Processos de Fundição e Ligacão

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TECNOLOGIA MECÂNICA 
 
MÓDULO (UFCD) 
- Processos de Fundição e de Ligação - 
 
 
 
 
 
 
Amândio Ferreira Simões 
- 2010 -
i 
Índice 
 
Lista de Tabelas ............................................................................................... iv 
Lista de Figuras ................................................................................................ v 
1 - Obtenção do ferro fundido e do aço ........................................................... 1 
1.1 - Elementos para obtenção da gusa de primeira fusão ................................... 2 
1.2 - O alto-forno .................................................................................................... 3 
1.3 - O forno de cubilote ...................................................................................... 10 
1.4 - Misturadores, Conversores e Fornos eléctricos .......................................... 12 
1.4.1 - Misturadores .................................................................................................... 13 
1.4.2 - Conversores Bessemer, Thomas e LD .............................................................. 14 
1.4.3 - Forno Siemens-Martin ...................................................................................... 18 
1.4.4 - Fornos eléctricos e de cadinho .......................................................................... 19 
2 - Fundição de metais ................................................................................... 24 
2.1 - Fundição areia ............................................................................................. 26 
2.2 - Moldação com areia e aglomerantes orgânicos (Shell-moulding) ............. 35 
2.3 - Moldação de precisão (cera perdida) .......................................................... 37 
2.4 - Moldação permanente (coquilha) ............................................................... 38 
2.5 - Concepção de peças de fundição, modelos e machos ................................. 42 
3 - Outros processos de fundição ................................................................... 48 
3.1 - Fundição contínua ....................................................................................... 48 
3.2 - Fundição centrífuga ..................................................................................... 49 
4 - Fundição injectada .................................................................................... 51 
5 - Introdução ao processamento dos plásticos ............................................. 61 
5.1 - Pressão de injecção ...................................................................................... 70 
5.2 - Perfil de temperaturas de injecção ............................................................. 72 
5.3 - Contracção ................................................................................................... 74 
5.4 - Vantagens dos materiais plásticos ............................................................... 77 
5.5 - Regras de projecto ....................................................................................... 79 
ii 
6 - Processos de ligação .................................................................................. 86 
6.1 - Soldadura por Fusão ................................................................................... 88 
6.1.1 - Eléctrodo revestido (SER) ................................................................................ 94 
6.1.2 - Soldadura TIG .................................................................................................. 97 
6.1.3 - Soldadura MIG/MAG ....................................................................................... 99 
6.1.4 - Fios puxados (fluxo) ....................................................................................... 101 
6.1.5 - Arco submerso ............................................................................................... 103 
6.1.6 - Plasma............................................................................................................ 104 
6.1.7 - Oxigás ............................................................................................................ 106 
6.1.8 - Resistência ..................................................................................................... 109 
6.1.9 - Laser .............................................................................................................. 112 
6.2 - Soldadura no estado sólido ........................................................................ 114 
6.2.1 - Soldadura por Ultra-Sons ............................................................................... 115 
6.2.2 - Soldadura por Pressão a Frio .......................................................................... 117 
6.2.3 - Soldadura por Difusão .................................................................................... 117 
6.2.4 - Soldadura por Fricção .................................................................................... 119 
6.2.5 - Soldadura por Explosão .................................................................................. 120 
6.2.6 - Vantagens dos processos de soldadura no estado sólido .................................. 122 
6.3 - Brasagem e Soldobrasagem ....................................................................... 122 
7 - Defeitos em peças de fundição e ligação e métodos de detecção ........... 126 
7.1 - Defeitos típicos ........................................................................................... 126 
7.2 - Controlo qualidade .................................................................................... 128 
7.2.1 - Líquidos penetrantes ...................................................................................... 129 
7.2.2 - Ultra-sons ....................................................................................................... 130 
7.2.3 - Magnetoscopia ............................................................................................... 131 
7.2.4 - Radiografia .................................................................................................... 132 
7.2.5 - Outros ensaios ................................................................................................ 134 
8 - Bibliografia .............................................................................................. 135 
Anexos ............................................................................................................... I 
Anexo A – Exercício Prático Fundição ................................................................. I 
Anexo B – Exercício Prático Fundição Injectada ................................................ II 
Anexo C – Condições típicas de injecção (Plásticos) ......................................... III 
iii 
Anexo D – Materiais plásticos ............................................................................ IV 
 
iv 
Lista de Tabelas 
 
Tabela 1-1: Ligas ferrosas em função da % de Carbono ................................................... 2 
Tabela 1-2: Vantagens e desvantagens dos conversores .................................................. 16 
Tabela 1-3: Vantagens do processo LD ............................................................................ 16 
Tabela 2-1: Processos de fundição .................................................................................... 25 
Tabela 2-2: Propriedades das areias de fundição ............................................................. 27 
Tabela 2-3: Shell-moulding - Vantagens vs Desvantagens ............................................... 37 
Tabela 2-4: Fundição cera perdida - Vantagens vs Desvantagens ................................... 38 
Tabela 2-5: Fundição permanente metálica - Vantagens vs Desvantagens .....................42 
Tabela 2-6: Contracção linear de ligas metálicas ............................................................. 46 
Tabela 4-1: Pressões típicas de injecção de ligas leves ..................................................... 52 
Tabela 4-2: Fundição injectada - recomendações ............................................................ 56 
Tabela 4-3: Aços para moldes fundição injectada ............................................................ 58 
Tabela 5-1: Características dos plásticos em geral........................................................... 78 
Tabela 5-2: Propriedades específicas dos termoplásticos ................................................ 78 
Tabela 6-1: Classificação AWS – Processos de soldadura ............................................... 87 
Tabela 6-2: Revestimento dos eléctrodos .......................................................................... 95 
Tabela 6-3: Especificações AWS para eléctrodos ............................................................. 95 
Tabela 6-4: Vantagens e desvantagens da soldadura por eléctrodo revestido ................ 96 
Tabela 6-5: Soldadura TIG - Aplicações .......................................................................... 99 
Tabela 6-6: Soldadura MIG/MAG - Aplicações ............................................................. 101 
Tabela 6-7: Soldadura por fio puxado ............................................................................ 102 
Tabela 6-8: Soldadura por arco submerso ..................................................................... 104 
Tabela 6-9: Soldadura por plasma ................................................................................. 106 
Tabela 6-10: Soldadura Oxigás ....................................................................................... 108 
Tabela 6-11: Soldadura por resistência .......................................................................... 111 
Tabela 6-12: Soldadura Laser ......................................................................................... 113 
Tabela 6-13: Vantagens da soldadura no estado sólido ................................................. 122 
Tabela 6-14: Brasagem forte – selecção do material de adição ..................................... 123 
Tabela 6-15: Brasagem .................................................................................................... 125 
 
