Fundição_AULA 2

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DESCRIÇÃO
Fundamentação do processo de fabricação mecânica, por fundição, realizada por técnicas de
metalurgia do pó.
PROPÓSITO
Compreender os princípios e as aplicações do processo de fabricação por fundição, os tipos de
fundições existentes e suas características, objetivando a escolha de uma aplicação específica
no desenvolvimento de um produto.
OBJETIVOS
MÓDULO 1
Analisar os principais processos e características da fabricação por fundição
MÓDULO 2
Reconhecer as propriedades dos metais líquidos, a solidificação e a contração do metal. líquido
em metal sólido
MÓDULO 3
Descrever as regras básicas para moldação
A IMPORTÂNCIA DO PROCESSO DE
FUNDIÇÃO
MÓDULO 1
 Analisar os principais processos e características da fabricação por fundição
OS PRINCIPAIS PROCESSOS DE FUNDIÇÃO
ASPECTOS BÁSICOS DO PROCESSO DE
FUNDIÇÃO
As etapas básicas de um processo de fundição geralmente dividem-se em projeto e confecção
do modelo, confecção do molde e dos machos, derramamento do metal líquido, desmoldagem
e acabamento.
Em muitos contextos fabris, a fundição pode ser considerada um processo de fabricação de
peças metálicas, que representa o caminho mais curto entre a matéria-prima metálica líquida e
a peça semiacabada, já em condições de uso, para utilização imediata.
 
Fonte: Shutterstock.com
Para estabelecer o processo de fabricação de uma peça fundida, parte-se do desenho técnico
da peça a ser produzida ou até mesmo de uma réplica. A partir disso, realiza-se o projeto que
define todo o processo de fabricação na fundição.
 
Fonte: Shutterstock.com
OS PRINCIPAIS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO POR
FUNDIÇÃO SÃO:
Moldagem em areia.
Fundição de precisão.
Moldes permanentes por gravidade.
Fundição sob pressão.
Fundição centrífuga.
Fundição contínua.
Processos no estado semissólido.
Todas as técnicas supracitadas são usadas na fundição dos metais. O que define qual o melhor
processo a ser utilizado é o tamanho da peça e sua geometria, além do tipo de liga a ser
fundida, a quantidade de peças a ser produzida e a qualidade superficial desejada da peça.
Como todo processo produtivo, deve-se levar também em consideração a viabilidade técnico-
econômica.
As principais classificações dos processos de fundição são apresentadas na figura a seguir:
 
Fonte: Imagem adaptada de Shey, 2000
MOLDAGEM EM AREIA
O método da fundição em moldes de areia é considerado o mais tradicional existente. Esse
processo consiste em assentar o modelo na areia para obter a forma da peça a ser fundida no
molde. Este processo é composto por uma vasta gama de métodos, entre eles podemos citar
moldagem em areia com argila, ligantes químicos, shell molding e cold box (CHIAVERINI,
1986).
 
Fonte: Shutterstock.com
Segundo Chiaverini (1986), todos esses métodos devem apresentar resistência suficiente para
suportar o peso do metal líquido, a ação erosiva do metal líquido no momento do vazamento,
além de gerar a menor quantidade possível de gás, de modo a evitar erosão do molde e
contaminação do metal, ou então devem facilitar a fuga de gases gerados para a atmosfera.
A moldagem em areia verde é o processo mais comumente empregado em fundições. Consiste
em compactar, manualmente, ou utilizando máquinas de moldar, uma mistura refratária plástica
(chamada areia de fundição) composta essencialmente de areia silicosa, argila e água, sobre o
modelo colocado ou montado na caixa de moldar. Confeccionada a cavidade do molde, o metal
é imediatamente vazado em seu interior.
A figura a seguir mostra esquematicamente a sequência de operações no processo de
fundição em areia verde para o caso de uma peça simples.
Inicia-se com o modelo (I) que é colocado sobre um estrado de madeira no qual apoia-se
também a caixa de moldar de baixo.

Joga-se areia no interior da caixa, sendo ela compactada de encontro ao modelo até encher a
caixa.

A compactação é realizada manualmente, com soquete ou por meio de um martelo pneumático
(II).

Vira-se a caixa de baixo e retira-se o estrado de madeira (Ill).
 
Fonte: Imagem adaptada de Chiaverini, 1986
Coloca-se a outra metade da caixa de moldagem (parte de cima) e os modelos do alimentador
B e do canal de vazamento (A).

Coloca-se areia e procede-se à sua compactação (IV).

Retiram-se os modelos dos canais A e B (V).
 
Fonte: Imagem adaptada de Chiaverini, 1986
Separam-se as caixas e procede-se à abertura das bacias do alimentador e do canal de
vazamento (VI) da caixa de cima.

Na caixa de baixo, procede-se à abertura do canal de entrada (C) e a retirada do modelo da
peça (VII).
 
Fonte: Imagem adaptada de Chiaverini, 1986
Fecha-se a caixa de moldagem, colocando-se as duas metades uma sobre a outra e
mantendo-as presas por presilhas ou por um peso colocado sobre a caixa de cima (VIII);

Vaza-se o metal, desmolda-se e cortam-se os canais (IX), resultando na peça fundida (X).
 
Fonte: Imagem adaptada de Chiaverini, 1986
FUNDIÇÃO DE PRECISÃO OU CERA
PERDIDA
Esse processo é uma adaptação relativamente recente do processo de cera perdida, utilizado
desde a Antiguidade na produção de joias e utensílios domésticos.
 
Fonte: José-Manuel Benito/Wikimedia Commons/CC BY-SA 2.5
Ele apresenta como grande vantagem a liberdade de formas, excelente acabamento e estreita
tolerância dimensional (SOARES, 2000). Conforme Martinez, Brasil e Nascimento Filho (2002),
o processo de fundição por cera perdida, ou microfusão, tem recursos que permitem, em um
“curto” espaço de tempo, a fabricação de grande quantidade de peças.
 
