Prof. Engº Marcos A. Gasparin dos Santos Email: m.gasparin@globo.com ETEC Jorge Street Revisão: 01 de 03/02/2016 1
Dia/Mês Tecnologia Mecânica III CRONOGRAMAS DE AULAS TEMA 15/02 Apresentação : Princípios de Solidificação. Fundição e fusão dos metais. 22/02 Introdução a Processos Metalúrgicos tipos de Processos Fundição e tipos de processos de Fundição 29/02 Considerações - Desenho da Peça e Projeto do Modelo 07/03 Processos de Moldagem Moldagem em Areia, Moldes Metálicos Tipos e Máquinas, Fundição Investimento Casting ou Cera Perdida ( de Precisão) 14/03 Processo de Fundição em Cascaou Shell Molding, Moldagem Cerâmica, Fundição Centrífuga, Fusão de Metais - Tipos de Fornos 21/03 Fusão de Metais Tipos de Fornos, Desmoldagem, Limpezae rebaração, Controle de Qualidade 28/03 Prova 04/04 Resultados Prova 11/04 Introdução Processos de Conformação Mecânica 18/04 2
Data/Mês CRONOGRAMA DE AULAS TEMA 3
Metodologia de Aula Aulas serão expositivas através de projetor; Material será disponibilizado para os alunos através sala virtual. Teremos uma P1, serão questões dissertativas; P2 seguirá mesmos tipo de questões da P1, isto é, dissertativas. 4
Bibliografia: 1. Tecnologia Mecânica Processos de Fabricação e Tratamento Vicente Chiaverini Ed. MacGrawHill 2ª Edição. 2. Metalografiados Produtos Siderúrgicos Comum HubertusColpaert Ed. Edgard Blücher Ltda 3ª Edição. 3. Aços e Ferros Fundidos Vicente Chiaverini Ed. ABM. 5
2) Introdução a Processos Metalúrgicos A Transformação de Metais e Ligas Metálicas em peças de uso Industrial pode ser realizado por inúmeros processos metalúrgicos de fabricação. Como por exemplo: 1) Fundição; 2) Processos de Conformação Mecânica; 3) Metalurgia do Pó; 4) Soldagem; 5) Usinagem. 6
Nossa abordagem será direcionada para: Fundição de Metais e Ligas Metálicas; Tipos de Processos de Fundição; Processos de Conformação Mecânica (Laminação, Trefilação, Forjamento, extrusão e eestampagem). 7
2.1 FUNDIÇÃO 2.1.1 - Introdução Fundição de metais e ligas é, por definição, qualquer processo de fusão de metais e ligas e o vazamento dos mesmos em moldes, com a finalidade de produzir as formas sólidas requeridas. Tais processos têm-se constituído numa atividade humana por mais de 4.000 anos. 8
Os moldes ou a forma da cavidade do molde pode ser tal que corresponda praticamente a forma definitiva, ou quase definitiva, da peça projetada. A cavidade do molde é na verdade um negativo da peça que se deseja fabricar. Em termos de progresso material e tecnólogo do homem, a fundição pode ser tomada como um índice de estado de desenvolvimento ou como barômetro do estado da economia, de uma sociedade. 9
A fundição não encontra paralelo em outros processos de conformação, pelo fato de que é um método simples e econômico, em muitos casos, o único método tecnicamente viável de obter uma determinada forma sólida. As duas características da fundição mais valiosas são: 10
1. A relativa simplicidade técnica com que se podem produzir formas complexas com a maioria dos Metais e Ligas Metálicas; 2. E a natureza economicamente competitiva do processo, quando comparado com métodos alternativos de Manufatura. 11
As vantagensde utilização do processo de Fundição: Podem reproduzir formas externas e internas desde as mais simples até as mais complicadas, com formatos impossíveis de se obter por outro processo; É possível produzir peças com poucas gramas de peso e com espessura de parede de apenas alguns milímetros ou pesando muitas toneladas; 12
A fundição permite, nos dias atuais, um certo grau de automatização e com isso a produção rápida e em série de grandes quantidades de peças; As peças fundidas podem ser produzidas dentro de padrões variadas de acabamento (mais liso ou mais áspero) e tolerância dimensionais (entre +/- 0,2mm e +/-6 mm) em função do processo usado. Por causa disso há uma grande economia em operações de usinagem. 13
2.1.2- Estrutura da Indústria de fundição A estrutura pode ser agrupada em 3 formas distintas, como segue: Com base na composição dos metais e ligas; Nos tipos de produtos fabricados; Nas espécies de processos de fundição utilizada. 14
2.1.2.1 - Composição de metais e ligas Em função das propriedades mecânicas, físicas e químicas, alguns metais e suas ligas, são mais facilmente que outros, liquefeitos e convertidos em produtos fundidos. Os ferros fundidos cinzento e nodular, são estes tipos, onde uma combinação de propriedades úteis e baixo custo de processo e produto explicam o fato de ser o ramo predominante em termos econômicos. O Aço fundido, o Ferro Maleável, o Cobre e Níquel, ligas de Zn e Magnésio são outros tipos de ligas utilizadas em fundição. 15
2.1.2.2 Produtos da fundição A indústria de fundição pode-se dividir em dois grandes grupos de acordo com o tipo de produto fabricado, como segue: a) Lingotes; b) Peças de geometria diversas. 16
a) Lingotes: são formas fundidas, de geometria simples, usados para trabalho mecânico subseqüente, com a finalidade de produzir outras formas (chapas, tiras, perfis, barras, fios, etc.) através de processos de transformação mecânica (laminação, forjamento, extrusão, trefilação e repuxamento). Há lingotes de formatos simples onde são usadas como materiais de carga para fusão em fundição: Lingoteiras, lingotes produzido para posterior Laminação; lingotamento contínuo; lingote para refusão com pesos variados. 17
