Aula 4- Processo de Produção I - Unifor

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Prof(a) Ma: Julietty Morais
E-mail:julietty@unifor.br
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SETORES DE UMA EMPRESA DE FUNDIÇÃO
Baseando-se nas páginas anteriores, pode-se dizer que a
fabricação de uma peça fundida requer, pelo menos, os seguintes
setores:
 De projetos;
 De confecção e reparação de modelos caixas de macho e
elementos de modelo, ou seja, modelagem;
 De fabricação de peças fundidas, ou seja, a fundição
propriamente dita.
A oficina de fundição pode ser dividida nas seguintes áreas:
 De preparação de areias para a moldação;
 De moldação;
 De confecção de machos, isto é, macharia;
 De preparação do metal líquido, isto é, área de fusão;
 De vazamento dos moldes;
 De rebarbação e limpeza, isto é, área de acabamento de peças.
FUNDIÇÃO
Processos de Fundição
Fundição em Areia
– Quase todas as ligas podem ser
fundidas em moldes de areia; de
fato, é um dos poucos processos
que podem ser usados com metais
de alto ponto de fusão, como aços,
níquel, e titânio. Sua versatilidade
permite fundir peças variando em
tamanho de pequenas a muito
grandes e em quantidade
produzida, de uma até milhões.
Processos de Fundição
Fundição em Areia
– Fundição em areia, também chamada
fundição em molde de areia, consiste
em vazar o metal fundido num molde
em areia, deixando o metal solidificar, e,
depois, quebrar o molde para remover
a peça.
– A partir dessa breve descrição, observa-
se que a fundição em areia inclui não
somente as operações de fundição
propriamente ditas, mas também a
confecção do modelo e do molde.
Processos de Fundição
Fundição em Areia – Modelos e Machos
– A fundição em areia requer um modelo,
uma reprodução em tamanho real da peça,
com dimensões maiores para considerar a
contração de solidificação e as tolerâncias
para usinagem da peça fundida acabada.
Materiais empregados na confecção de
modelos incluem madeira, plásticos e
metais.
– A seleção de um material apropriado para
um modelo depende, em grande parte, da
quantidade total de fundidos a serem
produzidos.
Processos de Fundição
Fundição em Areia – Modelos e Machos
– Existem vários tipos de modelos:
• Modelo sólido (individual): com mesma
geometria da peça, ajustada no tamanho
para a contração de solidificação e a
usinagem. Embora, seja o modelo de mais
fácil fabricação, ele não é o de mais fácil
emprego na confecção do molde em areia.
Com um modelo individual, a determinação
da localização da linha de partição entre as
duas metades do molde pode ser um
problema.
Processos de Fundição
Fundição em Areia – Modelos e Machos
– Existem vários tipos de modelos:
• Modelos bipartidos: consistem em duas
peças, cujo plano de separação coincide
com a linha de partição do molde. Modelos
bipartidos são apropriados para peças com
geometrias complexas e quantidades
moderadas de produção. A linha de
partição do molde é predeterminada pelas
duas metades do modelo.
Processos de Fundição
Fundição em Areia – Modelos e Machos
– Existem vários tipos de modelos:
• Placa-modelo: para a produção de
grandes quantidades, placas-modelo
são usadas. Numa primeira opção,
cada metade do modelo é fixada num
lado de uma placa de madeira ou
metal, e o conjunto pode ser chamado
placa reversível.
Processos de Fundição
Fundição em Areia – Modelos e Machos
– Os modelos definem a forma externa do
componente fundido. Se o fundido tiver
superfícies internas, um macho será
necessário. Um macho é um modelo em
tamanho natural do interior das
superfícies do componente. Ele é
inserido na cavidade do molde antes do
vazamento, de tal forma que o metal
fundido flui e solidifica no espaço entre a
cavidade do molde e o macho, formando
ao mesmo tempo as superfícies externa
e interna.
Processos de Fundição
Fundição em Areia – Modelos e Machos
– Dependendo da geometria do
componente, o macho pode
necessitar de suportes para mantê-
lo, durante o vazamento, em posição
dentro do molde. Esses suportes,
denominados chapelins, são fabrica-
dos em metal com temperatura de
fusão maior que a do metal fundido.
Por exemplo, chapelins em aço
poderiam ser usados na moldagem
de peças de ferro fundido. Com o
vazamento e a solidificação, os
chapelins ficam unidos ao fundido.
Processos de Fundição
Fundição em Areia – Moldes
– As areias de fundição são constituídas de sílica
(SiO2) ou sílica misturada com outros minerais.
A areia deve possuir boas propriedades
refratárias, capacidade para suportar altas
temperaturas sem fusão ou outro tipo de
degradação. Outras importantes características
da areia incluem tamanho de grão, distribuição
granulométrica e a forma dos grãos individuais.
Grãos finos resultam no melhor acabamento
superficial da peça fundida, mas grãos
grosseiros são mais permeáveis (para permitir o
escape dos gases durante o vazamento).
1- AREIA SILICO-ARGILOSA SINTÉTICA
Entre as areias de moldação, utiliza-se mais comumente a areia sílico-
argilosa sintética ou areia a verde, cuja areia-base é a sílica e cujo
aglomerante é uma mistura de argila e água.
1.1- Areia-base
• A sílica de densidade relativa igual a 2,65 funde-se a 1.725°C.
• Os grãos de sílica caracterizam-se pela forma, estrutura e dimensão.
• Quanto à forma, os grãos de sílica podem ser arredondados, angulares
ou subangulares (fig. 1) e, quanto à estrutura, eles podem ser
compactados (fig. 2).
• A determinação da forma e estrutura dos grãos é feita pela análise dos
mesmos em microscópio estereoscópico.
