Fundição - Completo (3)

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Fundição
Prof.: João Matias
joao.matias@iff.edu.br
Instituto Federal Fluminense (IFF) campus Cabo Frio
Engenharia Mecânica
Referências Bibliográficas
➢ Fundição – Processos e Tecnologias Correlatas.
Baldam; Vieira. 2ª edição, editora Érica|Saraiva.
Bibliografia complementar:
➢ Introdução aos Processos de Fabricação. Groover. Editora gen|LTC.
➢ Introdução aos Processos de Fabricação de Produtos Metálicos.
Kiminami; Castro; Oliveira. 2ª edição, editora Blucher.
Introdução
Introdução
• A fundição ocorre através do derramamento de um
metal (ou liga) no estado líquido (fundido) no
interior de uma cavidade denominada molde, cuja
forma corresponde, em negativo, à peça desejada.
Após a solidificação do metal, obtém-se a peça
fundida.
• O termo fundido é aplicado ao componente
fabricado por este processo.
• Este processo milenar evoluiu junto com a
humanidade e tornou-se um dos mais versáteis,
permitindo a fabricação de peças únicas ou em série
nas mais variadas formas e complexidades.
Introdução
Introdução
Introdução
Histórico
Idade da Pedra Idade do Bronze Idade do Ferro
10.000 a.C. 2.000 a.C. 1.000 a.C.
Histórico
• Os objetos em metal mais antigos, conhecidos atualmente, datam de
10.000 a.C. Eram pequenos enfeites de cobre nativo e batidos no formato
desejado.
• No período de 5.000 a 3.000 a.C., aparecem os primeiros trabalhos com
cobre fundido, sendo os moldes feitos de pedra lascada.
• Na sequência, inicia-se a Era do Bronze (liga de cobre-estanho), cerca de
2.000 a.C.
• O processo de fundição do ferro tem lugar na China em 600 a.C.
• Já a fundição do aço se dá bem mais tarde, em 1740 na Inglaterra.
Introdução
• A fundição é um dos processo de fabricação mais econômicos para a
produção em série de componentes metálicos.
• Geralmente, suas etapas básicas são:
1) Projeto e confecção do modelo;
2) Confecção do molde e dos machos;
3) Derramamento do metal líquido;
4) Desmoldagem;
5) Acabamento.
Relembrando...
• Discordâncias ??
• Microestrutura ??
• Deformação plástica x elástica ??
• Resistência mecânica ??
• Dureza ??
• Ductilidade ??
• Fragilidade ??
• Tenacidade ??
Vídeos para relembrar:
1) Metalurgia Física
2) Projeto e Seleção de Materiais
Canal: Materials Life
Fundição
Fundição
• Propriedades importantes para um metal ser fundido:
1) Temperatura de fusão.
2) Fluidez.
Fundição
• A fundição é realizada com metal em estado líquido. Neste processo, as peças
são conformadas pela solidificação por resfriamento do metal no molde.
• Durante este processo ocorre a cristalização, contração volumétrica,
concentração de impurezas, além da geração e concentração de gases.
Etapas para Obtenção de uma Peça Fundida
• Para a fabricação de uma peça por fundição, parte-se do desenho técnico
da peça a ser produzida ou até mesmo de uma réplica. A partir disso
realiza-se o projeto que define todo o processo de fabricação.
• A figura a seguir mostra um típico exemplo da fundição de uma peça
cilíndrica com um furo passante em molde de areia.
• Tudo começa com o projeto da peça
desejada (1), seguido da confecção do
modelo (3), possuindo algumas
alterações, como as marcações de
macho (4), em que serão colocadas os
machos (para compor as partes
internas da peça fundida), feito com o
auxílio da caixa de machos (2).
• Com uma parte do modelo partido,
começa a primeira etapa de
moldagem (a), que é a confecção da
caixa inferior do molde de areia,
usando para apoio uma caixa de
moldar (7) e um estrado (10).
• Em seguida, molda-se a caixa superior
(b) e, para manter as duas caixas na
posição correta, usam-se pinos-guia
(5). Assim, está pronto o molde (6).
• Feitos os canais de enchimento (12,
15, 16) e colocado o macho (c, d), as
caixas são abertas. Observa-se o vazio
que corresponderá a peça (8), o
macho posicionado (9) e o canal para
a saída dos gases (17).
• As caixas são travadas por pesos ou
presilhas (13), a fim de se evitar
vazamento de metal fora do molde.
• Após o vazamento e a solidificação do
metal, teremos finalmente a peça.
Operação
Vantagens Gerais da Fundição
• Permite a fabricação de peças com geometrias complexas, incluindo formas
externas e internas.
• Pode produzir peças com a forma final (net shape) ou com geometrias próximas à
final (near net shape). Neste último caso alguma etapa de processamento adicional
é requerida (usualmente usinagem) de forma a atingir dimensões e detalhes de
exatidão.
• Possibilita a fabricação desde pelas muito pequenas, pesando apenas poucos
gramas, até mesmo componentes de grande porte, com massa superior a 100
toneladas.
