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Prof. Dr. Guilherme Ourique Verran
Ligas Zinco
Disciplina: Fundição de Metais e suas ligas 
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO	
TIPOS LIGAS ZINCO
GENERALIDADES LIGAS ZAMAC E ZA	
INFLUÊNCIAS ELEMENTOS LIGA
PROCESSO FABRICAÇÃO
PROCESSO FUSÃO 
FUNDAMENTOS TERMODINÂMICAS
PROPRIEDADES FUNDIÇÃO
DEFEITOS FUNDIÇÃO
INTRODUÇÃO
A matéria-prima utilizada: concentrado sulfetado de zinco
Distribuição espacial BR: 52% Minas Gerais, 32% Rio Grande Sul, 8% Pará, 5,5% Paraná e 3% Bahia
Obtenção Zn: cinco etapas de processamento: ustulação do concentrado (oxidação: ácido sulfúrico e dóxido enxofre líquido), lixiviação (prata e chumbo), purificação da solução, eletrólise (anodos de chumbo-prata (0,4% prata) e cátodos são de alumínio (99,5% Al) e fundição (obtenção zinco metálico por lingotamento contínuo)
Figura 1 - Mina de zinco
Fonte: Apostila Senai CETEF, 2015
Figura 2 – Lingotamento do zinco
Desde 1995: estão sendo lavradas somente as minas de Minas Gerais
Distribuição zinco exportação vem pra Minas Gerias em Juiz de Fora, as outras foram desativadas nos outros estados.
Votorantim metais (NEXA RESOURSES) que faz a exploração trabalham com toda a parte de beneficiamento do Zinco
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INTRODUÇÃO
Zinco Puro
Densidade: 7,133 g/cm3 a 25 ºC 
Temperatura de fusão: 419 ºC
Temperatura de ebulição: 907 ºC 
Dureza: 40 HB
Limite Resistência a tração ~100 Mpa
Forma cristalina hexagonal compacta
Alta resistência a corrosão em atmosfera normal, em soluções aquosas e produtos do petróleo
Usinabilidade elevada
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INTRODUÇÃO
Zamac (4% Al)
Século XIX , substituindo Pb com peças pequeno porte e utensílios
Década 20 (Sob Pressão) 
Za Zn-Al (8 A 28,8% em peso)
Decáda 70 (foco: fundição por gravidade)
Década 80 (sob Pressão) 
Outras Ligas (Propriedades Especiais)
Superplasticidade, 
Propriedades mecânicas 
Tribológicas superiores
Ligas de Zn-Al eutetóide
Ligas monotéticas de Zn-Al-Cu e de Zn-Al-Si ou Zn-Al-Cu-Si
Materiais compósitos com matriz de ligas de zinco para aplicações em desgaste, os quais são reforçados com partículas cerâmicas 
ZAMAC: pequenas quantidades de Mg e Cu PARA melhor combinação de fundibilidade, estabilidade e propriedades mecânicas. 
NOME ZAMAC VEM Zink-Aluminium-Magnesium-Kupfer em alemão
ZA variando de 8 à 28,8% Al em peso, sendo que os dígitos numéricos contidos na nomenclatura indicam o percentual aproximado de alumínio presente
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1.1 GENERALIDADES - ZAMAC
Designações comerciais Zamac (80% câmera quente)
 
Zamac 2: RM, resistência a fluência, dureza e pode ser processada por gravidade
Zamac 3: mais usada USA, e melhor combinação RM, fundibilidade, estabilidade dimensional, facilidade de acabamento e baixo custo
Zamac 5 : são mais resistentes e mais duros que os confeccionados com Zamac 3. Contudo, há um decréscimo significativo na ductilidade
Zamac 7: é uma versão de alta pureza da liga Zamac3. Mg, melhor fundibilidade (3), possibilitando excelente reprodutibilidade de detalhes. Apresenta ductilidade das ligas hipoeutéticas. 
Mais usual é a 3,5 e 7, e a 7 ela é uma versão melhorada da 3
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1.2 GENERALIDADES - ZA
Designações comerciais ZA
Za 8: Sob pressão com câmara quente ( custo). Excelente usinabilidade, acabamento, RM, fadiga, estabilidade dimensional e densidade e ótima para peças decorativas. 
Za 12: Primeira escolha para substituir peças de ferro, latão ou ligas de Al. Fundição em moldes de areia, molde permanente de grafite e sob pressão com câmara fria. Excelente estanqueidade, usinabilidade, resistência ao desgaste e características antifricção. 
