Resumo de Fundição

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Resumo de Fundição 
Avanços tecnológicos do séc. XX: 
Moldes permanentes, fundição centrífuga, alumínio, 
magnésio, fundição cera perdida (precisão), areias e 
equipamentos para moldagem, automação, ferros dúcteis e 
dúcteis austemperados. 
Partes e processos essenciais da fundição 
 
 
 
 
 
 
 
Aplicações de peças fundidas, (saneamento, elétrica, 
indústria de base, automotivo, aeroespacial, decoração, 
medicina e informática) 
Machos e Areia de macharia 
Macho é a parte do molde fabricado separadamente e 
colocado em sua cavidade após a extração do modelo 
para: 
Obter, de maneira mais econômica, formas internas ou 
externas de uma peça; 
Facilitar construção de uma peça; 
Areia de macharia – areias constituídas por grãos de areia 
silicosa e aglomeradas ou com silicato de sódio mais 
aplicação de gás carbônico, ou aglomeração por resinas 
de cura a frio. 
Exigência de qualidade para moldes e machos: 
• Exatidão de formas e dimensões; 
• Permanência da forma e dimensão com o decorrer 
do tempo; 
• Facilidade de extração 
• Bom estado de superfícies; 
Sobre-metal 
Material acrescentado no modelo no local onde há 
indicação de usinagem para que haja material a ser usinado 
na peça. O mesmo também serve para compensar a 
contração da peça durante o resfriamento que provoca uma 
diminuição nas dimensões da peça em relação ao molde. 
Compensada com alteração das dimensões no modelo, 
adotando valores de coeficiente de contração linear. 
 
Modelos e caixas dos machos 
Ângulos de saída 
◦ Para facilitar a extração do modelo e do macho e 
dado a suas paredes uma inclinação. 
Marcações de macho 
◦ Partes salientes que após a moldação deixam sua 
impressão no molde para posicionamento dos machos 
Cantos Arredondados 
◦ Facilitar o processo de moldagem, evitar defeitos, 
concentração de tensões e trincas a quente 
Canais de enchimento 
São canais dimensionados de tal forma que o metal líquido 
limpo preencha a cavidade do molde a uma dada 
temperatura e durante um intervalo de tempo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Massalotes 
Reserva de metal líquido adjacente à peça – FORNECER 
METAL LÍQUIDO PARA COMPENSAR 
CONTRAÇÃO 
Evitar formação de vazios (RECHUPES) 
Colocado na parte da peça que solidifica por último 
(PONTO QUENTE) 
Solidificação progride da periferia para o centro da peça e 
certa quantidade de liga liquida fica envolvida por metal 
solidificado. 
Contração liquida restante, ao terminar a solidificação da 
peça, forma cavidade em seu interior (rechupe) 
Contração – peça com rechupe, superfície irregular e 
dimensões incorretas – CORREÇÃO COM 
MASSALOTE. 
Areias de Moldagem 
São sistemas heterogêneos formados por areia silicosa 
(elemento granular refratário) + aglomerante. O mesmo 
deve apresentar boa resistência mecânica, plasticidade, 
permeabilidade adequada e alta refratariedade. 
Possuem classificações quanto a origem (natural ou 
sintética), quanto ao uso (nova ou reclicada), quanto ao 
emprego (areia de moldagem ou macho), quanto ao estado 
de umidade (úmida verde ou seca estufada). 
Componentes da Areia base e aglomerantes 
Areia base 
Silicosa: Composição química afeta a dilatação térmica, 
reatividade com o metal fundido, e refratariedade do 
molde. 
Granulometria afeta a permeabilidade da areia e 
penetração metálica; 
Não Silicosa: Zirconita (alto custo), Cromita (maior 
extração de calor); 
Aglomerantes (envolvem e ligam os grãos – resistência 
mecânica e térmica) 
Orgânicos: leve socagem seguida de uma secagem do 
molde em estufa (melaço de cana, amido de milho, óleos) 
DESUSO 
Inorgânicos: socagem – tendem a sinterizar em contato 
com metal fundido (argila –BENTONITA, silicato de 
sódio e cimento; 
Sintéticos: excelente resistência, boa colapsibilidade , 
elevado custo. 
Ligas usadas 
FERROSAS 
◦ Ferro Fundido (83%) – Ferro e carbono cuja 
porcentagem de carbono varia de 2,11 a 4,5% 
◦ Aço (10%) - Ferro e carbono cuja porcentagem 
varia entre 0,008% a 2,11%, 
NÃO FERROSAS 
◦ Não Ferrosas (7%) 
◦ Alumínio – baixa viscosidade e temperatura de 
fusão, elevado coeficiente de transferência de 
calor. 
◦ Cobre – vários tipos de processos; 
◦ Zinco – fundição sobre pressão, fino acabamento, 
podem ser compostas de ZN, Al, MG e Cu. 
 
