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Fundição

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Sumário

Introdução 1Oprocesso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Aplicação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Vantagens e Desvatagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Solidificação deMetais e Ligas 3

Formação deDefeitos 7

Etapas 8

Classificação 11

Moldes Colapsáveis 11Areias com ligantes inorgânicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Fundição em areia verde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Fundição em areia seca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Processo silicato de sódio/CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Processo areia cimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Areias com ligantes orgânicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Resinas de cura a frio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Moldagem em casca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Areias sem ligantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Molde cheio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Moldagem a vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Moldes congelados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Outros refratários . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Processo CLA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Cera perdida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Moldes Permanentes (Coquillhas) 21Fundição por gravidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Fundição sob pressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Fundição a vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Fundição por compressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Fundição por centrifugação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

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Centrifugação total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Centrifugação parcial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Somente preenchimento por centrifugação . . . . . . . . . . . 26

Vantagens e Desvantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Vantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Desvantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

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Introdução

Os processos de conformação de um

material a partir de seu estado líquido

são usualmente denominados de pro-

cessosmetalúrgicos de fabricação.

Estes processos podem ainda ser classi-

ficados com relação à sua temperatura

de trabalho. Ametalurgia do pó engloba

todos os processos onde a temperatura

aplicada é inferior a temperatura de fu-

são domaterial. Em contrapartida, os

processos que trabalham em tempera-

turas superiores a temperatura de fusão

são: soldagem, lingotamento e fundição.

O período da Idade dosMetais (período

seguinte à Idade da Pedra), que se ini-

cia por volta de 4000 a.C., foi marcado

pelo início da fabricação de ferramentas

e armas demetal.

Ainda que demaneira rudimentar, o ser

humano começou a dominar a técnica

da fundição.

Inicialmente, utilizou comomatéria

prima o cobre, o estanho e o bronze

(uma liga de estanho), metais cuja fu-

são émais fácil. Somente em 1200 a.C,

aproximadamente, começa-se a traba-

lhar com ferro.

Apósmilhares de anos, os princípios

do processo de fundição continuam os

mesmos, mas aprimoramentos técni-

cos proporcionaram um controle maior

sobre o processo, assim como sua auto-

mação.

Dessa forma, tal desenvolvimento, junto

à softwares que permitem a simulação de

fenômenos de solidificação, possibilita-

ram a fabricação de produtos cada vez

mais sofisticados.

Oprocesso

A fundição é definida como conforma-

ção demetais e ligas a partir domaterial

líquido, vazado emmoldes apropriados

onde, ao solidificar-se, toma-lhe a forma,

resultando em produtos acabados (pe-

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ças, componentes) ou semi-acabados

ematéria prima para processamento

mecânico (tarugos, lingotes, chapas). É

de grande importância para a indústria,

pois praticamente todo produtometá-

lico passa por um processo de fundição

em ummomento de sua produção.

OMolde pode corresponder à forma fi-

nal da peça desejada ou pode conferir

à peça determinada forma, que ainda

sofrerá posteriores tratamentos de con-

formação no estado sólido até chegar

às dimensões desejadas. A cavidade no

molde é conhecido como “negativo” da

peça.

Basicamente, no processo de fundição,

o metal líquido é vazado em ummolde e

ocupa a sua geometria. Após ser resfri-

ado, o material se solidifica e é então re-

tirado de dentro domolde. Desse forma,

este processo possibilita a confecção de

peças com grande variedade e complexi-

dade de formas.

Aplicação

Essa técnica é amplamente utilizada

para a fabricação de:

• Partes demotores;

• Turbinas hidráulicas e a gás;

• Equipamentos e ferramentas para

a indústria mecânica;

• Laminadores;

• Hélices e âncoras de navios;

• Válvulas de alta e baixa pressão;

• Sapatas de freios;

• Rodas de automóveis;

• Artefatos para uso doméstico.

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Vantagens e Desvatagens

Em processos de fundição, não há limite

de peso e de dimensão para as peças

confeccionadas, permitindo, ainda, que

sejam fabricadas formas de grande com-

plexidade. Além disso, apresenta baixo

custo de produção e grande versatili-

dade, assim como também a possibili-

dade de se trabalhar com uma ampla

gama demetais e ligas. A partir dele,

pode-se obter peças com elevada pre-

cisão dimensional e qualidade de aca-

bamento, garantindo também que ela

esteja, aomenos, próxima de sua dimen-

são final, reduzindo a necessidade de um

processo de usinagem posterior e a con-

sequente perda dematerial.

Entretanto, algunsmateriais podem

apresentar reações com osmoldes ou

dificuldades em se alcançar o estado

de fusão. Há também a necessidade do

processo ser realizado em atmosferas

inertes. A peça final pode apresentar

defeitos devido à formação de inclusões,

trincas ou cavidades de contração e po-

rosidades. Ademais, pode ocorrer a se-

gregação de solutos.

Solidificação deMetais e Ligas

Conforme discutido anteriormente, o

processo de fundição envolve a fusão do

metal ou liga, seu posterior vazamento

em ummolde, a solidificação da peça e,

na sequência, sua remoção domolde.

O escoamento dometal líquido na ca-

vidade domolde é influenciado por al-

guns parâmetros, que variam conforme

o processo de fundição utilizado:

1. Temperatura de vazamento: um

material metálico apresenta uma

temperatura de fusão bem de-

finida, ou seja, inicia e finaliza o

processo de solidificação em uma

temperatura bem determinada.

Em contrapartida, as ligas apre-

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sentam uma temperatura no inicio

do processo de solidificação e ou-

tra ao terminar. Dentro da faixa

de temperaturas em que ocorre a

solidificação para uma liga, existe

sempre umamistura de sólido e

líquido. A temperatura de vaza-

mento de uma liga deve sempre

ser tal que garanta que omaterial

esteja com 100%de líquido (supe-

raquecimento). O vazamento, no

caso de ligas, dentro de uma faixa

de temperaturas onde se tem uma

mistura de sólido e líquido preju-

dica o preenchimento completo do

molde.

