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UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E ENGENHARIAS FACULDADE DE ENGENHARIA DE MATERIAIS ARIELY MOREIRA DA SILVA HANNA BARROS DA COSTA HELLEN HÁGATA ARAÚJO OLIVEIRA NOELE MALAQUIAS MARINHO “ENSAIO DE FLUIDEZ APATIR DA FUNDIÇÃO DE ALUMÍNIO” E “CONFECÇÃO DE UMA POLIA PELO PROCESSO DE FUNDIÇÃO EM AREIA VERDE APATIR DA FUNDIÇÃO DE ALUMÍNIO” MARABÁ-PA 2018 ARIELY MOREIRA DA SILVA HANNA BARROS DA COSTA HELLEN HÁGATA ARAÚJO OLIVEIRA NOELE MALAQUIAS MARINHO “ENSAIO DE FLUIDEZ APATIR DA FUNDIÇÃO DE ALUMÍNIO” E “CONFECÇÃO DE UMA POLIA PELO PROCESSO DE FUNDIÇÃO EM AREIA VERDE APATIR DA FUNDIÇÃO DE ALUMÍNIO” Relatório apresentado à Faculdade de Engenharia de Materiais da Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, como forma de obtenção de nota parcial na disciplina de Fundição. Professor Orientador: Prof.º Msc. Márcio Paulo de Araújo Mafra. MARABÁ-PA 2018 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Modelo esquemático da espiral para o teste de fluidez. .......................................... 12 Figura 2: Projeto polia, em A vista superior em B vista lateral, em mm. ............................... 15 Figura 3: (A) espiral vazada a 760°C; (B) espiral vazada a 730°C; (C) espiral vazada a 700°C. ....................................................................................................................................... 17 Figura 4: Polia obtida pelo processo de fundição em areia verde (vista superior). ................. 18 Figura 5: Em B vista inferior; em C vista lateral..................................................................... 19 Figura 6: Polia após usinagem (vista inferior). ....................................................................... 20 Figura 7: Em A vista superior; em B vista inferior; em C vista lateral. .................................. 21 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 6 2. OBJETIVOS ......................................................................................................................... 6 2.1 OBJETIVO GERAL .......................................................................................................... 6 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................. 6 3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ....................................................................................... 7 3.1 PROCESSOS DE FUNDIÇÃO ......................................................................................... 7 3.1.1 Fundição Sob Pressão (Injeção) ................................................................................. 7 3.1.2 Molde Permanente ...................................................................................................... 7 3.1.3 Moldagem em Casca (Shell Molding) ....................................................................... 8 3.1.4 Fundição por Cera Perdida ....................................................................................... 8 3.1.5. Moldagem em Areia Verde ....................................................................................... 9 3.1.5.1 Areias de Fundição ............................................................................................... 10 3.2 ALUMÍNIO ...................................................................................................................... 11 3.3 FLUIDEZ ......................................................................................................................... 12 3.3.1 Fatores que Interferem na Fluidez .......................................................................... 12 3.4. DEFEITOS DE PEÇAS FUNDIDAS ............................................................................. 13 4. PROJETO POLIA .............................................................................................................. 15 5. MATERIAIS E MÉTODOS .............................................................................................. 15 5.1 MATERIAIS .................................................................................................................... 