Fonte: Imagem adaptada de Rioinox
Injeção dos modelos em cera

 
Fonte: Imagem adaptada de Rioinox
Montagem do cacho

 
Fonte: Imagem adaptada de Rioinox
Formação da casca

 
Fonte: Imagem adaptada de Rioinox
Remoção dos modelos em cera

 
Fonte: Imagem adaptada de Rioinox
Vazamento

 
Fonte: Imagem adaptada de Rioinox
Desmodelagem

 
Fonte: Imagem adaptada de Rioinox
Acabamento

 
Fonte: Imagem adaptada de Rioinox
Produto final
O formato pode variar desde o mais simples até o mais complexo, com espessuras de paredes
reduzidas, alta qualidade superficial e tolerâncias dimensionais estreitas. Além disso, apresenta
possibilidades de uso de ligas alternativas.
Também possibilita a eliminação de uma série de operações de usinagem, soldagem e
encaixes, entretanto requer controles rígidos em todas as etapas e pode ser ajustado para
atender às solicitações do cliente. O processo de fundição de precisão tende a compatibilizar a
obtenção de peças com bom acabamento superficial e um mínimo de operações posteriores ao
vazamento da peça.
AS PRINCIPAIS VANTAGENS SÃO:
Redução da usinagem, em que o corte dos gastos é bastante expressivo.
Redução de gastos com acabamento superficial da peça.
Transformação de um conjunto de peças (unidas anteriormente por meio de soldas,
rebites, encaixes etc.) em uma única peça fundida.
O processo possui algumas desvantagens também, como investimento relativamente alto,
manuseio de produtos químicos à base de polímeros e/ou resinas, geração de resíduos
cerâmicos, ou seja, o material do molde usado não pode ser reutilizado, sendo restrito a peças
de pequeno porte.
O modelo deve ter a geometria exata requerida pela peça final, mas em uma escala um pouco
maior do que a original para compensar a contração volumétrica, tanto do material usado para
fabricar o modelo (cera, plástico) quanto da solidificação do metal.
 
Fonte: Shutterstock.com
MOLDES PERMANENTES POR GRAVIDADE
A fundição por molde permanente é um processo de fundição de metal que emprega moldes
reutilizáveis (moldes permanentes), geralmente feitos de metal. O processo mais comum usa a
gravidade para encher o molde, mas a pressão de gás ou o vácuo também são usados.
 SAIBA MAIS
Metais de fundição comuns são ligas de alumínio, magnésio e cobre. Outros materiais menos
comuns, mas que também podem ser fundidos em moldes de grafite são estanho, zinco, ligas
de chumbo e ferro eaço.
As vantagens de fundir usando o processo de fundição por molde permanente incluem:
O fato de o molde utilizado no processo poder ser reaproveitado, tornando o processo de
médio custo (embora o custo de montagem e ferramental seja alto).
O processo é capaz de produzir formas e designs mais complexos do que a fundição em
areia.
A peça fundida tem um bom acabamento superficial (como fundida). O acabamento da
superfície fornecido aqui é melhor do que as peças e componentes fundidos em areia.
A fundição por gravidade permite um controle mais preciso sobre os atributos
dimensionais do que os processos de fundição em areia.
O próprio processo de fundição é altamente repetível e adequado para execuções de
produção de alto volume, sendo passível de automatização.
As peças fundidas em molde permanente apresentam boas propriedades mecânicas,
baixo encolhimento e baixa porosidade do gás.
As peças têm uma estrutura granulada homogênea e o próprio processo produz pouco
refugo.
 Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal
Já as desvantagens da fundição por molde permanente são:
Alto custo de usinagem e longo tempo de preparação.
O processo de fundição em molde permanente geralmente é limitado a fundições com
instalações de menor capacidade.
Devido ao alto custo ferramental envolvido, um alto volume de produção é necessário
para tornar esse processo uma opção de fabricação economicamente viável.
Quanto mais alta for a temperatura de vazamento do metal fundido, menor será a vida
útil do molde.
 Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal
 
Fonte: Imagem adaptada de mc-cast
FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO
A fundição sob pressão é empregada na fabricação de diversos tipos de peças.
 SAIBA MAIS
A fundição sob pressão é um dos métodos mais utilizados, principalmente pela indústria
automotiva na produção de peças de alumínio, pois garante 100% do preenchimento da peça
molde, evitando bolhas de ar que podem fragilizar o material e também a adição de impurezas
indesejadas.
AS PRINCIPAIS VANTAGENS DESSE PROCESSO SÃO:
Fabricação de peças complexas
Alta velocidade de produção
Peças com seções reduzidas
Como aspectos negativos, há a combinação de um tempo de ciclo reduzido e as elevadas
temperaturas envolvidas, que levam ao surgimento de danos nas matrizes por fadiga térmica.
Com a produção de centenas de peças, começam a surgir trincas em regiões críticas da
matriz, que crescem à medida que a produção aumenta, até alcançarem condições que
inviabilizam seu uso, culminando em seu fim de vida.
 
Fonte: Imagem adaptada de substech
FUNDIÇÃO CENTRÍFUGA
O processo consiste em vazar metal líquido em um molde que possui movimento de rotação,
fazendo com que a força centrífuga gere uma pressão acima da força da gravidade, forçando o
metal líquido contra as paredes do molde, onde se solidifica.
 