v 
Lista de Figuras 
 
Figura 1-1: Constituição do alto-forno ............................................................................... 4 
Figura 1-2: Esquema de funcionamento do alto-forno ...................................................... 5 
Figura 1-3: Transformações no alto-forno ......................................................................... 6 
Figura 1-4: Sistemas acessórios do alto-forno .................................................................... 8 
Figura 1-5: Etapas do fabrico de aço comercial (perfis) .................................................... 9 
Figura 1-6: Forno de cubilote tradicional ........................................................................ 11 
Figura 1-7: Zonas do forno de cubilote ............................................................................ 11 
Figura 1-8: Temperaturas no forno de cubilote ............................................................... 12 
Figura 1-9: Misturador basculante ................................................................................... 13 
Figura 1-10: Conversor Bessemer original ....................................................................... 15 
Figura 1-11: Esquema do conversor Bessemer ................................................................ 15 
Figura 1-12: Conversor LD ............................................................................................... 17 
Figura 1-13: Tipos de conversores .................................................................................... 17 
Figura 1-14: Esquema do forno Siemens-Martin ............................................................. 18 
Figura 1-15: Fornos eléctricos de resistência ................................................................... 19 
Figura 1-16: Forno de arco eléctrico directo .................................................................... 20 
Figura 1-17: Forno de arco eléctrico indirecto ................................................................. 21 
Figura 1-18: Instalação típica completa de forno de arco eléctrico ................................. 21 
Figura 1-19: Forno de indução.......................................................................................... 22 
Figura 1-20: Forno de cadinho a gás ................................................................................ 23 
Figura 2-1: Fases da produção – Moldes perdidos (areia) ............................................... 28 
Figura 2-2: Constituição de molde de areia ...................................................................... 29 
Figura 2-3: Molde de areia (corte) .................................................................................... 29 
Figura 2-4: Composição do molde de areia ...................................................................... 30 
Figura 2-5: Ciclo das areias .............................................................................................. 31 
Figura 2-6: Silo e Moinho misturador .............................................................................. 32 
Figura 2-7: Compactação por vibração e compressão ..................................................... 33 
Figura 2-8: Compactação e máquina “Jolt Squeeze” ...................................................... 33 
Figura 2-9: Moldação “Disamatic” ................................................................................... 34 
Figura 2-10: Moldação por impacto ................................................................................. 34 
vi 
Figura 2-11: Moldação à cércea ........................................................................................ 35 
Figura 2-12: Moldação shell-moulding ............................................................................. 36 
Figura 2-13: Moldação cera perdida ................................................................................ 37 
Figura 2-14: Abertura da coquilha tipo livro (rotação) ................................................... 39 
Figura 2-15: Abertura da coquilha por translação .......................................................... 40 
Figura 2-16: Coquilhadoras para alumínio e latão .......................................................... 40 
Figura 2-17: Sopradoras de areia (machos shell) ............................................................. 41 
Figura 2-18: Moldação por gravidade - Coquilha ............................................................ 41 
Figura 2-19: Concepção do molde – Plano de abertura ................................................... 43 
Figura 2-20: Concepção – Ângulos de saída e concordâncias .......................................... 44 
Figura 2-21: Concepção – Recomendações de ângulos de saída ...................................... 44 
Figura 2-22: Fases da solidificação ................................................................................... 45 
Figura 2-23: Sistema de alimentação ................................................................................ 45 
Figura 2-24: Recomendações geométricas ........................................................................ 46 
Figura 2-25: Recomendações geométricas ........................................................................ 46 
Figura 3-1: Fundição contínua vertical-horizontal .......................................................... 48 
Figura 3-2: Fundição contínua vertical ............................................................................ 49 
Figura 3-3: Fundição centrífuga horizontal .....................................................................50 
Figura 3-4: Fundição centrífuga horizontal – Fases solidificação ................................... 50 
Figura 3-5: Fundição centrífuga vertical .......................................................................... 50 
Figura 4-1: Peças de fundição injectada ........................................................................... 51 
Figura 4-2: Máquina de fundição injectada câmara quente ............................................ 53 
Figura 4-3: Máquina de fundição injectada câmara fria ................................................. 53 
Figura 4-4: Enchimento cavidade – plástico .................................................................... 54 
Figura 4-5: Enchimento cavidade – metal injectado ........................................................ 54 
Figura 4-6: Sistema alimentação fundição injectada (com difusor) ................................ 55 
Figura 4-7: Ataque molde fundição injectada .................................................................. 56 
Figura 4-8: Canais fundição injectada.............................................................................. 57 
Figura 4-9: Molde fundição injectada (corte)................................................................... 59 
Figura 4-10: Molde fundição injectada (planta) .............................................................. 60 
Figura 5-1: Fases da moldação dos termoplásticos .......................................................... 61 
Figura 5-2: Molde e máquina injectora ............................................................................ 62 
Figura 5-3: Molde típico .................................................................................................... 63 
Figura 5-4: Separação automática dos canais e peça ....................................................... 65 
vii 
Figura 5-5: Máquina de injecção Arburg 420 A .............................................................. 66 
Figura 5-6: Ciclo de Injecção ............................................................................................ 67 
Figura 5-7: Pormenor da unidade de injecção ................................................................. 69 
Figura 5-8: Prato da Injectora .......................................................................................... 69 
Figura 5-9: Injectora vertical ............................................................................................ 69 
Figura 5-10: Injectora – Extracção por Robot ................................................................. 70 
Figura 5-11: Injectora 2 cilindros ..................................................................................... 70 
Figura 5-12: Áreas do fuso e do pistão ............................................................................. 71 
Figura 5-13: Evolução da pressão de injecção .................................................................. 72 
Figura 5-14: Perfil de temperaturas ................................................................................. 73 
Figura 5-15: Contracção ao longo do tempo .................................................................... 75 
Figura 5-16: Espessura não uniforme - Defeitos .............................................................. 79 
Figura 5-17: Espessura não uniforme - Alternativas ....................................................... 80 
Figura 5-18: Espessura não uniforme - Alternativas ....................................................... 80 
Figura 5-19: Espessura não uniforme - Alternativas ....................................................... 80 
Figura 5-20: Raios - Recomendação ................................................................................. 81 
Figura 5-21: Nervuras - Recomendação ........................................................................... 81 
Figura 5-22: Nervuras - Recomendação ........................................................................... 82 
Figura 5-23: Ângulos de saída - Recomendação ............................................................... 82 
Figura 5-24: Ângulos de saída - Recomendação ............................................................... 83 
Figura 5-25: Furos - Recomendação ................................................................................. 83 
Figura 5-26: Contra-saídas - Recomendação ................................................................... 84 
Figura 5-27: Contra-saídas - Recomendação ................................................................... 84 
Figura 5-28: Contra-saídas – Recomendação ................................................................... 85 
Figura 5-29: Contra-saídas – Recomendação roscas ....................................................... 85 
Figura 5-30: Contra-saídas – Recomendação roscas ....................................................... 85 
Figura 6-1: Processos de união (ligação) .......................................................................... 86 
Figura 6-2: União por dobras ........................................................................................... 86 
Figura 6-3: Esquema da soldadura por fusão .................................................................. 89 
Figura 6-4: Processos de soldadura por fusão .................................................................. 89 
Figura 6-5: Aspecto do cordão de soldadura .................................................................... 90 
Figura 6-6: Cordão e zona termicamente afectada .......................................................... 90 
Figura 6-7: Morfologia dos cordões de soldadura ............................................................ 91 
Figura 6-8: Tipos e posição das juntas de soldadura ....................................................... 92 
viii 
Figura 6-9: Tipos de juntas ............................................................................................... 92 
Figura 6-10: Tipos de chanfros e respectivos símbolos .................................................... 93 
Figura 6-11: Simbologia (AWS) - exemplos ..................................................................... 93 
Figura 6-12: Especificação AWS – Eléctrodos para aço carbono ................................... 95 
Figura 6-13: Soldadura por eléctrodo revestido .............................................................. 96 
Figura 6-14: Soldadura por eléctrodo revestido - Equipamento ..................................... 97 
Figura 6-15: Soldadura TIG ............................................................................................. 98 
Figura 6-16: Soldadura TIG - Equipamento .................................................................... 98 
Figura 6-17: Soldadura MIG-MAG ............................................................................... 100 
Figura 6-18: Soldadura MIG-MAG – Equipamento semi-automático ......................... 100 
Figura 6-19: Soldadura por fios puxados ....................................................................... 102 
Figura 6-20: Soldadura por arco submerso.................................................................... 103 
Figura 6-21: Soldadura por plasma ................................................................................ 104 
Figura 6-22: Soldadura por plasma - Exemplos ............................................................. 105 
Figura 6-23: Soldadura por Oxigás - Equipamento ....................................................... 107 
Figura 6-24: Soldadura por Oxigás ................................................................................ 107 
Figura 6-25: Chama oxigás – acendimento e regulação ................................................. 108 
Figura 6-26: Oxicorte ...................................................................................................... 108 
Figura 6-27: Soldadura por pontos – Tipos .................................................................... 109 
Figura6-28: Soldadura por pontos (resistência) ............................................................ 110 
Figura 6-29: Soldadura por pontos e bossa .................................................................... 110 
Figura 6-30: Máquina soldadura por pontos e roletes ................................................... 111 
Figura 6-31: Soldadura resistência alta frequência (tubos) ........................................... 111 
Figura 6-32: Soldadura Laser ......................................................................................... 112 
Figura 6-33: Soldadura laser protegida e exemplo de aplicação ................................... 113 
Figura 6-34: Processos de soldadura no estado sólido ................................................... 114 
Figura 6-35: Máquinas de soldadura por ultra-sons para plásticos .............................. 115 
Figura 6-36: Componentes de sistema de soldadura ultra-sons (plásticos) ................... 116 
Figura 6-37: Sistema de soldadura por ultra-sons para cablagens eléctricas ............... 116 
Figura 6-38: Soldadura por pressão a frio ..................................................................... 117 
Figura 6-39: Mecanismo da soldadura por difusão ....................................................... 118 
Figura 6-40: Soldadura por difusão – morfologia (liga cobalto) ................................... 119 
Figura 6-41: Peças soldadas por difusão ........................................................................ 119 
Figura 6-42: Peças soldadas por fricção (rotação) ......................................................... 120 
ix 
Figura 6-43: Soldadura por explosão ............................................................................. 121 
Figura 6-44: Evolução da colisão .................................................................................... 121 
Figura 6-45: Brasagem no forno ..................................................................................... 124 
Figura 6-46: Brasagem - exemplos.................................................................................. 124 
Figura 7-1: Defeitos típicos em peças de fundição ......................................................... 127 
Figura 7-2: Líquidos penetrantes.................................................................................... 129 
Figura 7-3: Ultra-sons ..................................................................................................... 130 
Figura 7-4: Magnetoscopia ............................................................................................. 131 
Figura 7-5: Radiação electromagnética .......................................................................... 133 
Figura 7-6: Radiografia ................................................................................................... 133 
Figura 7-7: Equipamento Radiografia e exemplos ......................................................... 134 
 