• O processo de fundição pode ser aplicado a qualquer metal que possa ser aquecido
até o estado líquido.
• Também pode ser aplicado a alguns materiais cerâmicos (especificamente vidros) e
poliméricos.
Desvantagens Gerais da Fundição
• Limitações quanto a propriedades mecânicas das peças produzidas (especialmente
a tenacidade), a depender da qualidade do processo.
• Podem ocorrer defeitos como porosidade e/ou inclusões de areia do molde na
peça fundida.
• Normalmente apresenta baixa precisão dimensional.
• O acabamento superficial das peças fundidas, via de regra, é inferior ao de peças
fabricadas por outros processos como usinagem e conformação mecânica.
• Furos pequenos e detalhes complexos, embora apareçam no desenho, não são
feitos na peça durante a fundição e sim por usinagem posterior.
• Riscos à segurança durante o processamento de metais líquidos quentes.
• Problemas ambientais.
Aplicações de Peças Fundidas
• Muitas características da fundição a colocam em uma posição estratégica:
• O fato da fundição ser o caminho mais curto entre a liga metálica líquida e a
peça pronta, torna o processo atrativo economicamente para muitas
situações.
• Por não haver limites para a confecção de formas de moldes e conjuntos
fundidos, a fundição é considerada o processo com a maior liberdade de
formas disponíveis.
• Peças desde poucos gramas, como joias, até peças com dezenas de
toneladas, como turbinas para hidrelétricas, componentes de navios e potes
de escória podem ser produzidas por fundição.
Exemplos de Aplicações de Peças Fundidas
Peças fundidas em fundição de precisão
Exemplos de Aplicações de Peças Fundidas
Peças fundidas sob pressão em alumínio
Exemplos de Aplicações de Peças Fundidas
Peças fundidas em alumínio
Exemplos de Aplicações de Peças Fundidas
Tampas de bueiro fundidas em ferro fundido
Exemplos de Aplicações de Peças Fundidas
Sinos fundidos em bronze
Exemplos de Aplicações de Peças Fundidas
Bloco de motor à combustão interna fundido 
(e posteriormente usinado) em ferro fundido 
ou alumínio
Exemplos de Aplicações de Peças Fundidas
Peças de bombas hidráulicas 
fundidas em aço inoxidável
Moldes
• Os materiais dos moldes em fundição são,
principalmente areia e metal.
• Moldes metálicos são empregados,
sobretudo, em fundição sob pressão e em
fundição em coquilha, com metais não
ferrosos.
• A grande maioria dos fundidos produzidos é
obtida por moldes confeccionados à base de
areia, em moldação manual ou mecanizada.
• Uma areia de moldação é constituída,
essencialmente, por grãos refratários de
areia-base e pelo aglomerante desses grãos,
para manter sua forma.
Classificação dos Processos
Fluxograma de Produção por Fundição em Areia
Tipos de Molde
Molde de Areia Esquemático
Macho
• Macho é a parte do molde fabricado
separadamente e colocado em sua
cavidade após a extração do modelo
para:
➢Obter, de maneira mais econômica,
formas internas ou externas de uma
peça.
➢ Facilitar a construção do modelo.
• Os machos geralmente são feitos de
areia silicosa mais finas e aglomerantes,
para maior compactação e forma estável.
Macho
• A figura mostra uma peça com uma forma
interna com diâmetro variável (a).
• Para facilitar a moldação desta peça, utiliza-
se um modelo (b), a fim de se obter a forma
geral da cavidade do molde, na qual é
posicionado o macho (c), paralelamente à
confecçãodo molde (d).
• Figura: Peça a ser fundida (a), modelo com
marcação de macho (b), caixa de macho (c),
molde com macho (d), macho (M).
Macho
Scania
Macho
Modelos e Caixas de Macho
• O modelo de uma peça a ser fundida é utilizado para dar forma e dimensões à
cavidade do molde. Assim, a cavidade é formada pela compactação da areia ao
redor do modelo, de tal forma que, quando o modelo for removido, o vazio
remanescente terá a forma da peça.
• Os modelos podem ser feitos de madeira, metal, plástico ou outros materiais.
• A caixa de macho é utilizada para preparar os machos.
• Os modelos e machos devem satisfazer as seguintes qualidades:
➢ Exatidão de formas e dimensões.
➢ Permanência de forma e dimensão com o decorrer do tempo.
➢ Facilidade de extração.
➢ Bom estado de superfície.
Modelo de Madeira
Modelos
Projeto de Modelos
• Os modelos e as caixas de macho possuem uma série de alterações em
relação ao projeto da peça mecânica para adaptá-la ao processo de fundição.
• Ao projetar uma peça para ser fundida, devem ser levados em conta os
fenômenos que ocorrem na solidificação do metal líquido no interior do
molde, evitando assim os defeitos oriundos do processo.
• As tensões provenientes do resfriamento e a espessura das paredes da peça,
quando não devidamente consideradas, podem acarretar um produto com
defeito.
