Processos Metalurgicos - Resumo 1

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● PROCESSO DE OBTENÇÃO DO AÇO: 
○ Mineração 
■ Extração do minério que não é puro; 
■ Moagem; 
■ Concentração - Beneficiamento: ferro na forma de óxido, sulfeto ou carbonado. Óxido é a 
forma mais fácil de utilizar; 
○ Metalurgia extrativa - a partir do minério concentrado 
■ Condicionamento; 
■ Redução; 
■ Refino 
■ Produto semiacabado - gera produtos intermediários (chapa, barra, placa) 
● Piro metalurgia: calor 
● Hidro metalurgia: água 
● Eletro metalurgia: eletricidade 
○ Metalurgia da transformação: pode alterar propriedades mecânicas se a metalurgia extrativa 
permitir, impurezas precisam ser retiradas antes. 
■ Caminho do aço 
● Minério de ferro -> Produção de Sínter (minério de Fe + calcário + carbono) 
● Redução: alto forno. Entra Sínter (sólido) + coque + calcáreo (sólido) + ar e O2 em 
alta pressão. Sai Fe líquido + C -> Ferro Gusa; 
● Refino oxidante: adiciona oxigênio para retirar carbono. Entra Fe Gusa + O2 + sucata 
de aço. Sai Fe + O2 (ruim pois reduz tenacidade); 
● Refino redutor: Desoxidante (adiciona Si, Mn, Al ou Mg). Sai aço acalmado ou 
semiacalmado; 
● Lingotamento: Refrigera o aço líquido para transformar em tarugo ou chapa; 
● Laminação: forma perfis ou bobinas; 
● O processo metalúrgico: produz e transforma os metais em produtos, esse processo compreende desde 
a obtenção do metal até a sua transformação em produto através de processos de fundição, forjamento, 
usinagem, estampagem, laminação, trefilação, extrusão, etc.. 
 
● FUNDIÇÃO: é um processo onde um metal ou liga metálica, no estado líquido, é vazado em um molde 
com formato e medidas da peça a ser produzida. 
○ Vantagens: 
■ Peças podem ter formas simples e complexas; 
■ Dimensões limitadas pelas restrições das instalações; 
■ Peças podem ter variados acabamentos; 
■ Tolerância dimensional entre ±0.2 e 0.6mm; 
■ Economia de peso do material 
■ Fundindo 100kg obtenho 50 kg de peça, 50% ótimo 
● Classificação dos processos 
○ Pelo metal 
■ Ferro fundido 
■ Aços 
■ Não ferrosos 
○ Pelo tipo de forno 
■ Cubilotê (somente para ferro fundido) 
■ Arco elétrico 
■ Indução 
■ Resistência elétrica (para alumínio) 
■ Combustíveis (ineficiente) 
 
○ Pelo tipo de molde: definido pelo tamanho da peça e pela liga metálica (se o ponto de fusão for 
muito alto é difícil conseguir produzir um molde permanente que suporte a temperatura) 
■ Colapsáveis (não permanentes) 
● Areia 
● Casca cerâmica (Shell) 
■ Permanentes 
● Coquilha metálica 
○ Pela técnica 
■ Gravidade: cubo de gelo 
■ Baixa pressão: mais barato (setor automotivo) e maior produção 
■ Alta pressão: mais caro (setor aeronáutico) e tem alto custo 
■ Vácuo: ajuda a preencher os vazios do molde adequadamente por succionar o metal 
■ Centrífuga: ligas com baixo ponto de fusão, produz tubos com com poucos defeitos 
● Seleção do processo / fatores a considerar 
○ Quantidade de peças a produzir; 
○ Projeto da fundição; 
○ Tolerâncias requeridas; 
○ Grau de complexidade; 
○ Especificação do metal; 
○ Acabamento superficial desejado; 
○ Custo do ferramental; 
○ Comparativo econômico entre usinagem e fundição. 