15 5.2 MÉTODOS ...................................................................................................................... 16 6. RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................................... 16 6.1 ENSAIO DE FLUIDEZ ................................................................................................... 16 6.2 CONFECÇÃO DE UMA POLIA PELO PROCESSO DE FUNDIÇÃO EM AREIA VERDE ..................................................................................................................................... 18 7. CONCLUSÃO ..................................................................................................................... 22 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 23 RESUMO Dentre os processos como: fundição por cera perdida, fundição em molde permanente, fundição por moldagem em casca e por injeção, o processo escolhido para esse trabalho (ensaio de fluidez e confecção de uma polia), foi o processo de fundição em areia verde, por se tratar de um processo com bom custo/benefício. As temperaturas escolhidas para o ensaio de fluidez foram 700 °C, 730 °C e 760 °C. Pretende-se com esse ensaio, definir em qual temperatura o metal líquido apresenta melhor fluidez. Para a confecção da polia foi necessário a produção de um modelo de madeira da peça escolhida, antes disso, o modelo foi projetado em um software, indicando todas as dimensões necessárias. Com modelo em mãos foi efetuado e etapa de confecção do molde em areia e vazamento do metal, e para isso escolheu- se a temperatura de 720 °C. Após o vazamento e solidificação, a polia foi desmoldada e posteriormente usinada. Palavras-chave: Fundição. Alumínio. Areia. 6 1. INTRODUÇÃO Fundição é o processo de fabricação de peças metálicas que consiste essencialmente em encher com metal líquido a cavidade de um molde com formato e medidas correspondentes aos da peça a ser fabricada. Dentre os processos de fabricação, a fundição se destaca por permitir a produção de peças com grande variedade de formas e tamanhos (sinos, âncoras, tubulações, implantes ortopédicos, bloco de motor, miniaturas, etc.), peças de extrema responsabilidade como as que se destinam à indústria aeronáutica e aeroespacial (palhetas de turbina, por exemplo) e peças banais (bueiros, bancos de jardim). A produção pode ser unitária (joias, implantes e peças artísticas) ou seriada, voltada principalmente para as indústrias mecânica e automobilística (SOARES, 2000). A transformação de metais e de ligas em peças de uso industrial pode ser realizada por inúmeros processos, a maiorias dos quais tendo como ponto de partida o metal liquido ou fundido, que é derramado no interior de um molde, cuja cavidade do molde é conformada de acordo com a peça que se se deseja produzir (CAMPBELL, 1991). Para a fundição, o metal deve preencher todas as cavidades internas de um molde, e essa habilidade é denominada de fluidez, não devendo ser confundida com viscosidade.É uma característica que é determinada experimentalmente através de ensaios específicos, nos quais o metal líquido flui por canais longos e de pequena seção transversal e que estão inicialmente à temperatura ambiente. O comprimento total que esse metal consegue atingir antes de solidificar-se consiste na máxima distância de fluidez (CAMPBELL, 1991). 2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GERAL Medir a máxima distância de fluidez de uma liga de alumínio; Confecção de uma polia pelo processo de fundição em areia verde. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Analisar escoabilidade do alumínio por meio de uma espiral, compreender o comportamento do alumínio em algumas temperaturas superiores ao seu ponto de fusão. Após a confecção da polia, identificar seus possíveis defeitos e suas origens. 