Projeto de Modelos
➢ Sobrespessura de usinagem: A maioria das peças fundidas é usinada após
sua limpeza, a fim de se obter dimensões, formas ou estado de superfície
prefixados. A usinagem se traduz pela remoção de material da peça. Quando
no desenho da peça a ser fundida existe algum sinal de usinagem, deve-se
aumentar no modelo a espessura da face assimilada.
Após Fundição Após Usinagem
Sobrespessura de Usinagem
Após Fundição Após Usinagem
Projeto de Modelos
➢ Acréscimos para compensar a
contração linear: Durante o
resfriamento da peça no molde, após
sua solidificação ocorre uma contração,
ou seja, a peça sólida terá dimensões
inferiores à cavidade do molde.
Portanto, o modelo deve ser maior que
a peça indicada no desenho. Na prática,
é adotado o valor do coeficiente de
contração linear do material da peça.
Projeto de Modelos – Contração
Projeto de Modelos
➢ Ângulos de saída: Para facilitar a extração do modelo e do
macho, é necessário dar a suas paredes uma inclinação ou
saída (1° a 3°). Um modelo sem saída (a) ou com
contrassaída (b) quebra a areia quando é retirado do molde.
Projeto de Modelos
➢ Marcações de macho: São partes salientes no modelo que, após a moldação
deixam sua impressão no molde, permitindo o posicionamento adequado e a
estabilidade do macho.
Projeto de Modelos
➢ Cantos arredondados: Para facilitar o
processo de moldagem, evitar defeitos,
concentração de tensões e tricas a quente na
peça fundida. É comum fazer arredondamento
em todos os cantos possíveis.
Projeto de Modelos e Peças
• Portanto, é preciso dimensionar de maneira proporcional todas as seções da
peça, de modo a ocorrer uma variação suave e gradual das espessuras,
eliminando cantos vivos e mudanças bruscas de direção.
• Quanto maior a superfície, maior deve ser o acréscimo.
• Peças muito longas estão sempre sujeitas a deformações e, por menor que
sejam estas deformações, requerem grandes acréscimos de usinagem para
que não sejam refugadas por falta de material.
Projeto de Modelos e Peças
• Paredes muito finas não são preenchidas
totalmente pelo metal líquido, e em certas
ligas (como o ferro fundido), o resfriamento
rápido proporcionado por paredes finas
pode resultar em pontos mais duros.
• Uma alternativa para a utilização de paredes
mais finas é a utilização de outros processos
de fundição, como a fundição sob pressão
com moldes metálicos.
Projeto de Modelos e Peças
• Uma peça fundida está sujeita a muitas
tensões de resfriamento, pois o metal vai se
contrair inevitavelmente e o molde vai resistir
a essa contração. Além disso, a peça não se
resfria de forma uniforme.
• Para minimizar este problema, é comum
peças fundidas passarem por tratamentos
térmicos de recozimento ou normalização
para aliviar as tensões residuais.
• Em casos já previsíveis de deformações e
trincas nas peças, deve-se pensar em modelos
que minimizem esse efeito (foto ao lado).
Canais de Enchimento (Sistema de Alimentação)
• O sistema de canais de enchimento deve ser
dimensionado de tal forma que o metal
líquido limpo preencha cavidade do molde, a
uma dada temperatura e durante um certo
intervalo de tempo, a fim de conseguir peças
íntegras.
• O metal líquido vazado no funil desce até o
nível do canal de distribuição em que o metal
passa através dos ataques e a cavidade
correspondente à peça.
• É utilizado a câmera ou o sistema de
retenção de escórias para assegurar o
enchimento da cavidade com o metal líquido.
Massalotes (Sistema de Alimentação)
• O massalote (ou montante) é uma reserva de metal líquido, adjacente à
peça, cujo objetivo é compensar a contração no estado líquido e durante a
solidificação, ou seja, alimentar a peça a fim de evitar a formação de
rechupes (vazios).
Resfriamento
Contração de volume:
1) Contração líquida.
2) Contração de solidificação.
3) Contração sólida.
Massalotes (Sistema de Alimentação)
• O massalote é colocado na parte da peça que se solidifica por último, ou
seja, adjacente ao ponto quente da peça. Logo, o rechupe deve ser formado
no massalote, que posteriormente será extraído, e não na peça.
Rechupe
Lingote de alumínio (Al) com aproximadamente 
5 cm de largura, mostrando a formação da linha 
central de contração
Rechupe
Macroporosidades
Projeto de Massalotes
• O tempo total de solidificação, após o vazamento do metal líquido no molde,
é dependente do tamanho e da forma do fundido e pode ser calculado
através da equação empírica conhecida como Regra de Chvorinov:
𝑇𝑇𝑆 = 𝑐𝑚
𝑉
𝐴
𝑛
TTS = tempo total de solidificação [min]
V = volume do fundido [cm3 ou in3]
A = área superficial do fundido [cm2 ou in2]
n = constante, usualmente adota-se o valor 2
cm = constante do molde [min/cm
2 ou min/in2]
Projeto de Massalotes
• A Regra de Chvorinov indica que uma peça fundida com maior razão
volume/área resfriará e solidificará de forma mais lenta que uma peça com
menor razão.