 
 
 
 
 
 
Tecnologia Mecânica – Módulo (UFCD) – Processos de Fundição e de ligação 
1 
1 - Obtenção do ferro fundido e do aço 
A fundição é uma das mais antigas técnicas de fabrico de peças metálicas, usada à 
milhares de anos. 
Conforme se verá na descrição detalhada dos processos de fundição, o metal a vazar tem 
que estar no estado de fundido (líquido) com as propriedades e componentes adequados ao 
fim a que se destina. Deste modo, importa conhecer o processo de obtenção do metal 
desde a matéria-prima até ao estado de poder ser vazado em moldes de fundição. Dada a 
maior relevância do uso do aço e do ferro fundido nas aplicações industriais, o estudo vai 
incidir sobretudo nestes dois metais. Refere-se contudo que nalguns casos, as técnicas para 
obtenção de outros como as ligas de alumínio, cobre, zinco etc. Apresentam algumas 
semelhanças, nomeadamente quanto aos fornos usados (cadinho, eléctricos, etc.), 
diferindo sobretudo na matéria-prima usada (minério) e no tipo de revestimento dos 
fornos. 
A metalurgia é a ciência que estuda os materiais metálicos em geral. A metalurgia do ferro 
incide naturalmente sobre o ferro, particularmente sobre os aços e os ferros fundidos 
(metais ferrosos). 
A indústria siderúrgica é o ramo que trata dos processos de fabrico para obtenção dos 
ferros fundidos e dos aços. Em Portugal temos a Siderurgia Nacional que fabrica e fornece 
metais ferrosos nos mais variados formatos (perfis H, L, T, I, etc.). 
Como se sabe da ciência dos materiais, o ferro (Fe) é um elemento químico da tabela 
periódica. No entanto este não existe na natureza na forma pura nem tal tem aplicação 
prática, mas sim na forma ligada com outros elementos. 
No âmbito metalúrgico quando se fala em ferro simplesmente, não se refere ao elemento 
químico mas sim à liga Ferro-Carbono obtida na primeira fusão no alto-forno, também 
designada por gusa de primeira fusão. 
Tecnologia Mecânica – Módulo (UFCD) – Processos de Fundição e de ligação 
2 
Os metais ferrosos são assim ligas Ferro-Carbono, estando o carbono na forma de grafite 
(livre) ou na forma de composto químico de carboneto de ferro (Cementite Fe3C). 
Naturalmente existem ainda outros elementos de liga em menor percentagem que 
conferem propriedades específicas e outros considerados como impurezas como o enxofre 
e o fósforo. O fósforo (P) torna as ligas frágeis e quebradiças embora melhorem a fluidez. 
O enxofre (S) também torna as ligas frágeis, quebradiças, e propicia a formação de gretas, 
mas nalgumas situações muito específicas usa-se para melhorar a maquinabilidade. 
As ligas Ferro-Carbono apresentam as seguintes designações em função do teor de 
carbono: 
Tabela 1-1: Ligas ferrosas em função da % de Carbono 
% Carbono Nome liga Sub-tipo 
0 a 0,03 Ferro puro 
0,03 a 0,86 
Aços 
Hipoeutectóide 
0,86 Eutectóide 
0,86 a 2,1 Hipereutectóide 
2,1 a 4,3 
Ferros fundidos 
Hipoeutético 
4,3 Eutético 
4,3 a 6,67 Hipereutético 
 
Refere-se ainda que raramente os aços apresentam teores de carbono superiores a 1,4%, 
designando-se de extra macios (até 0,25%), macios (0,25% a 0,6%) e duros (>0,6%). 
 
1.1 - Elementos para obtenção da gusa de primeira fusão 
Para se obter o material ferroso (ferro técnico ou gusa) na primeira forma tecnicamente 
utilizável é necessário reunir os seguintes elementos que serão introduzidos num forno de 
grandes dimensões designado de alto-forno: 
 
Tecnologia Mecânica – Módulo (UFCD) – Processos de Fundição e de ligação 
3 
� Minerais de ferro: O ferro não existe isolado na natureza mas sim associado a 
outros elementos sob a forma de minerais (óxidos, carbonatos, sulfuretos e 
silicatos). Os principais minerais são a magnetite (72% ferro), a hematite (60%) e 
limonite e residualmente a pirite e a siderite. Estes minerais são extraídos de 
jazigos (minas) e encontram-se por sua vez associados a outros elementos (óxidos 
de fósforo, silício, manganês, alumínio, cálcio, magnésio, enxofre, etc.). Estes 
elementos considerados impurezas constituem a Ganga. Por conter elementos de 
elevado ponto de fusão é necessário adicionar fundentes para promover a sua fusão 
e separação do ferro. Outra fonte do ferro é a sucata reaproveitada que é usada em 
fornos de cubilote para obter ferros fundidos. 
� Fundentes: Juntam-se à ganga, formando novos compostos fundíveis à temperatura 
de operação do alto-forno. Sendo mais leves que o metal líquido sobem à superfície 
formando a escória. O fundente calcário de carbonato de cálcio (Castina) aplica-se 
em ganga siliciosa e o argiloso rico em sílica aplica-se em ganga carbonatada. 
� Combustíveis: O material combustível é o coque em nódulos de pós misturados com 
pós de calcário. O coque é obtido através da destilação do carvão, na ausência do 
ar, em fornos específicos (coqueiras). Aquece-se o coque a cerca de 1300ºC durante 
16 horasvolatizando ou vaporizando as impurezas. 
� Comburente: O comburente é o elemento que se adiciona ao combustível para que 
este entre em combustão. Neste caso, o oxigénio está presente no ar que se insufla 
no alto-forno a cerca de 900-1300ºC. 
A liga produzida (Gusa) apresenta um alto teor em carbono (>2%) e pequenos teores de 
silício, manganês, fósforo e enxofre, estes últimos que a tornam frágil e quebradiça. Funde 
a cerca de 1150ºC. Resiste mais à compressão do que à tracção e não se pode forjar nem 
maquinar. Por este motivo raramente é utilizada directamente em peças, servindo sim 
como matéria-prima para obtenção de ferros fundidos e aços em fusões e afinações 
posteriores. 
 
1.2 - O alto-forno 
Os elementos descritos atrás são carregados no alto-forno pela boca, retirando-se o metal 
líquido pela parte inferior (cadinho) e as escórias ligeiramente mais acima. Os gases de 
escape são tratados antes de irem para a atmosfera e recupera-se o calor dos mesmos que 
irá aquecer o ar insuflado e eventualmente ser usado em sistemas térmicos anexos 
(caldeiras, permutadores, motores de combustão, etc.). 
Tecnologia Mecânica – Módulo (UFCD) – Processos de Fundição e de ligação 
4 
A figura seguinte ilustra a constituição típica dos altos-fornos. 
 
Figura 1-1: Constituição do alto-forno 
O alto-forno é um forno vertical, com secção circular, revestido interiormente por tijolos 
refractários envolvidos por estrutura metálica de suporte. 
Descrição dos principais componentes do alto-forno: 
� (1) Boca: Zona por onde se carregam as cargas previamente preparadas (ganga-
minério, coque-combustível e fundente) e saem os fumos por condutas laterais. 
� (4) Cuba: Zona tronco-cónica revestida em tijolo refractário (sílica) assente em 
estrutura de betão (6). 
� (8) Zona de fusão / combustão: Revestimento em tijolo refractário sílico-aluminoso 
(40% de alumina) ou tijolos de carbono. O arrefecimento pode ser feito por 
circulação forçada de água na alvenaria. 
� (9) Cadinho: Zona onde assenta o metal fundido ficando à tona as escórias. Na parte 
inferior localiza-se o sangrador (12) para extrair o metal fundido (gusa) e na 
superior o sangrador (11) para extrair a escória. Nesta zona situam-se ainda as 
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5 
condutas de insuflação de ar previamente aquecido (que contém o comburente 
oxigénio) e as algaravizes (10). 
Como se verifica, o material de carregamento vai descendo enquanto que o comburente 
(ar) vai subindo, funcionando em contra-ciclo. 
A carga (coque, minério e fundente) é previamente preparada para que esta fique uniforme 
(homogeneização) e em pequenos fragmentos ou nódulos. Seguidamente é introduzida em 
camadas sucessivas alternadamente para tornar o processo da combustão mais eficiente. 
 