Za 27: Molde em areia ou sob pressão câmara fria. É uma liga de alto desempenho, oferecendo alta resistência e ductilidade. Apresenta excelente usinabilidade e apresenta propriedades promissoras para aplicações em que se necessita alta resistência ao desgaste. Apresenta baixa densidade
Os números 8,12 e 27 indicam o teor aproximado de alumínio contido na liga. Pequenas quantidades de magnésio são adicionados para obter-se boa combinação de propriedades, estabilidade e fundibilidade. Estas ligas apresentam excelente resistência ao desgaste. Ou 
ILZIRO: INTERNATIONAL LEAD AND ZINC RESEARCH ORGANIZATION – (organização internacional de pesquisa do zinco e chumbo). EUA – NOVA YORK
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As ligas 3, 5, 7, ZA-8 e ZA-12: 
Não-incendiárias – não geram faíscas. Ideal para equipamentos que operam com vapores, partículas e líquidos combustíveis. 
Não-magnéticas. Ideal para equipamentos eletrônicas e partes móveis delicadas que não devem ser afetadas por campos magnético.
1.3 GENERALIDADES - ZAMAC E ZA
1.4 COMPOSIÇÃO QUIMICA
Tabela 1: Composição química das ligas Zamac ASTM B.86 e ASTM B.240
Fonte: Metals Handbook, Vols. 2 e 15
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1.4.1 COMPOSIÇÃO QUIMICA
Tabela 2: Composição química das ligas Za ASTM B791
Fonte: Metals Handbook, Vols. 2 e 15
RESSALTAR: A MAIOR DIFERENÇA ESTÁ NO % ALUMÍNIO (MAIOR MAIOR RESISTENCIA E DUCTILIDADE)
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1.5 PROPRIEDADE MECÂNICA (ZAMAC E ZA)
Tabela 3: Propriedades mecânicas das ligas Zamac e ZA
Fonte: Metals Handbook, Vols. 2 e 15
D= Die Casting (Fundição sob pressão) S= Sand Casting (Fundição em areia) P= Permanent Casting (Fundição por gravidade em molde metálico) *Determinada pelo ensaio Charpy 
Destacar : maior diferença RT, LE e Fadiga
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1.6 INFLUÊNCIA ELEMENTOS LIGA
Elementos de liga
 O controle da composição química é essencial para evitar: 
a)corrosão intergranular;
 b)alterações dimensionais;
 c)perda nas propriedades mecânicas.
1.6.1 INFLUÊNCIA ELEMENTOS LIGA
	Liga	Propriedade
	Alumínio	Adicionado nas ligas em fundição sob pressão
		Aumenta a Dureza
		Reduz tamanho do grão
		Melhora a fluidez
	Magnésio	Deve ser mantido entre 0,005 a 0,08%
		Adicionado para minimizar corrosão intergranular causada pela presença de impurezas
		Em excesso: Reduz Fluidez
		Promove trinca a quente (molde metálico)
		Aumenta a dureza;
		Reduz o alongamento
	Cobre	Adicionado para minimizar corrosão intergranular, causada pela presença de impurezas. 
		Em pequenas quantidades:
Aumenta a dureza e limite de resistência.
		Acima de 1,25 %:
Reduz a estabilidade dimensional.
	Chumbo, Cádmio e Estanho	Em teores > 0,005% podem causar em menos de 1 ano nas peças:
		Inchamento, trincas e distorções. 
		Causam rede de corrosão abaixo da superfície da peça, máximo de 0,005 % para cada elemento.
As ligas Zn-Al, com 4 % de Al, apresentam pouco ataque sobre o ferro, isso permite o uso no processo de fundição sob pressão com câmara quente, no qual o mecanismo de injeção fica continuamente mergulhado no metal fundido.
