Fundição aula 01 e 02

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Tecnologia Mecânica
Estudo dos processos de fabricação mecânica.
A fabricação de conjuntos mecânicos é realizada a partir de
cinco grandes famílias de processos de fabricação: A
Fundição, a Conformação Mecânica, a Soldagem, a Metalurgia
do Pó e a Usinagem.
Fundição
O que é fundição?
A fundição é um processo de fabricação inicial e é o processo
pelo qual se fabricam os lingotes.
Pode ser empregado com os mais variados tipos de ligas
metálicas, desde que elas apresentem as propriedades
adequadas a esse processo, como por exemplo, temperatura
de fusão e fluidez.
Ligas mais comuns na fundição: Ferro Fundido, Alumínio,
Cobre, Zinco, Magnésio e suas respectivas ligas.
Fundição
POTENCIALIDADES
1. Vantagem econômica
Caminho mais curto entre matéria-prima e peça acabada
2. Flexibilidade quanto à dimensões e peso
De algumas gramas até toneladas
3. Moldagem de formas complexas
Liberdade de formas (líquido se molda com facilidade)
4. Produção em série
Fácil automação
5. Economia de usinagem
Bom acabamento superficial e boas tolerâncias dimensionais
Fundição
Acabamento superficial
A superfície de uma peça fundida, independentemente do
processo de fundição e acabamento aplicados, nunca é
perfeitamente lisa, apresentando ondulações diversas.
Uma peça fundida em areia tipicamente exibe uma
rugosidade superficial da ordem de 10 a 20 μm e tolerâncias
dimensionais próximas a 2 mm, em contraste com
rugosidades da ordem de 2 μm e tolerâncias dimensionais da
ordem de 1 mm, respectivamente, apresentadas por peças
produzidas por forjamento em matriz fechada
Fundição
Tolerâncias dimensionais em peças fundidas brutas
Usualmente as margens de tolerâncias para produtos
fundidos são grandes quando comparadas a processos de
usinagem.
Especialmente na moldagem em areia, é difícil garantir
tolerâncias muito estreitas, pois muitas variáveis interferem na
precisão dimensional.
Além disso, o processo de fundição interfere
profundamente nessa precisão dimensional, sendo a fundição
sob pressão e a fundição de precisão as que apresentam
tolerâncias mais estreitas.
Fundição
Tolerâncias dimensionais em peças fundidas brutas
GTA1: moldagem manual quando forem utilizados modelos de madeira e isopor;
GTA2: moldagem manual quando forem utilizados modelos metálicos ou de
plástico, ou ainda moldagem mecanizada com modelos de madeira;
GTA3: moldagem mecanizada quando forem utilizados modelos metálicos ou
plásticos;
GTA4: moldagem mecanizada com modelos metálico ou plástico em placa-modelo
metálica e com máxima dimensão linear de 350 mm.
Grau de 
tolerância
Até 10
Acima de 
10 até 20
Acima de 
20 até 30
Acima de 
30 até 50
Acima de 
50 até 
80
Acima 
de 80 
até 120
Acima 
de 120 
até 180
Acima de 
180 até 
250
Acima de 
250 até 
320
Acima de 
320 até 
400
Acima de 
400 até 
500
GTA1 - - ±4,5 ±5,0 ±5,5 ±6,0 ±6,5 ±7,0 ±7,5 ±8,0 ±9,0
GTA2 - - ±3,0 ±3,2 ±3,4 ±3,7 ±4,0 ±4,5 ±4,8 ±5,0 ± 5,5
GTA3 - ±1,2 ±1,5 ± 1,6 ±1,7 ±1,8 ±2,0 ±2,2 ± 2,3 ±2,5 ±2,6
GTA4 + 0,7 ± 0,8 ± 0,9 ±1,0 ± 1,1 ±1,2 ±1,3 ± 1,4 ± 1,5 ± 1,6 ± 1,7
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Na fundição, a solidificação do metal ocorre,
geralmente, em poucos segundos.
É um tempo muito breve no processo produtivo de uma peça,
mas é o “coração” do processo.
Se estes poucos segundos de solidificação não
forem bem controlados eventuais defeitos de
fabricação podem surgir inviabilizando a
utilização da peça produzida
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Um material metálico ao passar do estado líquido para
o estado sólido (e vice-versa) sofre uma drástica mudança de
viscosidade.
A principal diferença entre os dois estados é a variação
na fluidez. Quando expressa em "viscosidade", a diferença
entre os dois estados pode chegar à ordem de grandeza de
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ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Fenômenos que ocorrem durante a solidificação Esses
fenômenos são:
Cristalização,
Contração de volume,
Concentração de impurezas,
Desprendimento de gases.
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Cristalização:
A solidificação dos metais ocorre por um processo de
nucleação e crescimento.
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
1.Nucleação Homogênea – o núcleo sólido “nasce” 
totalmente a partir do líquido
2.Nucleação Heterogênea – o núcleo sólido “nasce” em 
contato com uma superfície sólida
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
rcrítico
Nucleação homogênea
Núcleo Núcleo crítico
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
V
a
ri
a
ç
ã
o
 d
a
 e
n
e
rg
ia
 l
iv
re
Var. energia livre do volume
Raio do núcleo, r
Var. energia livre da 
superfície
Var. energia 
livre TOTAL
3
O núcleo sólido deve ter um raio maior que o raio crítico para que a
solidificação ocorra.