● Modelo: serve para a construção do molde, suas dimensões devem prever a contração do metal quando 
ele se solidificar e necessidade de sobremetal para usinagem posterior da peça. Pode ser é feito de 
madeira, alumínio, aço, resina plástica e até isopor. 
● Detalhes da peça a ser fundida 
○ Ângulo de saída 
■ Orientados em função da linha de apartação (linha divisória do molde) 
■ Facilitam a extração do modelo evitando que o molde seja danificado; 
■ Ângulos entre 3° e 10º 
○ Arredondamento 
■ Evitam concentrações de tensões. 
■ Reduzem a tendência à formação de pontos quentes (última região a ser solidificada, 
propensa a rechupe) 
○ Linha de apartação 
■ Linha onde o molde é separado, podendo ter mais de uma linha. 
● Considerações para uma peça ser fundida 
○ Contrações no estado líquido, na solidificação e no estado sólido; 
○ Tensões decorrentes da solidificação e do resfriamento; 
○ Compensar ou atenuar os efeitos da contração volumétrica durante a solidificação, se a espessura 
for desuniforme, onde ela for maior vai solidificar por último, criando rechupe; 
○ Evitar tensionamento da peça, causados pelas variações nas taxas de resfriamento; 
Meios para reduzir ou prevenir tensões em peças fundidas: 
■ Evitar variações bruscas de forma; 
■ Evitar ângulos reentrantes; 
■ Variações na direção de contração; 
■ Evitar multiplicidade de machos; 
■ Evitar grandes diferenças entre seções; 
■ Expandem sob o efeito do calor e restringem a contração livre; 
■ Recozimento para alívio de tensões; 
○ Considerar contração no estado sólido e sobremetal de usinagem nas tolerâncias dimensionais 
■ As contrações no estado sólido são conhecidas e tabeladas para a maioria das ligas usadas 
em fundição. 
■ As tolerâncias dimensionais devem ser aproximadamente a metade da máxima contração 
estimada para o tipo de metal ou liga envolvida. Não se aplica para peças de grande porte 
(acima de 100 Kg), nem para as de projetos complexos. 
○ Dimensionais e geometria das peças; 
○ Evitar cantos vivos e variações abruptas de seção; 
○ Substituir ângulos e cantos vivos por raios de concordância; 
○ Reduzir o número de seções que se encontram para formar junções; 
○ Projetar as seções com uniformidade de espessura na medida; 
○ Proporcionalidade dimensional entre as paredes internas e externas; 
○ Saliências e ressaltos não devem ser utilizados a menos que seja absolutamente necessário. 
○ Projete os fundidos usando nervuras e reforços para a obtenção de eficiência máxima 
As nervuras apresentam duas funções 
■ Aumentar a rigidez da peça fundida. 
■ Reduzir o peso e concentrações de massa. 
Dimensionamento de nervuras 
■ Dimensionar o espaçamento correto entre nervuras; 
■ Dimensionar as nervuras com maior altura (profundidade) do que largura; 
■ Nervuras em compressão apresentam maior fator de segurança do que nervuras em tração; 
 
● AREIA DE FUNDIÇÃO: é um material heterogêneo constituído essencialmente areia base (geralmente 
areia silicosa) e um aglomerante mineral (argila) ou orgânico. Resinas conferem as propriedades 
mecânicas e recobrem o grão de areia (precisa cuidar com a saída dos gases). 
● Classificação das Areias de Fundição 
○ Quanto a origem: areia sintética, areia natural e semissintética 
○ Quanto ao uso: areia nova e usada 
○ Quanto a parte do molde em que é usada: Areia de molde (mais escura) ou de macho (mais clara). 
Ambas se subdividem em areia de faceamento e areia de enchimento. 
○ Quanto ao estado de umidade: areia verde, barro, areia secada ao ar, areia estufada e areia secada 
à chama (skin-dried) 
○ Quanto a natureza do metal: areia para ferro fundido, aço carbono, cobre, níquel, etc. 