2. Taxa de resfriamento: possui

grande influência no desenvolvi-

mento da estrutura do fundido.

O critério que descreve a ciné-

tica da interface sólido-líquido é

dado porG/R, ondeG é o gradi-

ente térmico eR a taxa na qual a

interface sólido-líquido semovi-

menta. Normalmente,G se encon-

tra entre 102 e 103 K/m eR entre

10−4 e 10−3 m/s. Estruturas den-

dríticas (estrutura de solidificação

normalmente encontrada em fun-

didos) apresentam valores da ra-

zãoG/R entre 105 e 107. Por sua

vez, frentes planas de solidificação

possuem estes valores entre 1010 e

1012.

3. Fluidez: é a capacidade dometal

líquido preencher as cavidades do

molde. Essa propriedade depende

de características dometal e de

parâmetros utilizados na fundição.

Com relação aometal, a fluidez

depende da viscosidade, tensão

superficial, inclusões e padrão de

solidificação da liga. No que se re-

fere aos parâmetros de fundição, a

fluidez depende do projeto e do

material domolde, além de seu

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acabamento superficial, grau de

superaquecimento, taxa de vaza-

mento e transferência de calor.

4. Existência de turbulência: O esco-

amento demetais e ligas metálicas

em estado líquido superaquecidos

são semelhantes entre si e ao es-

coamento da água. É necessário

que o sistema de canais domolde

seja projetado de forma a reduzir

a turbulência. Essa característica

pode ser quantificada pelo número

de Reynolds (Re), que depende da

velocidade do escoamento, do diâ-

metro hidráulico do canal e da vis-

cosidade cinemática do líquido. Na

maioria dos casos, o fluxo se apro-

xima do turbulento, provocando,

assim, reações dometal líquido,

levando a formação indesejável

de bolhas de gás que podem ficar

presas e produzirem defeitos nas

peças fundidas.

5. Contração de solidificação: a mai-

oria dosmetais comercialmente

utilizados apresenta contração

durante o processo de solidifica-

ção. Sendo assim, esse fato deve

ser considerado na fabricação do

molde. De forma a compensar

essa contração, existe no projeto

domolde a adição de um recipi-

ente para ometal líquido deno-

minadomassalote, que é o último

componente se solidificar e con-

centra a contração de solidifica-

ção. Ele é retirado da peça após

a solidificação e desmoldagem,

sendo posteriormente sucateado.

6. Transferência de calor nomolde:

Fatores como fluidez e taxa de

resfriamento dependem da tem-

peratura e, portanto, também da

transferência de calor domolde.

7. Tempo de solidificação: O tempo

de solidificação da peça nomolde

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é função do volume do fundido e

da sua área superficial.

Podem ocorrer diferentes tipos de

micro emacroestruturas, depen-

dendo de como ocorre o resfria-

mento/solidificação domaterial que foi

fundido. Diferentes tipos de zonas es-

truturais vão surgir, devido ao uso de

moldes em temperaturas inferiores às

domaterial fundido. De acordo com a

distância até as paredes domolde, três

regiões se formam nomaterial.

• Zona Coquilhada: Os grãos do

material possuem pequenas di-

mensões, orientações cristalográ-

ficas aleatórias, crescimento equi-

axial. É a região formada na perife-

ria, junto às paredes domolde.

• Zona Colunar: Apresenta grãos

alongados, cujo crescimento

ocorre namesma direção, mas

sentido oposto, do fluxo de calor.

Se encontra numa região inter-

mediária, entre a periferia (zona

coquilhada) e o centro da seção.

• Zona Equiaxial Central: Os grãos

são equiaxiais, demédia dimen-

são e possuem orientações cris-

talográficas aleatórias. É a região

formada no centro da seção.

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Formação deDefeitos

Em processos de fundição, há vários de-

feitos oumesmo efeitos indesejáveis

possíveis de ocorrer. Dentre eles estão:

1. Crescimento dendrítico: ocorre

a formação de dendritas que se

encontram em planos diagonais,

formando planos demaior fragili-

dade, onde podem aparecer fissu-

ras ou trincas durante processos

posteriores de conformação plás-

tica.

2. Ocorrência de contração de vo-

lume: provoca a formação de re-

chupe (vazio ou chupagem). Essa

região deve ser retirada da peça.

Em peças fundidas, essa é a região

domassalote ou alimentador. A

contração durante a solidificação

pode acarretar no aparecimento

de tensões residuais (que são cau-

sadas por deformações plásti-

cas não homogêneas) e trincas a

quente. A contração de solidifica-

ção também ocorre junto as den-

dritas, causando a ocorrência de

micro-rechupes.

3. Não preenchimento completo do

molde: esse tipo de defeito pode

ser causado por temperaturas de

vazamento baixas.

4. Concentração de impurezas em

algumas regiões: pode ser con-

sequência da segregação durante

o processo de solidificação. Em li-

gas, os elementos commais baixo

ponto de fusão se concentram no

líquido. Sendo assim, a última re-

gião a solidificar é amais rica nes-

ses elementos.

5. Gases: quando formados durante

o processo de fundição, podem

formar bolhas tanto na superfície

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quanto no interior das peças. No

interior das peças, a porosidade

formada pelos gases se diferencia

dosmicrorechupes por apresentar

formasmais aredondadas.

6. Presença de inclusões: a presença

de inclusões de elementos nãome-

tálicos, como SiO2 eMnO, causam

a redução de propriedadesmecâ-

nicas das peças fundidas e podem

comprometer os lingotes em pro-

cessos posteriores de deformação

plástica.

Etapas

Oprocesso de fabricação de peças a

partir da fundição pode ser dividido em

10 etapas, sendo elas apresentadas a

seguir.

