RELATÓRIO DE ESTÁGIO CURRICULAR V

Transcrição

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS MICROINOX MICROFUSÃO DE AÇOS LTDA. UMA EMPRESA LUPATECH S.A. RELATÓRIO DE ESTÁGIO CURRICULAR V PERÍODO 17 DE MAIO A 10 DE SETEMBRO ALUNO: EDUARDO FELIPE CARARA MATRÍCULA: Concordamos com o conteúdo do relatório ORIENTADORES: ENG. MSC. WALDYR RISTOW IAN PACHECO ENGª. SUELEN LORENZINI Caxias do Sul, setembro de 2010

2 Conteúdo AGRADECIMENTOS... 3 OBJETIVO... 4 INTRODUÇÃO... 5 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 6 Microfusão... 6 Processo... 7 Injeção... 7 Revestimento Cerâmico... 9 Extração da Cera (Deceragem) Calcinação/Sinterização Fundição Remoção da Casca Cerâmica MATERIAIS E MÉTODOS Composição Química Permeabilidade Módulo de Ruptura (MOR) Acompanhamento da Viscosidade RESULTADOS E DISCUSSÕES Composição Química Permeabilidade Módulo de Ruptura (MOR) Acompanhamento da Viscosidade CONCLUSÃO BIBLIOGRAFIA ANEXO A Histórico Microinox... 30

3 AGRADECIMENTOS A Deus, pela vida. A empresa Microinox Microfusão de Aços do grupo Lupatech S/Apela oportunidade em poder realizar este estágio, pela confiança em mim depositada, em especial à Waldyr Ristow e Ricardo Machado que tornaram este estágio possível. Aos meus orientadores Waldyr Ristow, Ian Pacheco e Suélen Lorenzini, pelos desafios propostos e pela atenção dispensada. Aos colegas de setor, Andrelise Caon, Monique, Paulo e Felipe, pela paciência em responder todas as dúvidas, pela atenção, e principalmente pelo companheirismo e amizades formadas. Aos professores Paulo Wendhausen, Germano Riffel e Berend Snoeijer pela manutenção do sistema de ensino cooperativo e acompanhamento durante o período de estágio. A minha namorada Bruna da Silva Borges, por sempre me apoiar e incentivar, mesmo nos momentos mais difíceis. Por fim, a minha família.

4 OBJETIVO Este relatório tem como objetivo descrever as atividades desenvolvidas durante o quinto estágio curricular do curso de graduação de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina. Como atividade para desenvolvimento neste período foi proposto um projeto de caracterização dos revestimentos cerâmicos. Esse processo compreende as seguintes etapas: 1. Compreensão do processo produtivo Microinox através de acompanhamento de cada etapa e, inclusive, confecção de um cacho. 2. Produção de corpos de prova e posterior análise quanto à resistência mecânica, permeabilidade e composição. 3. Tratamento dos dados e apresentação das conclusões. Resultados obtidos ao longo do procedimento serão citados ao longo do texto de maneira complementar ao aqui descrito.

5 INTRODUÇÃO O presente relatório é elaborado como termo de conclusão do quinto estágio curricular do curso de graduação em Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina UFSC, o qual foi realizado na MicroinoxMicrofusão de Aços S/A, uma empresa Lupatech S/A. A empresa emprega a tecnologia de Microfusão para fabricação de peças destinadas a indústria automotiva principalmente. O foco do trabalho realizado foi determinado como a caracterização do revestimento cerâmico utilizado pela Microinox. Embora a empresa possua mais de vinte anos este estudo não havia sido feito desta forma até o momento. Através da análise de composição da casca, revestimento cerâmico, evidencia-se possíveis problemas e tem-se uma estimativa mais precisa para cálculo de custo atrelado às peças. A seguir será apresentada uma revisão bibliográfica a fim de situar o leitor no processo de microfusão.

