Processos - aula 14 fundição

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Mário Bittencourt - 2016 1 
Fundição 
 Docente: Mário Bittencourt 
 
Sumário 
1. Introdução 
2. Vantagens 
3. Desvantagens 
4. Molde 
5. Aquecimento e Vazamento 
6. Bibliografia 
 
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Fundição é um processo no qual metal fundido flui 
pela força da gravidade, ou por ação de outra força, 
1. Introdução 
 num molde em que ele 
 se solidifica com a forma 
 da cavidade do molde. 
O termo fundido é 
aplicado ao componente 
ou peça obtido por esse 
processo. 
1. Processos de Fundição 
O processo de fundição aplica-se a vários tipos de 
metais, tais como aços, ferros fundidos, alumínio, 
cobre, zinco, magnésio e respectivas ligas. 
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1. Processos de Fundição 
Fonte: http://www.fundicaotaiuva.com.br/ 
1. Processos de Fundição 
Fonte: http://www.fundicaotaiuva.com.br/ 
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1. Processos de Fundição 
Fonte: http://www.fundicaotaiuva.com.br/ 
1. Processos de Fundição 
Fonte: http://www.fundicaotaiuva.com.br/ 
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O processo de fundição consiste em vazar 
(despejar) metal líquido num molde contendo uma 
cavidade na geometria desejada para a peça final. 
Os processos podem ser classificados pelo tipo de 
molde e modelo e/ou pela força ou pressão 
usada para preencher o molde com o metal líquido. 
1. Processos de Fundição 
O processo de fundição permite obter, de modo 
econômico, peças de geometria complexa, sua 
principal vantagem em relação a outros processos. 
 
1. Processos de Fundição 
Fonte: http://www.fundicaotaiuva.com.br/ 
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Fundição é um dos processos de fabricação mais 
antigos, remontando seis mil anos. 
O princípio da fundição parece simples: 
 fundir o metal > vertê-lo no molde > 
 > deixá-lo resfriar > solidificar. 
No entanto, existem vários fatores e variáveis que 
devem ser considerados para resultar numa operação 
bem sucedida. 
1. Introdução 
1. Introdução 
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1. Processos de Fundição 
1. Processos de Fundição 
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1. Processos de Fundição 
1. Processos de Fundição 
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A transformação da fase líquida para a fase sólida é 
governada pelo processo combinado de nucleação1 e 
crescimento; 
 1. NUCLEAÇÃO: “… do ponto de vista microestrutural, é o primeiro processo que 
 acompanha uma transformação de fase. É a formação de partículas muito 
 pequenas (às vezes submicroscópicas), ou núcleos, da nova fase, que são 
 capazes de crescer.” 
 Materials Science and Engineering an Introduction. William D. Callister, John Wiley & 
Sons Inc., New York,NY,1991. 
2. Solidificação 
À medida que o metal é resfriado até seu ponto de 
solidificação, um pequeno agrupamento de átomos 
começa a se arranjar numa estrutura cristalina. 
2. Solidificação 
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Esses pequenos cristais espalhados no meio líquido 
encontram-se orientados em todas as direções. 
A medida que a solidificação prossegue, mais cristais 
se formam a partir do metal líquido circundante. 
2. Solidificação 
Conforme a solidificação continua cada cristal 
individual cresce formando partículas sólidas 
denominadas GRÃOS. 
2. Solidificação 
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Cada grão tem alguma fonte de iniciação (núcleo), a 
partir do qual cresce. 
Pode ser a parede do molde/substrato (nucleação 
homogênea), ou a partir de uma partícula sólida em 
suspensão (nucleação heterogênea). 
2. Solidificação 
NUCLEAÇÃO HOMOGÊNEA - crescimento dos cristais 
formando GRÃOS a partir da parede do molde. 
2. Solidificação 
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O tamanho, orientação e distribuição de grãos 
produzidos, podem influenciar: 
 - nas propriedades mecânicas e 
 - qualidade da estrutura solidificada. 
 
3 Tamanho de Grão 
O tamanho de grão pode ter efeito na integridade da 
solda no sentido que grãos pequenos são mais 
resistentes e mais dúcteis que grãos grandes. 
Se surgir uma trinca, a tendência é que ela se inicie na 
área onde os grãos são maiores. 
 