• Este princípio é utilizado no projeto de massalotes de um molde, pois o metal
do massalote deve permanecer no estado líquido mais tempo que a peça.
• Em outras palavras, o TTS do massalote deve ser maior que o TTS da peça.
• Uma vez que as condições do molde são as mesmas para o massalote e a
peça, a constante do molde (cm) será igual.
• Projetar um massalote para que tenha maior razão volume/área garante que
a peça solidificará primeiro e os efeitos de contração serão minimizados.
Distribuição de Calor na Cavidade do Molde
Exercício
• Um massalote cilíndrico para um molde de fundição em areia deve ser
projetado.
• A peça fundida é uma placa retangular de aço com dimensões 7,5 x 12,5 x 2,0
cm3.
• Observações prévias indicaram que o tempo total de solidificação para esta
peça = 1,6 min.
• O cilindro do massalote deverá ter uma razão diâmetro/altura = 1,0.
• Determine as dimensões do massalote para que TTS = 2,0 min.
• Discuta sobre a diferença entre os volumes da peça e do massalote.
Areias de Moldagem
• A areia de moldagem é constituída de um elemento granular refratário (geralmente areia
silicosa) e aglomerante.
• O aglomerante envolve e liga os grãos entre si, conferindo à areia, após a compactação,
secagem ou reação química às características necessárias para o processo de moldagem.
• Exemplos de aglomerantes: argila (betonita), silicato de sódio, cimento, resinas etc.
• A areia de moldagem deve apresentar elevada refratariedade, boa resistência mecânica,
permeabilidade adequada e plasticidade.
• Já a areia destinada à fabricação de machos, além dos requisitos acima, deve ter boa
colapsibilidade, definida como a perda de resistência após o início da solidificação da peça.
• A areia de moldagem geralmenteé úmida, denominada areia verde.
• As fundições trabalham basicamente com areia reciclada dos moldes anteriores e utilizam
cerca de 10% de areia nova para recompor as perdas durante a reciclagem e manter as
propriedades estáveis.
Areias de Moldagem
Areia sintética ou Areia verde
Aglomerante
Areias de Moldagem
• A opção por uma areia-base não-silicosa parte da
constatação de que a areia silicosa apresenta, quando
comparada com outras composições, inúmeras desvantagens
como elevada expansão volumétrica (figura ao lado) e
elevada reatividade com o metal fundido.
• Entretanto, pelo menos em países como o Brasil, com
imensas reservas de areia silicosa e grande litoral, fica mais
barato se contornar os problemas advindos da utilização de
areia silicosa do que substitui-la.
• Das areias não-silicosas podemos citar a zirconita, que seria a
areia ideal em termos de propriedades, não fosse pelo alto
custo, e a de cromita que apresenta maior capacidade de
extração de calor do que a areia comum.
• Existem duas formas (não-excludentes) de se minimizar os
defeitos decorrentes da utilização de areia silicosa: através
do emprego de aditivos e pela pintura de moldes e machos.
Desmoldagem
• A desmoldagem e a recuperação da areia estão diretamente relacionadas.
• A partir da desmoldagem, separa-se a areia do fundido que será repassada aos
processos de recuperação.
• As máquinas de desmolde baseiam-se em elementos vibratórios e de impacto para
a separação da areia, que estará poluída por respingos de metal, arames, rebarbas,
pedaços de canal e massalotes e argila queimada. Daí a importância dos processos
de recuperação.
• Não é usual esperar a peça chegar à temperatura ambiente para desmoldar. Assim, a
temperatura de desmoldagem tem de ser tal que esteja abaixo das curvas de
transformação de fases e que não permita que a peça se deforme.
• Exemplos: Ferros fundidos (< 500°C), ligas de cobre (< 250°C) e de alumínio (< 150°C).
Desmoldagem
Desmoldador e recuperador de areia vibratório
Desmoldagem
Unidade de desmoldagem e 
recuperação de areia
Acabamento
• Após a etapa de desmoldagem, a peça necessita de processos de acabamento
antes que seja destinada ao cliente.
• Para peças fabricadas a partir de moldes de areia, é feita a remoção da areia
grudada. Contudo, esta etapa não é necessária no caso de moldes metálicos.
• Também é necessária a remoção do sistema de canais e massalotes, seguido
de rebarbação. Ao final, a peça deve ter bom aspecto superficial.
• Pode ser necessária uma etapa adicional de usinagem para a confecção de
detalhes complexos, furos pequenos e/ou roscas.
• Por fim, em determinados casos, a peça ainda pode passar por tratamento
térmico e/ou pintura.
Acabamento
Rebarbação e retirada de canais e massalote
Jateamento para retirada de areia presa na peça
Abrasivo para 
jateamento
Acabamento
Usinagem Pós Desmoldagem
Após Fundição Após Usinagem
Fluxograma de Produção por Fundição
Metalurgia dos Fundidos
Ligas Usadas em Fundição
• As ligas metálicas utilizadas em fundição são divididas em dois grandes
grupos: ferrosas e não ferrosas.
• Segundo dados de 2004, entre toda a produção de fundidos, o ferro fundido
ocupa a maior fatia (83%), seguido do aço (10%) e das ligas não ferrosas (7%).