 
PROCESSOS DE FUNDIÇÃO 
Moldagem em areia, Moldagem em casca, Sob pressão, 
Shell molding, Cold Box, Fundição de precisão, 
Centrifuga e alta precisão. 
Cada processo possui as suas qualidades e os mesmos são 
escolhidos, devido ao Tamanho e da geometria da peça, 
tipo de liga, número de peças e da Qualidade superficial. 
Moldagem em areia 
Método mais tradicional, assenta o modelo na areia e 
assim obtém a peça a ser fundida no molde. Areia com 
Argila, ligantes químicos, shell molding e cold box. 
Fundição de precisão (cera perdida) 
Liberdade de forma, excelente acabamento, estreita 
tolerância adimensional, curto espaço de tempo, grande 
quantidade de peças, diversidade em complexidades, 
eliminação de etapas de usinagem, soldagem e encaixes, 
alto investimento, uso de produtos químicos e resíduos. 
Moldes Permanentes por gravidade 
Metal líquido vertido em molde metálico, pode ser 
reutilizado, importante para a formação de lingotes 
cilíndricos ou prismáticos, produz peças uniformes com 
tolerâncias estritas e com bom acabamento superficial e é 
limitado a peças pequena. 
Fundição sobre pressão 
Possuem desgastes acentuados das matrizes metálicas, 
restrito a ligas não ferrosas e de baixo ponto de fusão (Al 
e Zn), possui excelente acabamento, limite de peso, 
moldes = matrizes, matrizes podem ser refrigeradas a 
água. 
Vantagens: 
Peças de alumínio – maiores resistência do que fundidas 
em areia; mínimo preparo superficial; Formas mais 
complexas; Paredes e tolerâncias mais estreitas; alta 
capacidade de produção. 
Desvantagens: 
Limitações peso de peças (<5kg); Retenção de ar; Alto 
custo. 
Principais componentes (CÂMARA FRIA) 
1- Reservatório de gás ou combustível 
2- Pistão 
3- Shot sleeve 
4- Die 
5- A mesa da prensa 
6- Braçadeira 
 
 
Fundição Centrífuga 
Molde gira durante a solidificação o que melhora a 
alimentação e o enchimento dos detalhes da superfície, 
estrutura colunar livre de defeitos, fabricação de tubos de 
ferro fundido e cilindros de laminação. 
Fundição contínua ou lingotamento continuo 
Critérios para escolha: 
Tamanho da peça, Tipo de liga a ser fundida, Acabamento 
e à tolerância dimensional exigidos e número de peças 
encomendado. 
Restando dois ou mais processos tecnicamente viáveis – 
CRITÉRIOS ECONÔMICOS 
Custo de equipamento (incluindo amortização e 
manutenção) e material permanente; 
Custo de produção: custo dos insumos, incluindo mão de 
obra, taxas administrativas e lucro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AULA 3 
O objetivo da solidificação é fixar os átomos que se 
movimentam violentamente e arranjá-los numa ordem de 
longo alcance, através da remoção de energia térmica 
(resfriamento). 
A solidificação pode ser definida em termos: 
• Macroscópico: processo de transformação da fase 
líquida em fase sólida 
• Microscópico: processo de: 
• Nucleação: formação de núcleos sólidos e 
estáveis a partir do líquido; 
• Crescimento: os núcleos começam a 
crescer com a agregação de átomos do 
líquido 
A melhor situação para a energia livre de Gibbs é o 
equilíbrio, ou seja, o menor G possível (baixa entalpia e 
alta entropia) 
Entalpia → quantidade de calor existente nas substâncias 
na forma de amplitude de vibração atômica. 
Entropia → Desorganização interna da substância, como 
os átomos se arranjam. 
A temperatura de fusão é a única na qual dois estados 
podem coexistir, Tf = Ts para substâncias puras ou 
sistemas eutéticos. Do ponto de vista termodinâmico, é 
definido como a temperatura na qual as energias livres das 
duas fases (liquido e sólido) são iguais, ou seja, a variação 
da energia de Gibbs= 0. 
Só é observado o surgimento de sólidos em temperaturas 
inferiores à da temperatura de fusão. 
O grau de super-resfriamento máximo varia de 80 a 332ºC. 
 