6 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Microfusão A microfusão é uma das técnicas mais antigas e, ao mesmo tempo, mais avançadas da metalurgia atual,sendo o processo produtivo de peças que podemser encontradas em turbinas de aviões e no vácuo criogênico do espaço. Tendo o início de sua aplicação datado em, pelo menos, A.C. quando artistas e escultores do antigo Egito e Mesopotâmia utilizavam uma técnica rudimentar de microfusão, ou cire perdue ou ainda cera perdida, para criar jóias, peitorais e ídolos. Notavelmente civilizações como a Dinastia Han da China, Reino de Benin na África e os Astecas do México précolombiano empregavam técnicas similares. Na Europa Renascentista o escultor, ourives e autor italiano, Benvenuto Cellini, produziu sua maior obra prima Perseu e a cabeça da Medusa fazendo uso do processo de microfusão. Cellini detalhou seu feito em sua autobiografia. O processo de microfusão foi amplamente ignorado pela indústria moderna até o final do século vinte, quando foi redescoberto pelos dentistas para produção de implantes e aparelhos dentários. O primeiro registro do uso do processo de microfusão pelos dentistas aparece na forma de um artigo escrito pelo Dr. D. Philbrook do Condado de Bluffs, Iowa em Entretanto, o verdadeiro potencial do processo não havia sido descoberto até 1907 quando o Dr. William H. Taggart de Chicago publicou sua pesquisa. Durante a Segunda Grande Guerra Mundial, quando a necessidade de processos auxiliares para suprir a demanda dos militares foi maior, o processo de microfusão serviu como atalho por unir a versatilidade de formas com uma gama de ligas especiais que não podiam, na época, ser obtidas prontamente por processos alternativos. O processo se mostrou prático para muitos componentes militares e, durante o período do pós-guerra, se expandiu para diversas aplicações industriais e comerciais, aonde quer que peças metálicas de forma complexa fossem requeridas. Hoje em dia peças microfundidas estão em toda parte, nos nossos carros, aviões, ferramentas, torneiras. O processo partiu de ser aplicável a peças complexas, de baixo volume

7 de produção e alto valor agregado, para uma tecnologia capaz de produzir milhões de peças por ano com custos competitivos a processo menos flexíveis. (ICI, 2010) Processo O Processo de microfusão pode ser dividido em seis macro-grupos. 1. Injeção. 2. Revestimento cerâmico (Casca). 3. Extração da cera (Deceragem). 4. Calcinação/Sinterização do revestimento cerâmico. 5. Preenchimento do revestimento com metal (Fundição). 6. Remoção da casca cerâmica. Abaixo segue um esquema do sistema de microfusão empregado na Microinox. Figura 1 Processo de Microfusão Injeção A primeira etapa e talvez a mais crítica de todo o processo de microfusão é a injeção, todo e qualquer erro cometido nesta etapa irá refletir na peça final. A moldagem por injeção consiste fundamentalmente em aquecer um polímero, neste caso a cera, até um estado relativamente fluido, pressioná-lo para dentro de um molde e, finalmente, resfriar a massa moldada até sua completa solidificação. O fluxo do polímero

8 fundido apresenta do ponto de vista teórico, muitos problemas reológicos, a maioria deles demasiadamente complexos, interpretados através de equações teóricas complicadas. Trata-se como líquido não-newtoniano, compressivo, quente e que flui através de canais de complicada geometria, cujas paredes estão muito mais frias que o material que flui Depois de injetadas, as peças são curadas, repouso de vinte e quatro horas, após são rebarbadas e coladas nos cachos, os quais são também injetados. Depois de montado, o cacho é desengraxado, ou seja, é retirado o desmoldante das peças em cera (TREMARIN, 2003). Fabricação do Molde Existem três principais variações dimensionais que devem ser previstas quando na construção do molde de injeção especificamente para este processo. 1. Retração da cera 2. Expansão da casca durante calcinação 3. Encolhimento do fundido durante solidificação De posse deste conhecimento tem-se que o molde deve ser produzido a partir de materiais que, tenham boa condutividade térmica, a fim de resfriar rapidamente a cera injetada, e com isso aumentar a produtividade; tenham resistência mecânica suficientemente alta para que resista às pressões de injeção e fechamento do molde; tenham resistência ao desgaste considerável de forma a prolongar a vida útil do molde e dureza superficial suficientemente elevada para que possa ser polido a um bom grau e que este perdure. Seleção da Cera Devido à importância das peças injetadas em cera, esta deve ser criticamente controlada quanto a: 1. Baixo teor de cinzas, pois caso seja elevado ter-se-ia um problema de contaminação no material fundido. 2. Boa fluidez de injeção de forma a garantir total preenchimento das cavidades do molde. 3. Resistência mecânica suficientemente alta para que não exista problemas durante a montagem e transporte dos cachos.