• Ferros fundidos (FoFo) são ligas essencialmente de ferro (Fe) e carbono (C),
cuja porcentagem de carbono varia entre 2,11% e 4,5%. Também costumam
apresentar teores de silício (Si) e manganês (Mn) em sua composição.
• A maioria dos ferros fundidos se funde entre 1150 e 1300°C. Dessa forma,
são fundidos com mais facilidade do que os aços (~ 1500°C), além de
geralmente serem muito frágeis para conformação a quente. Portanto, a
fundição se torna a técnica mais viável e usual, por esta razão o seu nome.
Alotropia do Ferro Puro
Ferrita δ
(CCC)
Austenita γ
(CFC)
Ferrita α
(CCC)
Temperatura Ambiente
Diagrama Ferro-
Cementita (Fe-Fe3C)
• Cristalografia do ferro
puro.
• Limites de solubilidade
importantes.
• Patamares e reações
importantes.
Solidificação dos Metais
• A solidificação consiste no processo de vazar um fundido em moldes com
a finalidade de produzir formas sólidas requeridas.
• O estudo da solidificação de metais e ligas é importante porque a maioria
dos produtos metálicos, em algum estágio da sua fabricação, passa do
estado líquido para o estado sólido, seja na forma acabada ou
semiacabada.
• A estrutura formada após a solidificação determina as propriedades dos
produtos finais, sendo ainda mais importante nos produtos produzidos
por fundição.
Solidificação dos Metais
• Pode-se dividir a solidificação de um metal ou liga nas seguintes etapas:
1) Nucleação: Formação de núcleos sólidos estáveis no líquido (a).
2) Crescimento: Os núcleos formados originam cristais (b), e formam uma
estrutura de grão (c).
Grãos Cristalinos
• Importante: os grãos possuem orientações diferentes, porém apresentam a 
mesma estrutura cristalina e a mesma composição química (metal monofásico).
Contornos de Grão
Tamanho de Grão
• Os grãos dos materiais policristalinos possuem orientações
cristalográficas diferentes.
• O contorno de grão atua como uma barreira para a movimentação das
discordâncias, pois será necessário a mudança de direção no
movimento, dificultando o mesmo.
Solução Sólida
• Formação de ligas com átomos de impurezas, que formam solução
sólida substitucional ou instersticial.
• As ligas são mais resistentes que os metais puros, pois as impurezas
dificultam o movimento das discordâncias, sendo necessário tensões
maiores para ocorrer deformação.
Solução sólida substitucional Solução sólida intersticial
Solução Sólida
Endurecimento por 
Solução Sólida
• Distorções na rede cristalina
provocadas por átomos em solução
sólida: átomo maior (amarelo) e
átomo menor (vermelho).
Tração Compressão
Solidificação dos Metais
• O núcleo é um sólido que pode crescer ou se dissolver, a depender da
temperatura do sistema.
• O crescimento do sólido se dá por migração de átomos do líquido para o
sólido, arranjando os átomos nas posições de equilíbrio do reticulado
cristalino específico de cada metal (CCC, CFC, HC, TCC, etc).
Solidificação dos Metais
• A temperatura na qual ocorre o equilíbrio termodinâmico entre um sólido e
seu respectivo líquido é a temperatura de fusão.
• Contudo, a temperatura de fusão é equivalente à de solidificação apenas em
substâncias puras e sistemas eutéticos. Contrariamente ao senso comum, tal
definição não significa que a solidificação se inicia nesta temperatura.
• O estudo da solidificação envolve duas abordagens distintas. Na abordagem
termodinâmica, analisam-se as energias envolvidas na solidificação
enquanto na abordagem cinética, analisa-se a velocidade com que os
processos (de nucleação e crescimento) acontecem.
Solidificação dos Metais
• Fase é a porção homogênea de um sistema
que tem características físicas e químicas
definidas, como ser um metal puro, por
exemplo.
• Uma fase é identificada pela composição
química e microestrutura, sendo que a
interação de duas ou mais fases em um
material permite a obtenção de
propriedades diferentes.
• Então, é possível alterar as propriedades do
material alterando a forma e distribuição das
fases.
Diagrama de Equilíbrio Binário
Solidificação dos Metais
• A temperatura na qual ocorre o equilíbrio termodinâmico entre um sólido e
seu respectivo líquido é a temperatura de fusão.
• Contudo, a temperatura de fusão é equivalente à de solidificação apenas em
substâncias puras e sistemas eutéticos. Contrariamente ao senso comum, tal
definição não significa que a solidificação se inicia nesta temperatura.
• O estudo da solidificação envolve duas abordagens distintas. Na abordagem
termodinâmica, analisam-se as energias envolvidas na solidificação
enquanto na abordagem cinética, analisa-se a velocidade com que os
processos (de nucleação e crescimento) acontecem.
Diagramas TTT – Introdução
• Normalmente, o equilíbrio para os sistemas sólidosé atingido somente com
taxas de resfriamento extremamente lentas, o que é inviável na prática.