• Quanto às dimensões, os grãos são classificados pelo tamanho
médio de uma amostra utilizada no ensaio de granulometria.
• O tamanho médio dos grãos é traduzido pelo índice ou módulo de
finura de areia-base, calculado segundo o método de ensaio.
• Quanto maior o módulo de finura mais fina é a areia, isto é, menor é o
tamanho médio dos grãos. Desta forma, uma areia de módulo 90 AFS
é mais fina que uma areia de módulo 60 AFS.
1.2- Argila
• Argila é um material constituído por silicatos de alumínio hidratados.
• A argila tem a propriedade de absorver água adquirindo plasticidade
e coesão.
• Existem diferentes tipos de argila. Em fundição, utiliza-se,
geralmente, as bentonitas, sob a forma de dimensões inferiores a
0,02 mm, ou seja, 20 µ.
• Adicionando-se água a uma mistura de grãos de sílica e argila, esta absorve a
água e, por ação mecânica, envolve os grãos de sílica ligando-os entre si, isto
é, aglomerando-os.
• Uma areia assim preparada pode ser trabalhada, ou seja, utilizada na
moldação.
Uma areia nova preparada para moldação pode ter seguinte composição:
 100 partes de sílica;
 10 partes de argila;
 3 partes de água.
1.3- Produtos de adição
• Além da areia-base, da argila e da água, costuma-se adicionar à areia de
moldação outros produtos, a fim de melhorar alguma propriedade da mesma.
• Existem diferentes aditivos para areia de moldação. Todos eles apresentam
efeitos colaterais positivos ou não. Por isso, recomenda-se prudência em sua
utilização.
Como efeitos positivos devido a produtos de adição podem-se citar:
 Redução de reação entre molde e metal;
 Melhoria de acabamento superior;
 Melhoria de resistência a temperaturas elevadas;
 Maior facilidade de desagregação da areia na desmoldagem.
1.4- Recuperação e regeneração
• Tendo sido usada na confecção de um molde, uma areia sílico-
argilosa é recuperada e regenerada para utilização posterior.
Geralmente, após a desmoldagem, a areia:
 Encontra-se quente e seca;
 Apresenta torrões;
 Contém pedaços metálicos.
• A recuperação dessa areia consiste em eliminar os pedaços metálicos,
quebrar os torrões, resfriar, se necessário, peneirar e estocá-la.
• Devido ao aquecimento da areia com o vazamento dos moldes, parte da
argila é queimada, perde a capacidade de absorver água e,
consequentemente, o seu poder aglomerante.
• A regeneração da areia recuperada consiste em prepará-la a fim de conferir-
lhe, novamente, as propriedades necessárias a uma areia de moldação.
• Isto é atingindo ao acrescentar à areia recuperada uma quantidade de argila
correspondente à queimada e água.
• Esses constituintes são misturados demaneira homogênea e, em seguida, a
areia é distribuída na área de moldação. Se for o caso, introduz-se na
regeneração “o” ou “os” produtos de adição.
Processos de Fundição
Fundição em Areia – Moldes
– Na confecção do molde, os grãos de areia são mantidos
unidos por uma mistura de água e argila como
aglomerante. Uma típica mistura (em volume) é 90%
areia, 3% água e 7% argila. Outros agentes aglomerantes
podem ser usados em substituição à argila, incluindo
resinas orgânicas e aglomerantes inorgânicos. Além da
areia e do aglomerante, aditivos são algumas vezes
adicionados à mistura para melhorar propriedades como
resistência mecânica e/ou permeabilidade do molde.
– Para formar a cavidade do molde, o método tradicional é
compactar a areia de moldagem ao redor do modelo
para formar ambas as partes (superior e inferior) do
molde num contêiner chamado caixa de moldagem.
Processos de Fundição
Fundição em Areia – Moldes
– Diversos indicadores são usados para determinar a qualidade do
molde em areia:
• Resistência mecânica: habilidade do molde para manter sua forma e resistir à
erosão causada pelo fluxo de metal líquido; depende do formato dos grãos e
das qualidades adesivas do aglomerante;
• Permeabilidade: capacidade do molde de permitir que o ar quente e os gases
oriundos das operações fundição passem através dos vazios da areia;
• Estabilidade térmica: habilidade da camada de areia da superfície do molde de
resistir ao trincamento e empenamento após o contato com o metal fundido;
• Colapsibilidade: habilidade do molde de desmoronar, permitindo que o fundido
se contraia sem a formação de trincas na peça fundida, também se refere à
habilidade de remover a areia do fundido durante as operações de limpeza;
• Reutilização: capacidade de reutilizar a areia oriunda do molde destruído.
Processos de Fundição
Fundição em Areia – Moldes
– Moldes em areia são geralmente classificados como:
• Moldes em areia-verde: são confeccionados com uma mistura de areia, argila e água,
e a palavra verde se refere ao fato de que o molde contém umidade no momento do
vazamento. Os moldes em areia-verde possuem resistência mecânica suficiente para
a maioria das aplicações, boa colapsibilidade, boa permeabilidade, boa reutilização,
e são os moldes menos caros.
• Moldes em areia-seca: são confeccionados usando aglomerantes orgânicos de
preferência à argila, e o molde é estufado num fomo de grande porte a temperaturas
variando de 200 ° C a 320°C (400°F a 600°F). A secagem em estufa aumenta a
resistência do molde e endurece superficialmente a cavidade. Um molde em areia-
seca garante melhor controle dimensional do produto fundido, comparado com a
moldagem em areia-verde. Entretanto, moldagem em areia-seca é mais cara, e a
produtividade é reduzida por causa do tempo gasto na secagem.