○ Quanto ao tamanho e espessura da peça: 
■ Pequena, até 30 kg, espessura até 10mm 
■ Média, de 30 a 100 kg, espessura até 25 mm 
■ Grande, acima de 100 kg, espessura acima de 25 mm 
○ Quanto a granulação (acabamento) de areia e teor de argila (resistência mecânica). 
○ Quanto ao aglomerante utilizado: areias aglomeradas com argila, entre as quais a mais usada e a 
bentonita; areias aglomeradas com resinas; areias aglomeradas pelo processo silicato – CO2, 
areias aglomeradas com cimento. 
● Aditivos 
○ Carvão: Melhora o acabamento superficial. Deve conter voláteis (carvão mineral). Libera gases e 
hidrocarbonetos volateis. 
○ Dextrina: derivado do amido. Aumenta a resistência a seco, porém aumenta a absorção de 
umidade. 
○ Mogul (farinha de milho): Aumenta a resiliência, trabalhabilidade e resistência a deformação. 
○ Breu: confere colabsabilidade, diminui a absorção de água. Permite a reciclagem de areia de 
machos. 
○ Óleo para machos: Aglomerante para areia de faceamento e de machos. 
○ Serragem: para reduzir expansão do molde e facilitar a colapsabilidade. 
● Características das areias de moldagem 
○ Plasticidade econsistência: resistência mecânica e deformação. 
○ Moldabilidade: fluxibilidade; 
○ Dureza: deformação e dureza; 
○ Resistencia: a compressão x deformação 
○ Ventilação: permeabilidade 
○ Refratariedade: ponto de sinterização 
○ Variação dimensional: dilatometria 
○ Colapsabilidade. 
 
● MOLDES COLAPSÁVEIS 
● Características do molde 
○ Resistir de forma a suportar o peso da peça em metal. 
○ Resistir à ação erosiva do metal líquido, no caso dos aços a temperatura pode chegar a 1650ºC 
○ A construção deve permitir a saída de gases que podem ser geradas no interior do molde 
○ A superfície não deve reagir com o metal líquido e produzir defeitos superficiais. 
○ Deve acompanhar a dilatação do metal durante a solidificação. 
○ Deve ser removida facilmente e permitir a limpeza das paredes da peça. 
○ Deve ser econômico, já que grandes quantidades de material refratário são utilizados. 
● Areia verde: areia base + aglomerantes (argila, betonita ou caustica) 
○ Material de baixo custo 
○ Pode ser automatizado obtendo altas taxas de produção. 
○ Modelos plásticos ou de madeira podem ser utilizados na moldagem manual ou de baixa 
prensagem 
○ Moldagem com alta pressão produz acabamento superficial e tolerâncias dimensionais melhores. 
○ Se a compactação do molde não for suficiente o dimensional pode ser afetado, além do acabamento 
superficial defeituoso. 
○ Moldagem com alta pressão deve ser feito em modelos metálicos de maior custo. 
● Areia estufada (seca) 
○ Não tem umidade, então reações do metal com o molde podem ser eliminadas 
○ Moldes mais estáveis melhoram a tolerância dimensional 
○ Modelos de madeira ou plástico podem ser utilizados 
○ Na produção de peças grandes os modelos são de baixo custo 
○ Ideal para baixos volumes de produção 
○ Na secagem superficial (skin dried) as diferenças de umidade podem causar distorções 
○ O custo da energia para aquecimento pode ser significativo no processo 
● PEP-SET 
○ É um processo de cura à frio, elaborado com dois tipos de resinas poliméricas parte 1 e parte 2. 
○ Um catalisador líquido é adicionado a uma das partes de resina proporcionando um processo de 
cura mais lento, o que possibilita um melhor manuseio. 
