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Contração e Alimentação de Peças Fundidas

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1
Aula 08 – Contração e Alimentação de Peças Fundidas
1. Introdução
- Contrações que ocorrem durante o resfriamento de peças fundidas
- Conceito de massalote.
- Funções de um massalote.
2. Massalotes
- Tipos de massalotes.
- Mecanismos de formação de rechupes.
- Requisitos de um massalote.
3. Projeto de Massalotes
- Requisito Térmico – Módulo de Resfriamento
- Requisito Volumétrico – Volume do Rechupe – Coeficiente de Contração
Volumétrica
- Casos Particulares – ferros fundidos cinzentos, vermiculares e nodulares.
4. Roteiro para o Projeto de Massalotes.
- Seqüência de procedimentos para dimensionamento, determinação da quantidade e da
localização de massalotes em moldes de areia e coquilhas.
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran 
Contrações durante a obtenção de uma 
peça fundida:
Contração no 
Estado Líquido
Contração na 
Solidificação
Contração no 
Estado Sólido
⇒
Desde a temperatura 
de vazamento até a de 
início da solidificação
⇒ Do início até o final 
da solidificação
⇒
Do final da 
solidificação até 
a temperatura 
ambiente
Compensadas 
pelo uso de 
Massalotes
Compensada 
na Fabricação 
dos 
Ferramentais
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
2
Representação esquemática da contração (“shrinkage”) de aço baixo carbono, 
mostrando a contribuição dos três diferentes estágios da solidificação: 
contração no líquido, contração na solidificação e contração no sólido. 
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Representação esquemática da contração de um ¨cubo¨ de ferro fundido 
(a) Metal Líquido Inicial (b) Formação de uma ¨casca 
sólida¨ e do vazio de contração
(c) Contração interna.
(d) Contração interna 
+ contração externa
(e) Vazio na superfície
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
3
MASSALOTES
Massalotes ou Montantes são “reservatórios
de metal líquido” que constituem os
sistemas de canais de alimentação de
peças fundidas
Massalote
Parte da peça fundida 
alimentada pelo massalote
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Função dos Massalotes: compensar as contrações no 
estado líquido e de solidificação de metais e suas ligas 
garantindo assim a sanidade das peças obtidas.
Massalote
Rechupe
Peça
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
4
Solidificação 
Direcional
Solidificação Progressiva
Massalote 
(alimentador)
¨Riser¨
Solidificação direcional e progressiva numa peça com massalote
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Methods of controlling shrinkage in an iron cube to reduce riser size. (a) Open-top riser. (b) 
Open-top riser plus chill. (c) Small open-top riser plus chill. (d) Insulated riser. (e) Insulated 
riser plus chill
5
Grau de Sanidade ⇒
Parâmetro fundamental no 
dimensionamento e na 
localização dos massalotes
O projeto de um massalote visa basicamente:
• Obter uma alimentação eficiente ⇒ Peças com sanidade interna
• Obter o máximo rendimento metálico ⇒ Economia no processo
• Facilitar a operação de limpeza da 
peça
⇒ ↑ Produtividade
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Líquido
Sólido
Vs
T (decrescente)
∆V
Vi
Superaquecimento Metal Sólido
Vo
Ts
Contrações na solidificação 
de um Metal Puro
Modelo de Solidificação 
Progressiva
Característica de um 
Metal Puro
⇒
Solidificação a uma 
temperatura constante
⇒
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
6
Representação esquemática do modelo de solidificação de um metal puro 
INTERFACE PLANA
• COMPOSIÇÃO 
EUTÉTICA
• METAIS PUROS
Ligas que solidificam 
com temperatura constante
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Contrações na solidificação 
de uma Liga com Intervalo de 
Solidificação
Modelo de Solidificação 
Extensiva
Característica de 
uma Liga ⇒
Solidificação em uma 
faixa de temperaturas
⇒
Líquido
Sólido
Semi-Sólido
Vf
T (decrescente)
∆V
Vi
Superaquecimento Metal 
Sólido
Vc
Metal 
Pastoso
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
7
Representação esquemática do modelo de solidificação de uma liga com 
pequeno intervalo de solidificação. 