• Molde-seco na superfície: neste caso as vantagens do molde em areia-seca são
parcialmente atingidas pela secagem da superfície de um molde em areia-verde até
profundidades de 10 a 25 mm da cavidade do molde, usando maçaricos, lâmpadas
aquecedoras ou outros meios.
Processos de Fundição
Moldagem em Casca – Shell-Molding
– Trata-se de um processo
de fundição no qual o
molde é uma casca fina
confeccionado em areia,
cujos grãos são úmidos
com uma resina
aglomerante termofixa.
Processos de Fundição
Moldagem em Casca – Shell-Molding
– O processo shell-molding apresenta
várias vantagens. A superfície da
cavidade do molde é menos rugosa
que a do molde em areia-verde
convencional, e essa baixa rugosidade
facilita o fluxo de metal líquido durante
o vazamento e o melhor acabamento
superficial da peça fundida. Boa
acurácia dimensional é também
alcançada.
Processos de Fundição
Poliestireno Expandido
– O processo de fundição com poliestireno expandido usa um molde com areia
compactada ao redor de um molde em espuma de poliestireno que é vaporizada
quando o metal fundido é vazado no molde. O modelo em espuma inclui o canal
de descida, massalotes e o sistema de canais, e pode também conter machos
internos. Como o modelo em espuma se torna a cavidade do molde,
considerações sobre o ângulo de saída e linha de partição também podem ser
ignoradas. O molde não precisa ser aberto em seções.
Processos de Fundição
Poliestireno Expandido
– O molde é em geral recoberto com um
composto refratário para garantir uma
superfície lisa a fim de melhorar sua
resistência a altas temperaturas.
– Uma vantagem significativa desse
processo é que o modelo não precisa ser
removido do molde. Isto simplifica e
torna mais rápida a confecção do molde.
– O processo tem sido aplicado à produção
em massa de fundidos para motores de
automóveis, nos quais se emprega um
sistema automatizado para a confecção
de modelos de espuma de poliestireno.
Processos de Fundição
Fundição de Precisão
– Na fundição de precisão, um
modelo feito em cera é recoberto
com um material refratário para
fabricar o molde, após a cera ser
derretida antes do vazamento do
metal fundido. O termo investment
vem de uma das menos conhecidas
definições para a palavra invest,
que significa recobrir totalmente.
– É um processo de precisão, pois é
capaz de produzir fundidos com
elevada acurácia e detalhes
intrincados.
Processos de Fundição
Fundição de Precisão
– A produção de modelos é usualmente
realizada por uma operação de
moldagem, vazamento ou injeção da
cera quente numa matriz padrão
projetada com as tolerâncias adequadas
à contração de ambos: cera e, em
seguida, o metal fundido.
– Em operações de elevada produção,
vários modelos são fixados num canal,
também feito em cera, para formar uma
árvore-modelo, esse conjunto é que
será fundido no metal.
Processos de Fundição
Fundição de Precisão
– As vantagens da fundição de precisão incluem:
• Peças de grande complexidade e com ramificações podem ser
fundidas;
• Controle dimensional estreito tolerâncias;
• Bom acabamento superficial;
• Com frequência, a cera pode ser recuperada e reutilizada;
• Usinagem adicional não é usualmente necessária.
– Todos os tipos de metais, incluindo aços, aços inoxidáveis e
outras ligas resistentes a altas temperaturas, podem ser
fundidos por esse processo.
Processos de Fundição
Fundição por Molde de Gesso e Cerâmico
– Fundição em molde de gesso é similar à fundição em
areia, exceto que o molde é confeccionado em gesso
em vez de areia.
– Para confeccionar o molde, a mistura de gesso com
água é vertida sobre um modelo plástico ou metálico
que está dentro da caixa e deixada curar.
– A consistência fluida permite que a mistura de gesso
flua de imediato no entorno do modelo, capturando
seus detalhes e acabamento superficial.
– O molde precisa esperar cerca de 20 minutos antes de
o modelo ser extraído. O molde é então estufado por
várias horas para remover a umidade. Mesmo com a
estufagem, nem toda a umidade do gesso é removida.
Processos de Fundição
Fundição por Molde de Gesso e Cerâmico
– Uma das desvantagem do molde em gesso é que ele não é
permeável limitando assim a saída dos gases da cavidade do
molde. Esse problema pode ser resolvido de vários modos:
• Evacuando o ar da cavidade do molde antes do vazamento;
• Aerando a lama de gesso antes da confecção do molde, de forma
que o gesso resultante, quando endurecido, contenha vazios
finamente dispersos;
• Usando composição e tratamento especiais do molde, conhecido
como processo Antioch. Esse processo envolve o uso de cerca de
50% de areia misturada com o gesso, aquecimento do molde numa
autoclave e, então, secagem.
Processos de Fundição
Fundição por Molde de Gesso e Cerâmico
– Moldes em gesso não podem ser
expostos às mesmas altas temperaturas
que os moldes em areia. Eles são,
portanto, limitados à fundição de ligas
com baixo de como ponto fusão,
alumínio, magnésio e algumas ligas à
base de cobre.
– As vantagens da fundição com molde
em gesso para essas aplicações são
bons acabamento superficial, acurácia
dimensional e a capacidade de obter
fundidos com seções transversais finas.
Processos de Fundição
Fundição por Molde de Gesso eCerâmico
– Fundição em molde cerâmico é
similar à fundição em gesso,
exceto que o molde é fabricado
em materiais cerâmicos
refratários que podem ser
expostos a temperaturas mais
elevadas gesso. Dessa forma,
moldagem em cerâmica pode
ser usada para fundir aços,
ferros fundidos e outras ligas
resistentes a altas temperaturas.
