ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE

SUPERAQUECIMENTO NA FORMAÇÃO DE RECHUPE EM ALUMÍNIO

PURO

Diego Montero, Jhonatan Gemeli e Luana Bavaresco Rossari

O presente trabalho buscou estudar o comportamento de uma liga de alumínio

durante a solidificação. Ao utilizar moldes, obtiveram-se amostras da liga fundida

com várias temperaturas de vazamento, desse modo analisou-se a influência deste

parâmetro na solidificação. Através das amostras, possibilitou-se o estudo do

coeficiente de contração volumétrica e sua relação com a temperatura de

superaquecimento.

1. Introdução Teórica

A fundição é o processo de vazamento de metal fundido em moldes e seu

resfriamento através da troca de calor, resultando na solidificação desse na forma

geométrica desejada.

Durante o projeto da peça a ser fundida, certos aspectos devem ser observados

para que o processo ocorra de forma correta, evitando problemas na estrutura. No

processo de fusão, o metal sofre um aumento de volume e quando este se solidifica

ocorre uma contração, a qual pode resultar em defeitos na peça. Como defeito, pode-se

citar o rechupe, o qual é caracterizado por um vazio na superfície de uma peça após seu

resfriamento completo.

Na solidificação do metal, ocorre uma maior troca de calor na porção de metal

que está diretamente em contato com as paredes do molde, ou seja, na parte mais

externa. Conforme o metal solidifica-se na parte mais externa, esta passa a envolver a

região interna a qual ainda permanece líquida. Durante esta transformação de fase, o

metal contrai-se, e assim o volume de metal diminui, ocasionando em uma falta de

material para preenchimento do molde, o rechupe.

Busca-se solucionar o problema de contração do metal com a utilização de

massalotes, os quais são reservatórios de metal líquido que constituem um sistema de

canais de alimentação de peças fundidas. Esse deve solidificar-se em um tempo maior

que o restante da peça, armazenando um volume de metal para compensar as contrações

na solidificação. Para que isso ocorra, o projeto do massalote deve assegurar-se de que

haverá alimentação eficiente de metal fundido para as demais partes.

No experimento realizado, buscou-se verificar a influência das diversas

temperaturas de vazamento, com vários graus de superaquecimento, no tamanho do

rechupe formado após a solidificação.

2. Metodologia Experimental

Para a obtenção dos dados deste experimento, quatro grupos distintos fizeram o

mesmo procedimento experimental, descrito abaixo, com temperaturas de vazamento

diferentes. Os dados obtidos foram compilados em um só relatório para que se pudesse

obter uma curva de ‘Contração Volumétrica’ por ‘Grau de Superaquecimento’ com

mais pontos, caracterizando melhor o fenômeno em questão.

Inicialmente, as coquilhas foram colocadas em um forno tipo mufla para que

fosse eliminada a umidade dos moldes e que ocorresse um pré-aquecimento de 200°C

para posteriormente acontecer os vazamentos. O escorificante também precisa ter sua

umidade retirada, sendo colocado em uma estufa a 100°C.

Após o forno elétrico a indução ser ligado, pedaços de alumínio foram colocados

no cadinho, fundindo a uma temperatura de aproximadamente 660°C, e aquecidos até

aproximadamente 30°C acima das temperaturas de vazamento escolhidas, sendo 12

temperaturas diferentes, cobrindo três faixas principais de superaquecimento (Tabela I),

e então o cadinho é retirado do forno. As temperaturas citadas foram obtidas com o uso

de um termômetro bi-metálicas do tipo K.

O cadinho foi então retirado do forno de indução, assim como as coquilhas e o

escorificante foram retirados do forno elétrico e da estuda. Antes do vazamento foi

adicionado o escorificante a mistura e a escória foi removida com a colher. Através do

termopar, esperou-se que as temperaturas da mistura atingirem aproximadamente 3°C

acima da temperatura de vazamento, e então o vazamento foi feito manualmente, com o

operador instruído a tentar manter uma velocidade de vazamento constante.