Ligas com pequeno 
intervalo de solidificação
• AÇOS
• FERROS FUNDIDOS
• LATÕES
FRENTE DE SOLIDIFICAÇÃO 
PLANA
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Representação esquemática do modelo de solidificação de uma liga com 
grande intervalo de solidificação. 
Ligas com grande 
intervalo de solidificação
• LIGAS DE Al HIPOEUTÉTICAS
• BRONZES
FRENTE DE SOLIDIFICAÇÃO 
DENDRÍTICA
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
8
Tabela I: Valores de Contração Volumétrica de Solidificação para 
alguns metais e ligas.
MATERIAL CONTRAÇÃO (%)
Aço carbono 2,5 – 3,5
Alumínio 6,5
Cobre 5,0
Ferro fundido branco 4,0 – 5,5
Ferro fundido cinzento 0 – 2,0
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
CONTRAÇÃO DE SOLIDIFICAÇÃO
METAIS LINEAR SUPERFICIAL CÚBICA
AÇO 0,018= 1/55 0,036= 1/28 0,054= 1/18
FERRO
FUNDIDO
0,010= 1/100 0,020 1/50 0,030= 1/33
ALUMÍNIO 0,018= 1/55 0,036= 1/28 0,054= 1/18
CHUMBO 0,011= 1/90 0,022= 1/45 0,033= 1/30
Tabela II: Valores de Contrações Linear, Superficial e 
Volumétrica na Solidificação para alguns metais e ligas.
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
9
Liga com pequeno intervalo 
de solidificação
Liga com grande intervalo de 
solidificação
Influência do modo de solidificação na alimentação de 
peças fundidas
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Formas de rechupes em peças fundidas para ligas que solidificam de 
forma progressiva
Rechupes na linha 
central
Macro rechupe em 
ponto quente
Metal com Sanidade
Peça
Massalote
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
10
Macro Rechupes Dispersos num 
Ponto Quente
Macro Rechupes Dispersos no Massalote 
e nas suas proximidades
Micro Rechupes dispersos, 
normalmente em camadas
Formas de rechupes em peças fundidas em areia para ligas com 
grande intervalo de solidificação.
Peça
Massalote
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Classificação das principais ligas quanto ao modelo de 
solidificação
• Ligas que solidificam 
com temperatura constante
INTERFACE 
PLANA
• COMPOSIÇÃO 
EUTÉTICA
• METAIS PUROS
• Ligas com pequeno 
intervalo de solidificação
• AÇOS
• FERROS 
FUNDIDOS
• LATÕES
FRENTE DE 
SOLIDIFICAÇÃO 
PLANA
• Ligas com grande 
intervalo de solidificação
• LIGAS DE Al 
HIPOEUTÉTICAS
• BRONZES
FRENTE DE 
SOLIDIFICAÇÃO 
DENDRÍTICA
• Ligas com expansão 
volumétrica em algum 
estágio da solidificação 
• FERROS FUNDIDOS 
CINZENTOS E NODULARES
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
11
Carbono (%)
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (0
C
)
1100
1140
1180
1220
1260
1300
3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4
L
L +Feγ
Feγ + Fe3C
Feγ + grafita1ª fase: Solidificação pró-eutética 
⇒ formação de dendritas de Fe γ
Ocorre a contração
na solidificação
2ª fase: Solidificação do 
eutético - Fe γ + grafita 
Ocorrem expansão( formação
da grafita) e contração
(formação da austenita (Fe γ).
Solidificação de ferro fundido cinzento 
(diagrama Fe-C estável)
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Consequências dos diferentes modelos de 
solidificação na prática de alimentação.