Fundição em Molde Permanente
– A fundição em molde permanente
emprega um molde metálico que é
construído em duas seções, que são
projetadas para abertura e fechamento
simples e preciso. Esses moldes são
comumente confeccionados em aço ou
ferro fundido.
– Os metais comumente fundidos em molde
permanente incluem alumínio, magnésio,
ligas à base de cobre e ferro fundido.
Entretanto, ferro fundido requer elevada
temperatura de vazamento o que impacta
na vida do molde.
Fundição em Molde Permanente
– Machos podem ser usados em
moldes permanentes para
formar as superfícies internas do
produto fundido. Os machos
podem ser confeccionados em
metal, mas sua forma deve
permitir sua remoção do
fundido ou eles devem ser
mecanicamente colapsáveis para
permitir sua retirada.
Fundição em Molde Permanente
– Na preparação para a fundição,
o molde é primeiro aquecido, e
uma ou mais camadas de
recobrimento são aspergidas
na cavidade. O preaquecimento
facilita o fluxo de metal por
meio do sistema de canais e na
cavidade. O recobrimento
ajuda a dissipação de calor e
lubrifica a superfície do molde
para facilitar a remoção da
peça fundida.
Fundição em Molde Permanente
– Vantagens da fundição em molde permanente
incluem bom acabamento superficial e controle
dimensional estreito. Adicionalmente, a
solidificação mais rápida, em consequência do
contato do metal com o molde metálico, resulta
numa estrutura mais refinada assim são
produzidos fundidos com maior resistência
mecânica. O processo é em geral limitado a
metais de baixo ponto de fusão. Outras
limitações incluem peças com geometrias mais
simples comparadas com a fundição em areia e
o custo do molde. O processo é mais adequado
a altos volumes de produção e, portanto, pode
ser automatizado. Peças típicas incluem pistões
automotivos, carcaças de bombas e certos
fundidos para aeronaves e misseis.
Fundição em Molde Permanente
Fundição Sob Pressão
– A fundição sob pressão é um
processo de fundição em molde
permanente no qual o metal
fundido é injetado na cavidade do
molde sob alta pressão. A pressão
é mantida durante a solidificação,
após o molde ser aberto e a peça
removida.
– Existem dois tipos principais de
máquinas de fundição sob
pressão:
• Câmara quente;
• Câmara- fria.
Fundição em Molde Permanente
Fundição Sob Pressão
– Em máquinas com câmara quente, o
metal é fundido num contêiner anexo à
máquina, e um êmbolo é usado para
injetar o metal liquido sob alta pressão na
matriz. Pressões típicas de injeção vão de
7 a 35 MPa. É comum encontrar taxas de
produção de até 500 peças por hora.
– Esse processo é limitado em suas
aplicações a metais de baixo ponto de
fusão que não ataquem quimicamente o
embolo e outros componentes
mecânicos. Os metais incluem zinco,
estanho, chumbo e, às vezes, magnésio.
Fundição em Molde Permanente
Fundição Sob Pressão
– Em máquinas de fundição sob pressão com
câmara fria, metal fundido é vazado numa
câmara não aquecida a partir de um
contêiner externo contendo o metal, e um
êmbolo é usado para injetar o metal sob
alta pressão na cavidade da matriz.
– Pressões de injeção usadas nessas
maquinas vão, tipicamente, de 14 a 140
MPa. Comparado às máquinas com câmara
quente, os ciclos são em geral mais longos
devido à necessidade de transferir o metal
liquido de uma fonte externa até a câmara.
– As máquinas com câmara fria são
tipicamente usadas para fundição de
alumínio, latão e ligas de magnésio.
Fundição em Molde Permanente
Fundição Sob Pressão
– Moldes empregados nas operações de fundição sob pressão são usualmente
confeccionados em aços ferramenta, aço médio-carbono, ou aço maraging.
– Os materiais da matriz não têm naturalmente porosidade, desta forma, o metal
fundido flui rápido para dentro da matriz durante a injeção, furos e canais de
ventilação devem ser construídos na linha de partição das matrizes para
evacuar o ar e gases da cavidade.
Fundição em Molde Permanente
Fundição Sob Pressão
– As vantagens da fundição sob pressão incluem:
• Possibilidade de elevada taxa de produção;
• Economicamente viável para a produção de grandes lotes;
• Possibilidade de tolerâncias estreitas;
• Bom acabamento superficial;
• Seções finas são possíveis até cerca de 0,5 mm;
• Resfriamento rápido gera tamanho de grão pequeno e
fundido com boa resistência mecânica.
Fundição em Molde Permanente
Fundição Centrífuga
– A centrifugação se refere a
diversos métodos de fundição
nos quais o molde é girado a
elevadas velocidades, de modo
que a força centrifuga distribui o
metal fundido às regiões
periféricas da cavidade da
matriz. Aqui, descreveremos o
processo usado para peças
fundidas tubulares, denominado
fundição centrifuga verdadeira.
Fundição em Molde Permanente
Fundição Centrífuga
– Na fundição centrifuga verdadeira, o metal fundido é vazado num molde
giratório para produzir uma peça tubular. O metal fundido é vazado numa das
extremidades de um molde horizontal giratório. A alta velocidade de rotação
resulta em forças centrifugas que fazem com que o metal tome a forma da
cavidade do molde. Assim, a forma externa do fundido pode ser esférica,
octogonal, hexagonal etc. Entretanto, a forma interna do fundido é (em termos
teóricos) perfeitamente esférica devido às forças radiais simétricas.