1. Modelação:

Esta etapa consiste na confecção

domodelo: uma réplica da peça

que é utilizada para confeccionar

omolde. Estes modelos são for-

mados pela réplica da peça, canais,

respiro, alimentadores e resfria-

dores. Podem ser construídos da

seguinte forma:

• Montagemmanual: mode-

los feitos de isopor, madeira,

entre outros materiais.

• Por fundição: modelos de

cera ou polímeros.

• UsinagemCNC:modelos

demadeira, polímeros ou

mesmomateriais metálicos.

• Usinagem de precisão: mo-

delos metálicos obtidos por

processo de eletroerosão.

• Prototipagem rápida: mode-

los poliméricos.

Os canais são os elementos que

permitem um preenchimento ho-

mogêneo dometal líquido dentro

domolde. Sua construção requer

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cuidados com relação a geometria,

demodo a evitar escoamentos tur-

bulentos e a formação de bolsas

de ar.

O respiro é o elemento que per-

mitirá a saída do ar do interior das

cavidades.

Alimentadores são utilizados para

que haja mais metal fundido em

regiões adequadas, demodo a se

evitar rechupes.

Por fim, resfriadores são respon-

sáveis por direcionar o fluxo do lí-

quido, evitando, assim, a formação

de rechupes.

2. Moldagem eMacharia:

Etapa onde são confeccionados

omolde e osmachos. Omolde

é constituído por todas as cavi-

dades a serem preenchidas pelo

metal líquido. Por sua vez, os ma-

chos correspondem às cavidades

que são necessárias nas peças fun-

didas (principalmente orifícios).

Sua função nomolde é formar uma

seção cheia onde ometal não pe-

netrará, demodo que a peça final

apresente um vazio naquela re-

gião.

3. Fusão:

Nessa etapa ocorre o aqueci-

mento damatéria prima que será

vazada na cavidade domolde até

temperaturas superiores ao seu

ponto de fusão.

4. Vazamento:

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Ovazamento corresponde a um

conjunto demétodos utilizados

para despejar ometal líquido den-

tro domolde.

5. Desmoldagem:

Na etapa de desmoldagem, após

a solidificação domaterial, a peça

fundida é retirada do interior do

molde.

6. Inspeção:

A peça formada é analisada para

detecção de possíveis defeitos.

7. Pós-operações:

Os canais são cortados e a peça

passa por um processo de lim-

peza. Após a retirada domolde

de fundição, a peça possui diver-

sas rebarbas causadas pelo vaza-

mento através dos canais de res-

piro. Dessemodo, é necessária a

"limpeza"da peça através do des-

rebarbeamento, onde são retira-

das as sobras e as rebarbas utili-

zando esmeris ou lixadeiras.

8. Recuperação:

Passam por esta etapa as peças

que apresentarem algum defeito

não comprometedor que é detec-

tado durante a análise.

9. Conformação final:

Se necessário, a peça é submetida

há processos de usinagem ou con-

formação plástica para obter a di-

mensão e acabamento superficial

desejados.

10. Tratamentos térmicos e outros:

Por fim, podem ser aplicados à

peça tratamentos térmicos ou

termoquímicos para adequar as

suas propriedades aos requisitos

de projeto.

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Classificação

Com relação aomaterial adotado na fa-

bricação domolde, os processos de fun-

dição podem ser classificados em:

• Moldes Colapsáveis

• Moldes Permanentes (Coquilhas)

• Moldes Semi-permanentes

A seguir, são apresentadasmais infor-

mações a respeito de cada grupo.

MoldesColapsáveis

Os processos que são classificados

dessa forma são aqueles que utilizam

moldes dematerial refratário e que são

quebrados para a retirada do fundido.

Dessa forma, cadamolde se presta a so-

mente um vazamento. Entretanto, após

a desmoldagem da peça, algunsmateri-

ais podem ser recuperados para a cons-

trução de outromolde.

Esse tipo demolde permite que sejam

fabricadas várias peças em um único va-

zamento, ou seja, o molde pode conter

várias cavidades a serem preenchidas

commetal líquido.

Os processos commoldes colapsáveis

são aqueles que utilizam:

• Areias + ligantes inorgânicos:

areia seca, areia verde, areia ci-

mento e silicato de sódio/CO2.

• Areias + ligantes orgânicos: mol-

dagem em casca (shell molding) e

resinas de curo a frio.

• Areias sem ligantes: molde cheio,

moldagem a vácuo emoldes con-

gelados.

• Outros refratários: Cera perdida e

CLA.

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Areias com ligantesinorgânicos

Fundição em areia verde

Oprocesso de fundição em areia verde

é omais popular (aproximadamente

90% - em volume dometal líquido - da

produção de fundidos). Possui baixo

custo de produção e pode ser utilizado

em pequenas e elevadas produções, de-

vido, principalmente, a sua elevada ver-

satilidade quanto ao peso (de peças com

poucas gramas até dezenas de tonela-

das). Entretanto, como se faz necessário

o uso de ummodelo, a complexidade de

geometrias é limitada. É utilizado para

ligas ferrosas e não ferrosas.

Omaterial demoldagem é constituído

por areia (75%), argila (de 3 a 15%), água

e outros aditivos para fins específicos, e

pode ser reutilizado.

Este processo permite que omolde,

após estar pronto, receba o vazamento

imediatamente e pode ser facilmente

mecanizável.

Omodelo é fabricado em partes para

permitir a sua retirada domolde, en-

quanto osmachos são construídos em

areia com resinas, separadamente, nas

chamadas caixas demacho.

A desmoldagem se dá através da quebra

domolde.

Fundição em areia seca

A fundição em areia seca é semelhante

ao processo em areia verde, mas há ne-

cessidade de secagem antes domolde

receber ometal líquido.

