Processos Metalurgicos - Resumo 3

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AULA 6: SOLIDIFICAÇÃO 
 RESFRIAMENTO A PARTIR DO ESTADO GASOSOS 
o Líquidos – Átomos apresentam elevado nível de energia, sem estrutura cristalina 
o Sólidos – Átomos vibram em posições fixas, com estruturas cristalinas 
 NUCLEAÇÃO HOMOGÊNEA 
o Consiste na formação de núcleos de solidificação uniformes em todo o metal liquido, na forma esférica. Para 
o líquido se transformar em sólido pelo super resfriamento a temperatura tem que ser abaixo da de 
solidificação. Necessita de um super resfriamento na ordem da centena, maior que a nucleação heterogênea. 
 NUCLEAÇÃO HETEROGÊNEA 
o Consiste na formação de partículas de solidificação sobre substratos, impurezas ou sobre as paredes do 
molde, onde o super resfriamento é de 0,1 até 10°C. Normalmente na indústria são utilizados agentes 
inoculantes com o intuito de servir como substrato para a formação de partículas de solidificação, servindo 
assim também como refinadores. 
 Na indústria, para reduzir o tamanho de grão pode ser aumentada a taxa de resfriamento. Também pode-se 
adicionar vários inoculantes diferentes para conferir diferentes propriedades nas peças. 
 CRESCIMENTO DE GRÃO 
o A forma em que acontece o crescimento de grão depende de vários fatores: 
 Composição química da liga metálica; 
 Taxa de resfriamento; 
 Super resfriamento da liga. 
o Quanto maior a velocidade de resfriamento, menor o tamanho do grão. 
 CLASSIFICAÇÃO DAS PRINCIPAIS LIGAS QUANTO AO MODELO DE RESFRIAMENTO 
o Plana – ligas com temperatura constante de solidificação – composição eutética e metais puros. 
o Colunar – ligas com pequeno intervalo de solidificação – aços, ferros fundidos e latões. 
o Dendrítica – ligas com grande intervalo de solidificação – ligas de alumínio hipoeutéticas e bronze. 
 Plana: necessidade de solidificação direcionada; maior facilidade de alimentação. 
 Dendrítica: baixa temperatura de vazamento; uso de refinadores. 
 Ligas com expansão volumétrica em estágios da solidificação – ferros fundidos cinzentos e nodulares. 
 FORMAÇÃO DE RECHUPE PELA EVOLUÇÃO DA SOLIDIFICAÇÃO 
o A solidificação começa nas extremidades da peça, como o núcleo é o último a solidificar a contração pode 
formar rechupe. 
 MASSALOTES 
o O massalote tem a função de reabastecer o molde durante a contração líquida e solidificação do metal. 
o Para isso o massalote deve: 
 Ser o último elemento a solidificar; 
 Exercer pressão (coluna líquida) para sobre a peça em formação. 
 Ter reserva líquida suficiente para abastecer as zonas contraídas. 
 Volume maior ou igual a peça. 
o Modulo de resfriamento – M= Volume/Área superficial. 
 Quanto maior o módulo, maior o tempo de resfriamento da peça. 
 O módulo de resfriamento do massalote deve ser maior que o módulo de resfriamento da peça, pois 
ele precisa ser o último a se solidificar. 
 O módulo de resfriamento relaciona o volume da peça com sua área superficial, de modo a determinar 
fatores como taxa de resfriamento, ou seja, mantendo um mesmo volume e aumentando a área 
superficial, o módulo de resfriamento irá diminuir, significando que a peça irá resfriar mais rápido. É 
importante realizar seu cálculo para o dimensionamento correto do massalote e do canal de 
alimentação da peça, além de sua geometria. Por exemplo, o módulo de resfriamento do massalote 
precisa ser maior do que o módulo de resfriamento da peça, garantindo assim que seja o último 
componente a solidificar. 
o Requisito volumétrico do massalote 
 O volume do massalote deve ser maior ou igual ao volume de metal a ser fornecido para compensação 
da contração durante a solidificação. 
o Número de massalotes 
 O dimensionamento do massalote depende da geometria da peça também, pois o mesmo é capaz de 
abastecer bem uma distância de 2T, sendo T=espessura/altura, ou seja, dependendo da geometria da 
peça são necessários mais de um massalote, em diferentes posições. 
 SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DEVE: 
o Manter fluxo contínuo de fornecimento; 
o Evitar turbulência superficial; 
o Evitar a projeção de metal pelo controle da velocidade; 
o Evitar o efeito “cascata” e incorporação de bolhas. 
 
AULA 7: FORNOS PARA FUNDIÇÃO 
 FORNOS DE FUSÃO A COMBUSTÍVEIS 
o Forno cadinho 
o Forno rotativo a óleo 
o Forno Cubilô 
 Vantagens: alta produtividade, instalação barata, manutenção barata. 
 Desvantagens: dificuldade de controlar a composição química, dificuldade em controlar as 
propriedades mecânicas do material e é poluente. 
o Forno de revérbero a óleo, gás ou carvão pulverizado 
o Forno Siemens Martins 
 FORNOS ELÉTRICOS 
o Forno a resistência 
o Forno de indução 
o Forno ao arco elétrico 
 O CONSUMO ADICIONAL DE ENERGIA PODE SER REDUZIDO TORNANDO-SE AS SEGUINTES MEDIDAS: 
o O forno deve ter estar na temperatura de fusão do material. 
o Deve ser evitada a utilização de sucata enferrujada e de material reciclado sujo. 
o A densidade de compactação do material de carga deve ser aumentada 
o O material reciclado volumoso deve ser fragmentado. 
o O agente de carburação deve ser colocado no começo da alimentação. 
o A tampa do forno deve permanecer fechada, quando possível, e a instalação de exaustão deve ser regulada 
de acordo com a quantidade de emissões. 
o Em caso de interrupções e da ocorrência de falhas com duração abaixo de 4 horas, deve-se manter o forno 
aquecido, pois a partida a frio requer de 3 a 4 vezes mais de energia do que quando a partida do forno é feita 
a quente. 
 