3 Tamanho de Grão 
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Uma série de condições influenciam o TAMANHO DE 
GRÃO inicial. 
É importante saber que a taxa de resfriamento e a 
temperatura têm grande influência na estrutura de 
grãos recentemente solidificada e no tamanho de 
grão. 
 
3 Tamanho de Grão 
O sólido compõe-se de GRÃOS, usualmente em 
orientações diferentes. 
O encontro dos cristais entre si é denominado 
CONTORNO DE GRÃO. 
 
4 Contorno de Grão 
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Muitos fenômenos singulares que afetam as 
propriedades mecânicas de uma liga a baixas e a 
altas temperaturas ocorrem em contornos de grão, 
onde o ordenamento dos átomos é irregular. 
4 Contorno de Grão 
A difusão dos elementos (o movimento dos 
átomos individuais) através da rede cristalina do 
solvente geralmente acontece mais rapidamente 
nos contornos de grão que em seu interior. 
A desordem resultante torna mais fácil para átomos 
grandes segregarem nos contornos de grão. 
4 Contorno de Grão 
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Tais segregações levam frequentemente à 
formação de fases indesejáveis que afetam 
adversamente as propriedades do metal como: 
 - redução da ductilidade, 
 - aumento da susceptibilidade à fissuração durante a 
soldagem ou tratamento térmico. 
4 Contorno de Grão 
Existem muitos vazios ou átomos ausentes nos 
contornos de grão. 
Os espaços entre os átomos podem ser maiores que 
o normal, permitindo que átomos individuais se 
desloquem com relativa facilidade. 
Uma das influências do contorno de grão é na 
resistência dos materiais. 
 
4 Contorno de Grão 
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Deve ser compreendido que todos os metais se compõem 
de cristais (grãos). 
A forma e as características dos cristais são 
determinadas pelo arranjo de seus átomos e 
O arranjo atômico de um elemento pode mudar a 
diferentes temperaturas, sendo que esse arranjo 
atômico ou a microestrutura determina as 
PROPRIEDADES DOS METAIS. 
5 Estrutura dos Metais 
5 Estrutura dos Metais 
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2. Vantagens 
A fundição pode ser usada para criar peças com 
geometrias complexas, incluindo formas externas e 
internas; 
2. Vantagens 
Alguns processos de fundição são capazes de 
produzir peças com a forma final: nenhuma 
operação de manufatura é necessária pra se atingir a 
geometria e dimensões requeridas pela peça. 
 
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Outros processos de fundição alcançam 
geometrias próximas à final, pra os quais alguma 
etapa de processamento adicional é requerida 
(usualmente usinagem) de forma a atingir 
dimensões e detalhes de exatidão; 
A fundição pode ser usada para produzir peças de 
grande porte, como, por exemplo, fundidos com 
peso superior a 100 t; 
2. Vantagens 
O processo de fundição pode ser aplicado a qualquer 
metal que possa ser aquecido até o estado líquido; 
Alguns métodos de fundição são particularmente 
adequados à produção seriada. 
 
2. Vantagens 
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Existem diferentes desvantagens para diferentes 
métodos de fundição. 
Limitações em propriedades mecânicas (variação do 
tamanho de grão), 
Ocorrência de porosidades e microporosidades, 
Baixa precisão dimensional, 
Acabamento superficial ruim, 
Riscos à segurança durante o processamento de 
metais líquidos quentes e 
Problemas ambientais. 
 
3. Desvantagens 
4. Molde 
A fundição se inicia pelo molde. 
O molde contém a cavidade cuja geometria 
determina a forma da peça fundida. 
 
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4. Molde 
O tamanho e a forma reais da cavidade devem ser 
ligeiramente maiores, de modo a permitir a contração 
que ocorre no metal durante a solidificação e 
resfriamento. 
Moldes são feitos de uma variedade de materiais, 
incluindo areia, gesso, cerâmica e metal. 
Os diversos processos de fundição são geralmente 
classificados deacordo com esses tipos de moldes. 
 
 
4. Molde 
Para efetuar uma operação de fundição, o metal é 
primeiro aquecido a uma temperatura elevada o 
suficiente para convertê-lo totalmente ao estado 
líquido. 
 Ele é então vazado, ou 
de outra forma 
direcionado, à 
cavidade do molde 
para solidificação. 
 