9 4. Reduzida contração e expansão térmica, reduzindo ao máximo o erro proveniente destas variações dimensionais. 5. Estabilidade comportamental, reprodutibilidade. 6. Compatibilidade química tanto com relação ao molde quanto com relação ao revestimento cerâmico. 7. Reciclagem, reutilização. Revestimento Cerâmico Nesta fase é criada a casca que irá revestir o cacho em cera. Uma das formas mais econômicas de fazê-lo, e a que é utilizada pela Microinox, é o sistema de banhos. Trata-se de um processo muito versátil e que garante controle apurado das propriedades finais da casca. O cacho é imerso em diferentes banhos de barbotina, camada após camada, de acordo com as propriedades do revestimento que se deseja atingir, tamanho, forma e complexidade de características da peça definem a configuração de banhos que será usada para processamento destas. (STRATTON, 1979) O processo passo a passo decorre como segue: 1. Imersão do cacho na primeira barbotina, esta barbotina em especial é mais espessa e define o acabamento superficial da peça. 2. Dispersão de areia fina. 3. Secagem em câmara com umidade e temperatura controladas, é de crucial importância que esta etapa seja controlada, pois as fases um e dois definem forma, tolerâncias e acabamento superficial da peça final. 4. Depois de seco este cacho será imerso novamente em outra barbotina, uma barbotina backup. 5. Novamente é disperso ao longo do cacho areia, de acordo com o formato, geometria e dimensão da peça deve-se banhar novamente areia fina ou aumenta-se o tamanho dos grãos. Deve-se secar novamente sob as mesmas condições. 6. Repete-se esta seqüencia até que se atinja a configuração desejada para cada peça em especial.

10 Materiais Devem-se utilizar materiais refratários, pois se trata de temperatura de aplicação superior, muitas vezes, a 1700 C; termicamente estáveis, pois toda e qualquer variação não prevista na casca refletirá diretamente na dimensão final da peça; compatível quimicamente com o metal a ser vazado tanto quanto com a cera usada como base; baixo custo e alta disponibilidade. Os materiais cerâmicos são materiais inorgânicos, não metálicos, que consistem de elementos metálicos e não metálicos. Normalmente tem uma temperatura de fusão relativamente alta e alta estabilidade química em ambientes hostis (DAL AGNOL, 1988). Os materiais cerâmicos têm a sua aplicabilidade limitada em certos aspectos devido as suas propriedades mecânicas, que em muitos aspectos são inferiores àquelas apresentadas pelos metais. A principal desvantagem é uma disposição à fratura catastrófica, com muito pouca absorção de energia (CALLISTER, 2002). O comportamento tensão-deformação de cerâmicas frágeis não é avaliado através de ensaio de tração. Em primeiro lugar, é difícil preparar e testar amostras que possuam a geometria exigida. Em segundo lugar, é difícil prender e segurar materiais frágeis sem fraturálos. Em terceiro lugar, as cerâmicas falham após uma deformação de apenas aproximadamente 0,1%, o que exige que os corpos-de-prova de tração estejam perfeitamente alinhados, com o objetivo de evitar a presença de tensões de dobramento ou flexão, as quais não são facilmente calculadas. Portanto, na maioria das vezes é empregado um ensaio de flexão transversal, neste ensaio, um corpo-de-prova na forma de uma barra, com seção reta circular ou retangular, é flexionado até a sua fratura, utilizando uma técnica de carregamento em três ou quatro pontos. Uma vez que os limites de resistência à tração dos materiais cerâmicos equivalem a aproximadamente um décimo das suas resistências à compressão, e uma vez que a fratura ocorre na face do corpo-de-prova que está sendo submetido à tração, o ensaio de flexão é um substituto razoável para o ensaio de tração e por este motivo é o utilizado para dimensionar o revestimento cerâmico. (CALLISTER, 2002).

11 Extração da Cera (Deceragem) Nesta etapa as peças, anteriormente injetadas em cera, são extraídas termicamente. Este processo resulta em cavidades, na casca, de forma e dimensões exatas às da peça que se deseja produzir. Se trata de uma etapa muito delicada, por se tratar de um material muito fluido e de baixo ponto de fusão temos um problema quanto a temperatura de extração e por este motivo utiliza-se uma cera diferente no canal de alimentação das peças, com ponto de fusão por volta de 5 C menor que a cera das peças, para garantir que a cera do canal irá abrir caminho para a extração da cera das peças. Calcinação/Sinterização Após a deceragem a casca ainda é frágil e deve ser sinterizada antes de ter o metal vazado em seu interior. Após a eliminação do molde, as moldagens cerâmicas são calcinadas/sinterizadas, tendo em vista dois objetivos principais: Eliminar a umidade e os compostos orgânicos ainda existentes, bem como outros constituintes das barbotinas e resíduos do molde. Que é feito via calcinação. Conferir à moldagem propriedades térmicas e mecânicas necessárias. Que é obtido através da sinterização (FEUP, 2001). A calcinação pode ser descrita como a remoção de água, CO2 e de outros gases ligados fortemente, quimicamente a uma substância. Formalmente sinterização é um tratamento térmico para difusão de partículas de modo a formar uma estrutura coerente, predominantemente sólida, através do transporte de massa. Outra definição diz que o processo consiste no transporte, termicamente ativado, de matéria em uma massa de pós ou compactado poroso, promovendo retração volumétrica, ampliando os contatos entre as partículas e alteração de geometria dos poros. A força motriz para a sinterização é a diminuição da energia livre do sistema ( G<0). Há redução da superfície específica das partículas do pó através da formação de contatos, retração do componente e arredondamento dos poros. Em sistemas multicomponentes há a redução dos gradientes de composição dos elementos presentes, causando a homogeneização da liga.

