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Figura 1.1. Processo de fundição. Vazamento de metal líquido em molde.       As vantagens do processo de fundição em relaç...
O processo de fundição envolve: 1. Fusão do metal ou liga. 2. Vazamento emum molde. 3. Solidificação da peça ( cujo estudo...
Figura 1.4. Curvas de resfriamento experimentais para ligas Al-Si (Goulart, 2007).       Variáveis Térmicas de Solidificaç...
Figura 1.5. Modelo em espiral para ensaio de fluidez. A fluidez é medida pela distância                      que o metal p...
acima de 20000, o fluxo é severamente turbulento. Para a maioria dos casos reais ofluxo se aproxima do turbulento. Isso pe...
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Apostila fundição cap.1

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Apostila fundição cap.1

  1. 1. Capítulo 1Introdução à Tecnologia de Fundição Fundição é um processo de fabricação onde um metal ou liga metálica, no estadolíquido, é vazado em um molde com formato e medidas correspondentes aos da peça aser produzida. A peça produzida por fundição pode ter as formas e dimensõesdefinitivas ou não. Em muitos casos após a fundição, a peça é usinada para serem feitosajustes dimensionais ou mesmo conformada mecanicamente (por exemplo, ser forjada),para que as formas e dimensões finais sejam obtidas. Na história de humanidade, a fundição de peças e materiais metálicos podequase ser considerada uma tecnologia pré-histórica, mesmo sabendo-se que os primeirosregistros arqueológicos surgiram razoavelmente tarde. Não se sabe exatamente quandoforam obtidas as primeiras peças metálicas fundidas, mas os registros indicam que issoocorreu no período compreendido entre 5000 e 3000 a.C., ou seja, no períodoimediatamente anterior à Idade do Bronze. As análises químicas dos objetosencontrados revelaram que foram produzidos a partir de cobre nativo. Desde então eprogressivamente, a fundição passou a estar cada vez mais presente na história daevolução da humanidade, passando pelo aparecimento do ferro fundido na China em600 a.C. e seu surgimento na Europa no século XV, embora sua utilização comomaterial estrutural só tenha ocorrido de forma extensiva no século XVIII na Inglaterra. A Figura 1.1 ilustra o processo de vazamento de metal no estado líquido em ummolde.
  2. 2. Figura 1.1. Processo de fundição. Vazamento de metal líquido em molde. As vantagens do processo de fundição em relação a outros processo defabricação são: - Capacidade de produção, de modo econômico, de peças complexas ou comcavidades internas, como pode ser observado na Figura 1.2 ou; - Capacidade de produção, também de modo econômico, de peças muitograndes; No entanto, o processo de fundição apresenta algumas desvantagens. Os açosfundidos, por exemplo, podem apresentar elevadas tensões residuais, microporosidade,zonamento e variações de tamanho de grão. Tais fatores resultam em menor resistênciae ductilidade, quando comparados aos aços obtidos por outros processos de fabricaçãocomo conformação a quente. Figura 1.2. Peças produzidas por fundição.
  3. 3. O processo de fundição envolve: 1. Fusão do metal ou liga. 2. Vazamento emum molde. 3. Solidificação da peça ( cujo estudo será abordado mais detalhadamente nocapítulo seguinte). 4. Remoção do metal ou liga solidificado do molde. Algumas considerações importantes devem ser feitas com respeito aoescoamento do metal líquido na cavidade do molde, o qual é influenciado pelosseguintes fatores, que dependem do processo de fundição, que será estudadoposteriormente: Temperatura de vazamento Um metal apresenta uma temperatura de fusão bem definida, isto é, ele inicia etermina o processo de solidificação em uma temperatura bem determinada. Já as ligasapresentam uma temperatura onde se inicia o processo de solidificação e umatemperatura onde termina esse processo. Isso é ilustrado na Figura 1.3 para o sistemacobre-níquel. Dentro da faixa de temperaturas em que ocorre a solidificação para umaliga existe sempre uma mistura de sólido e líquido. A temperatura de vazamento deverser estar sempre acima da temperatura onde existem 100% de líquido(superaquecimento), conforme mostra a Figura 1.4 para o sistema alumínio-silício. Ovazamento, no caso de ligas, dentro de uma faixa de temperaturas onde se tem sólido elíquido prejudica o preenchimento completo do molde. Figura 1.3. Curvas de resfriamento ideais para o sistema Cu-Ni.