7 3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 3.1 PROCESSOS DE FUNDIÇÃO Os processos de fundição dividem-se em: 3.1.1 Fundição Sob Pressão (Injeção) O processo de fundição sob pressão consiste em injetar um metal liquido (ligas não ferrosas) contido em um recipiente para o interior da cavidade de um molde, submetendo o metal a altas pressões. O processo é dividido em dois tipos de acordo com o sistema de injeção utilizado: câmara quente ou fria (MALAVAZI, 2005). As etapas do processo consistem em: com o molde fechado o metal líquido é vazado na câmara de injeção alojada na parte fixa do molde; o pistão de injeção avança lentamente para retirar os gases da câmara de injeção e avança rapidamente para preencher a cavidade do molde; aplica uma elevada pressão sob o metal durante sua solidificação e após a abertura do molde a peça é extraída por pinos localizados na parte móvel do molde; após a solidificação o pistão volta à posição inicial; a matriz se abre e a peça é ejetada, iniciando um novo ciclo. (MALAVAZI, 2005 e VINARCIK, 2003). 3.1.2 Molde Permanente Os processos de fundição por molde permanente usam moldes metálicos para a produção das peças fundidas. Por esses processos realiza-se a fundição por gravidade ou por pressão. Usar um molde permanente significa que não é necessário produzir um novo molde a cada peça que se vai fundir. A vida útil de um molde metálico permite a fundição de até 100 mil peças. Um número tão impressionante deveria possibilitar a extensão de seu uso a todos os processos de fundição. Só que não é bem assim. A utilização dos moldes metálicos está restrita aos metais com temperatura de fusão mais baixa que a do aço. Esses metais são representados pelas ligas com chumbo, zinco, alumínio, magnésio, certos bronzes e, excepcionalmente, o ferro fundido. O motivo dessa restrição é que as altas temperaturas necessárias à fusão do aço, por exemplo, danificariam os moldes de metal (TELECURSO 2000). 8 3.1.3 Moldagem em Casca (Shell Molding) O uso das resinas foi um grande aperfeiçoamento na utilização de areia para a produção de moldes de fundição. A areia não precisa mais ser compactada porque o aglomerante, que é como uma espécie de cola tem a função de manter juntos os grãos de areia. E isso é feito de dois modos: a quente ou a frio. Um dos processos, que usa calor para provocar a reação química entre o aglomerante e os grãos da areia, é aquele chamado de “shell molding”, que em português quer dizer moldagem de casca. Por causa da característica do processo, a casca corresponde a uma metade do molde. Para obter o molde inteiro, é necessário colar duas metades. Além disso, ele fornece um bom acabamento para a superfície da peça, alta estabilidade dimensional para o molde, possibilidade de trabalhar com tolerâncias mais estreitas, facilidade de liberação de gases durante a solidificação. É totalmente mecanizado e automatizado e é adequado para peças pequenas e de formatos complexos. A fundição das peças é feita por gravidade (TELECURSO 2000). Os modelos, feitos de metal para resistir ao calor e ao desgaste, são fixados em placas, juntamente com os sistemas de canais e os alimentadores; a placa é presa na máquina e aquecida por meio de bicos de gás até atingir a temperatura de trabalho (entre 200 e 250ºC); a placa é então girada contra um reservatório contendo uma mistura de areia/resina de modo que o modelo fique envolto por essa mistura; o calor funde a resina que envolve os grãos de areia e essa mistura, após algum tempo (±15 segundos), forma uma casca (“shell”); a “cura” da casca, ou seja, o endurecimento da resina se completa quando a placa é colocada em uma estufa em temperaturas entre 350 e 450ºC; após 2 ou 3 minutos, a casca é extraída do modelo por meio de pinos extratores; após ter-se as duas metades do modelo o metal líquido é vazado (TELECURSO 2000). 3.1.4 Fundição por Cera Perdida O processo de fundição por cera perdida é descrito como uma boa técnica para realce de detalhes importantíssimos em certas peças, contudo, existem desvantagens, desde a impossibilidade de produção em série e a elevada mão-de-obra que requer fazem com que este processo não seja o mais competitivo no mercado da fundição. Este processo é bastante utilizado na ourivesaria e na arte porque revela todo o detalhe que a peça necessita (COSTA e QUEIRÓS, 2003). 