 
SOLIDIFICAÇÃO = NUCLEAÇÃO + CRESCIMENTO 
NUCLEAÇÃO 
Nucleação Homogênea → sem interferência ou 
contribuição energética, ocorre aleatoriamente, teórico 
(para super-resfriamentos muito grandes). 
O próprio líquido fornece os átomos para formar os 
núcleos. 
Variação térmica considerável → menor vibração dos 
átomos → aglomerado de átomos (cluster) 
SUPERRESFRIAMENTO Térmico → condição essencial 
para os embriões da fase solida possam sobreviver na 
forma de núcleos estáveis. 
Devido a instabilidade, na nucleação homogênea, os 
embriões formam-se e dissolvem-se devido a agitação dos 
átomos. 
 
 
Tanto o raio crítico como a energia crítica diminuem a 
medida que aumenta-se o super-resfriamento. 
Nucleação Heterogênea → com contribuição energética a 
partir de substratos, impurezas, paredes de moldes, 
inoculantes, mais favorável para a nucleação. 
A estabilidade do núcleo exige o equilíbrio mecânico das 
tensões superficiais no ponto de junção. 
No ângulo de molhamento, a energia é mais baixa e o 
super-resfriamento pode ser menor para a nucleação 
heterogênea. 
Taxa de nucleação depende de dois fatores, energia livre 
(instabilidade na fase líquida) e da difusão, a mesma é o 
produto das duas curvas que representam fatores opostos. 
Baixas temperaturas e baixa difusão dificultam o processo 
de nucleação. 
Inoculação → introduzir intencionalmente ao liquido 
partículas inoculadoras. 
Refino do grão → produz um grande numero de grãos, 
cada um começando a crescer a partir de um dos muitos 
iniciais. Assim, o maior número de grãos formados, resulta 
no aumento da resistência mecânica. 
MECANISMOS DE CRESCIMENTO 
1. Mecanismo com interface lisa e solidificação 
progressiva 
 
A interface cresce segundo um plano atômico bem 
definido que separa as fases sólida e líquida caracterizado 
por uma variação abrupta e nítida. 
Metais puros e ligas eutéticas 
2. Mecanismo com interface difusa ou 
solidificação extensiva 
 
A interface de crescimento não apresenta uma separação 
bem definida entre as fases solida e liquida ocorrendo a 
formação de uma região intermediária formada pela 
mistura das fases. 
Ligas que solidificam sob um intervalo de temperaturas 
Ambas dependem de como o calor é extraído do material. 
 
Crescimento planar 
• Quando liquido inoculado é resfriado sob 
condição de equilíbrio não há necessidade de 
super-resfriamento 
• A temperatura do liquido junto a frente de 
solidificação é maior que a de solidificação. 
• Qualquer protuberância que surja na interface 
S/L está cercada por líquido a temperatura 
acima da de solidificação 
• O crescimento da protuberância para até que 
o restante da interface avance 
 
Crescimento dendrítico 
• Quando o liquido não foi inoculado e a taxa 
de nucleação é baixa (necessita super-
resfriamento antes da formaão do sólido). 
• Sob essas condições, uma equena 
protuberância sólida chamada dendrita se 
forma na interface, uma vez que o liquido a 
frente esta super-resfriado 
• A medida que a dendrita sólida cresce o calor 
latente é transferido para o liquido super-
resfriado 
• Também podem ser formados brações de 
dendritas secundários e terciários que 
aceleram a transferência de calor latente. 
 