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4. Molde 
MOLDE ABERTO: é meramente um contêiner com a 
forma da peça desejada. 
4. Molde 
MOLDE FECHADO: a geometria do molde é mais 
complexa e requer um sistema de alimentação 
(caminho) para que o metal preencha a cavidade. 
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4. Molde 
Tão logo o metal fundido atinge o molde, ele começa 
a resfriar. 
Quando a temperatura cai o suficiente, a solidificação 
que envolve mudança de fase do metal, tem início. 
Para completar a mudança de fase, tempo é 
necessário e calor considerável é removido no 
processo. 
É durante essa etapa do processo que o metal 
assume a forma sólida da cavidade do molde e 
que muitas das propriedades e características do 
fundido são estabelecidas. 
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4. Molde 
Uma vez que o fundido se resfriou suficientemente, 
ele é removido do molde. 
Dependendo do método de fundição e metal 
empregados, pode ser necessário processamento 
posterior tais como: 
 - remoção de excesso de metal da peça fundida 
 (rebarbação), 
 - limpeza da superfície, 
 - usinagem, etc 
 
 
Operação de acabamento. 
 
4. Molde 
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5. Aquecimento do Metal 
Fornos de aquecimento de diversos tipos são usados 
para aquecer um metal a uma temperatura suficiente 
para a fundição. 
A energia térmica requerida é a soma do calor para 
aumentar a temperatura até a temperatura de fusão, 
o calor de fusão para convertê-lo do estado sólido ao 
líquido, e o calor para que o metal líquido atinja a 
temperatura adequada ao vazamento. 
5.1 Vazamento do Metal Fundido 
Após a etapa de aquecimento e fusão, o metal está 
pronto para o vazamento. 
A introdução do metal fundido no molde, incluindo o 
seu fluxo por meio do sistema de canais e na 
cavidade do molde, é uma etapa crítica do processo 
de fundição. 
Para que essa etapa seja bem-sucedida, o metal 
deve atingir todas as regiões do molde antes da 
solidificação. 
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5.1 Vazamento do Metal Fundido 
Fatores que afetam a operação de vazamento 
incluem temperatura de vazamento, velocidade de 
vazamento e turbulência. 
 Temperatura de vazamento: 
É a temperatura do metal fundido no momento em 
que é introduzido no molde. 
O que importa aqui é a diferença entre a temperatura 
no vazamento e a temperatura na qual a solidificação 
tem início ( a temperatura de fusão para um metal 
puro ou a temperatura liquidus para uma liga). 
 
5.1 Vazamento do Metal Fundido 
 Temperatura de vazamento: (continuação) 
Essa diferença de temperatura é algumas vezes 
referida como o superaquecimento. 
Esse termo é também empregado para a quantidade 
de calor que deve ser removida do metal fundido 
entre o vazamento e o início da solidificação. 
 
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5.1 Vazamento do Metal Fundido 
 Taxa de vazamento: 
Se refere à vazão na qual o metal fundido é vertido 
no molde. 
Se a taxa for muito lenta, o metal resfria e para de 
fluir antes de encher a cavidade. 
Se a taxa de vazamento for excessiva, turbulência 
pode se tornar um sério problema. 
 
5.1 Vazamento do Metal Fundido 
 Turbulência: 
Turbulência em escoamento de fluidos é 
caracterizada por variações erráticas na magnitude e 
direção da velocidade do fluido. 
O fluxo é agitado e irregular ao invés de suave e 
contido, como no fluxo laminar. 
 
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5.1 Vazamento do Metal Fundido 
 Turbulência: 
Fluxo turbulento deve ser evitado durante o 
vazamento pois ele tende a acelerar a formação 
de óxidos metálicos que podem ficar aprisionados 
durante a solidificação, degradando, assim, a 
qualidade do fundido. 
Turbulência também agrava a erosão do molde, o 
desgaste gradual das superfícies do molde devido ao 
impacto do fluxo do metal fundido, afetando a 
geometria da peça fundida. 
6) Bibliografia 
BALDAM, R. L. ; VIEIRA, E. A., Fundição: processos e tecnologias 
correlatas, 2 ed., São Paulo, SP, Editora Érica, 2015. 
GROOVER, M. P., Introdução aos processos de fabricação, 1 ed., Rio 
de Janeiro, RJ, LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora, 2014. 
CHIAVERINI, V., Tecnologia mecânica, v.2, 2 ed., São Paulo, SP, 
Pearson, 1995. 
CIMM - Centro de Informação Metal Mecânica. Fundição. Disponível 
em: http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/3675#.V_Ul-
I8rLI. Acesso em: 10 de outubro de 2016.