9 Os modelos para a confecção dos moldes são produzidos em cera a partir do vazamento de cera líquida em uma matriz formada por uma cavidade com o formato e dimensões da peça desejada; o modelo de cera é mergulhado numa pasta ou lama refratária feita com sílica ou zircônia, na forma de areia muito fina, misturada com um aglomerante de água, silicato de sódio e/ou silicato de etila; essa lama endurece em contato com o ar e, após endurecida, o molde é aquecido e o modelo derrete; permanece só a casca, que recebe o metal líquido; assim que a peça é solidificada, o molde é quebrado para retirada da peça; portanto, tanto o molde quanto o modelo são inutilizados no processo (COSTA e QUEIRÓS, 2003). 3.1.5. Moldagem em Areia Verde Segundo Soares (2000), o processo de moldagem em areia ainda é o mais empregado devido à sua versatilidade e economia. Existem muitos processos de fundição com molde de areia (aglomerada com cimento; com resinas de cura a frio; com resinas de cura a quente; com silicato de sódio, etc.), mas o mais conhecido e empregado é a fundição em areia verde. É chamado de areia verde porque a mistura mantém sua umidade original, ou seja, o molde formado pela mistura não passa por processo de secagem. A da areia é feita por areia-base que pode ser sílica (SiO2), cromita ou zirconita, argila (como aglomerante) e água. Os moldes são preparados compactando a mistura de areia numa caixa sobre um modelo com formato da peça a ser fundida. Tal processo pode ser mecanizável, sendo realizado por máquinas automáticas. Preparado o molde, o metal é vazado e as peças são desmoldadas durante rápidos ciclos de produção. Após a utilização, praticamente toda a areia (98%) pode ser reutilizada (AURAS e MORO, 2007). As etapas da fundição em areia verde consistem em: a caixa de moldar é colocada sobre uma placa de madeira ou no chão; o modelo, coberto com talco ou grafite para evitar aderência da areia, é colocado no fundo da caixa; a areia é compactada sobre o modelo manualmente ou com o auxílio de marteletes automáticos; essa caixa, chamada de caixa fundo, é virada de modo que o modelo fique para cima; outra caixa de moldar chamada de caixa-tampa é posta sobre a primeira caixa; em seu interior são colocados o massalote e o canal de descida; enche-se a caixa com areia que é socada até que a caixa fique completamente cheia; o canal de descida e o massalote são retirados e as caixas são separadas.Abre-se o copo de vazamento na caixa-tampa; abre-se o canal de distribuição e canal de entrada na caixa-fundo e retira-se o modelo. Se há machos, são colocados nesta etapa; coloca- 10 se a caixa de cima sobre a caixa de baixo; para prender uma na outra, usam-se presilhas ou grampos (AURAS e MORO, 2007). 3.1.5.1 Areias de Fundição É de suma importância entender as propriedades da areia utilizada para montar o molde (OLIVEIRA, 2013). Areia de moldagem é um sistema heterogêneo constituído essencialmente de um elemento granular refratário (normalmente areia silicosa), um ou mais aglomerantes e um plastificante (água). Alternativamente a água pode ser suprimida se o aglomerante utilizado for líquido. A areia de moldagem deve apresentar elevada refratariedade, boa resistência mecânica, permeabilidade adequada e plasticidade (ou moldabilidade). Já a areia destinada à fabricação de machos espera-se, além dos requisitos exigidos para a areia de moldagem, boa colapsibilidade, definida como a perda de resistência da areia após o início da solidificação da peça (SOARES, 2000). As areias de fundição devem ter boas propriedades para proporcionar uma peça com bom acabamento. As propriedades das areias de moldagem são: Moldabilidade: capacidade que a areia tem de reproduzir as formas do modelo sob um determinado esforço de compactação, permitindo a obtenção de formas (OLIVEIRA, 2013). Resistência mecânica: resistência aos esforços mecânicos que o molde deve suportar para não se deformar ou quebrar na extração do modelo, no manuseio, na colocação dos machos, no momento do vazamento, sob esforços dinâmicos e estáticos do metal líquido (OLIVEIRA, 2013). Permeabilidade: capacidade que a areia tem de se deixar atravessar pelos gases formados durante o vazamento do metal líquido no molde. Se os gases não conseguem sair, ficam retidos na massa metálica, produzindo o defeito chamado bolhas. Esses gases provêm do ar contido na cavidade do molde, da queima dos produtos contidos na areia, da evaporação da água contida na areia e dos gases dissolvidos no metal e que se desprendem durante a solidificação (OLIVEIRA, 2013). Difusão térmica: corresponde à capacidade que deve ter a areia que constitui os moldes de transmitir calor dos pontos mais quentes, como a superfície de contato com o metal líquido, para as áreas mais frias, sob um regime transiente de transmissão de calor (OLIVEIRA, 2013). 