AULA 8: FERROS FUNDIDOS 
 Ligas constituídas de ferro, carbono e silício. Para fins práticos carbono de 2,5 a 4% e Silício de 0,5 a 3,5%. 
 FUNDIÇÃO E SOLIDIFICAÇÃO DE FERROS FUNDIDOS 
o Sistema estável -> Formação de austenita + grafita -> Ferro fundido cinzento 
o Sistema metaestável -> Formação de austenita + cementita -> Ferro fundido branco 
o Fatores que influenciam no equilíbrio: velocidade de resfriamento e elementos de liga 
 INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA 
o Si: Aumenta diferença entre temperaturas de equilíbrio estável e metaestável -> Grafitizante 
o Cr: Diminui diferença entre temperaturas de equilíbrio estável e metaestável -> Estabilizador de carbonetos 
 CLASSIFICAÇÃO DOS FERROS FUNDIDOS 
o Comuns: cinzento (perlítico) e branco (martensítico) 
o Especiais: nodular (ferrítico), vermicular, maleável (bainítico) e ligado 
 OBJETIVOS DA INOCULAÇÃO DO FERRO FUNDIDO CINZENTO 
o Evitar a formação de estrutura branca e aumentar a formação de grafita tipo A (a mais desejável). 
o Obter uma estrutura homogênea. 
o Obter melhores propriedades de utilização. 
o A inoculação facilita a produção de peças em ferro fundido de alta qualidade com baixo carbono equivalente. 
 INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS NOS INOCULANTES 
o Grafite e estrôncio: reduzem o coquilhamento. 
o Silício: é grafitizante. 
o Alumínio: é grafitizante, porém alto teor provoca porosidades. 
o Titânio: é grafitizante e desoxidante. 
o Zircônio: é grafitizante, refinador da grafita e poderoso desoxidante. 
o Cálcio: facilita o aumento do grau de nucleação, porém o alto teor provoca escória. 
o Manganês: baixa o ponto eutético. 
o Cromo: é formador de perlita, estabilizante e melhora as propriedades mecânicas. 
 NODULARIZAÇÃO 
o A grafita na forma esferoidal é obtida pela adição de magnésio, cério. 
o Os principais agentes nodularizantes contém magnésio. 
o O magnésio atua como inibidor de curta duração, que retarda a formação inicial de grafita. 
AULA 9: AÇOS FUNDIDOS 
 REQUISITOS PARA PEÇAS FUNDIDAS EM AÇO 
o Homogeneidade 
 Projeto adequado do molde e desoxidação do aço durante a fusão 
 Os aços em geral na fundição têm baixa fluidez, contração elevada e pequena resistência a cerca de 
1480 ºC 
o Granulação fina (com tratamento térmico adequado) 
o Completa isenção de tensões internas (com tratamento térmico adequado), 
 CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS 
o Aços de baixo C (inferior a 0,20%) 
o Aços de médio carbono (C entre 0,20 a 0,50%) 
o Aços de alto carbono (C acima de 0,50%) 
o Aços liga de baixo teor de liga (teor total de liga inferior a 8%)o Aços liga de alto teor de liga (teor total de liga superior a 8%) 
 CONSIDERAÇÕES SOBRE O PROJETO 
o Espessura mínima (mm) 
o Variações dimensionais das paredes 
 TRATAMENTOS TÉRMICOS 
o Normalização (resfria no ar) 
o Recozimento (resfria no forno) 
 Crítico/pleno 
 Subcrítico 
 Para alivio de tensões 
o Tempera 
o Revenimento 
o “Envelhecimento” 
o Esferoização 
 
AULA 10: METAIS NÃO FERROSOS 
 FATORES NA SELEÇÃO DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO PARA ALUMÍNIO E LIGAS 
o Custo Equipamento 
o Capacidade 
o Tamanho peça 
o Formas interna e externa 
o Parede mínima 
o Tolerâncias 
o Acabamento superficial 
o Porosidade 
o Tamanho de grão 
o Resistencia mecânica 
 MAGNÉSIO E LIGAS 
o Peças automotivas 
 Classificação ASTM 
o EX.: AZ63A-T6. Primeiras duas letras são elementos de liga, números: teor de liga principal e letra indicando 
ordem de classificação dentro da família. 
 LIGAS DE ZN (ZAMAC) 
o Zamac é uma liga de zinco, alumínio, magnésio e cobre. 
o Vantagens do Zamac 
 Economia de tempo, custos e melhor acabamento das peças. 
 Menos consumo de energia para sua transformação, já que é trabalhada em 400 a 420ºC. 
 A injeção sob pressão permite a fabricação de peças em grandes volumes com alta precisão. 
 A fabricação de peças por injeção permite reproduzir facilmente todos os detalhes das peças. 
 Reduz usinagem e energia. 
o Limitações do Zamac 
 Não suporta altos graus de tensão e torção. 
 Não suporta temperaturas de trabalho superiores a 80ºC 
 Perda de propriedades mecânicas ao longo do tempo à temperatura ambiente e exposição a 
ambientes úmidos.