FRENTE DE 
SOLIDIFICAÇÃO 
PLANA
⇒
• Necessidade de promover solidificação 
direcionada na própria peça e do (s) ponto 
(s) quente(s) para o massalote
• Maior facilidade de alimentação
FRENTE DE 
SOLIDIFICAÇÃO 
DENDRÍTICA
⇒
• Baixa temperatura de vazamento
• Uso de Resfriadores
• Ataques nas partes finas
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
12
Aberto – De topo Cego – De topo
Cego – LateralAberto – Lateral
TIPOS DE MASSALOTES
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Riser configurations 
and their characteristic 
values (Mr, Vr, D, H)
Configurações de massalotes e 
seus valores característicos
(Mm, Vm, D, H)
13
Mecanismo de Formação de Rechupes
Evolução da solidificação de parte de uma peça, 
mostrando com se forma um rechupe.
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Condições para um bom funcionamento do massalote:
1. O massalote deve ser localizado junto a 
parte da peça que solidifica por último.
• Qual(is) é(são) a (s) parte(s) da peça que solidifica(m) por 
último?
⇓
Método de Heuvers (Círculos Inscritos)
• Qual a Zona de Ação do massalote? 
Zona de Ação: distância ao 
longo da peça, na qual o 
massalote é efetivo 
⇒
Distância de 
Alimentação
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
14
Plaqueta
Exotérmica
Rechupe Resfriador
Formação de Rechupe 
na Região C
Placa Exotérmica
⇓
↑ Tempo de 
Solidificação
Resfriador
⇓
↓ Tempo de 
Solidificação
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Zona de Ação ou Distância de Alimentação
Distância Máxima
Efeito PontaContribuição 
do massalote
Distância máxima de alimentação em placas de aço.
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Região que solidifica 
mais rápido
15
Zona de Ação ou Distância de Alimentação
Quando a distância máxima de alimentação é excedida ocorre a 
formação de rechupes na região indicada no desenho
Isento 
Rechupes na linha de centroVariável
Comprimento maior que a máxima 
distância de alimentação do massalote
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Zona de Ação ou Distância de Alimentação
Distância de alimentação adicional devido
ao uso de um resfriador (Ex.: aço em molde de areia)
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
16
2. O massalote deve solidificar após a parte da
peça que deve ser alimentada.
Módulo de Resfriamento M = V/S
Regra de Chvorinov ts = k M2
V= volume da peça (ou parte da peça a ser alimentada)
S = superfície da peça que sofre resfriamento através das paredes 
do molde
ts = tempo de solidificação (s)
K = constante que depende dos materiais do molde e
da peça, e da temperatura de vazamento
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
3. O massalote deve conter quantidade suficiente 
de metal líquido.
Volume massalote > Volume do rechupe em 
formação na peça
4. O massalote deve atuar com pressão máxima
durante o tempo de solidificação
5. O Massalote deve ter o peso mínimo em relação 
ao peso da peça
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
17
Projetos de Massalotes
Requisito 
Térmico
O massalote deve apresentar um módulo 
de resfriamento maior que o da peça⇒
MM = K . MP
MM = Módulo do Massalote
MP = Módulo da Peça
K = Coeficiente de Segurança
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Valores de K para algumas condições práticas:
Liga Molde Tipo de Massalote K crítico
FoFo Cinzento
CE 4,2 P <0,2 Areia Verde
De Topo (2)
Lateral (1)
De Topo (1)
0,30
0,88
1,00
FoFo Cinzento
CE 4,2 P <0,6 Areia Verde De Topo (1) e (2) 1,09
FoFo Cinzento Rígido De Topo (1) 0,60
Aço Baixo C
Areia Verde
Areia Estufada
De Topo (1)
De Topo (1)
1,29
1,16
Aço Inox 18-8 A.Verde/Estufada De Topo (1) 1,15
(1) Altura Fixa/Diâmetro Variável (2) Diâmetro Fixa/Altura VariávelObs. :
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
18
Valores de K para algumas condições práticas:
Liga Molde Tipo de Massalote K crítico
Bronze Al Areia Verde De Topo (1) 1,12
1,14Bronze Mn Areia Verde De Topo (1) ou (2)
Monel De Topo 1,15Areia Seca
(1) Altura Fixa/Diâmetro Variável (2) Diâmetro Fixa/Altura VariávelObs. :
Ligas de Al De Topo 1,25Areia Verde
Liga Al12Si De Topo 1,20Areia Verde
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Projetos de Massalotes
Requisito 
Volumétrico
O volume do massalote deve ser maior ou 
igual ao volume de metal a ser fornecido 
para compensação da contração durante a 
solidificação.