Figura 1-2: Esquema de funcionamento do alto-forno 
 
Ao longo da descida da carga e da subida do ar quente desenvolvem-se diversas reacções 
químicas e transformações. O oxigénio atravessa o coque a elevada temperatura e 
combina-se com o carbono deste, formando CO2.numa reacção exotérmica (também se 
produz CO numa reacção endotérmica, embora muito menor que a libertação de calor). A 
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6 
reacção exotérmica com libertação de grandes quantidades de calor fazem elevar a 
temperatura nesta zona do forno. A figura seguinte ilustra estas transformações. 
 
Figura 1-3: Transformações no alto-forno 
 
Os fumos à saída contêm monóxido e dióxido de carbono, azoto, vapor de água, 
hidrogénio, carbonetos e poeiras (cinzas) e ainda muito calor, saindo a cerca de 200ºC. Por 
este motivo é necessário eliminar os elementos nocivos à atmosfera e recuperar o calor 
para melhorar eficiência energética. Usam-se então despoeiradores (“scrubbers”) e filtros 
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7 
electrostáticos para limpar e purgar os gases da combustão e recuperadores para aproveitar 
o calor dos mesmos. 
A descarga da escória e da gusa líquida faz-se a intervalos regulares dependendo da 
capacidade do alto-forno. A intervalos de 1 a 4 horas no caso da escória e 4 a 12 horas 
para extracção da gusa. 
Anexo ao alto-forno, existem outros acessórios como o sistema transportador da carga e 
especialmente o sistema despoeirador e o recuperador de calor já referidos. 
Tipicamente, o sistema despoeirador (“scrubber”) tem uma zona chamada ciclone onde a 
mudança brusca do sentido e do valor da velocidade dos fumos provoca a deposição das 
partículas mais pesadas na base. As poeiras ferrosas são eliminadas por magnetização. Um 
chuveiro de água purifica o ar e torna as partículas em suspensão mais densas. Nas 
instalações modernas, existem ainda filtros electrostáticos que ionizam as partículas 
possibilitando a sua recolha. 
O sistema recuperador é constituído por torres cilíndricas em tijolo refractário de alta 
capacidade calorífica. Existem 2, 3 ou mais torres funcionando alternadamente. Numa das 
torres promove-se a passagem dos gases previamente tratados no sistema despoeirador, 
indo aquecer as placas de tijolo refractário, estando portanto em aquecimento. A outra ou 
outras torres estão entretanto a ceder calor ao ar fresco que vai ser aquecido ao passar 
pelos tijolos refractários quentes, sendo insuflado entre 900 a 1300ºC no alto-forno. Um 
sistema de válvulas controla o funcionamento alternado. 
A figura seguinte ilustra uma instalação típica completa. 
No exemplo apresentado, o recuperador da esquerda está a aquecer o ar de admissão 
cedendo calor proveniente dos tijolos refractários. Simultaneamente, o da direita está a 
aproveitar os gases da combustão quentes para aquecer as placas em tijolo refractário. 
Seguidamente os recuperadores invertem as suas funções e assim sucessivamente. 
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8 
 
Figura 1-4: Sistemas acessórios do alto-forno 
A gusa obtida vai servir para fabricar lingotes a usar na fundição de componentes (2ª 
fusão) em ferros fundidos, por exemplo em fornos de cubilote, ou para se obter aço em 
conversores ou fornos eléctricos. 
A figura seguinte ilustra o circuito típico completo da fabricação de componentes 
comerciais em aço. 
Como se verifica, após a afinação das ligas (aços) em fornos adequados, estas são vazadas 
em moldes chamados lingoteiras. Estes moldes são normalmente fabricados em aço ou 
ferro fundido. 
Após solidificação e desmoldação, os lingotes obtidos são aquecidos e seguidamente 
laminados sob a forma de barras rectangulares ou quadradas (biletes). 
Posteriormente estes perfis em bruto são novamente laminados para os diversos perfis e 
chapas comerciais. A última laminagem por vezes é realizada a frio para orientar grão por 
compressão e elevar resistência mecânica (rotura e dureza). Dado que este tratamento 
provoca encruamento (tensões internas que podem provocar distorções e empenos) deve 
realizar-se tratamento térmico de recozimento de distensão. Este tratamento realizado a 
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9 
uma temperatura ligeiramente acima da de recristalização permite o rearranjo dos grãos 
eliminando tensões internas sem contudo eliminar todo o efeito criado pela laminagem a 
frio (inferior à temperatura de recristalização). 
Existe um processo contínuo de obter estes perfis sem necessidade de vazamento em 
lingotes. Neste caso o aço é vazado continuamente, sendo encaminhado directamente para 
os diversos laminadores. Este processo descreve-se mais detalhadamente em item próprio. 
 
Figura 1-5: Etapas do fabrico de aço comercial (perfis) 
 
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10 
1.3 - O forno de cubilote 
O forno de cubilote é o mais antigo mas ainda assim o mais usado forno especialmente na 
produção de ferro fundido cinzento, dado o seu elevado rendimento, fácil regulação e boa 
capacidade de produção. Modernamente existem os fornos eléctricos que produzem ferros 
fundidos e aços de elevada qualidade, mas o tradicional cubilote continua competitivo 
dado o seu rendimento e custo de exploração na produção do ferro fundido. 
Para obtenção do ferro fundido existem ainda outros fornos como os de cadinho mas com 
aplicação mais reduzida. 
O forno de cubilote tem bastantes semelhanças com o alto-forno diferindo principalmente 
no facto da carga não ser minério mas sim material ferroso (lingotes, sucatas etc.). É 
vertical e tem a forma cilíndrica. Uma chapa de aço envolve o interior refractário (ácido, 
básico ou neutro). 
A carga é constituída por camadas alternadas de coque, castinas (fundentes – carbonato de 
cálcio) e materiais ferrosos (lingotes de gusa, sucatas de ferro ou aço). O ar quente é 
introduzido nas algaravizes por intermédio de ventiladores. 
Os fornos modernos contêm recuperadores de calor e despoeiradores tal como no alto-
forno. O ar pode ser aquecido de forma independente ou enriquecido com oxigénio para 
aumentar capacidade de produção embora baixe rendimento térmico global. 
As figuras seguintes ilustram a constituição e as zonas de um forno de cubilote tradicional. 
Realça-se que não está representado o sistema despoeirador e recuperador, semelhantes 
aos do alto-forno. 
O metal líquido é recolhido pelo orifício 11 (alvado) e bica 12. A escória é recolhida pelo 
orifício 14 (escoriador). 
Pode visualizar-se na última figura a variação da temperatura do ar e da gusa ao longo da 
subida e da descida respectivamente. 
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11 
 
Figura 1-6: Forno de cubilote tradicional 
 
 
Figura 1-7: Zonas do forno de cubilote 
 
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12 
 
Figura 1-8: Temperaturas no forno de cubilote 
 
Os subprodutos da fusão do cubilote podem ser valorizados: 
• Os gases libertados na parte alta do cubilote são recuperados e tratados. A sua 
energia térmica é utilizada para pré-aquecer o ar que é injectado nas tubagens do 
cubilote. 
• As poeiras arrastadas são tratadas no sentido de se extraírem metais úteis a outras 
indústrias. 
• A escória tem aplicação na construção de aterros para estradas e outras aplicações. 
 
1.4 - Misturadores, Conversores e Fornos eléctricos 
Como se viu, a gusa de primeira fusão não é normalmente usada como matéria-prima para 
obter peças fundidas, pois apresentam impurezas como o enxofre e o fósforo que as 
tornam frágeis e quebradiças. Por outro lado contêm outros elementos que podem não ser 
adequados ao tipo de aços ou ferros fundidos que se pretendem produzir. Como tal, para se 
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13 
obter determinado aço usa-se a gusa de primeira fusão obtida do alto-forno, sucata e 
esporadicamente minério como matéria-prima. 
A gusa terá então que ser afinada em Conversores (Convertidores) e/ou em fornos 
adequados. 
Estes equipamentos também são usados quando se pretende obter um ferro fundido 
específico, só que neste caso a matéria-prima é a gusa obtida no forno de cubilote. 
 
1.4.1 - Misturadores 
Este equipamento consiste num reservatório basculante, normalmente de forma cilíndrica 
e de eixo horizontal que serve para armazenar grandes quantidades de gusa obtida no alto-
forno uniformizando a sua composição. Este processo permite uma gestão flexível do 
fluxo de material fundido pois torna independente a utilização final da gusa em relação à 
produção do alto-forno. Por outro lado, permite a redução da percentagem do enxofre que 
se combina com a introdução de manganês. Dado que este elemento é caro, este processo é 
pouco usado em favor dos conversores e fornos eléctricos. 
 
