Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
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 Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 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 Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 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 Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 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 Contração e alimentação de peças fundidas.Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran 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
Compartilhar