• Na realidade, os processos de fundição, soldagem e conformação mecânica
e os tratamentos térmicos conferem aos aços microestruturas fora do
equilíbrio (metaestáveis).
• Tais modificações microestruturais são representadas de maneira
conveniente por diagramas que incorporam transformações de fase em
função do tempo e da temperatura de processamento.
• A aplicação destes diagramas permite o planejamento e a realização
adequada de tratamentos térmicos, com o objetivo de conferir ao material
as propriedades mecânicas desejadas.
Nucleação e Crescimento de uma Fase
Nucleação e Crescimento de uma Fase
Nucleação e Crescimento de uma Fase
• Na região L (estado líquido), a temperatura
diminui por efeito de transmissão de calor
através do molde.
• A temperatura aumenta a partir de Tf - DT pelo
efeito de recalescência. DT representa o grau de
super-resfriamento. Inicia-se então a
solidificação, através do aparecimento dos
primeiros núcleos sólidos.
• No patamar L + S há a coexistência dos estados
líquido e sólido. Ao final do patamar, toda a
massa está solidificada (início da região S).
A solidificação se inicia a uma temperatura situada no intervalo DT.
Portanto, o líquido se encontra abaixo da temperatura de fusão ( Tf ), ou seja, super-resfriado.
Nucleação e Crescimento de uma Fase
• Os dois principais mecanismos pelos quais ocorre a nucleação de partículas
sólidas (núcleos) num metal líquido são:
➢ Nucleação Homogênea: quando a formação de núcleos ocorre diretamente
a partir do líquido, de maneira aleatória e uniforme ao longo de toda a fase
original.
➢ Nucleação Heterogênea: quando a formação de núcleos ocorre sobre
superfícies pré-existentes, ou seja, em heterogeneidades estruturais, tais
como superfícies de moldes, impurezas insolúveis, inclusões, contornos de
grão ou discordâncias.
Nucleação e Crescimento de uma Fase
Nucleação e Crescimento de uma Fase
• Pode-se ilustrar que a superfície a ser criada pela nucleação a partir de um
substrato (nucleação heterogênea) é menor, comparada a da nucleação
homogênea.
• Este fato facilita o processo, pois exige menor energia de interface (barreira
energética).
Nucleação e Crescimento
Inoculantes
• Na maioria dos casos, o desempenho de uma peça fundida é tão maior
quanto menor for o tamanho médio dos grãos cristalinos que a constituem.
• Na fundição, o refino de grãos é conseguido normalmente através da adição
ou inoculação ao metal líquido de substratos heterogêneos com alta
potência de nucleação, sob a forma de partículas finamente dispersas.
• Os inoculantes são distribuídos uniformemente no metal líquido por meio
de um veículo volátil a eles previamente mesclado.
Inoculantes
• Como exemplo, a inoculação simultânea de Boro (B) e Titânio (Ti) no
Alumínio sob a forma de sais metálicos, do tipo halogeneto, exibe uma
eficiência relativa elevada.
• Esses elementos são previamente misturados com hexacloroetano, que atua
como veiculo volátil.
• Ao entrar em contato com o alumínio líquido, os sais de Boro-Titânio se
decompõem instantaneamente, liberando pequenos substratos que são
rapidamente disseminados no volume do metal fundido por meio da ação
de efervescência, que resulta da volatilização contínua do hexacloroetano.
Inoculantes
Tratamento de refino de grão. 
(esquerda: sem inoculantes ; direita: com adição de inoculantes)
Inoculantes
Macroestrutura do Alumínio Puro (a) e de ligas Al-Ti-B (b-f)
Inoculantes
A tabela ao lado mostra alguns 
dos inoculantes mais utilizados
Desenvolvimento da Microestrutura
• Conforme já mencionado, os metais líquidos são vazados em moldes para
obtenção de peças ou lingotes.
• O lingote passa posteriormente por processos de deformação plástica
(conformação mecânica), visando a produção de chapas, barras, perfis,
entre outros.
• Os grãos que aparecem na estrutura da peça ou do lingote podem ter
diferentes tamanhos, dependendo das taxas de extração de calor e
gradientes térmicos em cada momento da solidificação.
Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
• Zona Coquilhada*: Região de pequenos
grãos com orientação cristalina aleatória,
situada na parede do molde.
• Próximo à parede existe maior taxa de
extração de calor e, portanto, elevado super-
resfriamento, o que favorece a formação
destes grãos. Os grãos da zona coquilhada
tendem a crescer na direção oposta a da
extração de calor. Porém, algumas direções
cristalinas apresentam maior velocidade de
crescimento que outras.
* Coquilha: São os moldes metálicos utilizados para 
aumentar a taxa de resfriamento do metal que solidifica 
dentro do molde. Coquille, em francês, significa concha.
Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
• Zona Colunar: Região de grãos alongados,
orientados na direção de extração de calor.
• Os grãos da zona coquilhada, que possuem
as direções cristalinas de maiores
velocidades de crescimento alinhadas com
a direção de extração de calor, apresentam
aceleração de crescimento. Esta aceleração
gera grãos alongados que compõem a zona
colunar, situada na posição intermediária
entre a parede e o centro do molde.
Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
• Zona Equiaxial*: Região de pequenos grãos
formados no centro do molde, como
resultado da nucleação de cristais ou da
migração de fragmentos de grãos colunares
(arrastados para o centro por correntes de
convecção no líquido).
• Nesta região os grãos tendem a ser
pequenos, equiaxiais e de orientação
cristalina aleatória.
* Haverá uma zona equiaxial no caso de ligas metálicas, não 
se manifestando este fenômeno em metais puros, onde os 
grãos colunares crescem até o centro do molde.
Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
• Quando um metal líquido é vazado no molde, a temperatura do líquido, a
uma pequena distância das paredes, cai abaixo da temperatura de
solidificação, produzindo um considerável super-resfriamento nesta região
mais externa e a velocidade de nucleação heterogênea é relativamente
grande.
• Desse modo, a taxa de nucleação de grãos é alta na zona coquilhada e os
grãos crescem pouco com orientação qualquer.
Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
• Na zona colunar, a taxa de nucleação é pequena e predomina o crescimento
dos cristais.
• Logo que a nucleação se inicia na zona coquilhada, a temperatura desta
região começa a subir novamente como resultado da liberação de calor
latente de fusão.
• Quando isso ocorre, há a diminuição da temperatura à frente da interface
entre zona coquilhada e líquido.
• Então, os cristais da zona coquilhada presentes na interface lançam ramos
cristalinos para dentro do líquido super-resfriado, iniciando a formação da
zona colunar.
Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
• Como a maioria dos líquidos puros
(monocomponentes) se contrai na
solidificação, a contração do
líquido no centro do lingote leva à
formação de vazios.
• Para que isso seja evitado, a
prática comum é manter quente o
topo do lingote, usualmente pela
adição de compostos que se
decompõem exotermicamente ou
através da aplicação de massalote.
Metal Puro
Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
Lingote de alumínio (Al) com aproximadamente 5 cm de largura, mostrando a formação da linha central de contração
Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
• Algumas vezes os grãos colunares
ramificam-se e estes ramos se
ramificam de novo (ramificações
secundárias), podendo surgir até
mesmo ramificações terciárias a partir
das secundárias.
• Os grãos resultantes são então
chamados dendritas, termo derivado
da palavra grega dendron, que
significa "árvore”, pois o cristal
ramificado resultante tem a aparência
de um pinheiro.
Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
Seção transversal de um lingote, 
apresentando a solidificação de 
uma liga metálica
Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
• As dendritas se formam em
quantidades cada vez maiores até se
encontrarem.
• Seu crescimentoé impedido pelo
encontro das dendritas vizinhas,
originando-se os grãos e os contornos
de grãos que delimitam cada grão
cristalino.
Estrutura do Lingote – Dendritas
Estrutura do Lingote – Efeitos dos Cantos
(a) (b)
As diagonais constituem 
planos de maior 
fragilidade (a)
Arredondamento dos 
cantos (b)
Comparação da Microestrutura: 
Fundido x Forjado
Estruturas Brutas de Fusão
• A solidificação ocorre fora do equilíbrio, pois as taxas de resfriamento não são suficientemente lentas.
• A microestrutura final apresenta a forma de dendritas.
• Ocorrem macro e microssegregações de elementos químicos, formando gradientes de composição.
• Características geralmente encontradas em peças fundidas e metais de solda.
Liga 70%Cu–30%Ni
Estruturas Brutas de Fusão
Metal de solda de um aço 
inoxidável superaustenítico
20%Cr – 25%Ni – 6%Mo – 1,5%Cu
Efeito da segregação dos elementos
Estruturas Brutas de Fusão
Revestimento depositado por 
soldagem (weld overlay) com 
aço inoxidável superaustenítico
sobre chapa de aço carbono
Comparação de 
Microestruturas
Materiais trabalhados
mecanicamente (laminados, 
forjados, trefilados) geralmente 
apresentam uma microestrutura 
mais homogênea e com grãos 
mais definidos, comparativamente 
a peças fundidas.
Comparação de Microestruturas
Lingote de Al (fundido) com aproximadamente 5 cm 
de largura, mostrando a formação da linha central 
de contração
Estrutura de uma peça forjada
Animações/Técnicas de Caracterização/1 Solidifição Lingote Super-resfriamento.swf
Comparação de Microestruturas
Encruamento por Laminação
Comparação 
Microestrutural
(a) Laminado
(b) Fundido
Exemplo: Aço Inoxidável Duplex
Encruamento
	Slide 1: Fundição
	Slide 2: Referências Bibliográficas
	Slide 3
	Slide 4: Introdução
	Slide 5: Introdução
	Slide 6: Introdução
	Slide 7: Introdução
	Slide 8: Introdução
	Slide 9: Histórico
	Slide 10: Histórico
	Slide 11: Introdução
	Slide 12: Relembrando...