Figura 1-9: Misturador basculante 
 
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14 
1.4.2 - Conversores Bessemer, Thomas e LD 
Estes equipamentos visam afinar ou converter as gusas de ferro fundido no estado líquido 
provenientes do alto-forno ou dos fornos de cubilote, transformando-as em aço através da 
redução dos teores dos elementos de liga indesejados. 
Esta redução é obtida insuflando ar sob pressão no seio da gusa líquida, indo o oxigénio 
reagir com os vários elementos, formando óxidos que se ligam entre si (escória). Estas 
reacções produzem calor que favorece ainda mais o processo. Não necessita de 
combustível para manter a gusa líquida. 
A insuflação pode ser pelo fundo ou lateral. 
Após as várias reacções, procede-se à correcção e desoxidação (devido à oxidação 
prejudicial do ferro sob a forma de óxido que enfraquece a liga), adicionando os elementos 
necessários, como o manganês para a desoxidação. 
Existem basicamente dois tipos de conversores: 
� Ácido – Bessemer: Executado em refractário ácido (sílica SiO2) para gusas ácidas 
(alto teor em silício e baixo em fósforo). 
� Básico ou silicioso – Thomas: Executado em refractário básico (argila ou dolomite - 
mineral de cálcio e magnésio) para gusas ricas em fósforo e pobres em silício. 
Estes conversores são recipientes com a forma de um ovóide ou pêra, revestidos 
externamente por chapa de aço e internamente pelos refractários. São munidos de um eixo 
de rotação para colocação na posição vertical e horizontal. 
O processo tem 3 fases principais: 
• Fase 1: Carregamento da liga no estado líquido a cerca de 1200ºC, na posição 
horizontal; 
• Fase 2: Insuflação do ar pelo fundo (pequenos canais) na posição vertical para 
promover as reacções de oxidação; 
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15 
• Fase 3: Após término das reacções, procede-se à correcção e desoxidação da liga de 
aço obtida, sendo seguidamente vazada a escória e finalmente a liga. 
A elevação da temperatura até cerca de 1600ºC deve-se principalmente à oxidação do 
silício no processo Bessemer e pela combustão do fósforo no processo Thomas, atingindo 
cerca de 1700ºC. 
 
Figura 1-10: Conversor Bessemer original 
 
 
Figura 1-11: Esquema do conversor Bessemer 
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16 
A tabela seguinte resume as vantagens e desvantagens dos conversores. 
 
Tabela 1-2: Vantagens e desvantagens dos conversores 
Vantagens (+) Desvantagens (-) 
Simplicidade Não permitem praticamente o 
uso de sucatas Dimensões reduzidas 
Boa capacidade de produção 
(até cerca de 50 Ton) 
Baixa qualidade dos aços 
(elevados teores de óxidos de 
ferro e de azoto Não necessitam de combustível 
Custos baixos de operação 
Regulação difícil 
Perda de metal elevada (5-10%) 
 
Uma evolução dos conversores é o conversor LD, desenvolvido em 1953 nas cidades 
austríacas de Linz e Donawitz, usado na siderurgia nacional. 
A grande diferença relativamente aos anteriores é o facto de se usar oxigénio puro 
insuflado a alta velocidade directamente no banho pela parte superior, através de uma 
lança (tubo refrigerado a água). Estes conversores possibilitam um melhor controlo do 
processo, mais rápido e eficaz. 
O processo LD é dos mais usados na obtenção do aço, resumindo-se as suas vantagens na 
tabela seguinte. 
Tabela 1-3: Vantagens do processo LD 
Permite converter gusas com teores menos exigentes de fósforo e silício 
Conversão mais rápida 
Melhor rendimento 
Permite o uso de sucata como matéria-prima (até 30%) 
Permite ligas com baixo teor de carbono (aprox0,06%) 
Obtém-se baixo teor de impurezas. 
Fraca contaminação do aço por nitrogénio (devido a oxigénio quase 
puro). 
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17 
 
Figura 1-12: Conversor LD 
Refere-se por último que existem outros conversores a oxigénio puro como os tipo Kaldo 
e Rotor em que a grande diferença para os LD é que são de corpo rotativo. 
 
Figura 1-13: Tipos de conversores 
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18 
1.4.3 - Forno Siemens-Martin 
Estes fornos de câmara aberta são essencialmente de afinação e usam um combustível no 
processo, que pode ser gás, líquido ou mesmo sólido pulverizado. Por este motivo podem 
arrancar com uma carga inteiramente sólida o que não acontece nos conversores. Deste 
modo permitem grande aproveitamento de sucatas. A qualidade dos aços obtidos é 
também superior pois a redução do C, Si e Mn é obtida por reacções entre a escória e o 
metal líquido em vez da combinação com o oxigénio. Estão contudo a entrar em desuso 
dado o seu rendimento e questões ambientais, sendo gradualmente substituídos pelos 
conversores e fornos eléctricos. 
 
Figura 1-14: Esquema do forno Siemens-Martin 
O exemplo apresentado tem 4 recuperadores, estando os dois da esquerda a aquecer o gás 
combustível e o ar, necessários para a combustão, enquanto que os dois da direita estão a 
aproveitar o calor dos gases da combustão para aquecer as placas refractárias. O ar e o gás 
são misturados na cabeça de combustão ou queimador produzindo a chama que irá elevar 
a temperatura no interior do forno. 
O fundo do forno (soleira) é constituído por material refractário básico ou ácido e contém 
no seu fundo um orifício para escoar o metal fundido. 
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19 
As válvulas controlam a sequência e alternância do funcionamento dos recuperadores, 
invertendo o esquema apresentado. 
 
1.4.4 - Fornos eléctricos e de cadinho 
Estes são os fornos gradualmente mais usados pois a disponibilidade da energia eléctrica 
tem aumentado e por outro lado estes fornos são mais versáteis. Conseguem-se atingir 
temperaturas muito elevadas no interior dos fornos pelo permitem fundir toda a espécie de 
aços ligados e outras ligas não ferrosas. 
Dado que não existe queima de combustível o processo de fusão realiza-se na ausência de 
impurezas, eliminando quase completamente o enxofre e o fósforo 
Existem basicamente os fornos de resistência (menos usados), os de indução e os de arco 
eléctrico. Os fornos de cadinho são essencialmente usados na fusão de ligas não ferrosas. 
 
� Fornos de resistência 
 
Figura 1-15: Fornos eléctricos de resistência 
São fornos constituídos por resistências eléctricas que aquecem por efeito de joule e 
transmitem esse calor (Q) principalmente por condução e radiação até ao metal a fundir. 
Podem ser de aquecimento directo ou indirecto. No directo usa-se por exemplo um bastão 
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20 
de grafite que irradia calor ao banho directamente. No indirecto, as resistências envolvem 
o recipiente do forno aquecendo este que por sua vez aquecem o banho. 
 
� Fornos de arco eléctrico 
Estes fornos são dos mais usados na fundição de praticamente todos os metais. Contêm um 
dois ou mais eléctrodos que criam um arco eléctrico entre eles e/ou a carga a fundir. 
No processo directo, cria-se um arco entre cada eléctrodo e o metal a fundir, recebendo 
este calor por radiação e por efeito de joule. No processo indirecto, criam-se arcos 
eléctricos entre os eléctrodos colocados acima do metal a fundir, recebendo este calor por 
radiação. 
Existem vários formatos destes fornos desde os de pequenas dimensões até aos de elevada 
produção. Alguns são basculantes para remoção da escória e da liga fundida. Outros têm 
simplesmente um orifício no fundo. 
 
Figura 1-16: Forno de arco eléctrico directo 
Tecnologia Mecânica – Módulo (UFCD) – Processos de Fundição e de ligação 
21 
 
Figura 1-17: Forno de arco eléctrico indirecto 
 
O material mais usado nos eléctrodos é a grafite por ser refractária, boa condutora e não 
muito cara. No entanto, desgastam-se rapidamente e como têm alto teor em carbono pode 
ser um problema em aços em que não se admite percentagens altas, por exemplo os 
inoxidáveis (< 0.06%). 
Uma solução possível, apesar de cara é o uso do tungsténio com um desgaste diminuto. 
A figura seguinte ilustra uma instalação típica completa. 
 
