Projeto FEUP: 2012/2013 Como se produz uma peça metálica por fundição Equipa 4: 1LCEEMG01_04 Manuel Barros Manuel Bragança Pedro Ramalho Tiago Gonçalves
Agradecimentos Gostaríamos de agradecer ao nosso monitor, Ricardo Sousa bem como à nossa coordenadora, professora Filomena Viana pela orientação, ajuda e disponibilidade ao longo da realização do nosso projecto. 1
Índice: Agradecimentos...1 Resumo...3 Introdução...4 História da fundição...5 Processo...6 Vantagens e Desvantagens do processo:...8 O estanho...9 Aplicações...11 Procedimento experimental...12 Material utilizado:...12 Procedimento:...12 Conclusão...13 Referencias...14 2
Resumo Com a realização deste trabalho pretendemos descrever os processos de fundição mais especificamente o processo de fundição por molde de cera perdida. Ao longo do relatório vamos abordar especialmente o processo de fundição por molde de cera perdida de um metal, neste caso iremos tratar mais especificamente do estanho, vamos falar das suas propriedades, da sua produção e as suas aplicações. 3
Introdução No âmbito da unidade curricular "Projeto FEUP" foi-nos proposto a realização de um relatório científico, que será apresentado sob a forma de poster e na presença de um júri. O tema proposto ao nosso grupo foi como se produz uma peça de metal pelo processo de fundição por molde de cera perdida? mais concretamente do estanho. Vamos começar por explicar como se cria um molde de cera e como posteriormente são produzidas as peças. Falamos também dum processo alternativo ao método mais utilizado, e iremos falar do estanho que é o metal utilizado na nossa experiência, as suas propriedades, da história e das suas aplicações. De seguida iremos abordar uma atividade laboratorial onde conseguimos fundir estanho e moldar, por outro método mais acessível no nosso laboratório, uma peça de estanho. 4
História da fundição Com o desenvolvimento da indústria após a revolução industrial, e com a descoberta de muitos metais, houve a necessidade de os utilizar, como a sua utilização era um pouco difícil, surgiu a necessidade de os poder moldar da forma que era pretendida. Surgiu assim uma técnica chamada de fundição de metais que permite a sua moldagem do modo que pretendemos. O processo de fundição é definido como o conjunto de atividades requeridas para dar forma aos materiais por meio da sua fusão, consequente liquefação e seu escoamento ou vazamento para moldes adequados e posterior solidificação. Os métodos de fundição são muito antigos, dada a sua importância são fundamentais para o crescimento tecnológico desde os primórdios da humanidade. Seu aperfeiçoamento é contínuo, partindo de pequenas peças fundidas artesanalmente às técnicas de siderurgia. Existem assim vários tipos de fundição, entre os quais a fundição por molde de cera perdida que abordaremos mais profundamente neste trabalho. 5
Processo A fundição por molde de cera perdida pode ser explicada por dois métodos, apresentando assim de seguida um dos métodos aplicado na fundição: Um fabricante irá reproduzir a peça a ser fabricada em cera, que tem vantagens que vamos ver mais à frente. É feito um negativo em silicone a partir da peça em cera para que mais peças possam ser replicadas. Com a ajuda de um ferro quente e outras ferramentas especializadas unem-se as várias réplicas da peça e são adicionadas partes em cera para criar um sistema de vazamento de metal. A seguir mergulha-se todo o sistema numa suspensão cerâmica reforçando-se depois com uma camada de areia fina, repetindo o processo com areias mais grossas até atingir uma espessura que permita aguentar a quantidade de metal a ser vazado. Depois de cerca de 24 horas a secar, é tudo aquecido para que a cera derreta e para que a moldação fique sintetizada. Após toda cera ter sido retirada, o molde é pre-aquecido a uma temperatura elevada para impedir que o mesmo estale a quando do contacto com o metal fundido. Quando o molde se encontrar à temperatura ideal para que possa entrar em contacto com o metal fundido sem a ocorrencia de danos neste, dáse o vazamento e mais tarde a solidificação. Depois da solidificação, o molde de cerâmica é partido expondo as peças metálicas, ou árvore metálica como é mais designada. As partes que integram do sistema de distribuição de metal são retiradas com ferramentas de corte e são dados os retoques finais às peças. Para finalizar faz-se a retificação das dimenções da peça, onde não devem ser encontrados defeitos de maior visto tratar-se de um processo com elevados niveis de prefeição. 6
Fig.1: Imagem explicativa de um processo de fundição por cera perdida adaptado à indústria da ourivesaria em que muda a forma como o molde final é feito (o molde não é feito em material cerâmico) mas que tem o mesmo principio associado. 7
Vantagens e Desvantagens do processo: Existem diversas vantagens relativamente ao porcesso de fundição por molde de cera perdida, entre elas o fato de: Haver possibilidade de produção em massa de peças com formato complexo,difíceis ou impossíveis de serem produzidos através de processos mais comuns. Possibilidade de reprodução de detalhes precisos, cantos vivos, paredesfinas, etc. Flexibilidade de formas. Melhor precisão dimensional e melhor acabamento. Possibilidade de uso de praticamente todos os metais e ligas metalicas. No entanto, tal como todos os processos tem as suas desvantagens, derivado ao facto de as dimensões das peças serem limitadas, devido ao custo elevado de equipamentos disponíveis. Com o aumento das dimensoes da peça o preço de produçao aumenta e consequentemente o valor da peça. Para peças com elevada massa o investimento inicial é elevado; Para obtenção dos modelos o processo e demoroso e de uma elevada exigencia. 8
