aplicaes Ferros fundidos Cinzentos

FC 300 PerlticoElevadas propriedades mecnicas, bom acabamento superficial e boa estanqueidade.mbolos, vlvulas hidrulicas, cabeotes, anis para pisto, etc.

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Aplicaes Ferros fundidos NodularesClasses FE 40015, FE 45012, FE 55006, FE 70002 e ADI.FE 400015Ncleo: matriz fertica.Periferia: matriz ferrtica com ndulos menores.NcleoPeriferiaNcleoPeriferiaMatriz ferrtica com at 25 % de perlita e no mximo 5 % de carbonetos dispersos.FE 4501221Aplicaes Ferros fundidos NodularesFE 40015Propriedades similares ao aos baixo carbono. Componentes de mquinas sujeitos a choques, engrenagens, porcas, eixos, componentes hidrulicos que operam em alta presso, etc.

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Aplicaes Ferros fundidos NodularesClasses: FE 55006 e FE 70002NcleoPeriferiaMatriz perltica/ferrtica com 50 % de perlita e 5% de carbonetos dispersos.FE 55006

FE 70002Matriz perltica com at 25 % de ferrita e 5% de carbonetos dispersos.NcleoPeriferia23Aplicaes Ferros fundidos NodularesClasse: ADIMatriz perltica/ferrtica, com 5 % de carbonetos dispersos.

Mariz baintica.Bruta de fund.Aps austmpera

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Fundio contnua do ao Lingotamento a forma mais usual de se processar o ao lquido industrialmente.

25Fundio contnua do ao Lingotamento

26Lingotamento contnuo x Convencional As principais vantagens do processo de lingotamento contnuo em comparao ao lingotamento convencional so:

Maior rendimento em peso na combinao do lingotamento com a laminao. Enquanto que o lingotamento convencional obtm-se um rendimento de 80 a 88%, no contnuo o mesmo de 96 a 98%;Aumento da qualidade superficial e interna da pea;Menor tempo e custo;Maior aproveitamento da energia do ao lquido;

Enquanto que a principal desvantagem :

Maior custo de instalao.27Lingotamento do Ao - Produo

28Lingotamento do Ao Formas e produtosO molde a regio em que o ao lquido solidificado na forma requerida.

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Lingotamento do Ao Distribuidor

O controle da velocidade realizada por meio de um tampo.30Lingotamento do Ao - MoldesPlacas de cobre resfriadas gua.Nesta etapa ocorre o resfriamento primrio, com o objetivo de formar uma camada de ao solidificada (pele) de espessura tal que a torne resistente para suportar a presso ferrosttica do lquido e as solicitaes mecnicas externas (trao).

necessrio um fluxo constante e predeterminado de metal lquido para evitar a formao de defeitos.A parte mais crtica do processo a solidificao inicial no menisco, regio onde a superfcie do produto final criada e defeitos como trincas longitudinais ou depresso, podem ser formados caso haja variao no nvel de ao no molde.

31Lingotamento do Ao - FluxantesApresentam as seguintes funes principais:Proteo trmica;Proteo qumica da superfcie do ao lquido, prevenindo sua reoxidao;Controle da espessura da camada lquida;Absoro de incluses;Lubrificao;Controle do resfriamento no molde.

Mistura de matrias-primas, naturais ou sinttica, com adio de carbono.Adicionado continuamente sobre a superfcie do ao lquido na parte superior do molde. Ao se fundir, flui entre a camada de ao e a parede do molde, agindo como lubrificante enquanto permanece lquido.

32Lingotamento do Ao - FluxantesFormato: P, granulado extrudado e granulado esfrico.

Controle da viscosidade de modo a reduzir a frico existente entre a parede do molde e a pele de ao em solidificao, necessrio maximizar a lubrificao da fase lquida e minimizar a lubrificao da fase slida.

33Lingotamento do Ao Resfriamento primrio (molde)O resfriamento nesta etapa possui grande importncia no lingotamento contnuo dos aos.A integridade e a microestrutura do ao lingotado esto profundamente relacionadas variao de temperatura do ao durante a solidificao e a maioria dos defeitos se originam devido a no uniformidade da transferncia de calor no molde.A transferncia de calor no molde de lingotamento contnuo governada por fenmenos complexos, conforme mostrado nas Figuras.

34Resfriamento primrio VelocidadeO fluxo de calor no molde aumenta medida que a velocidade de lingotamento aumenta.Apesar do fluxo de calor aumentar com o aumento da velocidade de lingotamento, o calor total extrado do ao no molde reduzido com o aumento da velocidade de lingotamento, devido ao menor tempo de residicia do ao no molde.Nota-se que o fluxo de calor aumenta com o aumento do teor de carbono.