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Aplicações gerais das ligas de zinco
Componentes Automobilísticos
Corpo de bomba de combustível
Corpo de carburador
Maçanetas
Peças limpador para-brisa
Peças do painel 
Corpo da buzina 
Partes do sistema de freio
Grades para rádios e radiadores
Tampas de tanque
Suporte de lâmpadas
1.7 APLICAÇÕES LIGAS DE ZINCO
Carburador
Fonte: HandBook Volume 15 - Casting Zn 
Figura 3 – Peças Fundidas ligas Zn
Componentes Aparelhos domésticos
Componentes equipamentos elétricos 
Abajur
Molduras Instrumento
Brinquedos
1.7 APLICAÇÕES LIGAS DE ZINCO
Figura 4 – Peças Fundidas ligas Zn
Fonte: LALOS, 2019 
1.8 VANTAGENS/DESVANTAGENS LIGAS Zn
Ligas Zinco maior capacidade produtiva que as ligas Mg (injeções)
Na fundição sob pressão, Ligas Zn, são 2 a 4x mais precisas que ligas de Mg ou Al
Mesmo número de peças fundidas/tamanho, Al utiliza pelo menos 50% mais energia ligas Zn, Mg precisa de pelo menos 15% mais energia por peça produzida
Temperatura Ambiente, as peças fundidas em ligas Zn têm resistência muito maior ao impacto do que o Alumínio 380 e o Magnésio AZ91D, e os plásticos ABS
Desvantagem do Zn em comparação as ligas de Mg é a densidade (peso)
Zn: 7,29 gm/cm³ Mg: 1,74 gm/cm³ 
Destacar : Na indústria automobilística o Zn não foi adiante, por ser uma liga pesada, tendo em vista o maior desempenho do veículo
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Fundição sob pressão é o processo mais usado em ligas de zinco: devidoao baixo custo, 5 a 10x precisa que outros processos 
Também podem ser utilizadas em fundição em molde de areia verde, moldes permanentes (moldes de aço e grafite), fundição contínua ou semi-contínua
Fundição sob pressão: câmera fria e câmera quente (80% fabricação)
2. PROCESSO FABRICAÇÃO
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Câmera quente ou câmera Fria (dicas)
Pressão Específica de Injeção: pressões > 300 Kg/cm², Câmara Fria.
Temperatura de fusão: Metais de baixo ponto fusão, ligas de Zin, Pb e Sn, câmera quente
Qualidade da peça: aspecto compactação, maior compactação, câmara fria
Geometria da peça: Câmara fria, maior dificuldade
Espessura média de parede: falta de preenchimento , câmara fria: melhor.
2. PROCESSO FABRICAÇÃO
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As vantagens Processo Injeção
Alta produtividade ao processo
Obtenção de peças com alta precisão dimensional
Não requerem refino, desgaseificação e desoxidação
Processo pouco poluente
Reduz custos de usinagem e montagem 
Conferem longa vida útil ao molde
Pressões de injeção relativamente baixas
Elevada fundibilidade (obtenção de peças de formatos complexos)
São susceptíveis a diversos tratamentos de superfície
Possuem boa resistência mecânica
2.1 PROCESSO FABRICAÇÃO
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Figura 5 – Esquema de injetora de câmara quente
Figura 6 - Máquina injetora de câmara quente
2.1 PROCESSO FABRICAÇÃO
Fonte: Metals Hanbook, vol 15
Fonte: Apostila Senai Cetef,2015
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3. PROCESSO FUSÃO
Fornos de cadinho (a óleo ou a gás), fornos de resistência elétrica e fornos revérberos também podem ser utilizados na fusão do zinco e suas ligas. 
Cadinho de grafita (pintura proteção, se necessário); refratário alumina
USO DE RETORNO: limpo, seco, isento de óleos, sem contaminações, recomenda-se mx 50 % por carga.
Figura 8 - Forno de cadinho óleo/gás
Figura 7 - Forno de resistência elétrica 
Fonte: Apostila Senai Cetef,2015
CADINHO GRAFITA: tem baixa molhabilidade, não sendo necessário a pintura protetiva
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3. PROCESSO FUSÃO
Preparação carga
MAGER 2008: Projeto Experimental
Liga eutetóide Zn-22%Al (forno resistivo tipo poço)
Fusão Zn = 419°C, elevou T°C à 725ºC adicionar Al em pedaços, reduziu 600°C homogeinizar banho com agitação banho e o metal líquido foi vazado à 580°C (fundir lingotes), posteriormente esses lingotes foram refundidos em forno resistivo com atmosfera controlada
Zinc Metais 2019: Dados processos fabricação lingotes
Lingotes eutéticos primários
A carga é preparada fundindo primeiramente o zinco numa temperatura máxima de 560°C e após o Zn fundido adiona.se os elementos de liga no banho líquido
Mg 650 ºC Al 660 ºC Zn 419ºC Cu 1085 ºC (ponto fusão)
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Temperatura do metal
Temperatura fusão da carga:
Literaturas sugerem range (± 6 e 10ºC), mas não cita TºC fusão forno
Qto maior % Al maior a temperatura fusão liga (Soares, 2008)
Dados Práticos:
Temperatura Fusão
500 a 560ºC (± 20ºC), eutético primário ligas Zamac (Metals Zinc,2019)
460 a 470ºC (Votorantim Metais, 2007)
Temperatura vazamento
 470 e 500ºC (Metals ZinC,2019), 475ºC (pastoso)
Temperatura elevada metal: aumenta a solubilidade dos gases e perdas elementos liga por volatização/oxidação. 