○ Tem como característica o baixo odor e a boa fluidez da areia. 
○ O molde ganha resistência mecânica 
○ Feito em temperatura ambiente 
○ Utiliza areia fina 
● Lost Foam 
○ Peça injetada em isopor 
○ Revestida com material cerâmico 
○ Colocada em caixa de areia 
● Shell Moulding - Moldagem em casca 
○ Areia fina recoberta com resina termoendurecivel com catalisador. 
○ A areia com resina é colocada sobre os moldes aquecidos. 
○ Reação de cura acontece entre 175-370 °C 
○ Pode ser necessário aquecimento posterior para completa cura do molde. 
○ Espessuras de 10 a 20 mm 
○ Pode ser estocada, pois não perde as propriedades mecânicas 
○ Não utiliza machos 
○ Vantagens 
■ Melhor acabamento superficial 
■ Maior velocidade de produção quando automatizada. 
■ Maior resistência à erosão. 
■ Menor quantidade de areia na moldagem. 
■ Moldes mais leves. 
○ Desvantagens 
■ Maior custo de equipamento e modelos. 
■ Limitado a peças bipartidas, pequeno e médio porte. 
■ Dificulta reciclagem da areia. 
■ Resina é tóxica. 
■ Problemas ambientais com descarte. 
● Cera perdida - microfusão 
○ Feito o modelo de cera (cera de carnaúba, parafina, breu e resinas plásticas). 
■ Precisa ter alta resistência mecânica e mínima expansão térmica; 
○ O modelo é recoberto com uma casca cerâmica: lama cerâmica e revestimento refratário; 
○ Vantagens: 
■ As peças produzidas possuem acabamento superficial excelente e baixa variação 
dimensional (0,08mm); 
■ Não necessita de ângulo de saída (pode ter cantos vivos); 
■ Utilizado em qualquer metal ou liga; 
■ Eliminação total ou parcial da usinagem; 
■ Altamente produtivo; 
○ Desvantagens: 
■ Elevado custo inicial; 
■ Alta tecnologia; 
■ Adequado para grande série de peças; 
 
 
● MACHOS 
● Areia + óleo 
○ Areia (SiO2) e óleo são misturados e devem ser curados a temperaturas entre 200º e 240ºC 
○ Podem ser produzidos em moldes de madeira ou plásticos. 
○ Tem boa desmoldagem na maioria dos casos. 
○ Consumo de energia para cura e tempo elevado de produção fez com que este método seja cada 
vez menos empregado. 
○ Elevada produção de gases durante o contato com o metal pode gerar porosidades 
● Areia com resina de cura a quente 
○ Vantagens 
■ Qualidade superficial elevada 
■ Tolerâncias dimensional elevada. 
■ Podem ser estocados por longos períodos. 
■ Processo produtivo 
■ Podem ser utilizados outros materiais refratários além da sílica 
■ A fabricação de peças ocas reduz o consumo de material 
○ Limitações 
■ Limitações de tamanho máximo. 
■ O processo requer energia para acontecer (calor). 
■ Moldes metálicos de elevado custo são utilizados. 
■ Gera grande volume de gases durante a fabricação. 
○ Machos são moldados em caixas (box) 
■ Warm-box (caixa-morna) 
● Resinas furânicas ou álcool furfurílico 
● Catalisadores: sais de cobre 
■ Hot-box (caixa-quente), requer aquecimento posterior à moldagem 
● Resinas fenólicas ou furânicas 
● Catalisadores: cloretos e nitratos 
● Obs.: são resinas similares ao processo moldagem shell 
● Areia de cura a frio com gás 
○ Muito usado na fabricação de machos 
○ Machos moldados em caixas (cold-box) 
■ Areia + ligante (inorgânico ou orgânico) + gás 
● Areia + silicato 
○ Processo pode ser automatizado e utilizado em altos volumes de produção 
○ Duros e rígidos permitem bom acabamento superficial e tolerâncias dimensional. 