⇒
VM = VP . b / η - b
VP = Volume da peça (ou parte da peça a ser alimentada)
b = Coeficiente de contração volumétrica
Equação Básica ⇒
η = Rendimento do massalote ⇒Caso 
Geral 
η = 14%
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
19
Valores de b para diversas ligas metálicas:
Liga Superaquecimento 500C Superaquecimento 1500C
Bronze 0,04 0,045
Latão Especial 0,07 0,075
Latão Comum 0,06 0,065
Ligas de Mg 0,045-0,05 0,05-0,06
Al Si (10-13) 0,045 0,05
Al Si (05-10) 0,065-0,075 0,07-0,08
Al Cu (04-08) 0,065-0,075 0,07-0,08
Al Mg (03-06) 0,08 0,085-0,09
Aço C 0,8 0,06 0,07
Aço C 0,3 0,05 0,06
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Dimensionamento pelo Sistema Francês
Equação Básica ⇒ VM ≥ k’ . b . Vc
b = Coeficiente de Contração Volumétrica
k’ = Coeficiente de Segurança ⇒ Depende das condições de 
funcionamento do Massalote
Tipo de Massalote k’
Massalote Comum
Aquecido p/Ataque
Coberto c/ Exotérmico
FoFo em Molde Rígido
C/ Luva Exotérmica
6
5
4
3
2
VC = VP . dS / dL
dS = densidade no estado sólido
dL = densidade no estado líquido
Caso Geral : dS / dL = 1,14
FoFos : dS / dL = 1,06
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20
Dimensionamento do Pescoço 
(Ligação Peça – Massalote)
Caso Geral: o pescoço deve apresentar um tempo de 
solidificação intermediário entre o da peça e do massalote. 
Segundo Vlodaver : MP : MPESC : MM = 1 : 1,1 : 1,2
Caso Particular (Ferros Fundidos Cinzentos e Nodulares) : se usa a 
expansão da grafita como compensação da contração, os massalotes 
só devem alimentar as contrações de solidificação da fase pró-
eutética, devendo o pescoço solidificar antes do início da reação 
eutética, evitando assim o fenômeno de refluxo. 
MP : MPESC : MM = 1 : 0,8:1,05 -1,1
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Massalotes de Topo
Massalote lateral para 
peça tipo ¨placa¨.
Massalotes laterais
Regras Gerais paraDesign de Pescoços 
para Massolotes
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21
Projetos de Massalotes
Roteiro para Cálculo de Massalotes
1. Determinação do Módulo(ou dos módulos parciais) da Peça 
2. Definição das Partes da Peça a serem Alimentadas
a. Cálculo dos Módulos Parciais
b. Estabelecimento da Ordem de Solidificação na Peça
c. Determinação dos Pontos Quentes
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Projetos de Massalotes
3. Determinação do Número de Massalotes 
Uso da Regra da Zona de Ação ou Distância de Alimentação
- Tipo de metal ou liga
- Modelo de solidificação
- Geometria da peça
- Grau de superaquecimento
- Uso de resfriadores 
Valores 
Tabelados
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22
Projetos de Massalotes
4. Dimensionamento do Massalote
4.1 Requisito Térmico 
Módulo do Massalote
MM = K . MP
4.2 Requisito Volumétrico 
Volume do Massalote
VM > Vrechupe 
Escolher a condição 
mais crítica.
Determinar as dimensões 
do massalote que satisfaz 
esta condição.
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 
Projetos de Massalotes
5 . Dimensionamento do Pescoço do Massalote.
6 . Distribuição dos massalotes ao longo da peça 
(esquema) 
7 . Cálculo do Rendimento Metalúrgico.
Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran

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