Fundição em Molde Permanente
Fundição Centrífuga
– A força centrífuga é
definida pela equação
física:
– O Fator-G (FG) é a razão
entre a força centrífuga
dividida pelo peso:
– Transformando a
velocidade linear em
rotação, temos:
Fundição em Molde Permanente
Fundição Centrífuga
– Se, na fundição centrifuga verdadeira, o fator- G for
muito baixo, o metal líquido não permanecerá forçado
contra o molde durante a metade superior do caminho
circular e cairá como "chuva" no interior da cavidade.
Numa base empírica, valores de FG 60 a 80 são
considerados apropriados para a fundição centrifuga
horizontal, embora isto dependa de alguma forma do
metal que está sendo fundido.
Fundição em Molde Permanente
Exemplo 6.1
– Uma operação de fundição centrifuga verdadeira será
realizada horizontalmente para produzir seções de
tubos em cobre com De=25 cm e D=22,5 cm. Que
velocidade de rotação é requerida se um Fator-G de 65
é usado para fundir o tubo?
Fornos de Fundição
– Os tipos de fornos mais comumente utilizados em
fundições são:
• Cubilôs;
• Fornos diretos a combustível;
• Fomos a cadinho;
• Fornos elétricos a arco;
• Fornos de indução.
– A seleção do tipo de fomo mais apropriado depende
de fatores como a liga fundida; suas temperaturas
de fusão e vazamento; capacidade do forno; custos
de investimento, operação e manutenção, e
considerações sobre poluição ambiental.
Fornos de Fundição
Cubilôs
– O cubilô é um forno cilíndrico vertical equipado com
uma bica de vazamento próxima à sua base. Cubilôs
são empregados apenas para a fusão de ferros
fundidos, e, embora outros fornos também possam
ser usados, a maior tonelagem de ferro fundido é
produzida em cubilôs.
– A carga consistindo em ferro, coque, fundente e
possíveis elementos de liga, é introduzida pela porta
de carregamento localizada abaixo da metade da
altura do cubilô. O ferro é normalmente uma mistura
de ferro-gusa e sucata (incluindo massalotes, canais
de descida e demais canais que são removidos de
fundidos anteriores). O coque é o combustível usado
para aquecer o forno. Para a combustão do coque, ar
forçado é introduzido pelas aberturas próximas ao
fundo da carcaça.
Fornos de Fundição
Fornos Diretos a Combustível
– O forno direto a combustível
contém uma pequena soleira
aberta, na qual a carga metálica é
aquecida por queimadores a
combustível localizados
lateralmente no forno.
– O combustível típico é o gás natural,
e os produtos de combustãosaem
do forno por uma chaminé. Fornos
diretos a combustível são em geral
usados na fusão de metais não
ferrosos como ligas à base de cobre
e alumínio.
Fornos de Fundição
Fornos a Cadinho
– Esses fornos fundem o metal sem contato direto com a
mistura combustivel. Por essa razão, eles são algumas
vezes chamados fornos indiretos. Três tipos de fornos a
cadinho são empregados em fundição:
• Cadinho-removível;
• Cadinho fixo;
• Cadinho-basculante.
Fornos de Fundição
Fornos a Cadinho
– No forno cadinho removível, o cadinho é colocado num forno e aquecido o suficiente para fundir
a carga metálica. Óleo e gás, ou carvão pulverizado são combustíveis típicos desses fornos.
Quando o metal é fundido, o cadinho é removido do forno e usado como uma panela de
vazamento.
– No caso do cadinho-fixo, o forno é fixo, e o metal liquido é removido do contêiner.
– No cadinho-basculante, o conjunto é basculado para o vazamento.
– Fomos a cadinho (dos três tipos) são usados para fundir metais não ferrosos como bronze latão e
ligas de zinco e de alumínio.
Fornos de Fundição
Fornos a Arco Elétrico
– Nesse tipo de forno a carga é
fundida pelo calor gerado a partir de
um arco elétrico, que flui entre dois
ou três eletrodos e a carga metálica.
O consumo de energia é elevado,
mas fornos a arco elétrico podem
ser projetados com elevadas
capacidades de fusão, e são usados
principalmente para fundir aço.
Fornos de Fundição
Fornos de Indução
– O forno de indução utiliza corrente
alternada passando por uma bobina para
criar um campo magnético no metal, e a
corrente induzida resultante causa rápido
aquecimento e fusão do metal. O campo de
força eletromagnética tem sobre o metal
liquido uma ação misturadora, que leva à
homogeneização do banho.
– Fusão de aço, ferro fundido e ligas de
alumínio são aplicações comuns na
fundição.
Vazamento, Limpeza e Tratamento Térmico
– A movimentaçãoo do metal fundido do forno de fusão até o
molde é, algumas vezes, feita usando cadinhos. Mais
frequentemente, a transferência é realizada em panelas de
diversos tipos.
Vazamento, Limpeza e Tratamento Térmico
– Após a solidificação e remoção do fundido do molde,
uma série de etapas adicionais são em geral
necessárias. Essas operações incluem:
• Rebarbação;
• Remoção do macho;
• Limpeza da superfície;
• Inspeção;
• Reparo;
• Tratamento.
Qualidade do Fundido
Defeitos de Fundição
– Durante a operação de fundição, há numerosas
oportunidades para algo dar errado resultando num
produto fundido com defeitos. Segue alguns destes
possíveis defeitos:
• Falha de preenchimento: aparece em fundidos que
solidificam ante que de a cavidade do molde estar
totalmente preenchida. As causas típicas incluiem:
– Fluidez do metal do insuficiente;
– Temperatura de vazamento muito baixa;
– Vazamento feito de forma muito lenta;
– Seção transversal do fundido muito fina
Qualidade do Fundido
Defeitos de Fundição
– Durante a operação de fundição, há
numerosas oportunidades para algo
dar errado resultando num produto
fundido com defeitos. Segue alguns
destes possíveis defeitos:
• Delaminação: ocorre quando duas
porções do metal fluem juntas, mas
falta fusão das duas frentes devido à
solidificação prematura. As causas são
similares às da preenchimento;
Qualidade do Fundido
Defeitos de Fundição
– Durante a operação de fundição, há
numerosas oportunidades para algo dar
errado resultando num produto fundido
com defeitos. Segue alguns destes
possíveis defeitos:
• Gotas frias: resultam do respingo durante o
vazamento, causando a formação de
grânulos sólidos de metal que ficam
aprisionados no fundido. Procedimentos de
vazamento e projeto de sistema de canais
que evite os respingos podem evitar esse
defeito.