Fonte: Imagem adaptada de tcinox
A fabricação de tubos de ferro fundido para linhas de suprimento de água corresponde a um
dos exemplos mais comuns de utilização desse processo:
 
Fonte: Shutterstock.com
A fundição centrífuga deve ser usada quando:
As peças são simétricas e podem girar em torno de um eixo.
As propriedades da peça fundida estática são inadequadas.
É necessária uma estrutura de grãos uniforme.
É necessário manter a integridade dimensional.
Deseja-se fabricar tubos, luvas, buchas e anéis.
 Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal
FUNDIÇÃO CONTÍNUA
O processo de fundição contínua, também chamado de lingotamento contínuo, é o importante
processo de ligação entre a produção de aço e a laminação. Já em 1856, Henry Bessemer
sugeriu um método de fundição contínua, mas apenas durante as décadas de 1930 e 1940 a
fundição contínua tornou-se um método de produção comum para metais não ferrosos e,
posteriormente, a partir da década de 1960 para aços.
A relativa baixa condutividade térmica do aço e as altas temperaturas de fundição significavam
que muitos problemas tinham que ser resolvidos em comparação com a fundição de não
ferrosos.
HENRY BESSEMER (1813 -1898)
javascript:void(0)
 
Fonte: Wikimedia Commons / Domínio público
Foi um engenheiro britânico, metalurgista e inventor, criador do processo de Bessemer
(patenteado em 1856) para a fabricação de aço.
Fonte: Wikipedia
 VOCÊ SABIA
Em meados da década de 1980, o lingotamento contínuo tornou-se o maior método de
lingotamento, superando a rota de lingotamento de aço convencional.
Na fundição de lingotes, moldes individuais são preenchidos com aço fundido para produzir os
lingotes de aço. O método de fundição contínua tem muitos benefícios em comparação com os
métodos de fundição de lingotes mais antigos. As principais vantagens são a melhoria da
qualidade do aço, melhor rendimento e economia de energia e mão de obra.
 VOCÊ SABIA
Atualmente, cerca de 95% da produção mundial de aço é feita por fundição contínua e muitas
qualidades de aço são fundidas em uma grande variedade de dimensões.
O princípio do método de fundição contínua é simples.
O aço líquido em uma concha é transferido para a máquina de fundição.

Quando a operação de fundição começa, o bico no fundo da panela é aberto.

O aço flui em uma taxa controlada para o distribuidor.

O aço flui do distribuidor, através de um bico de entrada submerso em um ou vários moldes.
 SAIBA MAIS
Os moldes são geralmente de cobre resfriados a água.
A primeira solidificação ocorre na interface metal/molde. A espessura da casca solidificada
aumenta progressivamente quando é retirada pela máquina. Na saída do molde, a casca deve
ser espessa o suficiente para suportar a poça de líquido. Abaixo do molde, a casca é resfriada
por pulverização de água.
Resfriamento primário
É o resfriamento do molde.

Resfriamento secundário
É o resfriamento por spray.
Na extremidade da máquina, o fio é cortado e transferido para um laminador.
 
Fonte: Imagem adaptada de Louhenkilpi, 2014
PROCESSOS NO ESTADO SEMISSÓLIDO
O processamento de metal semissólido, também conhecido como tixoformação, é uma
tecnologia de conformação de metal patenteada por David B. Spencer durante seus estudos de
doutorado no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), no início dos anos 1970
(SPENCER; MEHRABIAN; FLEMINGS, 1972). Atualmente, o processo de tixoformação
encontrou aplicação em vários domínios da fabricação devido à sua capacidade de entregar a
produção de peças de alta qualidade a custos comparáveis ou inferiores aos das técnicas de
conformação convencionais, como fundição ou forjamento.
 VOCÊ SABIA
Durante os últimos 40 anos de esforços de pesquisa, muitos materiais diferentes foram
desenvolvidos e usados com esse processo.
A fundição de metal semissólido é uma variante da forma quase líquida da fundição sob
pressão. O processo é usado hoje com metais não ferrosos, como alumínio, cobre e magnésio,
mas também pode ser empregado com ligas de alta temperatura para as quais não há
materiais de matrizes adequados disponíveis. O processo combina as vantagens da fundição e
do forjamento e leva o nome da propriedade do fluido denominado tixotropia, que é o fenômeno
que permite o funcionamento desse processo.
 RESUMINDO
Os fluidos tixotrópicos fluem quando cortados (cisalhados), mas engrossam (aumentam sua
viscosidade) quando em repouso.
A fundição de metal semissólido é feita a uma temperatura na qual coloca o metal entre os
estados líquido e sólido. Idealmente, o metal deve ser de 30 a 65% sólido.
A fundição semissólida é normalmente usada para aplicações de ponta. Para ligas de alumínio,
as peças típicas incluem as estruturais médicas e aeroespaciais, peças contendo pressão,
peças de defesa, suportes do motor, cabos do sensor do coletor de ar, blocos do motor e
carcaças do filtro da bomba de óleo.
 
Fonte: Shutterstock.com
A figura a seguir mostra esquematicamente as etapas do processamento de metal semissólido.
 
Fonte: Imagem adaptadade themidsongroup
Lingote recebido.

 
Fonte: Imagem adaptada de themidsongroup
Agitação eletromagnética e fundição.

 
Fonte: Imagem adaptada de themidsongroup
Tarugo de metal semissólido cortado em partes.

 
Fonte: Imagem adaptada de themidsongroup
Partes aquecidas.

 
Fonte: Imagem adaptada de themidsongroup
Conformação do metal semissólido.