○ Moldes em madeira ou plástico podem ser utilizados, porém para altos volumes de produção 
moldes metálicos devem ser utilizados 
○ Tanto peças grandes como pequenas podem ser produzidos neste método 
○ Não podem ser armazenados por longos períodos, pois absorvem umidade e perdem resistência 
mecânica. 
○ Não tem elevada colapsabilidade. 
○ Para melhorar a colapsabilidade podem ser adicionados compostos orgânicos, porém geram mais 
gases. 
○ São muito difíceis de reciclar. 
● Areia de cura com gases 
○ A areia fica muito fluida, não requer de muita energia para moldagem 
○ Colapsabilidade excelente. 
○ Alta precisão dimensional. 
○ Acabamento superficial excelente 
○ Produção rápida pode ser utilizado em altos volumes de produção. 
○ Durabilidade alta, podem ser estocadas 
○ Moldes devem ser metálicos. 
○ Necessários equipamentos dedicados e isolados para reter gases produzidos 
○ Ferramentas precisam de geometrias especiais para reter os gases 
 
● MOLDES PERMANENTES (COQUILHAS) 
● Fundição em moldes metálicos por gravidade 
○ Processo que utiliza o vazamento do metal líquido por gravidade em molde metálico de duas ou 
mais partes 
○ Usado repetidamente para a produção de muitas peças. 
○ Podem ser movimentados manualmente (quando de pequeno porte) ou mecanicamente usando 
máquinas coquilhadeiras. 
● Fundição em moldes metálicos sob pressão 
○ É utilizada a pressão para a injetar o metal líquido. 
● Etapas envolvidas no processo 
○ O molde é pintado com pincel ou spray (grafite ou material refratário) nas superfícies que entrarão 
em contato com o metal líquido (aquecidas a temperaturas na faixa de 120- 260ºC). 
○ Machos, se usados, são inseridos, e o molde é fechado manual ou mecanicamente. 
○ Vazamento da liga e enchimento do molde. 
○ Após solidificação da peça: abertura do molde e extração dos machos 
○ Remoção dos canais e massalotes e operações de acabamento das peças. 
● Características das peças obtidas 
○ Estrutura com grãos mais finos em comparação com as peças fundidas em areia, pois o molde 
metálico transfere calor mais rápido, assim a peça resfria antes; 
○ Melhor Acabamento Superficial. 
○ Maior Precisão Dimensional. 
○ Propriedades Mecânicas Superiores. 
● Coquilha 
○ Pode produzir de 10.000 até 120.000 peças, após perde precisão dimensional. 
○ Fatores que influenciam na vida útil deuma coquilha 
■ Revestimento aplicado 
■ Material usado na sua fabricação 
■ Tamanho e complexidade da peça 
■ Liga utilizada 
○ Processo que envolve um alto custo inicial: Máquina Coquilhadeira + Moldes 
○ Necessidade de utilização de machos 
■ Desejável e mais econômico o uso de machos de aço para formar as cavidades das peças. 
■ Quando a peça possui detalhes e reentrâncias que não permitem a extração dos machos 
metálicos, se faz necessário o uso de machos de areia. 
○ Situações que utiliza coquilhas 
■ Quantidade de peças a produzir é alta (entre 400 a 5000 unidades) 
■ Altas taxas de produções. 
■ Mão de obra menos especializada. 
■ Redução no peso da peça. 
■ Redução na usinagem 
■ Melhor acabamento 
○ Normalmente são produzidas peças entre 10 e 50Kg. 
○ Peças grandes e complexas dificultam o manejo do molde e necessitam grande número de machos, 
melhor opção pela utilização de Moldes de Areia. 
○ Peso máximo por liga para coquilha. 
■ Ligas de Alumínio = 14Kg 
■ Ligas de Cobre = 10 Kg 
■ Ligas de Ferro = 50 Kg