Diferença entre Planar e Dendritico 
• Ocorre em função em função das diferenças 
de transferência de calor latente e durante a 
solidificação 
• O molde deve absorver o calor no crescimento 
planar, porém, o liquido super-resfriado 
absorve o calor no crescimento dendrítico. 
 
O tempo de solidificação afeta o tamanho das dendritas, 
que por sua vez são caracterizados pelo espaçamento entre 
os seus braços secundários, que são afetados, de modo que, 
diminuem quando o fundido solidifica mais rapidamente. 
Quanto mais fina e extensa, melhor a condução de calor 
latente para o liquido super-resfriado. 
Menor espaçamento de braço dendrítico eleva a resistência 
mecânica e aumenta a ductilidade das ligas fundidas. 
Na fabricação de componentes por fundição: 
Molde: forma acabada 
Lingote: necessita de conformação. 
 
 
 
AULA 4 
Variação de volume 
Contrações durante a obtenção de uma peça fundida: 
• Contração no estado liquido (desde a 
temperatura de vazamento até o inicio da 
solidificação) + contração na solidificação 
(do inicio ao fim da solidificação) → Ambas 
podem ser compensadas pelo uso de 
MASSALOTES. 
• Contração no estado sólido (do final da 
solidificação até temperatura ambiente) → 
compensada na fabricação dos 
FERRAMENTAIS. 
 
MASSALOTES → são reservatórios de metal líquido que 
constituem os sistemas de canais de alimentação de peças 
fundidas. Os mesmos compensam as contrações no estado 
liquido e solido de metais e suas ligas garantindo assim a 
SANIDADE das peças obtidas. 
 
Condições básicas na alimentação 
REQUISITO TÉRMICO - o massalote deve ser o último a 
solidificar. 
REQUISITO DA CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA - O 
volume do massalote deve ser suficiente para compensar 
as contrações da peça ou seção da peça a qual o mesmo 
deve atender. 
REQUISITO DA DISTÂNCIA DE ALIMENTAÇÃO - 
Peças extensas como placas, barras e anéis. Deve verificar 
a distância máxima de cobertura de cada massalote, para 
depois calcular a quantidade de massalotes. Neste caso 
cada massalote deve atender no mínimo ao requisito 
térmico local e o volume de todos os massalotes deve 
atender ao requisito volumétrico da peça. 
 
LUVAS 
Revestimento dos Massalotes 
• Metal líquido queima - reação exotérmica 
(aluminotermia) 
• Após queima – material isolante 
• Vantagens 
• Maior produtividade da rebarbação; 
• Redução na porcentagem de refugos por 
rechupe, 
As luvas podem ser fechadas ou abertar, com ou sem 
machos estranguladores. 
Pó Exotérmico 
• Cobertura Massalote e/ou luvas abertas; 
• Fenômeno de aluminotermia 
• Aumenta eficiencia dos massalotes e luvas 
exotérmicas 
Resfriadores 
• Aumenta a distancia de alimentação 
• Reduz o numero de massalotes 
 
 
AULA 5 
Os sistemas de enchimento para conduzir o metal líquido 
até a cavidade do molde, devem ser dutos com baixa 
turbulência, limpos, sem afetar demasiado na temperatura, 
e com velocidades adequadas a fim de produzir peças com 
qualidade. 
A) Reduzir turbulência; 
B) Não aspirar gases ou ar; 
C) Não gerar erosão; 
D) Enchimento no tempo adequado; 
E) Gerar gradiente térmico favorável a alimentação. 
FATORES QUE CONDICIONAM 
A) Rendimento metálico; 
B) Espaço na placa; 
C) Geometria da peça; 
D) altura da caixa. 
RELAÇÕES ENTRE AS ÁREAS TRANSVERSAIS DO 
SISTEMA 
O primeiro numero representa o modulo da área 
transversal da base do canal de descida. 
O segundo numero representa o modulo da área 
transversal do canal de distribuição. 
O terceiro numero representa o modulo da área transversal 
dos canais de ataque. 
EX: 1:1:1 
Sistema divergente - tendência a oxidação e absorção de 
gases, baixas velocidades nos canais de distribuição e 
ataques (Al; Mg; Cu+Al, Mg, Cr, Si) 
Sistema divergente → 1:4:4 
Sistema convergente - rendimento metálico, enchimento 
rápido, ligas com baixa tendência a oxidação (Ferros 
fundidos cinzentos) 
Sistema convergente → 1:0.8:0.6 
Aço ao carbono, inox, e ferro fundido nodular, deve-se 
estudar cada caso, pois se podem usar ambos os sistemas. 
FUNIL E BACIA DE VAZAMENTO 
 