O estanho O estanho (Sn) é um metal de cor prateada e tem um estado sólido as condições ambiente. É usado para fazer ligas metálicas e para servir de revestimento para outros metais. E é obtido a partir da cassiterite. A cassiterite (SnO2 ou óxido de estanho) é um mineral de estanho de cor púrpura, preta, castanha-avermelhada ou amarela. A sua dureza está entre 6 e 7 na escala de Mohs e o seu risco é branco ou acastanhado. A maioria da cassiterite é obtida a partir de depósitos aluviais ou de depósitos tipo "plácer" (depósito natural por concentração, normalmente nas curvas de rios, de minerais com importância econômica como ouro, diamantes, estanho e outros materiais) que contêm os grãos resistentes à erosão. Atualmente os maiores produtores de estanho são a Malásia, Tailândia, Indonésia e china. Em Portugal as maiores produções de estanho são as minas da Panasqueira e de Neves Corvo. O estanho é obtido através da cassiterite pela reação SnO2 + C Sn + CO2. É um metal maleável, muito dúctil e com baixo ponto de fusão (aproximadamente 232 C ou 505,8 K). Uma característica que distingue o estanho dos outros metais é o "grito de estanho" que se ouve quando se dobra uma barra deste metal, esta produz um som causado pelos cristais quando se deformam. O estanho é muito usado para revestir outros metais devidos á sua alta resistência à corrosão. O estanho é maleável a baixas temperaturas porém é frágil quando aquecido. Este pode ser um bom condutor quando se encontra a baixas temperaturas. Fig.2: Mineral de cassiterite. (http://www.cdcc.sc.usp.br/elemento s/estanho.html) Fig.3: Lingote de estanho produzido no laboratório. A nível mundial existem variadíssimas fontes de produção e extração de 9
estanho. Na tabela seguinte mostramos as principais fontes de produção: Tabela 1: Produção de estanho a nível mundial. 10
Aplicações Como o trabalho que nos foi proposto foi sobre a fundição em específico do estanho, iremos apresentar de seguida algumas das aplicações do estanho. Algumas das ligas mais importantes de estanho são o bronze, metal de sino, metal Babbitt, liga de carcaça, pewter, bronze fosforoso, solda de estanho, e white metal. O bronze é largamente utilizado na indústria naval e na indústria química devido a sua boa resistência química e mecânica que resulta da adição de estanho ao cobre. O estanho é utilizado em revestimento de chapas de aço para a indústria de latas de conservas alimentares. Ligas de estanho-zinco, utilizadas no revestimento de peças e ferramentas, dado que oferecem resistência a corrosão. Ligas estanho-níquel, utilizadas no revestimento de relógios e instrumentos científicos. No setor automóvel e utilizado na estanhagem eletrolítica de peças como buchas, arruelas, e na estanhagem não eletrolítica de peças em alumínio como pistões. É utilizado sob a forma de compostos químicos, sendo aplicados na indústria da cerâmica, no fabrico de vidro, papel, tintas, fungicidas e industria farmacêutica. Devido à grande maleabilidade do estanho, é possível produzir lâminas muito finas utilizadas para acondicionar vários produtos como, por exemplo, maços de cigarros e barras de chocolate Serve para produção de variadíssimas peças de decoração. É também muito usado em peças de arte. É usado como reagente de laboratório. Fig. 4: Porta-chaves de estanho. 11
Procedimento experimental Material utilizado: - Cadinho de grafite - Forno de ourives - Barra de estanho - Molde de silicone - Termopar e multimetro - Lingoteira Procedimento: Fig. 5: Forno de ourives onde fundimos o estanho. Aquecemos o forno de ourives a uma temperatura de aproximadamente 350º C, mas devido as suas perdas e dissipações, no interior do forno fomos controlando a sua temperatura e era de aproximadamente 300º C. Posteriormente colocamos o cadinho, feito de grafite pois tem uma elevada temperatura de fusão, e introduzimos o estanho. Esperamos algum tempo e controlamos a temperatura até nos certificarmos que o estanho se encontrava no estado liquido. Quando todo o material se encontrava fundido retiramos o cadinho do forno e vazamos o estanho para um molde de silicone. Esperamos algum tempo para que todo o material solidificasse e retiramos a peça do molde. No fim, todo o estanho que sobrou da realização da experiencia foi vazado numa lingoteira para ser aproveitado na forma de um lingote e ser utilizado posteriormente. Fig. 6: Molde onde vazamos o estanho. 12
Conclusão No âmbito deste trabalho, a recolha de informação para a realização deste foi dificil, pois esta é escassa e por vezes não provinha de fontes fiáveis. Mas, à parte das dificuldades, o grupo descobriu que que o processo de fundição por cera perdida, que tem centenas de anos, tem vindo a desenvolver-se e tem um papel importante na produção de determinados componentes, fazendo-o de uma maneira muito próxima da perfeição. Conclui-se ainda, quanto ao estanho, descobrimos tratar-se de um material com variadíssimas aplicações e vantagens nos campos onde é usado, ficando a conhecer melhor este metal. 13
Referencias Alessandra Giumlia-Mair, Fulvia Lo Schiavo, The Problem of Early Tin. Oxford: Archaeopress, 2003 Penhallurick, R.D. Tin in Antiquity: its Mining and Trade Throughout the Ancient World with Particular Reference to Cornwall. London: The Institute of Metals, 1986. Metals handbook, 2ª edition, USA, CRC Press, 1998 http://www.cdcc.sc.usp.br/elementos/estanho.html http://www.omegasoldaestanho.com.br/metal-high-grade.php 14