Depois de solidificados os lingotes, os mesmos foram resfriados e identificados. Foram

retiradas as rebarbas para que cada amostra ficasse com o rechupe o mais vertical

possível na balança de precisão, para então a amostra ter a sua massa calculada com e

sem a adição de álcool etílico na cavidade de rechupe.

3. Apresentação e Discussão dos Resultados

As massas medidas apenas dos corpos de prova, e a diferença deste resultado

com a medida feita após a cavidade de rechupe ser preenchida com álcool forneceu os

seguintes resultados:

Tabela I: massa dos corpos de prova e dos rechupes

Temperatura (°C) Massa do corpo (Alumínio) [g] Massa do rechupe (Alcool) [g]

670

252,49 2,06

245,49 1,62

241,54 1,67

259,15 1,7

675

267,57 1,72

210,17 1,93

265 1,59

262,05 1,45

680

254,41 1,56

260,44 1,65

253,58 1,68

246,34 1,51

685

226,35 1,78

264,51 1,87

225,45 1,23

249,65 1,79

710

231,17 1,56

261,4 1,25

274,5 1,28

283,91 1,52

715

273,87 0,83

248,48 1,31

264,31 1,28

269,67 2,23

720

284,21 1,78

229,41 1,86

264,3 2,05

278,31 1,37Tabela I (continuação): massa dos corpos de prova e dos rechupes

725

232,76 1,62

226,3 1,69

226,33 2,02

237,93 1,52

750

254,74 2,47

265,27 1,83

259,57 1,42

230,46 1,49

755

239,96 1,83

220,47 1,3

253,4 1,97

232,43 1,32

760

264,5 1,9

240,52 1,62

239,16 1,83

240,48 1,99

765

258,43 1,75

239,02 1,85

254,47 1,72

260,44 1,92

Dividindo os valores de massa obtidos pela densidade de cada material pesado

podem-se obter os volumes dos corpos de alumínio e dos seus rechupes. Com o valor

obtido dos volumes, é possível definir um coeficiente de contração volumétrica como a

divisão entre o volume do rechupe e o volume do corpo, no qual o volume do corpo é a

soma do volume do rechupe e do volume de material:

CCV =V rech upe

V corpo

As temperaturas também são expressas como graus de superaquecimento, tendo

sido fornecida a temperatura de fusão do alumínio como 660°C, o superaquecimento é a

diferença entre a temperatura de vazamento e a temperatura de fusão:

S=TV −T F

Tendo a densidade do alumínio: ρAl=2,72 g/cm3 e do álcool ρalc=0,79 g/cm3, os

valores de volume, superaquecimento e CCVs são compilados na tabela II, :

Tabela II: volumes, superaquecimento e CCV

Superaquecimento (°C)