	Slide 13: Fundição
	Slide 14: Fundição
	Slide 15: Fundição
	Slide 16: Etapas para Obtenção de uma Peça Fundida
	Slide 17
	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20: Operação
	Slide 21: Vantagens Gerais da Fundição
	Slide 22: Desvantagens Gerais da Fundição
	Slide 23: Aplicações de Peças Fundidas
	Slide 24: Exemplos de Aplicações de Peças Fundidas
	Slide 25: Exemplos de Aplicações de Peças Fundidas
	Slide 26: Exemplos de Aplicações de Peças Fundidas
	Slide 27: Exemplos de Aplicações de Peças Fundidas
	Slide 28: Exemplos de Aplicações de Peças Fundidas
	Slide 29: Exemplos de Aplicações de Peças Fundidas
	Slide 30: Exemplos de Aplicações de Peças Fundidas
	Slide 31: Moldes
	Slide 32: Classificação dos Processos
	Slide 33: Fluxograma de Produção por Fundição em Areia
	Slide 34: Tipos de Molde
	Slide 35: Molde de Areia Esquemático
	Slide 36: Macho
	Slide 37: Macho
	Slide 38: Macho
	Slide 39: Macho
	Slide 40: Modelos e Caixas de Macho
	Slide 41: Modelo de Madeira
	Slide 42: Modelos
	Slide 43: Projeto de Modelos
	Slide 44: Projeto de Modelos
	Slide 45: Sobrespessura de Usinagem
	Slide 46: Projeto de Modelos
	Slide 47: Projeto de Modelos – Contração
	Slide 48: Projeto de Modelos
	Slide 49: Projeto de Modelos
	Slide 50: Projeto de Modelos
	Slide 51: Projeto de Modelos e Peças
	Slide 52: Projeto de Modelos e Peças
	Slide 53: Projeto de Modelos e Peças
	Slide 54: Canais de Enchimento (Sistema de Alimentação)
	Slide 55: Massalotes (Sistema de Alimentação)
	Slide 56: Massalotes (Sistema de Alimentação)
	Slide 57: Rechupe
	Slide 58: Rechupe
	Slide 59: Macroporosidades
	Slide 60
	Slide 61: Projeto de Massalotes
	Slide 62: Projeto de Massalotes
	Slide 63: Distribuição de Calor na Cavidade do Molde
	Slide 64: Exercício
	Slide 65: Areias de Moldagem
	Slide 66: Areias de Moldagem
	Slide 67: Areias de Moldagem
	Slide 68: Desmoldagem
	Slide 69: Desmoldagem
	Slide 70: Desmoldagem
	Slide 71: Acabamento
	Slide 72: Acabamento
	Slide 73: Acabamento
	Slide 74: Usinagem Pós Desmoldagem
	Slide 75: Fluxograma de Produção por Fundição
	Slide 76: Metalurgia dos Fundidos
	Slide 77: Ligas Usadas em Fundição
	Slide 78: Alotropia do Ferro Puro
	Slide 79: Diagrama Ferro-Cementita (Fe-Fe3C)
	Slide 80: Solidificação dos Metais
	Slide 81: Solidificação dos Metais
	Slide 82
	Slide 83: Grãos Cristalinos
	Slide 84: Contornos de Grão
	Slide 85: Tamanho de Grão
	Slide 86: Solução Sólida
	Slide 87: Solução Sólida
	Slide 88: Endurecimento por Solução Sólida
	Slide 89: Solidificação dos Metais
	Slide 90
	Slide 91: Solidificação dos Metais
	Slide 92: Solidificação dos Metais
	Slide 93: Diagrama de Equilíbrio Binário
	Slide 94: Solidificação dos Metais
	Slide 95: Diagramas TTT – Introdução
	Slide 96: Nucleação e Crescimento de uma Fase
	Slide 97: Nucleação e Crescimento de uma Fase
	Slide 98: Nucleação e Crescimento de uma Fase
	Slide 99: Nucleação e Crescimento de uma Fase
	Slide 100: Nucleação e Crescimento de uma Fase
	Slide 101: Nucleação e Crescimento de uma Fase
	Slide 102: Nucleação e Crescimento
	Slide 103: Inoculantes
	Slide 104: Inoculantes
	Slide 105: Inoculantes
	Slide 106: Inoculantes
	Slide 107: Inoculantes
	Slide 108: Desenvolvimento da Microestrutura
	Slide 109: Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
	Slide 110: Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
	Slide 111: Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
	Slide 112: Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
	Slide 113: Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
	Slide 114: Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
	Slide 115: Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
	Slide 116: Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
	Slide 117: Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
	Slide 118: Estrutura do Lingote – Regiões de Granulação
	Slide 119: Estrutura do Lingote – Dendritas
	Slide 120: Estrutura do Lingote – Efeitos dos Cantos
	Slide 121: Comparação da Microestrutura: Fundido x Forjado
	Slide 122: Estruturas Brutas de Fusão
	Slide 123: Estruturas Brutas de Fusão
	Slide 124: Estruturas Brutas de Fusão
	Slide 125: Comparação de Microestruturas
	Slide 126: Comparação de Microestruturas
	Slide 127: Comparação de Microestruturas
	Slide 128
	Slide 129: Encruamento por Laminação
	Slide 130: Comparação Microestrutural
	Slide 131: Encruamento