 
Fonte: Imagem adaptada de themidsongroup
Peça acabada.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. OS PRINCIPAIS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO POR FUNDIÇÃO SÃO:
MOLDAGEM EM AREIA; FUNDIÇÃO DE PRECISÃO; MOLDES
PERMANENTES POR GRAVIDADE; FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO;
FUNDIÇÃO CENTRÍFUGA; FUNDIÇÃO CONTÍNUA E PROCESSOS NO
ESTADO SEMISSÓLIDO. DAS OPÇÕES A SEGUIR, A QUE NÃO DEFINE
QUAL É O MELHOR PROCESSO A SER UTILIZADO É:
A) Tamanho da peça e sua geometria.
B) Tipo de liga a ser fundida.
C) Quantidade de peças a ser produzida.
D) Custo do transporte da matéria-prima.
E) Qualidade superficial desejada da peça.
2. A FUNDIÇÃO POR MOLDE PERMANENTE É UM PROCESSO DE
FUNDIÇÃO DE METAL QUE EMPREGA MOLDES REUTILIZÁVEIS
(MOLDES PERMANENTES), GERALMENTE FEITOS DE METAL. O
PROCESSO APRESENTA DIVERSAS VANTAGENS, MAS TAMBÉM
ALGUMAS DESVANTAGENS. NÃO É CONSIDERADA UMA
DESVANTAGEM DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO POR MOLDE
PERMANENTE:
A) Um alto custo de usinagem e um longo tempo de preparação.
B) O processo de fundição em molde permanente é, em geral, limitado a fundições menores.
C) Devido ao alto custo de ferramental envolvido, um alto volume de produção é necessário
para tornar esse processo uma opção de fabricação economicamente viável.
D) Quanto mais alta for a temperatura de vazamento do metal fundido, menor será a vida útil
do molde.
E) A variação de temperatura no molde gera o dano por fadiga térmica, o que reduz o seu
tempo de vida útil.
GABARITO
1. Os principais processos de fabricação por fundição são: moldagem em areia;
fundição de precisão; moldes permanentes por gravidade; fundição sob pressão;
fundição centrífuga; fundição contínua e processos no estado semissólido. Das opções
a seguir, a que não define qual é o melhor processo a ser utilizado é:
A alternativa "D " está correta.
 
O custo do transporte da matéria-prima não influencia no tipo de processo a ser utilizado.
2. A fundição por molde permanente é um processo de fundição de metal que emprega
moldes reutilizáveis (moldes permanentes), geralmente feitos de metal. O processo
apresenta diversas vantagens, mas também algumas desvantagens. Não é considerada
uma desvantagem do processo de fundição por molde permanente:
A alternativa "E " está correta.
 
Apesar de ser uma desvantagem, esta aparece no método de fundição sob pressão, e não na
fundição por molde permanente.
MÓDULO 2
 Reconhecer as propriedades dos metais líquidos, a solidificação e a contração do
metal líquido em metal sólido
O PROCESSO DE SOLIDIFICAÇÃO DO
METAL LÍQUIDO
ASPECTOS METALÚRGICOS DA FUNDIÇÃO
Quando líquido, o metal apresenta maior reatividade comparado ao mesmo metal no estado
sólido, pois seus átomos estão mais distantes uns dos outros, facilitando a reação com outros
elementos. Do ponto de vista da fundição, isso se torna um problema, pois os metais líquidos
em geral têm grande afinidade com o oxigênio. Dessa forma, dois aspectos devem ser
analisados:
A formação de óxidos.
As perdas de material metálico durante a fusão.
Para avaliar a formação de óxidos, a análise do diagrama de Ellingham (figura a seguir) é
importante.
HAROLD JOHANN THOMAS ELLINGHAM
(1897–1975)
Foi um físico-químico britânico, mais conhecido por seus diagramas de Ellingham, que
resumem uma grande quantidade de informações sobre a metalurgia extrativa.
Fonte: Wikipedia
 EXEMPLO
Fixando a temperatura de 1.000 K, é possível enxergar que as curvas dos óxidos de alumínio,
cálcio e magnésio são as de menor energia livre (mais fortemente negativas). Assim, os óxidos
são mais facilmente formados, sendo esses elementos alguns dos que possuem maior
afinidade com o oxigênio.
Essa propriedade de oxidação é importante quando é desejado desoxidar o banho de outro
metal que tenha afinidade com o oxigênio menor do que a dos citados anteriormente. Dessa
forma, o metal adicionado se oxida no lugar da liga a ser produzida.
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Fonte: DerSilberspiegel/Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0
 Figura: Diagrama de Ellingham
A fim de minimizar as perdas por oxidação, podem ser executadas algumas ações:
ATMOSFERAS REDUTORAS
São aquelas em que há a redução do gás oxigênio, podendo ser ricas em hidrogênio ou
monóxido de carbono.
ATMOSFERAS NEUTRAS
São aquelas compostas por gases nobres, como o argônio e o xenônio.
ESCÓRIAS PROTETORAS
São utilizadas para remover impurezas durante a fundição do metal. Porém, também ajudam
no controle de temperaturas das peças fundidas e minimizam a reoxidação do produto, devido
à associação de materiais refratários quando em seu formato líquido.
ADIÇÃO DE ELEMENTOS QUE INIBEM A OXIDAÇÃO
São materiais antioxidantes, que inibem a ação do oxigênio no metal durante a fundição.
PROCESSO DE SOLIDIFICAÇÃO
No processo de solidificação, o líquido muda para sólido durante o resfriamento. A energia do
líquido é menor do que a do sólido acima do ponto de fusão. Portanto, o líquido é estável acima
do ponto de fusão e, abaixo dele, a energia do líquido torna-se maior do que a do sólido.
 RESUMINDO
Abaixo do ponto de fusão, o sólido torna-se mais estável do que o líquido.
No ponto de fusão, o líquido é convertido em sólido durante o resfriamento. Essa
transformação em sólido abaixo do ponto de fusão é conhecida como “solidificação” e ocorre
na temperatura chamada “ponto de congelamento”.
 