A composição domaterial demoldagem

é de areia e ligantes (óleos vegetais ou

derivados de petróleo), que fornecem

resistência mecânica após secagem. A

confecção domolde é semelhante ao

processo de fundição em areia verde,

exceto pela presença de uma etapa final

de secagem em uma estufa em tempe-

raturas entre 200 e 300C . A secagem

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proporciona o aumento das resistências

mecânica e à erosão dometal líquido

e diminui o teor de água nomolde, re-

duzindo a possibilidade de certos tipos

de defeitos na peça fundida, como a po-

rosidade. Após a secagem, osmoldes

devem receber ometal líquido imediata-

mente para se evitar drenagem de água

das camadas externas para a superfície

interna domolde.

De forma geral, fornece fundidos deme-

lhor qualidade que a fundição em areia

verde, mas apresenta um custo superior

devido à existência de uma etapa amais.

Suamaior aplicação se dá paramoldes

de grandes dimensões, na confecção de

machos e namoldagem feita por partes

demoldes grandes oumuito complexos.

Assim como a fundição em areia verde, a

areia também pode ser reutilizada.

Processo silicato de sódio/CO2

Para este caso, a areia do processo de

fundição é composta por areia,Na2SiO3

eCO2. Para a confecção domolde,

adiciona-se a substânciaNa2SiO3H2O

em estado líquido à areia e, em seguida,

coloca-se essamistura sobre omodelo,

utilizando vibração para acomodação

da areia (compactação leve, manual ou

vibração). Por sua vez, o gásCO2 é pas-

sado pelo interior da areia. Dessa re-

ação surgem as substâncias SiO2H2O

(sílica gel) eNa2OSiO2 (silicato vítreo).

A sílica gel envolve os grãos de areia,

proporcionado coesão e plasticidade.

Já o silicato vítreo fornece forte ligação

e alta resistência mecânica aomolde. A

fração encontrada de sílica gel e de sili-

cato vítreo varia conforme o tempo de

gaseificação, influenciando, portanto, na

resistência mecânica domolde.

Demodo geral, trata-se de um processo

com alta versatilidade, permitindo a fa-

bricação demoldes de pequenas, mé-

dias e grandes dimensões. Pode ser utili-

zada commateriais ferrosos e não ferro-

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sos. Além disso, fornece fundidos de boa

qualidade superficial e alta precisão di-

mensional. Entretanto, apresentamaior

custo em relação ao processo em areia

verde e a areia não é recuperável.

É popularmente usado na fabricação

demachos, moldes que requeiram bom

acabamento e namoldagem de peças

grandes por partes.

Processo areia cimento

Sua utilização comercial teve início nos

anos 50, sendo seu uso popular para

confecção demoldes de grande porte

e para ligas ferrosas. A areia cimento

é composta por umamistura de areia,

cimento (de 8 a 10%) e água (de 4 a 7%.

Não é necessário o uso de caixas demol-

dagem, somentemolduras, pois a alta

resistência mecânica do cimento sus-

tenta omolde. Também não necessita

de elevada compactação.

Omodelo é retirado após cura parcial.

Trata-se de um processo lento devido

ao tempo de secagem do cimento, onde

vários dias podem ser requeridos. For-

necemmoldes com elevada resistência

mecânica, mas com reduzida colapsibili-

dade. A areia não é recuperável.

Areias com ligantes orgânicos

Resinas de cura a frio

Essemétodo tem sido desenvolvido

desde o início dos anos 50 do século XX

e revolucionou a tecnologia demolda-

gem, pois dispensa elevadas temperatu-

ras, já que elimina a presença de gases

provenientes da queima de componen-

tes orgânicos e longos tempos de cura.

É adotado para uma ampla gama de pro-

cessos (produtos) disponíveis, com dife-

rentes denominações comerciais.

Na presença de um catalisador, as resi-

nas adicionadas à areia polimerizam em

temperatura ambiente, levando tempos

da ordem deminutos ou segundos.

Os processos de fundição de resinas de

cura a frio utilizammodelos demadeira

14

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.. Fundição

e fornecemmoldes de elevada resistên-

cia e de alta colapsabilidade, sem neces-

sidade de elevado grau de compactação.

Proporcionammoldesmanuseáveis que

são úteis para amoldagem por partes.

Além disso, atendem à fundidos de gran-

des dimensões e/ou geometrias comple-

xas.

Osmateriais fundidos provenientes

desse processo possuem excelente pre-

cisão dimensional e acabamento super-

ficial.

É uma boa escolha para produção em

grande escala devido à sua rapidez. En-

tretanto, a resina utilizada pode apre-

sentar custo elevado.

Moldagem em casca

Também conhecido como processo Shell,

foi primeiramente utilizado na Alema-

nha durante a década de 40. Atual-

mente, é amplamente utilizado para os

mais variados produtos e ligas.

Amistura demoldagem é composta por

areia e resinas de cura a quente, que,

normalmente, são fenol-formaldeído,

ureia-formaldeído ou alquídicas.

Osmodelos são construídos a partir de

materiais metálicos (ligas de alumínio,

ligas de Fe-C, entre outros) estáveis à

temperatura de cura da resina e pos-

suem bom acabamento superficial. Ele

é aquecido entre 175 e 370C e, em se-

guida, é colocado dentro de uma caixa

com amistura de areia resinada. A caixa

é entãomovimentada, permitindo a

adesão da areia sobre a superfície do

modelo, pois, com o aquecimento, a re-

sina da areia polimeriza e forma uma

casca sobre ele. Essa “casca” (Shell) é

destacada domodelo e as partes são

fechadas paramontagem domolde, es-

tando pronto para o vazamento do lí-

quido.

Duas técnicas são comumente utilizadas

para amoldagem:

15

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.. Fundição

• Tamboreamento: a areia éman-

tida no interior da caixa e omo-

delo é preso sobre ela, que é então

virada demodo a deixar cair areia

sobre omodelo.

• Sopramento: neste caso, a areia

é soprada para a cavidade que se

forma entremodelo e placa de fe-

chamento (que estão aquecidas),

produzindo uma casca de espes-

sura uniforme e controlada. Os

equipamentos dessa técnica pos-

suem elevados custos, tornando

seu uso justificável apenas para

fabricação de grandes quantida-

des de peças (dimensões peque-

nas/médias). É muito utilizado

para confecção demachos.