11 Sinterização: temperatura em que se observa o início do amolecimento dos seus grãos em contato com o metal líquido, provocando um mau acabamento superficial da peça. Dureza: capacidade de resistir ao atrito do metal (OLIVEIRA, 2013). Estabilidade térmica dimensional: com o vazamento do metal nos moldes, há naturalmente algumas partes deles que são mais aquecidas que as outras. Essa propriedade está ligada diretamente ao fenômeno de dilatação da areia sob o efeito do calor. Uma areia com boa estabilidade térmica dimensional não apresenta grandes variações dimensionais das partes mais aquecidas do molde em relação às outras (OLIVEIRA, 2013). 3.2 ALUMÍNIO O Brasil tem aptidão para a produção do alumínio, pois além de possuir a terceira maior reserva de bauxita do mundo, tem um alto potencial de geração de energia hidrelétrica, que é o insumo primordial para a obtenção do alumínio primário através de eletrólise. A tendência da demanda de produtos de alumínio obriga à indústria a adaptação de produtos e processos para acompanhar esse avanço (FRANCISCO, 2009). Por ser leve, versátil, resistente e durável o alumínio está conquistando destaque cada vez maior em vários setores da indústria, como por exemplo, o setor automobilístico onde ele é aplicado em bloco de motores, caixa de câmbio, chassis e acessórios. No setor da construção civil ele é aplicado em coberturas de terminais rodoviários e ginásios poliesportivos (FRANCISCO, 2009). O mercado conta com excelentes ligas de alumínio que proporcionam uma grande variedade de propriedades para as peças fundidas. As principais são: Baixa temperatura de fusão; Baixa densidade; Alta condutividade térmica. O vazamento de metal líquido em moldes de areia é uma das mais antigas artes industriais. Ainda é utilizado quando as peças fundidas são requeridas em pequenas quantidades, de tamanho excepcionalmente grande. Este processo torna-se econômico quando há uma demanda para um número considerável de peças (FRANCISCO, 2009). As peças fundidas de alumínio têm suas principais aplicações na área automotiva e de transportes, que representam cerca de 60% do consumo do alumínio neste segmento. Como 12 exemplo, podem-se citar blocos de motor, caixas de câmbio, carcaça de motores e rodas para automóveis e veículos pesados, entre outros (FRANCISCO, 2009). 3.3 FLUIDEZ A capacidade de um metal fundido continuar a fluir, mesmo que perdendo a temperatura e o processo de solidificação em andamento é uma valiosa característica do processo de fundição. O método mais aceito para medir a fluidez de uma liga é o que utiliza um molde cujo canal é uma espiral, tornando o molde muito compacto e menos suscetível ao desnivelamento. O comprimento total que esse metal consegue atingir antes de solidificar-se consiste na máxima distância de fluidez ou também chamado de índice de fluidez (CAMPBELL, 1991). Figura 1: Modelo esquemático da espiral para o teste de fluidez. Fonte: SENAI, 2011. 3.3.1 Fatores que Interferem na Fluidez Temperatura de superaquecimento: é definida como a diferença entre a temperatura de vazamento e a temperatura líquidus. Quanto maior o superaquecimento maior a redução da viscosidade. A elevação da temperatura de superaquecimento retarda a nucleação e o crescimento de grão na frente de avanço do metal no interior do canal (DI SABATINO, et al, 2005). 