12 Objetiva-se, nesta etapa, que as partículas de sílica estejam ligadas umas nas outras, assim como o preenchimento e a areia, busca-se total eliminação da água, que por sua vez fragiliza o revestimento como um todo. O passo de vazamento de metal na casca acontece com esta ainda quente de forma a não haver choque térmico. Fundição Fundição é um processo de fabricação onde um metal ou liga metálica, no estado líquido, é vazado em um molde com formato e medidas correspondentes aos da peça a ser produzida. A peça produzida por fundição pode ter as formas e dimensões definitivas ou não. Em muitos casos após a fundição, a peça é usinada para serem feitos ajustes dimensionais ou mesmo conformada mecanicamente (por exemplo, ser forjada), para que as formas e dimensões finais sejam obtidas. Não há limites quanto a materiais que podem ser utilizados neste processo. Peças feitas em metais não ferrosos podem ser fundidas regularmente, da mesma forma como aços, ferros fundidos, aços inoxidáveis, ligas de titânio, ouro e etc. Métodos convencionais de fundição são utilizados para vazar os metais nas cascas cerâmicas, quando se faz necessário, seja pela geometria ou pelas dimensões reduzidas, utilizase o preenchimento por vácuo, que além de algumas alterações no desenvolvimento de montagem do cacho e sistema de canal não sofre grandes alterações. (SIEGEL, 1978) Remoção da Casca Cerâmica Após a completa solidificação do metal, o molde é quebrado por meio de equipamento vibratório para separar o cacho, agora metálica, do material cerâmico. É feita a limpeza com jato de areia ou limpeza química, para eliminação dos restos de molde (ABIFA, 1996). As peças individuais são removidas do canal central por meio de corte em serra ou disco abrasivo e qualquer saliência remanescente deixada pelos canais é removida por lixamento (ABIFA, 1996) As restantes operações do processo de fundição por molde perdido são fundamentalmente as mesmas que se realizam nos processos de fundição. Estas operações

13 compreendem a rebarbação, o polimento, o tratamento térmico, o controle de qualidade, etc (FEUP, 2001).

14 MATERIAIS E MÉTODOS Inicialmente definiu-se o cronograma e tema de estágio, tendo como saída prevista para o término de estágio a caracterização da casca cerâmica, revestimento do processo Microinox de microfusão, quanto à base de materiais, percentagem de constituintes, comportamento mecânico e permeabilidade. Composição Química Como definido anteriormente no escopo de projeto de estágio, uma das saídas esperadas do tema proposto é a composição química das cascas de revestimento produzidas. Com o intuito de fazer esta estimativa foram pesados cachos teste após cada etapa do revestimento, banhos nas respectivas barbotinas e adesão do chamote. De posse da massa total do cacho após cada etapa do processo se obtém a massa aderida em cada uma das fases e sabendo a composição dos tanques de barbotina e do chamote utilizado se tem um percentual de adesão de cada material especificamente, somando-se então o acumulado de cada material e sabendo a massa final dos cachos podemos calcular o percentual em massa de cada um dos elementos que compõe o revestimento. Permeabilidade Em paralelo a confecção dos cachos teste utilizados para estimativa da composição química final da casca cerâmica foram produzidos corpos de prova para ensaios de permeabilidade, que foram medidos a verde e após sinterização quanto a sua permeabilidade. O objetivo deste teste é medir a permeabilidade relativa da casca cerâmica em condições de temperatura ambiente. O ensaio é baseado na passagem de ar por um corpo de prova cerâmico. O teste de permeabilidade simula a entrada do metal forçando o ar em um molde. Uma coluna de água desloca o ar, que, por sua vez força o ar de baixa pressão contra a amostra, de maneira similar ao metal forçando o ar contra o molde. (NALCO,1999) Abaixo segue uma representação esquemática do sistema em questão.