A extremidade do canal primário deve sempre procurar o 
balanceamento do sistema de canais. 
QUANTO AOS FERROS FUNDIDOS 
Os ferros fundidos são materiais de engenharia bastante 
versáteis, pelo fato de combinarem custo relativamente 
baixo com outras características, tais como boa 
fundibilidade, boa usinabilidade, possibilidade de 
obtenção de amplas faixas de dureza e resistência 
mecânica, resistência a corrosão, capacidade de 
amortecimento de vibraçõese condutividade térmica. 
Como o carbono está presente no ferro fundido, cementita, 
grafita e dissolvido nas fases. 
Os dois principais fatores determinantes da microestrutura 
bruta de fusão são a composição química e a taxa de 
resfriamento durante a solidificação. 
Principais elementos adicionados: Silicio, Manganes, 
Enxofre e Fosforo. 
Elementos de liga no ferro fundido, aumentam a 
quantidade de perlita e diminuem o espaço interlamelar 
deste microconstituinte. 
Ferro fundido cinzento 
 
Ferro fundido nodular 
 
AULA 7 
A escolha do processo de fundição depende de alguns 
fatores, sendo eles: Tamanho e geometria da peça, tipo de 
liga, numero de peças, qualidade superficial. 
FERRO GUSA 
• O aço e o ferro-fundido são obtidos a partir de uma 
matéria-denominada FERRO-GUSA. 
• O FERRO-GUSA é uma liga de ferro e carbono 
contendo de 3,5 a 4,5% de carbono e outros 
elementos residuais como: 
◦ Silício; 
◦ Manganês 
◦ Fosforo 
◦ Enxofre 
 
 
 
Carburantes → elementos que enriquecem a carga de 
carbono (maior sucata → maior carburante), silício coque 
e carvão vegetal. 
Escoria → subproduto da fundição, mistura de óxidos e 
sulfitos metálicos com impurezas, provocadas para limpar 
o metal. 
DEFEITOS COMUNS NA FUNDIÇÃO 
Bolhas de gás devido a umidade alta, excesso de voláteis 
e excesso de carepas de oxidação. Aparecem como 
protuberâncias superficiais e após o jateamento como 
cavidades abertas na superfície. SOLUÇÕES: 
AUMENTAR A EFICIENCIA DO SEPARADOR 
MAGNÉTICO E UTILIZAR AREIA MAIS GROSSA 
PARA MELHORAR A PERMEABILIDADE. 
Penetração metálica a pressão, a massa fundida é forçada 
para dentro dos poros do molde, excesso do coque do pó 
de carvão. Aparecem como protuberâncias aleatórias na 
peça. SOLUÇÕES: AUMENTAR O GRAU DE 
COMPACTAÇÃO DO MOLDE E MELHORAR A 
EFICIENCIA DA MISTURA E DA EXAUSTÃO. 
Erosão devido a areia seca, ataques mal posicionados e 
uso excessivo de separador. Aparecem como 
irregularidades, rugosidades próximas aos ataques ou na 
parte inferior da peça. SOLUÇÕES: EFICIENCIA DA 
MISTURA É A SOLUÇÃO IDEAL, ARGILA ATIVA E 
COMPACTABILIDADE. 
Inclusões de areia devido aos ataques mal posicionados, 
escamas, erosão e colocação inadequada de machos. 
Aparecem como cavidades na peça. SOLUÇÕES: 
AUMENTAR A COMPACTAÇÃO DO MOLDE E DA 
MISTURA, REDUZIR A TEMPERATURA DA AREIA. 
Sinterização devido a reação entre o oxido de ferro e a 
bentonita e a areia formando silicatos, vazamento de metal 
do molde. Aparecem como camadas de areia fortemente 
aderidas a peça. SOLUÇÕES: AUMENTAR A DIÇÃO 
DO PÓ DE CARVÃO, REDUZIR O TEOR DE ARGILA 
ATIVA.