Principais perdas por superaquecimento: Al e Mg
3.1 PROCESSO FUSÃO
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Fluxagem do metal
Não é necessário o uso de fluxos se os componentes de carga estão limpos (lingotes)
Mas, de 1,4 a 2,3 kg de fluxo a base de “cloretos (amônia) ou fluoretos” se parte ou toda a carga é composta por retorno 
O fluxo diminui o teor de Mg e pode até reduzir a zero, Mg tende a compensar efeito das impurezas do banho (Pb, Cd, Fe, Ti e Sn), além de causar corrosão intergranular
Oxidação/Perdas (parâmetros termodinâmicos)
3.2 PROCESSO FUSÃO
Mg = +2,37 Al = +1,66 Cu = -0,34 Zn = +0,76 (potencial oxidação)
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3.3 Fundamentos Termodinâmicos
Vapor de Pressão (característica física de cada elemento)
 
Ebulição elemento:
Aumento da temperatura e quando a pressão de vapor se igual a pressão exercida no banho (vácuo)
Figura 9 – Pressão Vapor & Temperatura
Fonte: ZEPON, 2018
Ebulição: Zn: 907°C Cu: 2562°C Al: 2519°C Mg: 1090°C
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Reatividade do metal Líquido (umidade, retorno, atmosfera forno, refratários)
3.3 Fundamentos Termodinâmicos
Figura 10 – Pressão Vapor & Temperatura
Fonte: ZEPON, 2018
Oxidação: acontece qdo O estiver presente no banho (Os diagramas expressam a energia livre padrão de formação de um óxido para um mol de oxigênio)
K = cte gases, 8,31 J/K.mol ou 0,0082 L.atm / k.mol
COMENTARIO: Interação elementos não está sendo analisada. 
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3.4 Parâmetros Fundição
Fluidez
Depende basicamente temperatura do metal
Elementos liga: criam intervalo solidificação, alguns elementos aumentam/diminuem esse intervalo, deslocam temperatura líquidos
Campo líquido-sólido: (exemplo: Zinc Metals 475ºC)
 
Gera mais turbulências
Gera mais óxidos
Oxidação 
Boa Fluidez: vazar a peça acima da temperatura liquidus
 Al: aumenta fluidez e Mg: reduz fluidez
Preenchimento peça termina metal pastoso
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3.4.1 Parâmetros Fundição
Agitação metal líquido
Causa maior oxidação banho:
Teoricamente superfície metal: cria uma cama protetora (área contato: metal & meio externo)
Aumentar área contato banho metal/escória
- Aumentar área contato metal/refratário
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3.4.2 Parâmetros Fundição
Tendência ao rechupe
Rechupe
 - Resultante uma contração nos pontos quentes da superfície da peça
- Temperatura de vazamento do metal (baixa ou alta)
- Composição química liga 
 
A correção do problema: resfriar as áreas do molde onde o fenômeno é observado. 
Outro parâmetro a ser verificado é o tempo de compressão no final do ciclo de injeção. 
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3.4.2 Parâmetros Fundição
Tendência ao rechupe
 
Figura 11 – Diagramas Equilíbrio
Fonte: RICK, 2006
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Porosidade Gasosa 
Processo Injeção: minimizar a turbulência no fluxo de metal/reduzir a quantidade de gases aprisionados (nem sempre é possível)
Peças complexas exigem alta velocidade injeção (ocasiona aprisionamento gases)
Vapor = metal líquido encontra água durante preenchimento matrix (muda estado e gera pequenas explosões)
Fonte água:
Lubrificante: composição 98% água
Vazamento fluído hidráulico
Umidade refratários
4.0 DEFEITOS FUNDIÇÃO
RESSALTAR: UM DOS MAIORES PROBLEMAS OCORRE FUNDIÇÃO ZINCO
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Preenchimento Incompleto 
Associado ao aquecimento inadequado, tanto da matriz como do metal, ou à velocidade de preenchimento da matriz (metal solidifica prematuramente).