15 Figura 2 Equipamento utilizado para medição da permeabilidade da casca. Módulo de Ruptura (MOR) Foram produzidos também em paralelo aos corpos de prova descritos anteriormente, corpos de prova para ensaio de flexão de três pontos também em corpos de prova a verde e sinterizados. Este método visa verificar o módulo de ruptura da casca cerâmica comparando os valores de resistência da casca verde e depois de calcinada, para os diferentes tipos de revestimento. (NALCO, 1999) Abaixo seguem fotos do equipamento em uso. Figura 3 Equipamento utilizado para ensaio de Módulo de Ruptura

16 De posse da força necessária para fraturar o corpo de prova deve-se fazer o cálculo da resistência, modulus of rupture MOR (Kg/cm 2 ), conforme equação abaixo: 12,105. F M = 2 2. l. e Onde: M: Mor (Kg/cm 2 ); F: força (Kg); l: largura (cm); e: espessura (cm); Acompanhamento da Viscosidade Durante uma semana foram realizadas medições periódicas, uma por hora, nos tanques das principais barbotinas, lamas, utilizadas na produção, com o propósito de verificar o comportamento destas ao decorrer da semana e, da mesma forma, comparar os resultados obtidos com os obtidos pelos operadores, de forma a estudar se as medições eram coincidentes. Para as medições foram utilizados Copos Viscosímetro Zahn #4 e #5 e Copo Viscosímetro Ford #4. Obtém-se um valor de viscosidade em segundos que representa o tempo necessário para o líquido escoar pelo orifício do copo viscosímetro. (STRATTON, 1979) Figura 4 Análise da Viscosidade fazendo uso do Copo Viscosímetro

17 RESULTADOS E DISCUSSÕES Composição Química De acordo com a técnica descrita anteriormente foram analisados os cachos utilizados com maior freqüência. Inicialmente buscou-se verificar além da composição do revestimento a diferença de adesão através da produção manual e produção pelo robô, sistema completamente automatizado. Os resultados seguem abaixo. Tabela 1 Percentagem de Constituintes por Massa Lama Zirconita Lama Sílica Casca Primcote Zirconita Sílica Coloidal Polímero Látex Tensoativo Antiespumante BB Manual 4,12% 15,35% 36,80% 2,02% 0,08% 0,04% BB Manual 2,09% 7,80% 39,46% 2,17% 0,09% 0,04% BB Robô 1,21% 4,50% 68,80% 3,78% 0,15% 0,07% BB Robô 5,26% 19,61% 41,62% 2,29% 0,09% 0,04% BB Robô 3,74% 13,95% 48,14% 2,65% 0,11% 0,05% BB Robô 3,60% 13,44% 48,31% 2,66% 0,11% 0,05% Tabela 2 Percentagem de Constituintes por Massa Chamote/Areia Casca Al 2O 3 SiO 2 Fe 2O 3 MnO TiO 2 CaO K 2O ZrO 2 Imp BB - Manual 18,96% 13,64% 0,61% 0,02% 0,48% 0,03% 0,46% 4,94% 2,46% BB - Manual 23,39% 16,87% 0,85% 0,02% 0,66% 0,04% 0,63% 3,93% 1,96% BB - Robô 10,19% 7,35% 0,37% 0,01% 0,29% 0,02% 0,28% 2,00% 0,99% BB - Robô 11,33% 8,07% 0,41% 0,01% 0,34% 0,02% 0,30% 7,07% 3,53% BB - Robô 12,63% 9,04% 0,46% 0,01% 0,37% 0,02% 0,34% 5,67% 2,83% BB - Robô 12,52% 8,95% 0,45% 0,01% 0,37% 0,02% 0,34% 6,12% 3,05%

18 Tabela 3 Massa total por cacho Total Casca Massa(g) BB - Manual 421, BB - Manual 364, BB - Robô 356, BB - Robô 386, BB - Robô 424, BB - Robô 446,209 Percebe-se que o robô é mais econômico quando comparado ao processo manual quanto ao chamote e que há, via de regra, maior adesão da lama sílica aos cachos. Não explícito nesta estimativa, mas uma realidade para o processo está à homogeneidade da dispersão do chamote e homogeneidade do espalhamento da lama sobre os cascos produzidos através do robô. Por ser um sistema automático garante uma repetibilidade maior e com isso resultados mais constantes. Com o mesmo intuito de estimar a percentagem de elementos foram produzidos novos cachos utilizando a mesma técnica descrita anteriormente para fabricação dos corpos de prova fazendo uso dos produtos Nalco, empresa que vem fazendo estudo juntamente com a Microinox para substituição de alguns produtos de forma a aperfeiçoar os tempos de seca e problemas com permeabilidade e resistência dos cachos. A composição destes cachos segue abaixo. Casca Lama Zirconita Tabela 4 Percentagem de Constituintes por Massa (Nalco) Primcote Zirconita Sílica (Nalco) Sílica Coloidal (Nalco) Lama (Nalco) Polímero Látex (Nalco) Antiespumante BP 2,23% 8,30% 37,05% 22,23% 2,22% 0,15% BP 3,60% 13,43% 26,71% 16,03% 1,60% 0,11% BP 4,88% 18,20% 24,79% 14,88% 1,49% 0,10% Tabela 5 Percentagem de Constituintes por Massa (Nalco) Chamote/Areia Al 2O 3 SiO 2 Fe 2O 3 MnO TiO 2 CaO K 2O ZrO 2 Imp 11,71% 8,40% 0,42% 0,01% 0,34% 0,02% 0,32% 4,40% 2,19% 12,94% 9,18% 0,47% 0,01% 0,40% 0,02% 0,34% 10,11% 5,04% 10,72% 7,56% 0,39% 0,01% 0,34% 0,02% 0,28% 10,91% 5,44%