Figura 1-18: Instalação típica completa de forno de arco eléctrico 
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22 
� Fornos de indução 
Estes fornos contêm um circuito que é o indutor sendo a carga a fundir o induzido. Pelo 
princípio da indução, a passagem de uma corrente variável num condutor produz um 
campo magnético variável na sua vizinhança. Por sua vez um campo magnético variável 
produz uma corrente num condutor sujeito a esse campo. O condutor, ou seja o induzido, é 
o metal a ser fundido que vai estar sujeito a grandes intensidades de corrente que 
desenvolvem calor fundindo a carga. A corrente variável na indutor é criada por corrente 
alternada. Existem fornos com frequências desde os 50 Hz (rede eléctrica nacional normal) 
até aos 5000 Hz. 
Estes fornos necessitam normalmente de arrancar com carga já liquida ou com pequenas 
quantidades de carga sólida, tendo grande aplicabilidade na afinação de ligas metálicas. A 
bobina indutora é normalmente refrigerada a água. 
 
Figura 1-19: Forno de indução 
 
Tecnologia Mecânica – Módulo (UFCD) – Processos de Fundição e de ligação 
23 
� Fornos de cadinho 
Os fornos de cadinho usam-se principalmente na fundição de ligas não ferrosas. 
Podem ser móveis, fixos, basculantes ou rotativos. O material do seu revestimento é 
composto normalmente por argila, grafite, carboneto de silício, chapa de aço e ferro 
fundido. As formas são também variadas tal como o sistema de energia (electricidade, 
combustíveis sólidos, líquidos ou gasosos). 
O termo cadinho refere-se normalmente ao recipiente (panela) onde o metal é depositado 
para fundir, recebendo a energia calorífica externamente. 
Os fornos de cadinho confundem-se assim com alguns já referidos. O forno de indução por 
exemplo não é mais que um forno de cadinho. 
A figura seguinte ilustra um forno de cadinho alimentado a gás. 
 
 
Figura 1-20: Forno de cadinho a gás 
 
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24 
2 - Fundição de metais 
Dado que os líquidos adquirem a forma dos vasos (recipientes) que os contêm 
(Arquimedes), a fundição tem como fundamento a obtenção de peças com a forma do 
negativo do molde, vazando o metal no estado de fundido (líquido) na cavidade do molde. 
Após arrefecimento, abre-se ou destrói-se o molde e retira-se a peça pretendida já 
solidificada. 
A tecnologia da fundição é o conjunto de processos, métodos e técnicas para a obtenção de 
peças por fundição de forma controlada. 
Existem inúmeros processos de fabrico associados à fundição pelo que se vai incidir 
somente nos mais tradicionais e representativos, abordando-se exemplos dos chamados 
moldes perdidos e permanentes com modelos também perdidos ou permanentes. 
Entende-se por molde a ferramenta que contém a cavidade onde é vazado o fundido. Se 
tiver que ser destruído em cada ciclo de fundição para desmoldar a peça ou peças chama-
se molde perdido. Caso contrário trata-se de molde permanente (normalmente metálico). 
O modelo é uma réplica da peça a obter que vai servir para obter a cavidade do molde 
(moldação) quando esta não é obtida por maquinaçãodirecta. Pode ser também perdido ou 
permanente. 
Segue-se uma tabela geral com indicação dos processos de fundição adequados a alguns 
materiais metálicos. 
 
 
 
 
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25 
Tabela 2-1: Processos de fundição 
Grupo Ligas 
( T fusão, densidade d) 
Ligas Processo fundição 
Ferros fundidos 
(1275-1355ºC) 
(d ≈7,2) 
Ferro fundido cinzento 
(grafite lamelar ou 
esferoidal) – moldáveis e 
maquináveis e tenazes (só 
os esferoidais). 
Ferro fundido branco 
(carbono sob a forma de 
cementite Fe3C). 
Ferro fundido maleável 
(tratados termicamente para 
melhorar fragilidade e 
maquinabilidade). 
Outros. 
Moldes em areia 
Aços 
(alguns >1500ºC) 
(d ≈7,85) 
Aços ao carbono de baixa e 
alta liga. 
Aços ligados resistentes ao 
calor, desgaste e ataques 
químicos. 
Moldes em areia. Moldes 
com modelos perdidos. 
Moldações cerâmicas. 
Alumínio 
(650-790ºC) 
(d ≈2,7) 
Ligas A9, A8,A7, … Moldes em areia. Moldes 
com modelos perdidos. 
Moldes permanentes 
metálicos 
Cobre (980-1230ºC) 
(d ≈8,5 – 8,9) 
Latões, bronzes Moldes em areia. Moldes 
permanentes metálicos 
Magnésio (705-790ºC) 
(d ≈1,7-1,8) 
Ligas de magnésio Moldes em areia. Moldes 
permanentes metálicos 
injecção 
Zinco (400 a 450ºC) 
(d ≈6,6-7) 
Ligas de zinco (Zamacs) Moldes permanentes 
metálicos injecção 
Super-ligas Níquel, Cobalto, Titânio, … Especiais 
 
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26 
2.1 - Fundição areia 
O molde (moldação) deve resistir a temperaturas acima da temperatura de fusão do metal a 
ser vazado. 
Mesmo existindo actualmente aços muito resistentes ao calor, o problema da fadiga 
térmica limita o uso dos chamados moldes permanentes metálicos na fundição de metais 
de elevado ponto de fusão como são os ferros fundidos e as ligas de cobre. 
A grande maioria das peças vazadas é obtida com moldes em areia que é um material 
refractário, vulgarmente designada de areia verde ou areia de fundição, permitindo 
contornar o problema anterior, embora o molde seja perdido (não permanente). 
A areia produz-se pela desagregação de cristais de rocha por acção natural (erosão chuva e 
vento, frio, calor) ou artificial (processos mecânicos). 
As areias mais usadas em fundição são as se sílica (granitos) devido ao baixo custo e 
disponibilidade. 
A chamada areia de fundição é na verdade uma mistura de sílica (refractário), argila 
(material ligante lamelar, composto essencialmente de silicato de alumínio hidratado) e 
água (aditivo) e outros aditivos específicos. 
Areia típica: 
� Areia-base: Sílica; 
� Argila (Bentonite) – 5 a 7%; 
� Água – 2 a 3,5% 
� Pó de carvão mineral (evita sinterização da areia e melhora acabamento); 
� Dextrina (melhorar resistência mecânica do molde); 
� Pó de madeira, óxido de Ferro, … 
As areias devem apresentar as seguintes propriedades: 
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27 
Tabela 2-2: Propriedades das areias de fundição 
Estabilidade térmica e dimensional a altas temperaturas (dilatação baixa) 
Tamanho e distribuição dos grãos adequados 
Não ser reactiva com o material a fundir 
Baixa molhabilidade com o fundido 
Inexistência de partículas fundíveis e que criem gases 
Boa disponibilidade e baixo custo 
Boa refractariedade (ponto de fusão elevado) 
Boa resistência mecânica (compactação) 
Permeabilidade adequada (a gases) 
Plasticidade, consistência e granulometria adequada 
Um dos aspectos importantes é a granulometria da areia (seca e limpa) que está 
relacionada com o tamanho do grão (malha de um filtro). Usa-se o indicador índice de 
finura (f) que indica o grau de finura da areia. Quanto maior o índice de finura mais fina é 
a areia, logo menor é a granulometria e a permeabilidade a gases. 
Tipos de areia: 
� areia de moldação fina: tamanho de grão (120-180 AFS), alta percentagem de 
argila (12 a 15%); 
� areia de moldação média: tamanho de grão (80-100 AFS), alta percentagem de 
argila (8 a 14%); 
� areia de moldação grosseira: tamanho de grão (60-100 AFS), baixa percentagem 
de argila (4 a 6%), sendo este tipo de areia mais utilizada para o aço e para o 
ferro, devido à necessidade destes metais permanecerem por um longo período 
de tempo na moldação. 
Em unidades industriais de produção série, as areias são preparadas em equipamentos 
específicos, aproveitando-se as areias provenientes das desmoldações. 
O processo geral de fundição pelo método de molde perdido (areia) compreende as etapas 
apresentadas no diagrama seguinte. 
 
 
 
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28 
 
Figura 2-1: Fases da produção – Moldes perdidos (areia) 
 
Os moldes em areia são geralmente constituídos por duas caixas normalmente em chapa 
de aço (superior e inferior), pelo modelo (madeira, metal ou outros) que vai definir a 
cavidade do molde e o sistema de alimentação e finalmente por machos perdidos, também 
em areia que vão moldar os ocos da peça fundida. As duas caixas são guiadas por pinos 
alinhados e irão ser cheias com areia compactada (manualmente ou mecanicamente). 
A figura seguinte ilustra um molde de areia e demais constituintes, sendo o modelo em 
madeira constituído por duas metades. Como a peça a fundir tem um oco (furo) terá que 
existir um macho perdido em areia. Os machos terão que ter alojamentos adequados na 
areia (prensos) para não se deslocarem e ficarem devidamente posicionados. 
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29 
 
 
Figura 2-2: Constituição de molde de areia 
 
 
Figura 2-3: Molde de areia (corte) 
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30 
A figura seguinte ilustra as fases da composição do molde, sendo o modelo constituído por 
duas meias partes (placas-molde). Os machos perdidos são obtidos por duas caixas de 
machos. 
 