35Resfriamento primrio gua no moldeA velocidade da gua de refrigerao do molde de ligotamento contnuo no tem influncia considervel na transferncia de calor do ao para o molde.

36Lingotamento do Ao Resfriamento secundrioResfriamento atravs do contato direto com a gua que aspergida continuamente sobre a superfcie do metal por bicos sprays.Controle da taxa de solidificao.Promover a solidificao total do ao para resistir as tenses mecnicas provocadas durante o endireitamento.

Deve-se manter uma temperatura mnima para a solidificao do poo lquido, porm com um limite que impea a transformao estrutural da austenita.

Trocas de calor37Resfriamento secundrio Vazo da guaO principal parmetro de influncia na transferncia de calor do ao nessa regio a vazo especfica da gua (vazo total/rea superficial resfriada).

38Resfriamento secundrio Bicos de sprayDois tipos bsicos de bicos spray so utilizados na zona de esfriamento secundrio.Monofsicos (apenas gua) e bifsicos (gua e ar comprimido).Bifsico pode ser utilizado com quantidades menores de gua, pois produz uma vazo especfica de gua superior ao monofsico.

39Resfriamento secundrio Outros parmetros

Parmetros que influenciam a solidificao do metal lquido:Velocidade de lingotamento;Comprimento da regio de chuveiros; Quantidade de zonas; Nmero de chuveiros por zona.

40Lingotamento Microestrutura

A microestrutura vai ser definida pelo seguintes fatores:Temperatura (troca de calor velocidade de solidificao);Velocidade do fluxo de metal e;Macro segregao de elementos (ltimas regies a solidificar contm mais impurezas).

41Lingotamento Microestrutura

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Lingotamento Microestrutura

Pea de cobre43Lingotamento Microestrutura

Baixa velocidade de lingotamentoAlta velocidade de lingotamentoPea de cobre

Baixa velocidade de lingotamentoAlta velocidade de lingotamento44Defeitos Trincas devido s trocas trmicasDurante o lingotamento contnuo, a camada slida de ao sujeita a diversas tenses mecnicas e trmicas.Essas tenses geram problemas de qualidade tais como trincas, abaulamento da superfcie e rompimento de veio.

1 Formao de trincas internas ligadas formao de filmes lquidos na regio interdendrtica.2 Formao de trincas em estrela e longitudinais do meio da face devido a precipitao de sulfetos nos contornos de gro.3 Precipitao de nitretos nos contornos de gro.As operaes de encurvamento e endireitamento do veio devem ocorrer fora das regies de baixa ductilidades para que os problemas devidos s tenses mecnicas sejam minimizados.

45Lingotamento do Ao Defeitos de formaDos defeito o mais comum que se apresentam, a Romboidade, que a distoro do tarugo, criando um ngulo diferente de 90.Suas causas so pelo fato de:Diferena de solidificao entre cantos e faces, dentro do molde;Falta de alinhamento entre o molde e o veio;Sprays com vazes e presses inadequados e mal direcionados.

Existe um nvel aceitvel de romboidade, que de no mximo 5%, mas isso varia conforme a aplicao. Para o clculo usado a seguinte expresso: R = ((D d)/d) * 100

46Lingotamento do Ao Defeitos de superfcieExistem vrios defeitos de superfcie como tricas intergranulares, longitudinais, transversais, dobras, perfuraes e incrustao de escria.Dentre estes vamos citar dois, que so as trincas intergranulares e a perfurao.Trincas intergranulares: Sua apario pode se dar, por fatores qumicos, como a presena de Cobre ou Nquel; fluxante imprprio aplicado no molde; tenso de trao acima do necessrio e conicidade do molde.Perfuraes: Ocorre quando a casca do tarugo se rompe, permitindo assim que o ao lquido vaze. Esse defeito pode aparecer, devido a m lubrificao do molde; alta velocidade de lingotamento; refrigerao insuficiente; m condio do molde.

47Lingotamento do Ao Defeitos internosOs defeitos internos podem ser classificados como tricas, macro e microincluses, rechupe e defeitos de bolhas.Dentro dos defeitos de bolhas, podemos dividi-los em pin-holes e blow-holes. So geralmente originrios de gases desprendidos do ao, sendo um defeito comum em aos semi-acalmados. Os pin-holes podem gerar defeitos de superfcie, quando o produto for laminado, por exemplo.

48Lingotamento do Ao Defeitos internosOs blow-hole na sua maioria se encontram prximos da superfcie, e apresentam a formao de carepa e descarbonetao da matriz ao redor do defeito.

Suas causas so, por exemplo, altos teores de gases de Nitrognio e Hidrognio; excesso de leo de lubrificao do molde e umidade no fluxante.Para evitar deve-se aquecer o p ou leo de lubrificao e isolar o jato entre a panela e o molde.

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