De forma geral, o shell molding fornece

fundidos com excelente acabamento

e precisão dimensional (devido, em

grande parte, ao uso de areias de granu-

lometria fina que possibilitam alta flui-

dez e tornam desnecessária a sua com-

pactação). Sendo assim, o processo per-

mite alta flexibilidade de formas. Tem

grande aplicação comercial na indús-

tria automobilística, para a fabricação

de componentes em ligas de alumínio

e na produção de peças como engrena-

gens, onde grande precisão e bom aca-

bamento superficial são necessários.

Dependendo da construção domodelo,

mais de uma peça pode ser feita em um

único vazamento. A areia não é recupe-

rável.

Areias sem ligantes

Molde cheio

Também conhecido como fundição em

molde sem cavidade ou processo EPC

(Evaporative Pattern Casting), pois omo-

delo é construído emmaterial vapori-

zável a uma temperaturamenor que a

temperatura de fusão dometal (poliesti-

reno ou polimetil-metacrilato expandi-

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.. Fundição

dos), sendo, portanto, destruído durante

o processo.

Para os casos de fundidos de grandes di-

mensões e baixa produção, a confecção

dosmodelos é feita por meio da usina-

gem de blocos. Deve possuir canais e ali-

mentadores, além de ser recoberto com

uma pintura refratária, que constituirá

a superfície interna domolde, preve-

nindo, assim, a queda de grãos de areia,

e controlando a taxa de saída de gases e

o acabamento da peça.

Por sua vez, a confecção dosmoldes uti-

liza areia seca de alta fluidez (ou seja,

com grãos bem pequenos), sem ligantes,

e é colocada sobre omodelo. Para ajuste

da areia aomodelo, aplica-se somente

vibração, não ocorrendo compactação.

Isso permite a saída dos gases produzi-

dos.

Ometal é vazado diretamente sobre o

modelo, sendo essenciais o controle do

tempo de vazamento (para evitar o co-

lapso domolde) e que a areia tenha per-

meabilidade adequada.

O processo permite fundidos de geome-

trias complexas, com alta precisão di-

mensional. Como omolde não é dividido

em duas partes, tem-se ausência de de-

feitos de linhas de partição demoldes. É

um processo adequado para pequena e

grande produção de ferrosos e não fer-

rosos. A areia do processo é recuperá-

vel.

Moldagem a vácuo

Nesse tipo demolde, o modelo é feito

emmadeira, plástico oumetal, e mon-

tado em caixas demoldar ocas, conecta-

das à bomba de vácuo. Uma película de

plástico reveste omodelo e o vácuo apli-

cado na caixa demoldar promove a sua

aderência. A areia é depositada sobre

o plástico/modelo, aplicando-se vibra-

ção para sua acomodação, e é recoberta

com película de plástico. É feito vácuo

na caixa contendo a areia, produzindo

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.. Fundição

a sua compactação. O ar é injetado no

modelo, desprendendo a película, cons-

tituindo, assim, omolde. As partes do

molde sãomontadas e é feito o vaza-

mento.

Ometal é vazado diretamente nomolde

e a desmoldagem é imediata, bastando

injetar ar nomolde.

Vantagens do processo:

• Menor custo domaterial demol-

dagem;

• Maior vida demoldes;

• Não poluentes;

• Não ocorrem defeitos nos fundi-

dos devido a ingredientes voláteis

na areia demoldagem;

• Produz fundidos de boa preci-

são dimensional, com bom aca-

bamento e peças de pequeno à

grande porte;

• Utiliza areia recuperável.

Moldes congelados

Amistura demoldagem é constituída

por areia e água, podendo ou não conter

argila.

Esse processo é similar às outras mol-

dagens que utilizam areias, exceto pela

aplicação deN2 líquido, que promove

o aumento da coesão da areia devido

ao seu congelamento. Na sequência,

devido a um aquecimento repentino,

ocorre o colapso da areia após a forma-

ção de espessura de sólido suficiente

para conter ometal. Assim, pode-se di-

zer que a desmoldagem é espontânea.

Omolde possui ótimas propriedades

mecânicas, comparáveis, inclusive,

aquelas obtidas por processo silicato

de Sódio/CO2.

Os fundidos apresentam boa qualidade

superficial em ligas de baixo ponto de

fusão. Devido ao rápido resfriamento,

não ocorrem zonas coquilhadas ou colu-

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.. Fundição

nares, formando uma estrutura isotró-

pica.

A areia é 100% recuperável.

Outros refratários

Processo CLA

Oprocesso CLA (Counter Gravity Low

Pressure Air Melt Alloys) é utilizado para

a produção de fundidos de elevada qua-

lidade (que necessitam de grande pre-

cisão) e de pequenas dimensões. Nor-

malmente, são utilizadas ligas sensíveis

à oxidação (ligas Alumínio-Lítio e ligas

de Titânio).

Ummolde tipo casca (que é construída

por outros refratários, como o processo

da cera perdida) é colocada em uma câ-

mara submetida a vácuo. O preenchi-

mento se dá por aspiração dometal fun-

dido. Após certo tempo de solidificação,

é permitido a entrada de ar e o excesso

de líquido volta por gravidade para o ca-

dinho. Sendo assim, é necessário con-

trole da temperatura de vazamento e,

principalmente, do tempo de vácuo.

Uma dasmaiores vantagens desse pro-

cesso está relacionada a eliminação de

operações de corte de canais e de refu-

gos de canais, resultando na redução de

custos operacionais, energéticos e de

material. Além disso, devido às caracte-

rísticas do processo, há uma redução da

turbulência no escoamento durante o

vazamento e na quantidade de gases re-

tidos. Como ometal é aspirado, este não

necessita de elevada fluidez e, portanto,

a temperatura de vazamento pode ser

reduzida.