Nucleação homogênea
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Nucleação homogênea
Na nucleação homogênea é necessário um
super resfriamento térmico para se estabilizar ou
mais núcleos e então a partir dele(s) ocorrer
a solidificação
Material Pb Ag Cu Ni Fe H2O
Temp. de Fusão (oC) 327 962 1085 1453 1536 0
Subresfriamento (oC) 80 250 236 480 420 40
Subresfriamento necessário para nucleação homogênea de alguns materiais
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Nucleação Heterogênea
Em condições práticas a nucleação é geralmente
heterogênea, pois a fase sólida se cristaliza mais
facilmente num substrato previamente solidificado.
O núcleo surge como
uma calota esférica na
superfície do substrato
aproveitando a energia
superficial já existente
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Nucleação Heterogênea
A nucleação depende da 
afinidade do material a ser 
solidificado e do substrato
O ângulo  é o ângulo de
molhamento e está relacionado
com a afinidade entre os
materiais
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Crescimento
Uma vez que o cristal é nucleado e o seu raio for
superior ao raio critico, ele vai desenvolver-se. A maneira
como este cristal cresce vai determinar as propriedades do
material fundido
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Crescimento
Metais Puros:
O crescimento do cristal depende do gradiente de
temperatura no metal líquido.
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Crescimento
Metais Puros:
No caso normal (a) a
temperatura é mais baixa na
interface no que no seio do
líquido. O crescimento
ocorre uniformemente e é
planar.
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Crescimento
Metais Puros:
o caso de gradiente térmico
invertido (b), o calor é extraído
através do líquido na frente de
solidificação. A interface em
desenvolvimento tenderá a formar
uma série de protuberâncias
longas (Crescimento Dendrítico)
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Crescimento
Ligas metálicas :
Nas ligas metálicas o crescimento dendrítico é muito mais
comum e é provocado por gradientes de concentração que se
desenvolvem no metal líquido quando a solidificação ocorre.
Estes gradientes de concentração fora de equilíbrio originam
super-resfriamento constitucional, o qual favorece o
crescimento de dendritas a partir da superfície de um cristal
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Crescimento
Ligas metálicas :
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Estrutura final de um Lingote
Pode-se obter macroestruturas diversas fazendo-se 
o controle adequado do processo
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Estrutura final de um Lingote
Para a grande maioria das aplicações dos metais
busca-se otimizar as propriedades mecânicas
e tecnológicas através de uma microestrutura
de grãos refinados.
Na fundiçãoisto pode ser obtido através do
controle das variáveis de processo que propiciem
um máximo super-resfriamento (uso de moldes metálicos,
resfriadores, etc.).
O máximo de eficácia é atingindo usando-se 
INOCULANTES
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Estrutura final de um Lingote
Inoculante - é um pó geralmente fino de um
material covenientemente escolhido (dependendo da liga a ser
fundida) depositado no estado sólido no metal ainda líquido
fornecendo superfície para a nucleação heterogênea
Favorece o surgimento de maior número de núcleos.
Dependendo de sua dispersão, reduz o efeito a
formação de macroestrutura de fundição
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Contração de volume:
Os metais, ao solidificarem, sofrem uma contração.
A contração sólida varia de acordo com a liga considerada.
A contração dá origem a alguns problemas na fundição:
• vazio ou chupagem;
• trincas a quente;
• tensões residuais. (podem ser eliminadas pelo tratamento
térmico de “alívio de tensões”).
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Vazio ou chupagem
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Vazio ou chupagem
No caso da fundição de um
lingote, o artifício adotado para
controlar o vazio é colocar sobre
o topo da lingoteira — que é
feita de material metálico uma
peça postiça de material
refratário, denominada “cabeça
quente” ou “massalote”.
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Vazio ou chupagem
No caso de peças fundidas, utiliza-se um “alimentador”.
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
trincas a quente:
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Concentração de impurezas:
Quando o metal está no estado líquido, as impurezas estão
totalmente dissolvidas no líquido, formando um todo
homogêneo. Ao solidificar, entretanto, algumas das impurezas
são menos solúveis no estado sólido.
Assim sendo, à medida que a liga solidifica, esses elementos
vão acompanhando o metal líquido remanescente, indo
acumular-se na última parte sólida formada.
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Concentração de impurezas:
A concentração de impurezas na última zona a se solidificar se
se chama segregação.
O inconveniente dessa segregação é que o material acaba
apresentando composição química não uniforme e
consequentemente propriedades mecânicas diferentes.
ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Desprendimento de gases:
Esse fenômeno ocorre principalmente nas ligas ferro-carbono.
O oxigênio dissolvido no ferro tende a combinar-se com o
carbono dessas ligas, for mando os gases CO e CO2.
À medida que a viscosidade da massa líquida diminui, devido
à queda de temperatura, fica mais difícil a fuga desses gases,
os quais acabam ficando retidos nas proximidades da
superfície das peças ou lingotes, na forma de bolhas.