13 Composição química: composição e elementos de liga apresentam influência na viscosidade, tensão superficial, intervalo e modelo de solidificação (RAVI, et al, 2007). Os metais puros e as ligas eutéticas têm a maior fluidez. A fluidez do alumínio puro é significativamente reduzida pela presença de impurezas, enquanto que em ligas a fluidez aumenta à medida que a fração eutética aumenta (DI SABATINO, et al, 2005). Modelo de solidificação: as restrições causadas pelos cristais que crescem com superfícies irregulares em ligas com grande intervalo de solidificação é muito maior quando comparada a solidificação progressiva dos metais puros e ligas eutéticas (RAVI, et al, 2007). Apresenta melhor fluidez a solidificação progressiva (DI SABATINO, et al, 2005). Molde: material do molde (areia) também tem influência na fluidez do alumínio, por exemplo, a fluidez medida no molde de espiral confeccionado com areia a base de sílica foi superior ao confeccionado com areia a base de zircônia, este fato se dá em função do elevado poder de coquilhamento da zircônia. Assim como propriedades dessas areias-base. (RAVI, et al, 2007). Viscosidade: a viscosidade dos metais fundidos é bastante baixa, estudos demonstraram que as mudanças na viscosidade com a temperatura e / ou pequenas alterações na composição não são responsáveis pela variação na fluidez. A fluidez de um metal fundido, medido por um teste espiral, não depende da sua viscosidade. Portanto, os efeitos da viscosidade, bem como a tensão superficial sobre a fluidez em um molde de fundição pode ser negligenciada, desde que o metal mantenha a estado líquido durante o vazamento (DI SABATINO, et al, 2005). 3.4. DEFEITOS DE PEÇAS FUNDIDAS Em processos de fundição, há vários defeitos oumesmo efeitos indesejáveis possíveis de ocorrer. Dentre eles estão: Crescimento dendrítico: ocorre a formação de dendritas que se encontram em planos diagonais, formando planos de maior fragilidade, onde podem aparecer fissuras ou trincas durante processos posteriores de conformação plástica (TESLA CONCURSOS). Contração de volume: formação de rechupe (vazio ou chupagem). Em peças fundidas, essa é a região do massalote ou alimentador. A contração de solidificação também ocorre junto à dendritas, causando a ocorrência de micro-rechupes (TESLA CONCURSOS). Não preenchimento completo do molde: esse tipo de defeito pode ser causado por temperaturas de vazamento baixas (TESLA CONCURSOS). 14 Impurezas: pode ser consequência da segregação durante o processo de solidificação. Em ligas, os elementos com mais baixo ponto de fusão se concentram no líquido. Sendo assim, a última região a solidificar é a mais rica nesses elementos (TESLA CONCURSOS). Alguns fatores relacionados à areia e à moldação são causadores diretos ou indiretos de defeitos de fundição. Dentre eles estão: Gases: quando formados durante o processo de fundição, podem formar bolhas (porosidade) tanto na superfície quanto no interior das peças. No interior das peças, a porosidade formada pelos gases se diferencia dos micro-rechupes por apresentar formas mais arredondadas (TESLA CONCURSOS). Inclusão de areia: é o principal defeito existente na maioria das fundições, praticamente sem muita possibilidade de ser reduzido a níveis irrisórios justamente pelo fato de ser proveniente, quase sempre, de outros defeitos (ROMANUS, 2011). Rebarbas: uma das causas desse defeito que normalmente não resulta em refugo da peça, mas exige um excessivo retrabalho da mesma, é a ocorrência de quebra de cantos da cavidade do molde, bem como o fato de que falhas no ajuste do macho ao molde podem permitir o escoamento do metal nessa região. Em outras palavras são provenientes de folgas entre machos e moldes ou entre machos e machos (ROMANUS, 2011). Explosões: existem muitas teorias sobre a origem desse defeito, dentre os mais aceitáveis estão: evaporação explosiva de água na superfície do molde em contato com o metal líquido e; por meio da expansão do metal durante o processo de solidificação (ROMANUS, 2011). Dureza do molde: um molde muito duro aumenta a tendência a defeitos (ROMANUS, 2011). Temperatura de moldação: temperatura de moldação elevada e fator que pode aumentar a incidência de defeitos. Uma moldação pulverizada nas cavidades aliada a pintura pode amenizar ou resolver esse problema. Por outro lado, uma temperatura de vazamento mais baixa que o mínimo de 10 % acima da temperatura de fusão, causará defeitos de mau enchimento, vazios e junta fria (ROMANUS, 2011). Tempo de vazamento: O tempo de vazamento deve ser menor que o tempo crítico, ou seja, aquele tempo em que começam a aparecer os primeiros defeitos (ROMANUS, 2011). 