Cera perdida

Processo conhecido na China e no Egito

hámais de 4.000 anos, a cera perdida

émuito utilizada namanufatura de ob-

jetos decorativos (esculturas), jóias e

ornamentos, além de componentes de

precisão, principalmente na industria

aeronáutica. Antigamente, utilizava-

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.. Fundição

se cera de abelha, que, após o reaque-

cimento, perde suas propriedades de

conformação. Entretanto, atualmente,

usam-se parafinas, que não apresentam

esse problema e podem ser reutilizadas.

Uma das grandes desvantagens é a des-

truição domodelo durante o processo,

o que torna necessário a construção de

ummodelo para cada peça produzida.

Omodelo construído em cera é con-

feccionado por injeção emmoldesme-

tálicos de elevada precisão, dentro de

moldes poliméricos ou atémesmo de

gesso. Como dezenas demodelos são

montados em um único ramo central,

formando uma árvore, podem ser fabri-

cadas várias unidades de uma peça em

uma única vez.

A árvore émergulhada em uma pasta

refratária (Al2O3, SiO2, gesso, silicato de

Zr ou outros refratários de granulome-

tria muito fina, pois é isso que irá deter-

minar o acabamento superficial da peça)

em conjunto com elementos ligantes à

base de etilsilicatos, Na-silicatos ou sí-

lica gel hidratada, que adere à cera, for-

mando uma casca superficial bastante

lisa. Em seguida, o conjunto émergu-

lhado em leito fluidizado e a casca fica

revestida com grãosmais grosseiros

demateriais refratários à base de zir-

conita e alumino-silicatos. Posterior-

mente, passa por uma etapa de secagem

por aquecimento para que ocorra de-

sidratação da sílica gel e a volatilização

da cera-parafina (que, inclusive, pode

ser recuperada), gerando a cavidade do

molde. Então, é levado ao forno para a

cura da casca, que torna-se rígida e com

espessura da ordem de 5 a 15mm.

O preenchimento commetal líquido

é feito utilizando os efeitos da gravi-

dade ou da centrifugação. Na sequência,

ocorre a desmoldagem através da que-

bra das cascas. Os fundidos resultantes

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.. Fundição

possuem excelente acabamento e preci-

são.

Aços diversos e ligas especiais podem

ser utilizadas para os fundidos. O pro-

cesso permite a fabricação de peças

com geometrias complexas, seções re-

duzidas e/ou finas. Entretanto, o fun-

dido apresenta limitações de peso. Além

disso, equipamento emão de obra apre-

sentam custos significativos e o pro-

cesso é laborioso e lento.

MoldesPermanentes(Coquillhas)

A utilização demoldes permanentes,

também conhecidos como coquilhas

oumatrizes (ilustradas na figura acima),

dispensa a construção e o consequente

uso demodelos. Eles são fabricados em

processos de usinagem de precisão.

A desmoldagem se dá, simplesmente,

pela abertura domolde e um novo vaza-

mento nele mesmo pode ser feito imedi-

atamente.

Como o custo de fabricação é elevado,

seu uso só é justificável para grandes vo-

lumes de produção. Entretanto, o molde

apresenta longa vida útil e centenas de

milhares de vazamentos podem ser feito

em uma única unidade.

Os fundidos obtidos a partir desse tipo

demolde possuem elevada qualidade

superficial e melhor microestrutura,

graças ao rápido resfriamento.

Para a construção domolde, devem ser

empregadosmateriais com tempera-

tura de fusãomuito acima da liga fun-

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.. Fundição

dida. Normalmente, são adotados ferro

fundido, aços resistentes ao calor, ligas

Cromo-Níquel (parametais com alta

temperatura de fusão) ou ligas Cobre-

Berílio (para outras ligas de cobre). São

confeccionados em partes desmontá-

veis, que são facilmente encaixáveis. En-

tretanto, em seu projeto de fabricação,

devem ser consideradas a expansão e

contração térmica domaterial. Devem

ser providos de canais, marcações de

macho, respiros para saída de ar e ali-

mentadores, além demecanismos para

fechamento domolde e ejeção do fun-

dido. Suas paredes não devem apresen-

tar espessuras muito distintas, demodo

aminimizar gradientes térmicos na co-

quilha e aumentar sua vida útil.

Os diferentes processos que utilizam

moldes permanentes se diferenciam

pelomodo como é efetuado o preenchi-

mento domolde. Dessemodo, tem-se os

seguintes grupos:

• Fundição por gravidade

• Fundição sob pressão

• Fundição a vácuo

• Fundição por compressão

• Fundição por centrifugação

A seguir, serão expostosmaiores deta-

lhes a respeito de cada tipo.

Fundição por gravidade

Neste tipo, o preenchimento domolde

ocorre devido a ação da gravidade. Pos-

sui um ciclo de produção breve e que

pode ser reduzido com o uso de refrige-

ração a água ou ar.

É adequado paramédios e grandes volu-

mes de produção, princialmente de ligas

não ferrosas. Entretanto, a parede do

molde não deve possuir espessura infe-

rior a 7mm, pois, do contrário, a elevada

extração de calor reduziria a fluidez do

metal rapidamente. Domesmomodo,

não é possível a confecção de fundidos

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.. Fundição

de geometrias complexas, pois com a

extração do calor e perda de fluidez, o

material solidificaria antes de preencher

os detalhes.

Como há alta extração de calor na co-

quilha, a fundição de aços por essa téc-

nica geraria altos gradientes térmicos

devido às elevadas temperaturas de fu-

são. Sendo assim, esses metais não po-

dem ser utilizados nesta técnica.

O vazamento deve ser realizado pela

parte superior ou por canais que pro-

porcionam o acesso do líquido pela

parte inferior. Após a solidificação, a

abertura para ejeção do produto deve

ser realizada omais rápido possível para

que as contrações devido ao resfria-

mento da peça não sejam restringidas

pela contração da coquilha.

Fundição sob pressão

Ovazamento sob pressão garante que

ocorra o perfeito preenchimento do

molde. Tais pressões são da ordem de

70 kg/mm2 e sãomantidas até o final da

solidificação.