Fonte: EnsineMe
Durante a solidificação, os fenômenos que ocorrem no material são: cristalização, contração de
volume, concentração de impurezas e desprendimento de gases.
CRISTALIZAÇÃO
O crescimento e a solidificação do cristal em fundições de metal é, em grande parte, uma
função da mobilidade atômica.
 ATENÇÃO
Fatores térmicos e cinéticos devem ser considerados ao determinar se o crescimento do cristal
será inibido ou acelerado.
Seja na configuração esférica ou em forma de agulha, as partículas de metal comportam-se de
maneira diferente, dependendo de sua localização na composição: no líquido, na interface
líquido/sólido ou no sólido.
Além disso, metais como alumínio e cobre têm apenas uma estrutura (cúbica de face centrada,
CFC). Por outro lado, metais como ferro e cobalto podem ter estruturas cristalinas diferentes
em temperaturas diferentes.
 EXEMPLO
O ferro pode ser CFC e cúbico centrado no corpo, CCC.
CONTRAÇÃO DE VOLUME
A maioria dos metais encolhe quando se solidifica. A contração de solidificação varia de 3 a 8%
para metais puros. Pode resultar na formação de vazios (microporosidade e encolhimento)
durante a solidificação.
 ATENÇÃO
A contração térmica do sólido durante o resfriamento subsequente pode aumentar o risco de
contração se não houver cuidado na fundição do metal.
Diversas ligas de fundição comerciais, baseadas em ligas eutéticas simples, formam fases
não metálicas durante a solidificação, que são atomicamente menos densas do que o fundido,
como o grafite em ligas de ferro-carbono ou o silício em ligas de alumínio-silício.
LIGAS EUTÉTICAS
Ligas eutéticas são uma mistura de compostos ou elementos químicos na qual o ponto de
fusão é o mais baixo possível. Ou seja, durante resfriamento, uma fase líquida se
transforma em, pelo menos, duas fases sólidas. Essa composição é conhecida como
composição eutética e sua temperatura como temperatura eutética. Sua temperatura é
facilmente identificada em um diagrama de fases.
Fonte: Wikipédia
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No caso do ferro fundido cinzento, a precipitação da austenita do fundido está associada à
contração, enquanto o crescimento da grafita do mesmo fundido está associado à expansão do
volume.
 ATENÇÃO
O sinal da mudança de volume resultante é incerto; a liga pode encolher ou expandirapós a
solidificação, dependendo da composição do fundido.
CONCENTRAÇÃO DE IMPUREZAS
Algumas ligas metálicas contêm impurezas normais, que se comportam de modo diferente,
conforme a liga esteja em estado líquido ou sólido. O caso mais geral é o das ligas ferro-
carbono que contêm, como impurezas normais, o fósforo, o enxofre, o manganês, o silício e o
próprio carbono.
 SAIBA MAIS
Quando essas ligas estão no estado líquido, as impurezas estão totalmente dissolvidas,
formando um todo homogêneo.
Ao solidificar, entretanto, algumas das impurezas são menos solúveis no estado sólido: fósforo
(P) e enxofre (S), por exemplo, nas ligas mencionadas. Assim sendo, à medida que a liga
solidifica, esses elementos vão acompanhando o metal líquido remanescente, indo acumular-
se na última parte sólida formada.
DESPRENDIMENTO DE GASES
A porosidade causada pelo desprendimento de gases é um dos problemas mais sérios na
fundição de ferro fundido, alumínio e cobre. Geralmente é causada pela evolução de gases
durante o processo de fundição e solidificação.
 SAIBA MAIS
Os gases podem ser resultado de uma reação entre a areia de fundição ou entre o molde e o
metal, ou podem resultar da evolução de gases dissolvidos no metal líquido durante a
solidificação.
EXEMPLO
Um exemplo de reação química envolvendo gás e causando porosidade é a reação da
umidade (H2O)da areia com elementos do ferro fundido, como carbono, silício, alumínio ou o
próprio ferro. O alumínio no ferro fundido costuma causar problemas de porosidade, e a reação
responsável pela evolução do gás é:
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
O sublinhado de alumínio (Al) indica que ele está dissolvido no metal. A energia livre para a
reação da equação anterior é altamente negativa, mesmo em concentrações muito baixas de
alumínio, indicando que a termodinâmica para a reação é altamente favorável. Reações
semelhantes podem ser escritas para silício, carbono e ferro. Para o carbono, o monóxido de
carbono também evolui de acordo com a reação:
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
3H2O  +  2  Al   =  Al2O3  +  3H2
H2O  +   C   =  H2  +  CO
Quanto à fundição de alumínio, a reação é ainda mais favorável. Se a reação realmente
ocorrerá ou não, depende de muitos fatores complexos, incluindo transferência de massa na
fase líquida e tensão superficial. Portanto, sua ocorrência é difícil de prever. No entanto, se
houver umidade excessiva na areia, a reação é altamente provável de ocorrer.
A outra causa principal da porosidade do gás é a evolução dos gases dissolvidos durante a
fundição.
 EXEMPLO
Ferro fundido líquido pode ter dissolvido hidrogênio e nitrogênio.
A solubilidade desses gases no sólido pode ser menor do que no líquido e, portanto, os gases
podem ser desenvolvidos durante a solidificação. Se isso ocorrerá ou não depende da
quantidade de hidrogênio e nitrogênio presentes, da liga fundida, da cinética química e da
tensão superficial da liga. Do mesmo modo, o hidrogênio pode dissolver-se no alumínio líquido,
mas sua solubilidade é muito menor no alumínio sólido e pode causar porosidade.
A porosidade na peça fundida gerada pelos gases pode causar fissuras, trincas, além de outras
descontinuidades. Por isso, peças fundidas que apresentam porosidade são rejeitadas.
FLUIDEZ DO METAL
A fluidez do metal fundido ajuda na produção de fundição sólida com menos defeitos. Ele
preenche não apenas a cavidade do molde completa e rapidamente, mas também não permite
que qualquer defeito de fundição — como o defeito de não preenchimento, chamado de misrun
— ocorra no objeto fundido.
 
Fonte: Shutterstock.com
O derramamento adequado de metal fundido na temperatura correta desempenha um papel
significativo na produção de fundições sólidas. O sistema de passagem desempenha a função
de introduzir metal limpo na cavidade do molde da maneira mais livre de turbulência possível.
Prevenir defeitos de fundição, como erros de funcionamento, sem o uso de temperaturas de
vazamento excessivamente altas, ainda é em grande parte uma questão de experiência.
Para preencher completamente as complicadas seções de fundição, as taxas de fluxo devem
ser altas, mas não tão altas a ponto de causar turbulência. Observa-se que a temperatura do
metal pode afetar a capacidade da liga fundida de preencher o molde; esse efeito é a fluidez do
metal.
 DICA
É aconselhável verificar a fluidez do metal antes de despejá-lo, usando-se o teste de fluidez.
A figura a seguir ilustra um teste de espiral de fluidez padrão amplamente usado para aço
fundido. A "fluidez" de uma liga é avaliada como uma distância, em polegadas, que o metal
percorre no canal espiral.
 