15 4. PROJETO POLIA Para efetuar a produção de qualquer peça é preciso antes de tudo fazer o projeto, pois é ele que irá determinar a geometria e as dimensões da peça. Para este trabalho a peça foi desenhada do software AutoCAD, obtendo-se as vistas frontal e lateral da peça, juntamente com suas dimensões. Figura 2: Projeto polia, em A vista superior em B vista lateral, em mm. Fonte: Autor. 5. MATERIAIS E MÉTODOS 5.1 MATERIAIS - Liga de alumínio; - Modelo de espiral; - Ferramentas para compactação (marteletes, papel filme, talco); - Ferramentas para vazamento (cadinho, garra); - Modelo de madeira da polia; - Termopar; - Forno Jung; - Areia verde; - Caixas de fundição. 16 5.2 MÉTODOS Para início do ensaio, preparou-se a areia verde efetuando a desaglomeração das pelotas de areia (peneiramento) e adicionando-se água. Posteriormente iniciou-se o processo de confecção do molde, através da compactação da areia: colocou-se o modelo de espiral (veneno espanta mosquito da marca Baygon), o papel filme e o talco sobre uma superfície plana; a caixa fundo foi colocada sobre essa mesma superfície; a areia verde foi adicionada sobre o modelo; a areia foi compactada com auxílio dos marteles; concluído o processo de compactação a caixa fundo foi virada para cima, de modo que o modelo ficasse na superfície da areia. A caixa superior foi colocada sobre a inferior e o mesmo processo foi realizado, com a diferença na colocada dos modelos de cano de PVC para obtenção dos suspiros e canais de vazamento. Após o processo de confecção do molde, separaram-se as caixas para retirada do modelo e papel filme, obteve-se então o molde da espiral na areia, as caixas foram cuidadosamente unidas novamente. A última etapa consistiu no vazamento do metal (alumínio líquido) no molde de areia verde. Após alguns minutos o metal se encontrava em sua forma sólida, e foi retirado do molde de areia, apresentando a forma de espiral. Para confecção da polia, foi utilizada uma areia de fundição proveniente do estabelecimento do “Zé da Fundição”, que produz principalmente hélice para pequenas embarcações. Os passos seguintes foram semelhantes ao ensaio de fluidez. 6. RESULTADOS E DISCUSSÃO 6.1 ENSAIO DE FLUIDEZ A partir das informações coletadas no ensaio, foi possível a montagem de uma tabela e gráfico, onde é possível perceber que à medida que a temperatura aumenta a fluidez do metal também aumenta, percorrendo assim um maior caminho. 17 Tabela 1: Informações obtidas no ensaio de fluidez. Temperatura (°C) Fluidez (cm) 700 25,6 730 26,6 760 72,6 Fonte: Autor. Gráfico 1: Fluidez em relação à temperatura. Fonte: Autor. Em contrapartida, com o aumento da temperatura, aumentam-se os defeitos nos espirais. Observando a figura 3A (metal vazado em maior temperatura) é possível identificar algumas aderências de areia junto ao metal (será discutida mais adiante). Conforme a temperatura de vazamento diminui os defeitos também diminuem (figura 3B). Em temperaturas mais baixas (figura 3C) a espiral não apresentou praticamente nenhum defeito de aderência e porosidade, porém como já dito, a fluidez de metal teve a menor distância percorrida em relação às outras temperaturas. Outros defeitos como porosidade podem ser identificados também. Figura 3: (A) espiral vazada a 760°C; (B) espiral vazada a 730°C; (C) espiral vazada a 700°C. Fonte: Autor 25,6 cm 26,6 cm 72,6 cm 20 30 40 50 60 70 80 700 730 760 F L U ID E Z ( cm ) TEMPERATURA (°C) Fluidez x Temperatura 18 6.2 CONFECÇÃO DE UMA POLIA PELO PROCESSO DE FUNDIÇÃO EM AREIA VERDE Com a realização do ensaio de fluidez, foi possível determinar a temperatura mais adequada para o vazamento de metal líquido para produção da polia. Foi possível então fazer uma análise da escoabilidade, o qual foi de grande importância, pois permitiu conhecimento prévio do comportamento do alumínio e a relação metal/molde. A temperatura escolhida para o vazamento da polia foi uma intermediária, com base no ensaio de fluidez, e foi de 720 °C. Temperaturas muito elevadas como 760 °C não são ideais, pois são bem acimas do ponto de fusão do alumínio (660 °C) e podem provocar mais defeitos