Osmoldes são fabricados em ligas es-

peciais, resistentes às altas temperatu-

ras e à abrasão. Tanto omolde quanto

a câmara de injeção são pré-aquecidos

no início da operação e revestidos com

lubrificantes anti-fricção. Podem se pro-

duzidas uma oumais peças em cada ci-

clo.

O fundido resultante dessamétodo

apresenta alta qualidade superficial

e alta precisão dimensional. Normal-

mente, possui paredes finas e geome-

trias complexas. Sua estrutura é refi-

nada e com boas propriedadesmecâni-

cas. Entretanto, esse processo não per-

mite a fabricação de peças com cavida-

desmuito intrincadas e a forte turbulên-

cia no preenchimento pode ocasionar

porosidades e inclusões. Possui ampla

aplicação comercial emmédias e gran-

des produções e com peça de pequenas

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.. Fundição

emédias dimensões, normalmente de

ligas de alumínio, cobre ou zinco.

O processo possui alto custo de equipa-

mento e ferramental e apresenta limi-

tações quanto à temperatura de vaza-

mento. Mas o reduzido custo operacio-

nal somado as elevadas taxas de produ-

ção (graças a possibilidade de automa-

ção do processo) e a grande qualidade

do produto, podem compensar os pro-

blemas expostos.

Este processo pode ainda ser subdivi-

dido em:

• Injeção em câmara quente: Pos-

sui câmara de injeção imersa no lí-

quido. Uso restrito aosmetais com

baixa temperatura de fusão, como

as ligas de zinco, chumbo e esta-

nho. Indicado para ligas reativas,

como a demagnésio, pois previne

o seu contato com a atmosfera.

• Injeção em câmara fria: Nesse

tipo, as unidades de injeção ema-

nutenção do líquido são indepen-

dentes. As pressões utilizadas são

inferiores às da injeção em câmara

quente. Indicada para elevadas ta-

xas de fabricação.

• Fundição a baixa pressão: Possui

menor custo de capital e operaci-

onal do que os processo de inje-

ção, já que, por exemplo, elimina

operações de corte, uma vez que

os canais não se solidificam. En-

tretanto, a reduzida pressão pode

ocasionar defeitos de preenchi-

mento em fundidos de paredes fi-

nas emal acabamento. Utilizado,

principalmente, para ligas de alu-

mínio.

Fundição a vácuo

Técnica desenvolvida nos anos 80, a fun-

dição a vácuo apresenta amontagem do

molde semelhante a da fundição a baixa

pressão.

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.. Fundição

Omolde é colocado sobre a panela que

contém ometal em estado líquido.

A conexão, por sua vez, é feita por ca-

nais imersos no banho, ondemais de

um canal pode ser utilizado simultane-

amente.

O preenchimento ocorre por sucção do

líquido pela aplicação de vácuo à cavi-

dade domolde.

Essa técnica permite um fluxo de líquido

ascendente e sem turbulência.

Os fundidos apresentam elevada densi-

dade e são livre de óxidos e gases.

Fundição por compressão

A fundição por compressão, também

chamada de forjamento líquido, é uma

técnica conhecida pelos soviéticos

desde os anos 60 do século XX, mas seu

uso comercial vem se ampliando apenas

nos últimos 20 anos.

Essa técnica permite a fabricação de

fundidos com geometrias complexas e

com alta densidade, algo similar ao que

é tipicamente observado em peças for-

jadas.

Omolde é fabricado em partes macho-

fêmea e émantido fechado durante

a solidificação, demodo amanter a

pressão constante (da ordem de 150 a

300 kg/mm2), garantindo um íntimo con-

tatometal/molde.

O líquido é vazado em ummolde pré-

aquecido e a taxa de resfriamento é li-

geiramente alta, o que proporciona o

refino da estrutura.

A técnica apresenta elevado custo de

ferramental e equipamentos, mas os

fundidos resultantes desse processo

possuem grande precisão dimensional.

Não há necessidade de se utilizar canais

e alimentadores.

Fundição por centrifugação

Esse processo é subdividido em três ca-

tegorias: centrifugação total, centrifu-

gação parcial e somente preenchimento

por centrifugação.

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.. Fundição

Centrifugação total

A técnica de fundição por centrifuga-

ção é conhecida desde o início do século

XIX.

Nela, o metal líquido é vazado no eixo de

rotação demoldes que estão girando e,

portanto, não se faz necessário o uso de

alimentadores, canais emachos.

Ometal se solidifica sob a ação de pres-

são resultante de reações centrífugas.

Osmoldes normalmente são feitos de

materiais metálicos, mas também po-

dem ser confeccionados em areia ou

mesmo em casca.

Os fundidos resultantes desse processo

são livres de inclusões, de porosidade

(geradas pela retenção de gases) e de

impurezas mais leves que ometal. Além

disso, apresentam bom acabamento su-

perficial, ausência de defeitos de preen-

chimento e reduzidos vazios de contra-

ção.

Esse processo é utilizado com ligas fer-

rosas e não ferrosas.

Centrifugação parcial

A centrifugação parcial é comumente

empregada para a confecção de fundi-

dos de grandes dimensões e que apre-

sentam eixo de simetria (rodas, engre-

nagens, entre outros).

Omolde é posicionado verticalmente e

girado em torno desse eixo. Em seguida,

o metal líquido é vazado por um canal

central, preenchendo um alimentador.

De lá, o líquido é forçado para a cavi-

dade domolde pelas ações da reação

centrífuga, que auxilia o preenchimento

domolde, e da alimentação.

Assim, a geometria do fundido será

idêntica à da cavidade domolde.

Somente preenchimento porcentrifugação

Processo semelhante a centrifugação

parcial, nele omolde é constituído por

diversas cavidades (que não são ne-

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.. Fundição

cessariamente idênticas) montadas em

torno de um canal alimentador.