Fonte: Imagem adaptada de Rubio et al, 2006
O teste de fluidez — no qual o metal do forno é derramado por vácuo controlado em um canal
de fluxo de tamanho adequado — é muito útil, uma vez que a temperatura (superaquecimento)
é a variável individual mais significativa que influencia a capacidade do metal fundido de
preencher o molde.
Tal teste é um indicador preciso de temperatura, e o uso de um teste simples, em espiral, feito
em areia verde sobre um núcleo vazado por panela de fusão de aço de forno elétrico é
eficiente, principalmente onde a medição de temperatura é cara e inconveniente.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. NO PROCESSO DE SOLIDIFICAÇÃO, O LÍQUIDO MUDA PARA SÓLIDO
DURANTE O RESFRIAMENTO. ESSA TRANSFORMAÇÃO DE LÍQUIDO EM
SÓLIDO ABAIXO DO PONTO DE FUSÃO É CONHECIDA COMO
SOLIDIFICAÇÃO E OCORRE NA TEMPERATURA CHAMADA “PONTO DE
CONGELAMENTO”. DURANTE A SOLIDIFICAÇÃO, NÃO É UM DOS
FENÔMENOS QUE OCORREM NO MATERIAL:
A) Cristalização.
B) Encruamento.
C) Contração de volume.
D) Concentração de impurezas.
E) Desprendimento de gases.
2. A POROSIDADE CAUSADA PELO DESPRENDIMENTO DE GASES É UM
DOS PROBLEMAS MAIS SÉRIOS NA FUNDIÇÃO DE FERRO FUNDIDO,
ALUMÍNIO E COBRE. GERALMENTE, É CAUSADA PELA EVOLUÇÃO DE
GASES DURANTE O PROCESSO DE FUNDIÇÃO E SOLIDIFICAÇÃO. QUAL
DAS REAÇÕES QUÍMICAS A SEGUIR NÃO GERA DESPRENDIMENTO DE
GASES?
A) CaO + SiO2 ⇒ CaSi O3
B) 2MnO + C ⇒ 2Mn + CO2
C) 3 Fe2O3 + CO ⇒ 2 Fe3O4 + CO2
D) 3H2O + 2 Al ⇒ Al2O3 + 3H2
E) H2O + C ⇒ H2 + CO
GABARITO
1. No processo de solidificação, o líquido muda para sólido durante o resfriamento. Essa
transformação de líquido em sólido abaixo do ponto de fusão é conhecida como
solidificação e ocorre na temperatura chamada “ponto de congelamento”. Durante a
solidificação, não é um dos fenômenos que ocorrem no material:
A alternativa "B " está correta.
 
Encruamento é o endurecimento que ocorre no metal durante a deformação plástica e não tem
relação com a fundição e sim com a conformação mecânica.
2. A porosidade causada pelo desprendimento de gases é um dos problemas mais
sérios na fundição de ferro fundido, alumínio e cobre. Geralmente, é causada pela
evolução de gases durante o processo de fundição e solidificação. Qual das reações
químicas a seguir não gera desprendimento de gases?
A alternativa "A " está correta.
 
A equação CaO + SiO2 ⇒ CaSi O3 representa a reação da escória (escoriamento). O silicato
de cálcio (CaSi O3) recebe o nome de escória e deposita-se no cadinho sobre o ferro e evita a
oxidação se retirada periodicamente. As escórias são utilizadas na produção de tijolos, blocos
e concretos.
MÓDULO 3
 Descrever as regras básicas para moldação
AS ETAPAS DO PROJETO EM FUNDIÇÃO
PROJETOS EM FUNDIÇÃO
A tarefa básica definida no desenvolvimento de um processo de fundição está na seleção das
técnicas de produção adequadas que garantam altos índices técnicos e econômicos em todas
as etapas do processo de produção e também a qualidade necessária das peças fundidas em
serviço.
 
Fonte: Shutterstock.com
 ATENÇÃO
No desenvolvimento de determinado processo de produção, deve-se considerar os custos de
limpeza e usinagem, bem como os custos envolvidos na fabricação de peças fundidas.
A abordagem corretaé procurar maneiras de reduzir as operações de usinagem, simplificando
o processo de moldagem e utilizando totalmente as capacidades do maquinário disponível.
PROJETO DE UMA PEÇA FUNDIDA
Uma peça fundida deve ter um projeto tal que garanta um alto nível de suas características de
trabalho (resistência, rigidez, estanqueidade e resistência à corrosão) em uma dada massa e
formato da peça. Além disso, esse projeto deve levar em consideração as técnicas de fundição
e as máquinas disponíveis, bem como a peça deve estar ao fim da fundição o mais próximo do
produto final e/ou usinável.
 
Fonte: Shutterstock.com
A principal característica do processo de fundição é que o metal fundido derramado no molde
se contrai à medida que esfria e se solidifica, ou seja, o metal sofre transformações de fase
acompanhadas por sua retração em volume e surgimento de defeitos de retração, como
cavidades de contração (tubos), porosidades, trincas de solidificação, bem como de tensões
acumuladas.
 ATENÇÃO
Uma vez que o metal derramado na cavidade do molde interage com o molde, a fundição pode
desenvolver defeitos de superfície.
 DICA
A fim de obter uma fundição sólida, o molde deve ter certos cuidados e levar um mínimo de
tempo e trabalho para sua fabricação.
Ao projetar peças fundidas, devemos obedecer aos princípios estabelecidos a seguir:

1
O modelo para uma peça fundida deve ser projetado de modo a efetuar a maior economia
possível em mão de obra e materiais gastos em sua fabricação. Para isso, a peça fundida deve
ter desenho compacto, não ter elementos salientes, sempre que possível, e representar uma
combinação de corpos geométricos simples, cujas formas apresentam predominantemente
superfícies planas e linhas retas. Isso também simplifica o processo de criação dos modelos e
reduz o custo do conjunto de modelos.
2
O projeto de uma peça fundida deve proporcionar facilidade de fabricação e montagem do
molde; a construção do molde deve exigir um mínimo de núcleos da forma mais simples
possível. As peças de formato complexo de grande porte devem ser divididas em peças
simples que são mais fáceis de fundir e, em seguida, soldar ou conectar com parafusos (para
formar uma estrutura de soldagem e fundição).