Qualidade do Fundido
Defeitos de Fundição
– Durante a operação de fundição, há
numerosas oportunidades para algo dar
errado resultando num produto fundido
com defeitos. Segue alguns destes
possíveis defeitos:
• Cavidade de contração: é a depressão na
superfície ou um vazio interno no fundido,
causado pela contração de solidificação que
restringe a quantidade de metal fundido
disponível na última região a se solidificar.
Este problema é muitas vezes resolvido pelo
projeto de um massalote adequado.
Qualidade do Fundido
Defeitos de Fundição
– Durante a operação de fundição, há
numerosas oportunidades para algo dar
errado resultando num produto fundido
com defeitos. Segue alguns destes
possíveis defeitos:
• Microporosidade: consiste numa rede de
pequenos vazios distribuídos por todo o
fundido, causada pela contração que ocorre
no fim da solidificação do metal noas
espaços entre a estrutura dendríticas.
Qualidade do Fundido
Defeitos de Fundição
– Durante a operação de fundição, há
numerosas oportunidades para algo
dar errado resultando num produto
fundido com defeitos. Segue alguns
destes possíveis defeitos:
• Ruptura a quente: também chamada
trinca a quente, ocorre quando, nos
estágios finais da solidificação ou nos
primeiros estágios do resfriamento, a
contração do fundido é restringida
devido ao molde ser pouco deformável.
Qualidade do Fundido
Defeitos de Fundição
– Os defeitos presentes prioritariamente em
fundição em areia são descritos a seguir:
• Bolha: é um defeito que consiste numa cavidade de
gás com a forma de um balão, causada pela
liberação de gases do molde durante o vazamento.
• Microporosidade: também causada pela liberação
de gases durante o vazamento, consiste em
diversas e pequenas cavidades formadas na
superfície da peça, ou logo abaixo dela.
• Erosão por lavagem: é uma irregularidade na
superfície do fundido que resulta da erosão da
areia do molde durante o vazamento, e o contorno
da erosão será reproduzido na superfície da peça.
Qualidade do Fundido
Defeitos de Fundição
– Os defeitos presentes prioritariamente em fundição em
areia são descritos a seguir:
• Crosta de erosão: são áreas rugosas na superfície do fundido
devido a incrustações de areia e metal. Elas são causadas por
pequenas porções da superfície do molde que se descamam
durante a solidificação ficam entranhadas na superfície da
peça.
• Penetração: é um defeito superficial que ocorre quando a
fluidez do metal liquido é alta, penetrando no molde ou no
macho em areia. Durante a solidificação, a superfície do
fundido consiste numa mistura de grãos de areia e metal.
Maior compactação do molde de areia ajuda a reduzir esse
defeito.
• Deslocamento do molde: se refere ao defeito causado pela
movimentação da parte superior do molde em relação à parte
inferior; o resultado é um degrau no fundido na altura da linha
de partição.
Qualidade do Fundido
Defeitos de Fundição
– Os defeitos presentes prioritariamente em
fundição em areia são descritos a seguir:
• Deslocamento do macho: é similar ao
deslocamento do molde, mas é o macho que
se movimenta, e o deslocamento é
geralmente vertical. O deslocamento é
causado pela tendência do metal de
movimentar o macho, dada a sua massa
especifica ser menor que a do metal.
• Trinca no molde: ocorre quando a resistência
mecânica do molde é insuficiente e uma
trinca se desenvolve.
Qualidade do Fundido
Métodos de Inspeção
– Os procedimentos de inspeção na fundição incluem:
• Inspeção visual para detectar defeitos óbvios como falha de
preenchimento, de laminação e trincas superficiais de tamanho razoável;
• Verificação dimensional para garantir que as tolerâncias foram atingidas;
• Testes metalúrgicos, químicos, físicos e outros testes relacionados à
qualidade do metal fundido. Testes na categoria incluem: testes
hidrostáticos para localizar vazamentos no fundido; métodos
radiográficos; testes com partículas magnéticas; uso de líquidos
fluorescentes penetrantes e testes supersônicos para detectar os
defeitos superficiais ou internos no fundido; testes mecânicos para
determinar propriedades como resistência à tração e dureza.
Materiais Para Fundição
– A maioria das peças fundidas
comerciais é fabricada em ligas em
vez de metais puros. Ligas são
geralmente mais fáceis de fundir, e as
propriedadesdo produto resultante
são melhores. Ligas fundidas podem
ser classificadas em ferrosas e não
ferrosas. A categoria de ferrosas é
subdividida em ferro fundido e aço
fundido.
Materiais Para Fundição
Ferros Fundidos
– O ferro fundido é a mais importante de todas as
ligas fundidas. A tonelagem de peças em ferro
fundido é muitas vezes maior que a de todos os
outros metais juntos. Existem diversos tipos de
ferro fundido:
• Ferro fundido cinzento;
• Ferro nodular;
• Ferro fundido branco;
• Ferro maleável
• Ferro fundido ligado.
– A temperatura típica de vazamento para ferro
fundido é em torno de 1400°C, dependendo da
composição.