19 Tabela 6 Massa total por cacho (Nalco) Total Casca Massa(g) BP Robô 266, BP Robô 270, BP Robô 286,508 Percebe-se que os cachos produzidos fazendo uso da lama Nalco têm massa na ordem de 50% das lamas usuais produzidas pelo processo atual, é necessário ressaltar que a lama Nalco possui propriedades que permitem reduzir o número de banhos necessários para se obter propriedades similares a lama convencional, ou seja, obtém-se um revestimento com características semelhantes, porém mais leve o que impacta não só no manuseio como no aquecimento das cascas nos fornos de calcinação/sinterização. Permeabilidade Os resultados seguem abaixo: Permeabilidade Módulo de Ruptura(MPa) 0:50:24 0:43:12 0:36:00 0:28:48 0:21:36 0:14:24 0:07:12 0:00:00 46:07 44:06 26:15 25:50 12:15 06:13 Verde 2: BB BB BB BB BB BB 3:45 5:53 3:21 4:55 4:32 Calcinada Figura 5 Resultado do Módulo de Ruptura das peças confeccionadas utilizando lama convencional.

20 Permeabilidade Tempo(h:mm:ss) 0:43:12 0:36:00 0:28:48 0:21:36 0:14:24 0:07:12 0:10:14 0:15:24 0:39:20 0:03:41 0:03: BP BP BP 0:07:34 0:00:00 Verde Calcinada Figura 6 Resultado do Módulo de Ruptura das peças confeccionadas utilizando lama convencional. A permeabilidade depende diretamente da granulometria da superfície total dos grãos num determinado volume de areia. Quanto maior essa superfície, maior a perda de um fluxo de gás que a atravesse e, portanto, menor a permeabilidade. Desta forma é evidente que se obtém maiores permeabilidades com areias que possuem maiores tamanhos de grão e que maior quantidade de banhos de zirconita irão resultar em menores valores de permeabilidade. A permeabilidade ou porosidade da casca deve ser alta o suficiente para permitir que os gases saiam, mas baixas o suficiente para impedir a penetração do metal na casca, pois enquanto uma casca é preenchida com metal líquido, o ar dentro da cavidade do molde é deslocado. Ar combinado com gases dissolvidos no metal escapa através da parede do molde e se não forem removidos, o resultado é uma peça com defeito. A liga pode solidificar antes que preencha o molde criando uma peça incompleta ou os gases dissolvidos que não escapam antes da solidificação poderão resultar em defeitos como bolhas superficiais e porosidade excessiva. Valores ideais de permeabilidade nas diferentes etapas do processo ainda não foram definidos com precisão, é necessário maior estudo na literatura pertinente.

21 Módulo de Ruptura (MOR) Tão importante quanto à permeabilidade o módulo de ruptura deve ser o suficiente para garantir que a casca resista ao preenchimento da cavidade e frágil de forma a facilitar a remoção após solidificação do metal. Para se verificar a resistência das cascas produzidas foi medido o MOR (Modulus of Rupture) os resultados seguem abaixo. Módulo de Ruptura(MPa) Módulo de Ruptura BB BB 6,096, BB BB BB BB 4,61 3,87 3,37 3,373,56 2,9 2,93 3,06 2,98 2,72 0 Verde Calcinada Figura 7 Resultado do Módulo de Ruptura das peças confeccionadas utilizando lama convencional. Módulo de Ruptura Módulo de Ruptura(MPa) BP BP BP 2,518 2,598 3,100 2,295 3,388 6,289 0 Verde Calcinada Figura 8 Resultado do Módulo de Ruptura das peças confeccionadas utilizando lama Nalco.