3
As cavidades nas peças fundidas precisam de extensões suficientemente espaçosas para
receber os apoios dos machos, bem como as cavidades adjacentes devem comunicar-se por
meio das aberturas para fornecer os assentos para os machos, garantindo assim uma posição
estável do macho no molde e, portanto, produzindo a peça fundida com boa precisão
dimensional.
4
As paredes de uma peça fundida devem conter espessura uniforme, sempre que possível, pois
podem surgir defeitos de retração nas porções mais espessas, como porosidades, tubos e
fissuras.


5
Uma peça fundida não deve conter ângulos agudos ou seções de parede que passem
abruptamente para paredes finas. As partes na interseção de paredes de várias espessuras
devem formar junções suavemente curvas.
6
A massa de uma peça fundida deve ser tão pequena quanto possível para garantir a economia
de metal. O princípio de economia de metal deve sempre ser buscado pelo projetista, exceto
em alguns casos particulares.


7
O projeto de uma peça fundida precisa levar em consideração as propriedades de fundição da
liga que está sendo fundida. O ferro cinzento, por exemplo, tem boas propriedades de fundição.
A estrutura do ferro fundido cinzento depende mais da taxa de resfriamento do que de outros
tipos.
Uma mudança na estrutura do ferro acarreta mudanças nas propriedades mecânicas, como
sua usinabilidade, durabilidade, resistência à corrosão e outras propriedades de trabalho. Se o
metal resfria rápido, todo o carbono nas paredes finas das peças fundidas mostra-se no estado
ligado, formando a cementita, Fe3C. Este componente de estrutura de alta dureza não é
passível de usinagem.
O defeito desse tipo nas peças fundidas de ferro cinzento é chamado de “pontos duros”. Nas
espessas paredes da mesma fundição, o metal se solidifica lentamente, o que resulta na
estrutura de baixa dureza. Assim, a necessidade de uniformidade da espessura das paredes
em fundições de ferro fundido adquire importância particular.
8
A construção de uma peça fundida deve facilitar a limpeza, a rebarbação e a desmoldagem. O
contorno externo dessa peça precisa estar livre de ranhuras e reentrâncias. As cavidades
devem conter aberturas de tamanho suficiente para facilitar a decapagem.


9
As superfícies de localização nas peças fundidas precisam ser convenientes para a usinagem.
 
Fonte: Shutterstock.com
 Peça fundida usinada
PROJETO DE MOLDES E MACHOS
Na concepção do processo de moldagem, o projetista deve realizar as seguintes tarefas:
Escolher o método correto de moldagem.

Decidir sobre a posição da fundição e do molde durante o vazamento.

Especificar o tipo de junção do molde.
Definir as formas de fixação dos machos no molde.

Selecionar o tipo apropriado de sistema de passagem e fazer os cálculos necessários.

Elaborar o desenho de fundição.

Determinar as dimensões gerais das caixas de moldagem.

Localizar corretamente os padrões na placa do modelo.
O projeto de fundição deve ser analisado detalhadamente, visando melhorar a capacidade de
fabricação da peça fundida. Assim, pode ser necessário aumentar os raios dos filetes, tornar as
paredes mais uniformes em espessura e eliminar o estreitamento abrupto nos locais em que os
itens maciços passam em paredes finas.
 
Fonte: Shutterstock.com
 ATENÇÃO
Ao escolher a posição da peça fundida no molde, o projetista deve descartar os itens mais
responsáveis no arrasto, onde o metal acaba sendo mais denso.
Além disso, ele deve cumprir as seguintes regras:
1
A posição da peça fundida no molde deve garantir a solidificação direcional do
metal.
1
As barras destinadas à usinagem devem estar localizadas na parte inferior, nas
posições verticais ou inclinadas durante o vazamento e solidificação do metal.
3 As fundições cilíndricas cujas superfícies externa e interna estão sujeitas a
usinagem devem ter uma posição vertical durante o vazamento.
4
As superfícies de fundição que servem como planos de referência na usinagem
devem estar em um meio molde.
 Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal
 