O canal central deve coincidir com o

eixo de rotação do conjunto.

Ometal é vazado nomolde em rotação

e, com o efeito da reação centrífuga,

ocorre o preenchimento das cavidades a

partir do alimentador. A rotação éman-

tida até o final da solidificação demodo

a garantir a perfeita alimentação.

Essa técnica pode ser utilizada para a

fabricação de fundidos de pequenas di-

mensões e permite a produção de várias

peças simultaneamente.

Vantagens e Desvantagens

Com relação aosmolde colapsáveis, os

moldes permanentes possuem vanta-

gens e desvantagens.

Vantagens

• Alta produtividade, devido a facili-

dade de desmoldagem, redução de

custos e automatização.

• Eliminação de operações de des-

moldagem e limpeza.

• Reduzido tempo total de solidifi-

cação.

• Reduzido custo operacional.

• É desnecessária a construção de

ummodelo.

Desvantagens

• Elevado custo de fabricação de

moldes, pois requerem elevada

qualidade na confecção e equipa-

mentosmais sofisticados.

• Maior restrição quanto a geome-

tria, dependendo do tipo de coqui-

lha escolhida.

• Limitados amateriais de reduzida

contração.

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.. Fundição

ExemploPetrobras Biocombustível - 2011 - Engenheiro de Equipamentos Júnior

- Inspeção - 69

Com vistas ao processo de fundição em areia, associe a coluna à esquerda

às suas respectivas características, expostas na coluna à direita.

I - molde P - A peça solidificada é re-tirada domolde.

II - macho Q - É feito em areia e tema finalidade de formar osvazios, os furos e as reen-trâncias da peça.

III - fusão R - O enchimento domoldeé feito commetal líquido.

IV - vazamento S - É o dispositivo no qualometal fundido é colo-cado para que se obtenha apeça.T - Acontece em fornos es-peciais em alta tempera-tura.

A associação correta é

(A) I - P, II - S, III - Q, IV - T.

(B) I - Q, II - T, III - S, IV - P.

(C) I - R, II - Q, III - T, IV - P.

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.. Fundição

(D) I - S, II - T, III - P, IV - R.

(E) I - S, II - Q, III - T, IV - R.

Solução:

Como discutido ao longo do texto, o molde construído a partir domodelo

corresponde a todas as cavidades a serem preenchidas commetal líquido.

Logo, I está associado a S.

Já osmachos são construídos e inserido para preservar às cavidades que

são necessárias nas peças fundidas (principalmente orifícios), evitando que

ali o metal penetrare. Assim, II se relaciona comQ.

A fusão de umamaterial nadamais é que a suamudança de estado sólido

para líquido. Para que essa transformação ocorra, é necessário que oma-

terial seja submetido a uma temperaturamaior que a sua temperatura de

fusão (Tf ). No caso demetais e ligas metálicas, Tf émuito superior a tem-

peratura ambiente, necessitando, assim, do uso de fornos especiais. Portanto,

III se associa a T.

Por último, o vazamento consiste no preenchimento das cavidades domolde

com ometal líquido. Sendo assim, IV e R estão correlacionados.

O item P corresponde a etapa de desmoldagem, que não aparece na coluna

da esquerda.

Resposta: E

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.. Fundição

Caiu no concurso!Petrobras Biocombustível - 2010 - Engenheiro de Equipamentos Júnior

- Inspeção - 33

Um inspetor da Petrobras, ao realizar um ensaio de ultrassom em um tubo

novo, fabricado por fundição centrífuga, percebe diversos vazios pontuais

nas paredes do tubo. Ao avaliar o resultado deste ensaio, conclui-se que o(s)

(A) Processo de fundição não foi realizado corretamente, sendo indicada a

utilização de ummassalote para evitar a formação de vazios e segregação.

(B) Defeitos foram provocados pela contração dometal durante a solidifi-

cação, proporcionando vazios no interior do tubo onde ometal se solidifica

por último.

(C) Defeitos são oriundos da absorção dos gases, por meio da parede domolde

em areia verde que, além de poros, proporcionam a aparência rugosa do tubo.

(D) Defeitos são oriundos da diminuição da viscosidade dometal ao se so-

lidificar, dificultando a fuga dos gases diluídos nometal líquido e gerando

bolhas no interior do tubo.

(E) Defeitos foram provocados pela absorção do ar comprimido quanto in-

jeta ometal líquido sob pressão nas paredes domolde.

Resposta: D

30

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.. Fundição

Caiu no concurso!Petrobras Biocombustível - 2012 - Engenheiro de Equipamentos Júnior

- Inspeção - 69

As propriedadesmecânicas de componentes fundidos são influenciadas pelo

tamanho dos seus grãos cristalinos. No que se refere aos aços fundidos de

baixa resistência mecânica, considere as afirmativas abaixo.

I - O uso de inoculantes durante a solidificação domaterial favorece o cres-

cimento de grão domaterial.

II - A técnica de inoculação na solidificação caracteriza um tipo de nuclea-

ção conhecida como homogênea.

III - Menor tamanho de grão diminui a temperatura de transição dúctil-frágil

domaterial.

IV -Maior tamanho de grão aumenta o limite de resistência domaterial.

Está corretoAPENAS o que se afirma em

(A) I

(B) III

(C) I e II

(D) I e IV

(E) II e III

Resposta: B

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.. Fundição

Caiu no concurso!SEDECT - 2008 - EngenhariaMetalúrgica - 30

Considere uma fundição em que omodelo padrão é feito a partir de cera ou

plástico. Em seguida, despeja-se uma lama fluida ao redor domodelo padrão,

que se estabelece e se sedimenta para formar omolde que, em seguida, é

aquecido a uma temperatura tal que omodelo padrão se funde e é queimado,

deixando para trás uma cavidade demolde no formato desejado. Esse exem-

plo é um tipo de fundição

(A) commatriz.

(B) emmolde de areia.

(C) contínua.

(D) de precisão.

Resposta: D

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