às peças, pois pode haver maior formação de gases durante o vazamento. A temperatura intermediária de 720 °C forneceu uma boa fluidez e menor geração de defeitos na peça. Figura 4: Polia obtida pelo processo de fundição em areia verde (vistasuperior). Fonte: Autor 19 Figura 5: Em B vista inferior; em C vista lateral. Fonte: Autor Observando-se as figuras 4A e 5C, é possível identificar alguns defeitos, e dentre os mais visíveis está a aderência de areia ao metal (burn-on), que caracteriza-se por grãos de areia “grudados” no metal. Esse defeito se dá principalmente pela reação metal/molde, e ocorre principalmente por causa de temperaturas elevadas (próximas de 800 °C) e baixa refratariedade da areia (impurezas contidas na areia-base). Algumas rebarbas (figura 5B) podem ser encontradas na peça, o que não é considerado um defeito muito grave, pois sai facilmente na etapa de usinagem. Elas podem ter tido origem em possíveis folgas nas caixas de molde. Outro defeito encontrado na peça fundida e que só pôde ser identificado após usinagem (figura 6) foi a porosidade, que também podem ser chamada de sopros (blow-holes). Esse defeito está relacionado com a alta umidade e baixa permeabilidade da areia do molde, não permitindo o escape dos gases formados durante o processo de solidificação do metal. Esses gases ficam então aprisionados no interior do metal formando bolhas. Outro possível fator para esse defeito é a granulometria da areia, areias muito finas não apresentam boa permeabilidade, assim, recomendam-se areias grossas e médias para a fundição de ligas, pois em virtude das elevadas temperaturas de vazamento, há grande produção de gases que têm de escapar através da areia. Este defeito foi o mais visível e abundante na peça após usinagem, como forma de prevenção, um estudo granulométrico seria indicado para em futuras práticas, para que então esse defeito possa ser eliminado. 20 Não foram encontrados defeitos como explosões, podendo-se concluir que não se teve excesso de voláteis, e para garantir que não houvesse explosões, o vazamento foi efetuado de forma lenta em posição bem próxima ao molde, gerando menor impacto de metal no molde. Não houve rechupe na peça fundida defeito originado durante a solidificação, que está relacionado com a contração do alumínio e temperatura de vazamento, pois quanto mais elevada a temperatura maior será o choque térmico com as paredes do molde, gerando um alto gradiente de temperatura, o que acarretaria ainda mais a contração do alumínio. Para evitá-lo foi usado o massalote. Alguns dos defeitos podem ser atribuídos devido às impurezas e escória contidas no alumínio, e também por se tratar de um material fundido várias vezes. Figura 6: Polia após usinagem (vista inferior). Fonte: Autor 21 Figura 7: Em A vista superior; em B vista inferior; em C vista lateral. Fonte: Autor 22 7. CONCLUSÃO O ensaio de fluidez do alumínio nos permitiu identificar qual a melhor temperatura se indicava para a fundição do metal. Foi possível identificar os defeitos causados por vazamento em altas temperaturas, assim como, qual temperatura o metal apresentou maior fluidez. A partir do processo de fundição em areia verde, foi produzida uma polia de alumínio, que no geral apresentou-se com bom acabamento e sem defeitos que comprometessem o uso da peça. A peça não apresentou trincas, rechupes e explosões. Defeitos mais sérios devidos à expansão do quartzo (areia composta por sílica) também não foram encontrados. Pôde-se entender melhor sobre as propriedades do alumínio, principalmente sobre sua fluidez, porém sem esquecer-se da importância do método de fundição por areia verde, que é um meio mais barato e é capaz de produzir peças de boa qualidade. 23 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] SOARES, G. A. Fundição: Mercado, Processos e Metalurgia. 2000. [2] Campbell, J. Cast Metals - Butterworth-Heinemann. 1991. [3] MALAVAZI, J. Área de Fundição: Processo de Fundição Sob Pressão – SENAI. 2005. [4] VINARCIK, E. J. High Integrity Die Casting Processes. New York, 2003. [5] TELECURSO 2000. Tecnologia Mecânica – 3º Ciclo de Técnico em Mecânica. 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