Dentro da denominação geral de “ferro fundido”, podem ser 
distinguidos os seguintes tipos de liga:
Ferro fundido cinzento – cuja fratura
mostra uma colaboração escura (de onde
a sua denominação), caracterizada para
apresentar como elementos de liga
fundamentais o carbono e silício e a
estrutura em que uma parcela
relativamente grande do carbono está no
estado livre (grafita lamelar) e outra
parcela no estado combinado (Fe3C);
Ferro fundido branco – cuja fratura mostra
uma coloração clara (de onde a sua
denominação), caracterizado por apresentar
ainda como elementos de liga fundamentais o
carbono e silício, mas cuja estrutura, devido
as condições de fabricação e menor teor de
silício apresenta o carbono quase inteiramente
na forma combinada (Fe3C);
Ferro fundido maleável – caracterizado
por ser obtido a partir do ferro branco,
mediante um tratamento térmico
especial (maleabilização), resultando
numa transformação de praticamente
todo o ferro combinado em grafita na
forma de nódulos (em vez de veios ou
lamelas);
Ferro fundido nodular – caracterizado
por apresentar, devido a um
tratamento realizado ainda no estado
liquido, carbono livre na forma de
grafita esferoidal, o que confere ao
material características de boa
ductilidade, donde a denominação
frequente para esse material de ferro
fundido dúctil.
Ferro em teor necessário para
completar 100% de liga.
Os ferros fundidos não ligados podem, ou não, apresentar
carbono livre em sua micro mistura. Esse carbono livre, de
coloração escura, chama-se grafita.
Os ferros fundidos que não apresentam grafita são chamados
de ferros fundidos brancos e os que a apresentam são
classificados segundo a forma dessa grafita:
Lamelar
Esferoidal
Vermicular
Nodular
• A forma natural da grafita é a lamelar.
• O ferro fundido não ligado com grafita sob a forma de lamelas é
denominado ferro fundido cinzento e representado pó FC.
• A realização de determinadas operações no metal líquido, pouco antes
do vazamento, promove a precipitação do carbono sob a forma de
grafita esferoidal ou vermical.
• Os ferros fundidos são assim obtidos são chamados, respectivamente,
ferro fundido com grafita esferoidal e ferro fundido com grafita
vermicular.
• Os ferros fundidos maleáveis, comparados ao ferro fundido cinzento e
ao ferro fundido branco, apresentam boa capacidade de deformação.
• A fabricação de uma peça em ferro fundido maleável compreende,
obrigatoriamente, duas etapas:
 Obtenção de peças brutas de fundição em ferro fundido branco;
 Realização de um tratamento térmico para tornar maleável o ferro
fundido.
• Existem dois tipos de ferro fundido maleável:
 De núcleo branco;
 De núcleo preto.
O primeiro não apresenta grafita e o segundo possui grafita sob a
forma nodular.
Tratamento térmico é um ciclo térmico a
que são submetidas as peças no estado
sólido. Um ciclo de tratamento térmico
(fig. 5) consiste em:
 Aquecimento a determinada
temperatura;
 Manutenção a essa temperatura
durante certo tempo;
 Resfriamento.
• A realização de tratamentos térmicos em peças brutas de
fundição conduz a alteração de suas características.
• Nota-se, assim, que a composição química não é o único fator
que determina as características de utilização de uma peça
fundida, pois estas dependem de:
 Composição química;
 Condições de solidificação e resfriamento;
 Condições de elaboração do metal liquido;
 Tratamento térmico.
O quadro a seguir relaciona, a título indicativo, algumas
características de ferro fundido:
Ferro 
fundido
Temp. de 
fusão (ºC)
Coef.de 
contração 
linear (%)
Peso 
especifico 
(Kgf/dm3)
Ỹr
(kgf/mm2)
% A
Cinzento 1150 1 7,3 10 – 40 0
Esferoidal 1200 1,2 7,2 35 – 70 2 – 15
Maleável 1300 2 7,7 35 – 70 2 - 18
Materiais Para Fundição
Aços
– As propriedades mecânicas do aço o tornam um
material de engenharia interessante, e a capacidade
de criar geometrias complexas torna a um processo
atraente. Entretanto, grandes dificuldades estão
presentes na fundição especializada em aço.
Primeiro, o ponto de fusão do aço é de considerável
maior que o da maioria dos outros metais usados
comumente em fundição. Nessas temperaturas
elevadas, o aço é muito reativo quimicamente. Ele se
oxida rápido, então procedimentos especiais devem
ser usados durante a fusão e o vazamento para isolar
o metal fundido do ar. Também, o aço tem
relativamente baixa fluidez, e isso limita o projeto de
seções finas de componentes fundidos em aço.
Materiais Para Fundição
Ligas Não Ferrosas
– Metais fundidos não ferrosos incluem ligas de alumínio,
magnésio, cobre, estanho, zinco, níquel e titânio.
– As ligas de alumínio são geralmente consideradas de
fácil fundição. O ponto de fusão do alumínio puro é
660°C, assim as temperaturas de vazamento para ligas
fundidas de alumínio são baixas, comparadas com o
ferro fundido. Suas propriedades as tornam atrativas
para fundidos: baixa massa especifica, vasta gama de
propriedades alcançadas por meio de tratamentos
térmicos e fácil usinagem.
– As ligas de magnésio são as mais leves de todas as ligas
fundidas. Outras propriedades incluem resistência à
corrosão, assim como elevadas razões resistência-massa
especifica e rigidez massa-específica.