  4. 4. Figura 1.4. Curvas de resfriamento experimentais para ligas Al-Si (Goulart, 2007). Variáveis Térmicas de Solidificação As variáveis térmicas de solidificação (Velocidade e Gradiente de solidificação eTaxa de resfriamento) têm efeito no desenvolvimento da estrutura das peças fundidas(estruturas planar, celular ou dendrítica), conforme será visto mais detalhadamente nocapítulo posterior. Dependendo dos valores dessas variáveis haverá a formação de umaou outra estrutura da peça. Fluidez A capacidade de o metal líquido preencher as cavidades do molde é chamada defluidez. A fluidez depende de características do metal e de parâmetros utilizados nafundição. No que se refere ao metal, a fluidez depende da viscosidade, tensãosuperficial, inclusões e padrão de solidificação da liga. No que se refere aos parâmetrosde fundição, a fluidez depende do projeto do molde, material do molde e de seuacabamento superficial, grau de superaquecimento, taxa de vazamento e transferênciade calor. A Figura 1.5 ilustra um dispositivo utilizado para teste de fluidez.
  5. 5. Figura 1.5. Modelo em espiral para ensaio de fluidez. A fluidez é medida pela distância que o metal percorre antes de se solidificar. Existência de Turbulência A Figura 1.6 ilustra o sistema por onde o metal líquido flui durante o processode fundição. Figura 1.6. Funil de vazamento (pouring cup), massalote ou alimentador (riser), canal de alimentação (runner), canal de descida (sprue), canal de entrada (gate) , fundido (casting). O escoamento de metais e ligas líquidos superaquecidos é semelhante entre si esemelhante ao da água. É importante que o sistema de canais seja projetado de forma areduzir a turbulência. Isso pode ser quantificado pelo número de Reynolds ( Re=v.d/ ν ,onde v é a velocidade do fluxo, d é o diâmetro hidráulico do canal e ν é a viscosidadecinemática do líquido, que é dada pela viscosidade dinâmica dividida pela densidade dolíquido. O valor de d é dado por 4 x área da seção transversal do canal/ perímetro daseção transversal). Para Re até aproximadamente 2000 o fluxo é laminar. Para valoresde Re entre 2000 e 20000 o fluxo apresenta uma mistura entre laminar e turbulento e
  6. 6. acima de 20000, o fluxo é severamente turbulento. Para a maioria dos casos reais ofluxo se aproxima do turbulento. Isso permite que ocorram mais reações do metallíquido com formação de gases, o que não é bom, pois pode haver formação de bolhas.Essas bolhas de gás podem ficar presas e constituírem defeitos nas peças fundidas. Contração da Solidificação A maioria dos metais comercialmente utilizados apresenta contração durante oprocesso de solidificação. Isso deve ser levado em conta na fabricação do molde, o queserá discutido posteriormente. Para compensar essa contração existe no projeto domolde a adição de um recipiente para o metal líquido chamado de massalote. Essemassalote é a última parte a se solidificar e concentra a contração de solidificação. Omassalote é retirado da peça após a solidificação e desmoldagem, sendo sucateado. AFigura 1.7 ilustra o fenômeno de contração. A Tabela 1.1 apresenta algumas variaçõesde volume durante a solidificação. Figura 1.7. Ilustração esquemática do fenômeno de contração durante a solidificação.
  7. 7. Tabela 1.1. Variação de volume durante a solidificação. A maioria dos materiais metálicos apresenta redução de volume (-), mas alguns apresentam expansão (+). Transferência de Calor no Molde Fatores como fluidez e taxa de resfriamento dependem da temperatura e portantotambém da transferência de calor do molde. A Figura 1.8 ilustra a diferença detemperatura na interface da parede do molde durante a solidificação. Figura 1.8. Representação do sistema Temperatura-Distância no processo de solidificação (Garcia, 2007). Características do lingote (ou molde)

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