Aula 03- Contração e Alimentação de Peças Fundidas

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Disciplina: Processos de Fabricação 
Parte 2: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran 
Dr. Eng. Metalúrgica
Aula 03 – 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.
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
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Representação esquemática da contração de aço baixo carbono, mostrando 
a contribuição dos três diferentes estágios da solidificação: contração no 
líquido, contração na solidificação e contração no sólido. 
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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
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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
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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
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Solidificação 
Direcional
Solidificação Progressiva
Massalote (alimentador)
¨Riser¨
Solidificação direcional e progressiva numa peça com massalote
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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
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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
⇒
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Representação esquemática do modelo de solidificação de um metal puro 
INTERFACE PLANA
• COMPOSIÇÃO 
EUTÉTICA
• METAIS PUROS
Ligas que solidificam 
com temperatura constante
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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
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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
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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
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Representação esquemática do modelo 
de solidificação de uma liga com 
intervalo de solidificação médio
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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
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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.
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Liga com pequeno intervalo 
de solidificação
Liga com grande intervalo de 
solidificação
Influência do modo de solidificação na alimentação de 
peças fundidas
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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
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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
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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
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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
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Aberto – De topo Cego – De topo
Cego – LateralAberto – Lateral
TIPOS DE MASSALOTES
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Mecanismo de Formação de Rechupes
Evolução da solidificação de parte de uma peça, 
mostrando com se forma um rechupe.
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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
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Plaqueta
Exotérmica
Rechupe Resfriador
Formação de Rechupe 
na Região C
Placa Exotérmica
⇓
↑ Tempo de 
Solidificação
Resfriador
⇓
↓ Tempo de 
Solidificação
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Zona de Ação ou Distância de Alimentação
Distância Máxima
Efeito PontaContribuição 
do massalote
Distância máxima de alimentação em placas de aço.
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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
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Zona de Ação ou Distância de Alimentação
Distância de alimentação adicional devido
ao uso de um resfriador (Ex.: aço em molde de areia)
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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
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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
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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
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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. :
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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
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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%
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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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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
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Massalotes de Topo
Massalote lateral para 
peça tipo ¨placa¨.
Massalotes laterais
Regras Gerais para 
Design de Pescoços 
para Massolotes
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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
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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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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.
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Projetos de Massalotes
5 . Dimensionamento do Pescoço do Massalote.
6 . Distribuição dos massalotes ao longo da peça 
(esquema) 
7 . Cálculo do Rendimento Metalúrgico.
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