Figura 2-4: Composição do molde de areia 
 
� Fase 1: Projecto da peça e ferramentas 
� Fase 2: Execução das caixas de machos 
� Fase 3: Moldação dos machos (compactação da areia aglomerada) 
� Fases 4,5: Execução dos modelos ou placas-molde 
� Fases 6,7: Compactação da areia na caixa superior (com canais alimentação) 
� Fases 8,9,10: Compactação da areia na caixa inferior e colocação do macho 
� Fase 11: Caixas superior e inferior unidas após remoção das placas-molde 
� Fase 12: Vazamento e remoção da peça após solidificação (molde destruído) 
� Fase 13: Corte dos alimentadores, rebarbação e controlo final 
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31 
O ciclo geral de preparação das areias de fundição apresenta-se no diagrama seguinte. 
 
 
Figura 2-5: Ciclo das areias 
 
� Desintegrador: Separar os grãos de areia pré-revestidos com aglomerante e aditivos, 
garantindo maior homogeneidade e capacidade de moldação. 
 
 
Areia velha 
Desmoldador 
Triturador 
Separador 
magnético 
Crivo + 
Aspirador 
Doseador 
Areia nova 
Secador 
Crivo + 
Aspirador 
Doseador 
Água+Aglomerante
+Aditivos 
Moinho 
misturador 
Desintegrador Moldação 
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Figura 2-6: Silo e Moinho misturador 
 
A compactação da areia nas caixas de moldação pode ser executada manualmente (maços) 
ou mecanicamente em grandes produções. 
As possibilidades vão desde a técnica de projecção da areia através de turbinas de 
arremesso radial, sistema vibratório seguido de compressão ou insuflação de ar 
comprimido na caixa de areia compactando-a contra o modelo.Uma técnica muito usada 
em produção série é a “Disamatic” com execução sequencial de moldações em areia, que 
quando unidas formam a cavidade moldante. 
 
 
 
 
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Figura 2-7: Compactação por vibração e compressão 
 
 
Figura 2-8: Compactação e máquina “Jolt Squeeze” 
 
 
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Figura 2-9: Moldação “Disamatic” 
 
 
Figura 2-10: Moldação por impacto 
 
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35 
Outra técnica de moldação usada é a cércea quando o perfil da peça é de revolução ou de 
translação. A figura seguinte ilustra uma moldação à cércea por rotação do perfil. 
 
Figura 2-11: Moldação à cércea 
 
� Fase 1: Rodar a cércea “a” que irá moldar a caixa superior 
� Fase 2: Retirar eixo e cércea, tapar furo deixado, colocar caixa superior, polvilhar 
com areia fina, abrir alimentadores, aplicar areia e compactar 
� Fase 3: Retirar caixa superior, colocar cércea “b” e rodar, moldando caixa inferior 
� Fase 4: Remover cércea e tapar furos deixados, polvilhar molde, colocar caixa 
superior 
 
2.2 - Moldação com areia e aglomerantes orgânicos (Shell-moulding) 
Este processo de maior precisão, usa moldes de areia em forma de casca. A areia é de 
sílica muito fina (pureza superior a 98%), finura 100 a 150 AFS, teor de argila inferior a 
15%. Os aglomerantes são resinas sintéticas que polimerizam a determinada temperatura, 
sofrendo inicialmente um amolecimento e de seguida um endurecimento irreversível. 
Podem ser resinas fenólicas, de ureia ou melaninas. 
Os modelos com ângulos de saída, são montados em placas-molde e irão ser aquecidos a 
uma temperatura entre 150ºC a 300ºC, durante 3 a 5 minutos, polimerizando a areia com 
resina que os envolve. 
A figura seguinte ilustra este processo. 
 
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36 
 
Figura 2-12: Moldação shell-moulding 
 
� Fase 1: Execução do modelo metálico 
� Fase 2: Fixação do modelo a uma placa metálica que é aquecida (150ºC a 300ºC) e 
revestida com desmoldante (Silicone) 
� Fase 3: Fixação de uma caixa com areia pré-revestida com resina à placa-modelo 
� Fase 4: Rotação da caixa e da placa-modelo, queda por gravidade da areia sobre o 
modelo seguido de polimerização criando casca dura com 5-7 mm espessura 
� Fase 5: Nova rotação da caixa e da placa-modelo e remoção da areia não 
polimerizada. Repetição para obter outra meio moldação. A extracção da placa-
molde da placa-modelo pode ser executada por pinos extractores 
� Fase 6: União das meias moldações (colagem, aperto com grampos, e eventualmente 
colocação em caixa cheia com areia ou outro material). Vazamento do material 
� Fase 7: Peça obtida em bruto 
� Fase 8: Corte e rebarbação. Maquinar se necessário 
 
Este processo apresenta bastantes vantagens em relação aos anteriores mas também 
algumas desvantagens, como a seguir se indicam. 
 
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37 
Tabela 2-3: Shell-moulding - Vantagens vs Desvantagens 
Vantagens (+) Desvantagens (-) 
Maior precisão, tolerâncias dimensionais mais 
apertadas, maior rigor de forma 
Custo mais elevado das areias pré-
revestidas 
Menor rugosidade superficial Custo mais elevado das placas-modelo 
Rapidez de fabrico Limitação do processo a peças 
pequenas e médias (resistência 
mecânica das carapaças) 
Redução do volume de areias de moldação 
Moldações leves 
Processo mais económico que os de areia para 
produção de grandes séries de peças 
Areias não recicláveis economicamente 
 
2.3 - Moldação de precisão (cera perdida) 
Neste processo de fundição de precisão, utiliza-se um modelo perdido em cera para se 
obter o molde em pasta cerâmica refractária (também perdida). 
 
Figura 2-13: Moldação cera perdida 
 
� Fase 1: Moldação do modelo em cera (natural ou sintética sob a forma de 
termoplástico) num molde de injecção 
� Fase 2: Formação de um cacho por colagem das unidades repetitivas que servirão 
para moldar o molde em pasta cerâmica e pós refractários 
� Fase 3: Pulverização ou Imersão da árvore de modelos num banho de refractário de 
granulometria fina (lama refractária - revestimento primário). Deposição de 
camadas sucessivas de material refractário (pó de sílica ou zircónio) para 
constituição de um corpo em casca cerâmica auto-resistente (revestimento 
secundário) 
� Fase 4: Destruição do modelo de cera por fusão (vapor de água sob pressão) e 
cozimento (cura) do material cerâmico da moldação para conclusão do processo de 
presa em forno a 870ºC-1095ºC 
� Fase 5: Vazamento do metal fundido e solidificação 
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38 
� Fase 6: Destruição do molde para obter peça 
� Fase 7: Corte dos excessos, acabamento final e controlo dimensional 
 
Tabela 2-4: Fundição cera perdida - Vantagens vs Desvantagens 
Vantagens (+) Desvantagens (-) 
Flexibilidade de forma Peças de pequenas e médias dimensões 
Tolerâncias dimensionais apertadas Processo moroso e exigente na 
obtenção dos modelos Grande produtividade 
Elevado rigor dimensional 
Bom acabamento superficial 
Peças sem linhas de partição 
Espessuras mínimas inferiores às obtidas por 
Shell-Moulding 
 