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 Meio moldes para superfície de fundição.
CONTROLE DE QUALIDADE DE PEÇAS
FUNDIDAS
Os procedimentos de inspeção gerais para fundidos são estabelecidos na fundição, a fim de
garantir a conformidade com os desenhos e documentos do cliente, que frequentemente são
baseados em várias especificações governamentais, sociedades técnicas ou comerciais.
 ATENÇÃO
Com o objetivo de garantir a qualidade da fundição, os procedimentos de inspeção devem ser
direcionados de forma eficiente para prevenção de imperfeições, detecção de tendências
insatisfatórias e conservação do material — o que leva à redução de custos.
Os inspetores devem ser capazes de avaliar imediatamente os prováveis pontos fortes e fracos
de um fundido, além de saber onde mais provavelmente seriam encontrados.
A INSPEÇÃO DE PEÇAS FUNDIDAS NORMALMENTE ENVOLVE
A VERIFICAÇÃO DE FORMA E DIMENSÕES JUNTO À
INSPEÇÃO VISUAL COM E SEM AUXÍLIO DE
DESCONTINUIDADES EXTERNAS E QUALIDADE DA
SUPERFÍCIE.
Análises químicas e testes de propriedades mecânicas são complementados por várias formas
de inspeção não destrutiva, incluindo testes de vazamento e carregamento de prova, todos
usados para avaliar a solidez da fundição.
 DICA
Essas inspeções aumentam o custo do produto, portanto a consideração inicial deve ser
determinar a quantidade de inspeção necessária para manter o controle adequado sobre a
qualidade.
Isso pode exigir uma inspeção completa de cada fundição individual em alguns casos, mas, em
outros, os procedimentos de amostragem podem ser suficientes.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
 ATENÇÃO!
Para desbloquear o próximomódulo, é necessário que você responda corretamente a uma das
seguintes questões:
1. UMA PEÇA FUNDIDA DEVE TER UM PROJETO TAL QUE GARANTA
ALTO NÍVEL DE SUAS CARACTERÍSTICAS DE TRABALHO PARA UMA
DADA MASSA E FORMATO DA PEÇA. DENTRE AS OPÇÕES A SEGUIR,
NÃO É UMA CARACTERÍSTICA DE TRABALHO A:
A) Resistência.
B) Resiliência.
C) Rigidez.
D) Estanqueidade.
E) Resistência à corrosão.
2. AO ESCOLHER A POSIÇÃO DA PEÇA FUNDIDA NO MOLDE, O
PROJETISTA DEVE DESCARTAR OS ITENS MAIS RESPONSÁVEIS NO
ARRASTO EM QUE O METAL ACABA SENDO MAIS DENSO. ALÉM DISSO,
ELE DEVE CUMPRIR ALGUMAS REGRAS, EXCETO:
A) A posição da peça fundida no molde deve garantir a solidificação direcional do metal.
B) As barras destinadas à usinagem devem estar localizadas na parte inferior, nas posições
verticais, ou inclinadas durante o vazamento e a solidificação do metal.
C) As fundições cilíndricas cujas superfícies externa e interna estão sujeitas a usinagem devem
ter uma posição vertical durante o vazamento.
D) As superfícies de fundição que servem como planos de referência na usinagem devem estar
em um meio molde.
E) As paredes do modelo devem ter espessuras menos uniformes.
GABARITO
1. Uma peça fundida deve ter um projeto tal que garanta alto nível de suas
características de trabalho para uma dada massa e formato da peça. Dentre as opções a
seguir, não é uma característica de trabalho a:
A alternativa "B " está correta.
 
Resiliência é a capacidade de um material absorver energia mecânica em regime elástico por
unidade de volume e readquirir a forma original quando retirada a carga que provocou a
deformação. Essa não é uma característica a ser obtida em um projeto de fundição.
2. Ao escolher a posição da peça fundida no molde, o projetista deve descartar os itens
mais responsáveis no arrasto em que o metal acaba sendo mais denso. Além disso, ele
deve cumprir algumas regras, exceto:
A alternativa "E " está correta.
 
O projeto de fundição deve ser analisado detalhadamente visando melhorar a capacidade de
fabricação da peça fundida. Assim, pode ser necessário aumentar os raios dos filetes e tornar
as paredes mais uniformes em espessura.
CONCLUSÃO
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Como vimos, neste tema, os principais processos de fabricação por fundição são: moldagem
em areia, fundição de precisão, moldes permanentes por gravidade, fundição sob pressão,
fundição centrífuga, fundição contínua e processos no estado semissólido.
Conhecemos as propriedades dos metais líquidos, a solidificação e a contração do metal
líquido em metal sólido. Por fim, descrevemos as regras básicas para moldação e verificamos
as principais considerações que devem ser feitas no projeto de uma peça fundida e no projeto
de moldes e machos, bem como os procedimentos de controle de qualidade de peças
fundidas.
REFERÊNCIAS
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BALDAM, R. L.; VIEIRA, E. A. Fundição: processos e tecnologias correlatas. São Paulo:
Saraiva, 2014.
CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica: processos de Fabricação e Tratamento. Vol. II. São
Paulo: McGraw-Hill, 1986
EVANGELISTA, A. S.; SILVA, J. Processo de fundição e sua versatilidade na fabricação de
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LIRA, V. M. Princípios dos processos de fabricação utilizando metais e polímeros. São
Paulo: Blücher, 2016.
LOUHENKILPI, S. Continuous casting of steel – Treatise on process metallurgy. Rio de
Janeiro: Campus-Elsevier, 2014. p. 373-434.
MARTINEZ, C. B.; BRASIL, A. N.; NASCIMENTO FILHO, J. Projeto e Construção de um
Modelo de Turbina Pelton em Escala Reduzida. In: Congresso Nacional De Engenharia
Mecânica. João Pessoa, 2002, p. 01-10.
MORO, N., AURAS. A. P. Processos de fabricação - Fundição. Florianópolis: Centro Federal
de Educação Tecnológica de Santa Catarina, 2007.
RUBIO, Juan C. Campos; PANZERA, Túlio Hallak; NOGUEIRA, Wagner Alves. Qualidade
Superficial de Peças de Alumínio Fundidas em Molde de Areia. Matéria (Rio de Janeiro),
v. 11, n. 2, p. 125-137, 2006.
SEETHARAMAN, S. Treatise on process metallurgy: industrial processes. Vol. III.
Amsterdam: Elsevier, 2013.
SHEY, J. Introduction to Manufacturing Process. Nova York: McGraw-Hill, 2000.
SIEGEL, M. Fundição. 15. ed. São Paulo: ABM, 1985
SINGH, R. Introduction to basic manufacturing processes and workshop technology.
Nova Delhi: New Age International, 2006.
SOARES, G. A. Fundição: mercado, processos e metalurgia. Rio de Janeiro: Coppe-UFRJ,
2000.
SPENCER, D. B.; MEHRABIAN, R.; FLEMINGS, Merton C. Rheological behavior of Sn-15
pct Pb in the crystallization range. Metallurgical and Materials Transactions B, v. 3, n. 7, p.
1925-1932, 1972.
EXPLORE+
Para saber mais sobre os assuntos tratados neste tema, leia:
Processo de fundição e sua versatilidade na fabricação de peças, publicado em 2020
na Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento.
CONTEUDISTA
Gustavo Simão Rodrigues
 CURRÍCULO LATTES
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