Metal pode perder fluidez pela presença de ferro ou impurezas.
Má dimensionamento sistema alimentação: problemas na saída de ar, o metal que está entrando na matriz pode ser retido pela pressão do gás.
4.1 DEFEITOS FUNDIÇÃO
ASM HANDBOOK, Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials, 1990, Volume 2, pdf. 
ASM METALS HANDBOOK - Metallography and Microstructures, Metallography and Microstructures of Zinc and Its Alloys, 2004, Volume 9, pdf. 
ASM METALS HANDBOOK– Casting, Zinc and Zinc Alloys, 1998, Volume 15, pdf. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE METAIS (ABM) – Fundição de ligas não Ferrosas. Coordenador: Prof. Clovis Bradaschia e colaboradores. 3ª Edição.
APOSTILA TERMODINÂMICA. Disponível em file:///C:/Users/Dell/Documents/2019/Doutorado/ FUN/m_d/Apostila_termodinâmica, acesso em 05 abril, 2019
BARBOSA, C. Metais não ferrosos e suas ligas Microestrutura, propriedades e aplicações, Rio de Janeiro: E-papers, 2014. pag 473 – 503.
CENTRO TECNOLÓGICO DE FUNDIÇÃO MARCELINO CORRADI (CEFET). Apostila Metalurgia das ligas de Zinco, Minas Gerais, 2015
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DUARTE, I. R. Apostila de fundição de não ferrosos, ligas de Zinco. Santa Catarina, Junho, 2008
FILHO, E. B. Emprego do Chumbo e zinco e suas ligas. Associação Brasileira de Metais e InstitutoBrasileiro de Informação do Chumbo e Zinco, 1974.
5. REFERÊNCIAS
INFOMET, Metalugia física, propriedades e aplicações. Disponível em: www.infomet.com.br, acesso em 27/03/2019.
INSTITUTO DE METAIS NÃO FERROSOS (ICZ) – Apostila de Fundição para não ferrosos.pdf. Coordenação geral: Carina Todorov - Votoran Metais, Minas Gerais e revisão técnica: Prof. Jefferson Malavazi - SENAI Nadir Dias de Figueiredo.
KUBASCHEWSKI, O., EVANS, E. LL, ALCOCK, C.B. Metallurgical Thermochemistry. 4ª edição, Biddles Ltda. Great Britain, 1967.
LALOS, Injetoras pra zamac, 2019. Disponível em <http://lalos.com.br/o-que-e-zamac>. Acesso em 01 março de 2019
MAGER B. B. G. Comportamento microestrutural da liga eutetóide Zn-22%Al em relação à taxa de solidificação e ao envelhecimento. Dissertação realizada no Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais (PGETEMA) da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Engenharia e Tecnologia de Materiais. Porto Alegre, 2008
RICK C. F. Estudo da liga à base de Zn-Al-Cu-Mg aplicada na fabricação de jóias folhadas. Esta dissertação foi julgada para obtenção do título de MESTRE EM ENGENHARIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS e aprovada em sua forma final pelo Programa de Pós – Graduação em Engenharia da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, jul 2006
SILVA, C. A., SILVA, I. A., CASTRO, L. F. A., TAVARES, R. P. SESHADRI, V., Termodinâmica metalúrgica: balanços de energia, soluções e equilíbrio químico em sistemas metalúrgicos, São Paulo: Edgar Blücher Ltda, 2009.
5. REFERÊNCIAS
5. REFERÊNCIAS
SOARES, O. J. A. Melhorias de produto / processo pela utilização de ligas de ZAMAC. Dissertação apresentada para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Mecânica, do programa de Mestrado Profissional de Engenharia Mecânica do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Taubaté. Taubaté, São Paulo, 2008.
ZAMAC, as virtudes capitais das ligas de zinco na fundição. Disponível em :< file:///C:/Users/Dell/Documents/2019/Doutorado/FUN/m_d/utilizados/Zamac%20-%20As%20virtudes%20capitais%20das%20ligas%20de%20zinco%20na%20fundi%C3%A7%C3%A3o.pdf>. Acesso em 01 de abril, 2019.