22 Através da comparação direta entre permeabilidade e módulo de ruptura das cascas analisadas foi possível identificar comportamentos semelhantes. A resistência tende a aumentar com o aumento do número de banhos da mesma forma que a impermeabilidade, deve-se, contudo, analisar a necessidade de cada peça quanto à permeabilidade e resistência a ruptura em vista do problema gerado pela maior impermeabilidade, podendo ser causa de vários defeitos posteriores como bolhas, trincas, estouros de cacho e etc. Acompanhamento da Viscosidade Os resultados obtidos seguem na forma de gráficos, os limites inferiores e superiores estão destacados através de linhas vermelhas, e o valor ideal através de uma linha traço-ponto na apresentação dos dados de forma gráfica que segue. Viscosidade 0:00:43 0:00:41 0:00:40 0:00:38 0:00:36 0:00:35 0:00:33 0:00:31 0:00:29 0:00:28 0:00:26 Acompanhamento de Viscosidade Tanque Medições Figura 8 Viscosidade Tanque 6

23 Viscosidade 0:00:43 0:00:41 0:00:40 0:00:38 0:00:36 0:00:35 0:00:33 0:00:31 0:00:29 0:00:28 0:00:26 Acompanhamento de Viscosidade Tanque Medições Figura 9 Viscosidade Tanque 8 Viscosidade 0:00:31 0:00:29 0:00:28 0:00:26 0:00:24 0:00:22 0:00:21 0:00:19 0:00:17 Acompanhamento da Viscosidade Tanque Medições Figura 10 Viscosidade Tanque 9

24 Viscosidade 0:00:27 0:00:25 0:00:23 0:00:22 0:00:20 0:00:18 0:00:16 0:00:15 0:00:13 Acompanhamento de Viscosidade Tanque Medições Figura 11 Viscosidade Tanque 15 Viscosidade 0:01:08 0:01:06 0:01:03 0:01:00 0:00:58 0:00:55 0:00:53 0:00:50 0:00:48 0:00:45 0:00:42 Acompanhamento de Viscosidade Tanque Medições Figura 12 Viscosidade Tanque 17

25 Viscosidade 0:01:08 0:01:06 0:01:03 0:01:00 0:00:58 0:00:55 0:00:53 0:00:50 0:00:48 0:00:45 0:00:42 Acompanhamento de Viscosidade Tanque Medições Figura 13 Viscosidade Tanque 21 Viscosidade 0:01:08 0:01:06 0:01:03 0:01:00 0:00:58 0:00:55 0:00:53 0:00:50 0:00:48 0:00:45 0:00:42 Acompanhamento de Viscosidade Tanque Medições Figura 14 Viscosidade Tanque 23

26 Acompanhamento de Viscosidade Tanque 25 Viscosidade 0:00:16 0:00:14 0:00:13 0:00:12 0:00:10 0:00:09 0:00:08 0:00:06 0:00: Medições Figura 15 Viscosidade Tanque 25 De forma geral todos os gráficos apresentaram pior comportamento nas primeiras cinco medições, que são referentes à segunda feira. Como não há turnos nos finais de semana é de praxe que seja adicionada água em excesso. Toa sexta é realizado um cálculo que considera a viscosidade da lama, no momento da medida, e estimada uma evaporação da mesma para se calcular o volume a ser adicionado de água de modo que na segunda feira seja feita uma correção fina, o que se mostrou ineficiente. Através desta análise semanal se percebeu que de modo geral as barbotinas estiveram por grande parte do tempo fora do especificado, o que pode indicar e ser causa de vários problemas posteriores de revestimento, tais quais: trincas, estouros de cachos no vazamento, trincas na deceragem, problemas dimensionais nos produtos finais e etc.

27 CONCLUSÃO Ao longo do processo de estudo da composição química do revestimento cerâmico foram analisadas nove diferentes configurações de revestimento cerâmico. O foco do estudo foi analisar inicialmente as diferenças entre o processo automatizado, robô, e manual quanto à composição química e posteriormente quanto à composição química das cascas produzidas fazendo uso dos produtos Nalco. Observou-se que as cascas produzidas através do sistema automatizado apresentaram massa com valores absolutos menores, porém mais homogêneos e que estas resultaram em menor incidência de problemas nas etapas posteriores do processamento das peças. Quanto aos produtos Nalco o resultado evidenciou que as cascas produzidas nestas condições têm menor massa e propriedades similares de módulo de ruptura e permeabilidade, sendo que há maior variação na permeabilidade a verde quando comparada com a calcinada e que esta qualidade se mostra positiva durante o processamento destas cascas. Através do acompanhamento da viscosidade dos tanques de barbotina se verificou imprescindível haver funcionários com a função especifica de controlar a viscosidade das lamas. Durante a produção dos cachos teste e análises realizadas se percebeu que há muito ainda a ser estudado sobre todo o processo de Microfusão, estudos sobre o tempo de seca entre banhos e permeabilidade ideais ainda devem ser definidos para aperfeiçoar o processo.