2.4 - Moldação permanente (coquilha) 
A moldação em coquilha (moldes permanentes metálicos) usa-se essencialmente na 
fundição de ligas de baixo ponto de fusão como os latões, alumínios, magnésio e 
excepcionalmente alguns ferros fundidos hipereutécticos. Existem os chamados moldes de 
injecção (sob pressão) abordados em capítulo próprio e os moldes de fundição por 
gravidade. Os moldes em areia vistos atrás funcionam também por gravidade mas não são 
permanentes (são destruídos em cada moldação). O enchimento das cavidades faz-se por 
acção da gravidade (peso próprio do material a fundir e coluna líquida) pelo que o sistema 
de alimentação deve ser bem dimensionado, bem como os alimentadores para compensar a 
contracção do material. Relembra-se que neste caso não existe um sistema auxiliar de 
pressão que compacte o material, como é o caso dos moldes de injecção. 
A moldação em moldes permanentes metálicos tem a grande vantagem de permitir 
inúmeras moldações com o mesmo molde. No entanto o material com que são fabricados 
deve resistir a altas temperaturas e ao ataque e adesão do fundido, embora mesmo assim se 
usem revestimentos adequados (isolantes e lubrificantes). Por este motivo usa-se 
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39 
habitualmente aços apropriados para trabalho a quente ou ligas de cobre-berílio com 
excelentes propriedades térmicas (condutibilidade e resistência). 
Para evitar grandes gradientes térmicos, os moldes metálicos devem ser pré-aquecidos até 
estabilizarem a temperatura e só depois entrarem em funcionamento. 
Para moldar ocos das peças podem usar-se machos móveis se possibilitarem desmoldação. 
Caso contrário, terão que se incorporar machos destrutíveis em cada moldação, tornando o 
processo de moldação semi-permanente. Estes machos são normalmente fabricados em 
processos contínuos automáticos através de caixas de machos (moldes metálicos) por 
shell-moulding de sopro de areia. 
As metades da coquilha podem ser montadas em dispositivos manuais que permitem a 
abertura por rotação (tipo livro) ou por translação. No entanto existem máquinas 
automáticas chamadas coquilhadoras (ou coquilhadeiras) que funcionam em ciclo 
automático ou semi-automático. 
As figuras seguintes ilustram a operação manual e máquinas coquilhadoras.Figura 2-14: Abertura da coquilha tipo livro (rotação) 
 
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40 
 
Figura 2-15: Abertura da coquilha por translação 
 
 
Figura 2-16: Coquilhadoras para alumínio e latão 
 
Existem igualmente máquinas automáticas para obtenção de machos em casca (shell-
moulding) que serão incorporados nas coquilhas em cada moldação (machos perdidos). 
A figura seguinte ilustra alguns desses equipamentos. 
 
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41 
 
 
Figura 2-17: Sopradoras de areia (machos shell) 
 
A moldação por coquilha compreende normalmente as seguintes fases: 
 
Figura 2-18: Moldação por gravidade - Coquilha 
� Fase 1: Maquinação da coquilha e caixa de machos (quando for necessário o uso de 
machos perdidos) por CNC-CAM ou copiadoras 
� Fase 2: Obtenção dos machos por sopro de areia (shell-moulding) ou outro processo 
e colocação na coquilha, devidamente posicionados e presos (prensos) 
� Fase 3: Vazamento manual ou por robot, do metal (previamente fundido num forno) 
para dentro da coquilha. Este processo pode ser executado em coquilhadoras 
manuais (rotação ou translação) ou automáticas (desejável para grandes produções) 
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� Fase 4: Abertura da coquilha e extracção da peça solidificada (ainda muito quente, 
ao rubro) e remoção destrutível do macho em areia 
� Fase 5: Corte dos jitos e alimentadores, e rebarbação. Por vezes usam-se máquinas 
de jactos abrasivos (esferas de vidro, areia, etc.) 
� Fase 6: Maquinação das zonas funcionais e de maior precisão. Para tal a peça deve 
ser moldada com sobreespessura de maquinação 
� Fase 7: Controlo final e expedição para cliente colocar peça em serviço 
 
Tabela 2-5: Fundição permanente metálica - Vantagens vs Desvantagens 
Vantagens (+) Desvantagens (-) 
Peças com maior precisão dimensional e melhor 
acabamento superficial 
Limitado a ligas de baixo ponto de 
fusão 
Molde permanente permite grandes quantidades 
de moldações 
Alto custo das ferramentas amortizável 
só em grandes produções 
Menos defeitos e melhores propriedades 
mecânicas (embora algumas peças devam ser 
tratadas termicamente devido às tensões 
provocadas pela contracção muito rápida) 
Necessário revestimentos para 
protecção do molde (isolantes e 
lubrificantes) 
Diminuição do nº de zonas a maquinar, logo dos 
custos de maquinação 
Algumas geometrias com linhas de 
apartação complexas não são possíveis 
de desmoldar. 
Permite obter peças de secção mais fina e 
uniforme 
 
 
2.5 - Concepção de peças de fundição, modelos e machos 
De um modo geral as peças de fundição devem obedecer às regras vistas para as peças 
plásticas, nomeadamente espessuras uniformes e não demasiado grandes, ângulos de saída 
de modo a facilitar a extracção do modelo nos moldes de areia ou a própria peça já fundida 
nos moldes permanentes metálicos. Aspecto essencial é a introdução de raios de 
concordância interiores pois a presença de quinas vivas introduz grande concentração de 
tensões térmicas, originando fissuras nas peças, algumas delas imediatamente após a 
moldação. 
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43 
As zonas a serem maquinadas posteriormente devem ter sobreespessura adequada sem ser 
exagerada pois pode provocar rechupes e chochos nas peças. 
Sobretudo nos ferros fundidos deve sempre atender-se ao facto de que estes resistem mais 
à compressão do que à tracção. Assim, as eventuais nervuras ou geometrias de reforço 
devem ser introduzidas na peça de forma a que fiquem preferencialmente à compressão. 
Dado que as peças contraem durante a solidificação é necessário prever uma majoração às 
dimensões do molde. Assim, os modelos que servirão para criar a cavidade de moldação 
na areia devem ter essa majoração. Se o molde for permanente metálico, a cavidade é 
maquinada com essas dimensões majoradas. Os machos perdidos em areia (shell ou 
outros) terão também que ser executados com as dimensões majoradas da contracção. Se 
estes forem obtidos numa caixa de machos (por exemplo por shell-moulding com sopro de 
areia) tem que se contar com a própria contracção da areia que embora baixa atinge cerca 
de 0.5%. 
Os machos devem ter um prolongamento, designado por prenso, de forma a ficarem 
devidamente fixos no molde. Dado que a maioria dos machos têm prensos cilíndricos, é 
necessário prever atravancamento contra translação e/ou rotação (ex: golas, abas, etc.). 
A linha de abertura do molde deve ser a mais simples possível e em local adequado à 
menor complexidade do molde. O exemplo seguinte mostra como uma definição 
incorrecta da linha de abertura pode complicar o molde (implica a execução de machos 
perdidos). 
 
Figura 2-19: Concepção do molde – Plano de abertura 
 
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44 
A figura seguinte ilustra os problemas causados pela falta de ângulos de saída e de raios de 
concordância, durante extracção do modelo na execução do molde em areia. 
De notar que surgirão também problemas de tensões internas na peça vazada depois de 
solidificada. Mesmo num molde metálico a situação sem ângulos e raios de concordância 
é nefasta pois prejudica a extracção da peça vazada do molde. 
 
Figura 2-20: Concepção – Ângulos de saída e concordâncias 
 
 
Figura 2-21: Concepção – Recomendações de ângulos de saída 
 
Durante a solidificação, as peças fundidas contraem como se referiu. Nos moldes 
permanentes de injecção controla-se a contracção através da pressão exercida pelo cilindro 
de injecção, introduzindo novo material para compensar a diminuição do volume. Já nos 
moldes de fundição por gravidade tal não é possível. A contracção volumétrica é 
compensada através de material fornecido pelos alimentadores. O sistema de alimentação 
típico compreende assim uma bacia e canal de vazamento, o ataque, os referidos 
alimentadores (abertos atmosféricos ou fechados). 
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Figura 2-22: Fases da solidificação 
 
Como se verifica, a última zona a solidificar fica com defeito de rechupe. Este defeito fica 
nos alimentadores se estes forem devidamente dimensionados (em número devido ao raio 
de acção e em forma). Tem que se garantir que estes sejam os últimos a solidificar. Por 
este motivo devem ter espessura e volume muito superiores à espessura média da peça. 
Note-se que se introduz desperdício na moldação que é necessário retirar e rebarbar, mas 
que é refundido novamente (totalmente reciclável). 
 
Figura 2-23: Sistema de alimentação 
 
A tabela seguinte apresenta alguns valores típicos de contracção de materiais vazados. De 
referir que são valores orientativos pois a contracção depende de inúmeros factores como a 
geometria da peça (espessuras), do tipo de molde (quanto à areia, permeabilidade a gases, 
moldes metálicos), dos alimentadores, etc. 
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Tabela 2-6: Contracção linear de ligas metálicas 
Liga Contracção (%) 
Aço 1.8 
Ferro fundido cinzento 1.0 
Ferro fundido maleável 2.1 
Zinco 1.6 
Alumínio 1.8 
Bronze (10% Sn-20% Sn) 0.8-1.5 
Latão 1.5 
Níquel e ligas cobre-níquel 8-9 
 
Seguem-se algumas recomendações de ordem geométrica. 
 
 
Figura 2-24: Recomendações geométricas 
 
 
Figura 2-25: Recomendações geométricas 
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Um dos aspectos a considerar no sistema de alimentação é a vertente económica para além 
da técnica.