Volume do corpo [cm³] Volume do rechupe

[cm³]CCV

10

95,43 2,61 0,0273

92,30 2,05 0,0222

90,92 2,11 0,0233

97,43 2,15 0,0221

15

100,55 2,18 0,0217

79,71 2,44 0,0306

99,44 2,01 0,0202

98,18 1,84 0,0187

20

95,51 1,97 0,0201

97,84 2,09 0,0213

95,35 2,13 0,0223

92,48 1,91 0,0207

25

85,47 2,25 0,0263

99,61 2,37 0,0238

84,44 1,56 0,0184

94,05 2,27 0,0241

50

86,96 1,97 0,0230

97,69 1,58 0,0162

102,54 1,62 0,0158

106,30 1,92 0,0181

55

101,74 1,05 0,0103

93,01 1,66 0,0178

98,79 1,62 0,0164

101,97 2,82 0,0277

60

106,74 2,25 0,0211

86,70 2,35 0,0272

99,76 2,59 0,0260

104,05 1,73 0,0167

Tabela II (continuação): volumes, superaquecimento e CCV

6587,62 2,05 0,0234

85,34 2,14 0,0251

85,77 2,56 0,0298

89,40 1,92 0,0215

90

96,78 3,13 0,0323

99,84 2,32 0,0232

97,23 1,80 0,0185

86,61 1,89 0,0218

95

90,54 2,32 0,0255

82,70 1,65 0,0199

95,66 2,49 0,0261

87,12 1,67 0,0192

100

99,65 2,40 0,0241

90,48 2,05 0,0227

90,24 2,32 0,0257

90,93 2,52 0,0277

105

97,23 2,22 0,0228

90,22 2,34 0,0260

95,73 2,18 0,0227

98,18 2,43 0,0248

Os valores do CCV médios podem ser expostos através de um gráfico em função

do superaquecimento (S):

0 20 40 60 80 100 1200

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

Grau de Superaquecimento (°C)

Coefi

cient

e de

Con

traç

ão V

olum

étric

a

Gráfico 1 - Valores médios de CCV x Superaquecimento

De acordo com a teoria espera-se que o coeficiente de contração volumétrica

aumente, para um aumento do grau de superaquecimento. A ocorrência disso pode ser

observada no gráfico 1. Nota-se ainda que para alguns pontos esse fenômeno não foi

observado. Isso pode ser explicado pelo fato de não se ter muitos corpos de prova para

uma mesma temperatura e incertezas no processo de fundição – medição da temperatura

de vazamento exata e velocidade de vazamento. O método utilizado para medição do

volume de rechupe pode ter ocasionado as seguintes incoerências a borda superior das

peças medidas não apresentava paralelismo em relação à superfície da balança e

também por exigir elevada acurácia visual.

4. Conclusões

No presente trabalho procurou-se analisar a influência da temperatura

superaquecimento no volume de rechupe para o alumínio puro. Notou-se que alguns dos

dados recebidos possuem uma grande dispersão com relação ao previsto pelo estudo

literário. Pode-se citar como exemplo, para graus de superaquecimento de 50 e 60 °C, o

coeficiente de contração volumétrica ficou abaixo do esperado. Estes pontos estão a

respectivamente 19,04 % e 19,90% abaixo de uma linha de tendência (mostrada no

gráfico 1).

Esta divergência pode estar associada a diversos fatores. Dentre eles, o método

experimental possui incertezas – havia inexperiência do operador; não se tinha um

controle muito preciso da temperatura de vazamento no molde e a dificuldade de

precisar a quantidade correta para preencher o colume rechupado. Ainda, poderia ter

sido empregado um maior número de corpos de prova a fim de se obter um resultado

mais confiável do ponto de vista estatístico.

Apesar disso, analisando todos os pontos do gráfico 1, pode-se observar uma

tendência crescente que relaciona o grau de superaquecimento com o CCV, o que

confere com o resultado esperado.

5. Referências Bibliográficas

[1] BRETON, H.Le. Defectos de las piezas de fundicion. 1ª Edição. Bilbao: Urmo,

1975.

[2] FILHO, M. P. C. Solidificação e fundição de metais e suas ligas. 1º Edição. São

Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 1978.

[3] CHIAVERINI, Vicente. Aços e ferros fundidos: caracteristicas gerais, tratamentos

térmicos, principais tipos . 5 ed. amp. e rev. São Paulo: ABM, c1982. 518 p. : ISBN

(Broch.)

[4] VIEIRA, Milton. Otimização de energia e redução de custos em fornos de indução.

Disponível em: <http://b2bgroup.com.br/index.php/2012/04/22/otimizacao-de-energia-

e-reducao-de-custos-em-fornos-de-inducao/>. Acesso em 26/9/2012.

[5] FARIA, Caroline. Fundição. 28/2/2011. Disponível em:

<http://www.infoescola.com/quimica/fundicao/>. Acesso em 26/9/2012.

[6] Rechupe ou marcas de rechupagem, disponível em

<http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAbGIAH/rechupe-marcas-chupagem>.

Acesso em 26/9/2012.