28 BIBLIOGRAFIA ABIFA ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE FUNDIÇÃO. Fundição de precisão: microfusão. São Paulo: MIC-CONSIDER/ABIFA, p. BIDWELL, H. T. Investment Casting Handbook. Dallas, Texas:[s.n.] p. BRADASCHIA, C. Fundição de Ligas não Ferrosas. 3ª ed. São Paulo: Editora Ivan Rossi, p. CALLISTER, W. D. Jr. Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Introdução. 5ª ed, Editora LTC, p. DALL AGNOL, V. Fundição de Precisão. Veranópolis:[s.n.] p. DEFEITOS DE FUNDIÇÃO. Microinox, p. FACULADADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DE PORTO-FEUP. Fundição de precisão por modelo perdido Investment Casting e Metais preciosos, Disponível em: Acesso em: 28 jul ICI. Fundição de precisão por modelo perdido - "Investment Casting" e Metais preciosos. Primeira Parte: Fundição de precisão por modelo perdido Investment casting. Disponível em: Acesso em 29 de jul MICROINOX: Catálogo, p. NALCO. Investment Casting Industry, Catálogo. [S.I.:s.n.], p. PENTEADO, F. A. C. De. Processos de Fabricação, Disponível em: Acesso em: 28 jul

29 RIBEIRO, J. L. D. Projeto de Experimentos na Otimização de Produtos e Processos. Porto Alegre: UFRGS, p. SIEGEL, M. Fundição. 10 a ed., São Paulo: Editora Édile, p. STRATTON, R. R. Ceramic Testing Guidebook. Investment Casting Institute: Dallas Texas: [s.n.] p. TREMARIN, R. C. Fundição de Precisão. Caxias do Sul: Microinox, p. VAN VLACK, L. H. Propriedades dos Materiais Cerâmicos. São Paulo: Editora Edgard Blücher, p.

30 ANEXO A Histórico Microinox A empresa Lupatech S.A., situada na Rua Dalton Lahm dos Reis, 201 Distrito Industrial Cx. Postal 1215, CEP Caxias do Sul RS Telefone:(54) Fax: (54) , iniciou as suas operações com a criação da Microinox Microfusão de Aços S. A. no dia 8 de agosto de 1980, produzindo pelo processo de fundição de precisão, peças para o setor de válvulas. Atualmente, produz para diferentes aplicações, em diferentes metais e suas ligas dentro de rígidos padrões internacionais de qualidade. A marca Microinox é conhecida em todo mundo, suprindo os mercados automotivo, de transporte, alimentício, automação industrial, aeroespacial, instrumentação e aparelhos médicos, máquinas de precisão, válvulas industriais, entre outros segmentos. Em 1984 foi criada a empresa Valmicro Indústria e Comércio de Válvulas S.A., para a produção de válvulas de esfera com operação manual. Atualmente, está capacitada para fornecer válvulas manuais e automatizadas desde ¼ até 8, em diferentes classes de pressão, aos mais variados e exigentes segmentos de petróleo, gás, químico, petroquímico, papel, celulose, alimentício, farmacêutico, siderúrgico, transporte, fabricação de equipamentos, entre outros. Até 1993, as duas empresas, Microinox e Valmicro, atuaram de forma independente. A partir desta data, foram incorporadas como Divisões na denominação social Lupatech S.A. As marcas Microinox e Valmicro permaneceram no mercado. Ainda em 1993, foi criada a Divisão Steelinject, a partir de um contrato de transferência de tecnologia com a empresa americana Parmatech Corporation. A Steelinject é uma unidade pioneira na América Latina na introdução do processo de moldagem por injeção de pós metálicos e cerâmicos, que abriu novos horizontes e soluções de engenharia e projetos. Sua planta industrial está estruturada para desenvolver peças de alta exigência e complexidade geométrica. Os principais segmentos de atuação são os de autopartes, ortodontia, indústria médica, instrumentação eletromecânica, indústria de defesa, computadores, impressoras, indústria de comunicação, eletrodomésticos, dentre outros. A figura 1 mostra a vista aérea da empresa.

31 Vista aérea da empresa (BERTI, 2005) Em 2000, foi adquirido o controle da Metalúrgica Nova Americana, tradicional fabricante de válvulas industriais direcionadas para os setores de petróleo e gás, químico, petroquímico, papel e celulose. A fábrica está sediada na cidade de Americana, SP. Em 2005, a Lupatech S.A. adquiriu o controle da Carbonox Microfusão de Aços Ltda situada em Veranópolis. Sua planta industrial é responsável pela produção de peças de menor demanda e complexidade geométrica. A Lupatech S.A. oferece produtos qualificados e competitivos, contando com uma equipe altamente especializada.