Materiais Para Fundição
Ligas Não Ferrosas
– As ligas de cobre incluem bronze, latão e
bronze-alumínio. As propriedades que as
tornam relevantes são a resistência à
corrosão, boa aparência e boas
propriedades como mancais. O alto
custo do cobre é uma limitação ao uso
de suas ligas. Aplicações incluem
conexões para tubos, pás de hélices
marinhas, componentes de bombas e
joalheria ornamental.
Materiais Para Fundição
Ligas Não Ferrosas
– O estanho tem o menor ponto de fusão dos metais
fundidos. As ligas à base de estanho são geralmente
fáceis de fundir. Elas têm boa resistência à corrosão,
mas baixa resistência mecânica, o que limita suas
aplicações a vasilhames e produtos similares que
não necessitem de elevada resistência.
– As ligas de zinco são comumente usadas na
fundição sob pressão. O zinco tem baixo ponto de
fusão e boa fluidez, tornando-o de fácil uso na
fundição. Sua principal desvantagem é a baixa
resistência à fluência, de modo que o fundido não
pode ser submetido a tensões elevadas por longo
tempo.
Materiais Para Fundição
Ligas Não Ferrosas
– As ligas de níquel têm boas resistência a quente e
resistência à corrosão, o que as torna adequadas a
aplicações em temperaturas elevadas como em
motores a jato e componentes de foguete,
proteção térmica e componentes similares. Essas
ligas também possuem elevada temperatura de
fusão e não são fáceis de fundir.
– As ligas de titânio fundidas são resistentes à
corrosão e possuem elevada razão resistência-
massa específica. Entretanto, titânio tem alto
ponto de fusão, baixa fluidez e propensão a oxidar
em temperaturas elevadas. Essas propriedades
tornam difícil sua fundição e a de suas ligas.
2- LIGAS NÃO-FERROSAS
Ligas não-ferrosas mais utilizadas em fundição:
 Ligas de cobre;
 Ligas de alumínio;
 Ligas de Zinco;
 Ligas de magnésio.
2.1- Ligas de cobre
As ligas de cobre são principalmente:
 Liga de cobre e estanho chamada bronze, contendo de 5 a
20% de estanho;
 Liga de cobre e zinco chamada latão, contendo de 10 a
40% de zinco;
 Liga de cobre e alumínio chamada cupro-alumínio,
contendo de 5 a 12% de alumínio.
O quadro seguinte relaciona, a título indicativo, algumas
característicasde ligas de cobre:
Liga
Temp. de 
fusão (ºC)
Coef.de 
contração 
linear (%)
Peso 
especifico 
(Kgf/dm3)
Tr
(kgf/mm2)
% A
Cu – Sn 950 – 1050 1,2 – 1,5 8,8 – 9,3 15 – 30 5 – 30
Cu – Zn 900 – 1000 1,5 – 1,8 8,5 15 – 70 10 – 20
Cu – Al 1050 1,4 – 1,5 7,5 50 – 60 5 – 16 
2.2- Ligas de alumínio
As principais ligas de alumínio são:
 Liga de alumínio e silício, contendo de 3,5 a 22% de
silício;
 Liga de alumínio e cobre, contendo de 5 a10% de cobre;
 Liga de alumínio e magnésio, contendo de 3 a 10% de
magnésio;
 Liga de alumínio e zinco, contendo 5% de zinco.
Liga
Temp. de 
fusão (ºC)
Coef.de 
contração 
linear (%)
Peso 
especifico 
(Kgf/dm3)
Tr
(kgf/mm2)
% A
Al – Si 650 -700 1,1 – 1,3 2,6 – 2,7 10 – 20 0,5 – 4
Al – Cu 600 – 650 1,2 – 1,4 2,8 -2,9 15 – 30 0,2 – 5
Al – Mg 600 – 650 1,1 – 1,4 2,6 -2,7 15 – 20 4 – 7
Al – Zn 660 1,5 2,8 20 4
2.3- Ligas de zinco
As principais ligas de zinco são:
 Ligas de zinco e alumínio, contendo 4% de alumínio,
conhecida como liga ZAMAK;
 Liga de zinco e alumínio, contendo de 11 a 13% de
alumínio, conhecida como liga ILZRO -12;
 Liga de zinco, alumínio e cobre, contendo
aproximadamente 4% de alumínio e 3% de cobre,
conhecida como liga KAEM.
O quadro seguinte relaciona, a título indicativo, algumas
características de ligas de alumínio:
O quadro seguinte relaciona, a título indicativo, algumas
características de ligas de zinco:
Liga
Temp. de 
fusão (ºC)
Coef.de 
contração 
linear (%)
Peso 
especifico 
(Kgf/dm3)
Tr
(kgf/mm2)
% A
ZAMAK 386 0,4 – 0,5 6,65 30 3 – 8
ILZRO 430 0,9 – 1,2 6,0 30 4
KAYEM 360 – 390 0,6 – 1 6,65 20 1 – 2
2.4- Ligas de magnésio
As principais ligas de magnésio são:
 Liga de magnésio, alumínio e zinco, contendo de 5 a 10%
de alumínio e de 0,2 a 3% de zinco;
 Liga de magnésio, zircônio e zinco, contendo de 0,4 a 1%
de zircônio e de 1 a 6% de zinco.
Considerações sobre o Projeto do Produto
– Se a fundição for escolhida pelo projetista de produto como o processo
de fabricação principal de um determinado componente, então certas
diretrizes deverão ser seguidas para facilitar a produção da peça e
evitar os vários defeitos. Algumas diretrizes e são apresenta:
• Simplicidade geométrica
• Cantos.
• A espessura das seções.
• Ângulo de saída.
• Uso de machos;
• Tolerâncias dimensionais;
• Acabamento superficial;
• Tolerâncias para Usinagem.
DÚVIDAS?
OBRIGADA!!!