Lingotes para Laminação de Aço posterior 18
Lingotes para posterior Laminação 19
Modelo de LingoteiraVertical para Indústria produção de Aço. 20
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Lingotamento Contínuo 22
Esquema de Produção de Lingotamento Contínuo 23
Lingotes de Materiais Não Ferrosos 24
Lingotes de Ferro Gusa para utilização na Indústria de Fundição. 25
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Desenho de um Lingote de Alumínio, com suas dimensões. 27
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b) Peças de geometria diversas: As peças com variações ilimitadas de forma, peso e projeto são produzidos em fundições que, por sua vez, são descritas pelos processos empregados, pela sua aplicação, pelas dimensões e propriedades mecânicas exigidas no projeto e pelo custo de produção. 30
2.1.2.3 Processos de Fundição As peças obtidas por fundição são utilizadas em grande quantidade em: Equipamentos de transporte; Equipamentos de construção; Telecomunicação; Máquinas agrícolas; Máquinas operatrizes; Indústria Automotiva e de Autopeças, etc. 31
Na maioria dos casos, a fundição é o processo inicial, porque permite a fabricação de peças praticamente de qualquer forma, com pequenas limitações de dimensão, forma e complexidade. Possibilita, obter propriedades mecânicas que suportam as mais variadas condições de serviço. 32
A fundição abrange uma série de processos, cada um dos quais apresentando características próprias, como segue: Fundição por gravidade; Fundição sob pressão; Fundição por centrifugação; Fundição por precisão; Fundição por outros métodos (fundição contínua e fundição por moldes cerâmicas). 33
Geralmente, qualquer que seja o processo adotado, devem ser consideradas as seguintes etapas para escolha do processo, como seguinte: Desenho de peça; Projeto do modelo; Volume ou quantidade da peça a produzir; Confecção do modelo (modelação); Material e sua fusão do metal ou liga; Processo de vazamento do metal líquido; Limpeza e rebarbação; Controle de qualidade; Custo de produção. 34
Antes de abordar cada processo de fundição separadamente, algumas considerações serão feitas a respeito de: Fenômenos que ocorrem durante a solidificação; Desenho da peça; Desenho do projeto do modelo. 35
2.1.2.4.1 Fenômenos que ocorrem durante a Solidificação dos Metais: Para uma completa compreensão sobre o processo de Fundição, temos alguns fenômenos que ocorrem durante a solidificação do metal líquido no interior do molde. O estudo destes fenômenos é importante, pois eles podem ocasionar o aparecimento de problemas, e se não forem adequadamente controlados, podem prejudicar a qualidade da peça fundida e provocar a sua rejeição. 36
Estes fenômenos que ocorrem durante a solidificação são: a) Cristalização; b) Contração do Volume; c) Concentração de impurezas; d) Desprendimentos de Gases. 37
2.1.2.4.1.a Cristalização: A cristalização consiste no aparecimento das primeiras células cristalinas unitárias, que servem como núcleos para posterior desenvolvimento ou crescimento dos cristais, dando, origem aos grãos definitivos e à estrutura granular típica dos metais. 38
Esse crescimento não é uniforme, isto é, ele ocorre em todas as direções e avelocidade de crescimento não é a mesma em todas as direções, variando de acordo com os diferentes eixos cristalográficos; além disso, limitados pelas paredes do molde. Como resultado, os núcleos metálicos e os grãos cristalinos originados adquirem aspectos como figura a seguir. 39
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Os efeitos indesejáveis resultam do fato de essas diagonais constituírem planos de maior fragilidade para materiais que sofrerão operações de conformação Mecânica posterior, por exemplo laminação, onde pode surgir fissuras posterior a operação. Esse inconveniente é evitado arredondandose os cantos. 41
2.1.2.4.1.b Contração de Volume: Os metais, ao se solidificarem, sofrem uma contração volumétrica, isto é, passam do estado líquido para o estado sólido, onde podemos detectar três contrações, como segue: a) Contração líquida; b) Contração de solidificação; c) Contração sólida. 42
a) Contração Líquida: corresponde ao abaixamento da Temperatura até o início da solidificação; b) Contração de Solidificação: corresponde à variação de volume que ocorre durante a mudança do estado líquido para o sólido; c) Contração Sólida: corresponde à variação de volume que ocorre já no estado sólido, desde da temperatura de fim de solidificação até a temperatura ambiente. 43
A contração é expressa em porcentagem de Volume. A contração Sólida varia de acordo com o metal ou liga, deve-s e ter em conta a contração Linear. Exemplos: Aço Fundidos 2,18 a 2,47% Ferros Fundidos 1,0 a 1,5% Níquel e Ligas Cu-Ni 8 a 9% 44
2.1.2.4.1.c Concentração de Impurezas: Algumas ligas metálicas contém impurezas normais, que se comportam de forma diferente, conforme a liga esteja no estado Líquido ou Sólido. Quando estás impurezas estão no estado líquido, as impurezas estão totalmente dissolvidas no líquido, formando um todo homogêneo. Ao se solidificar, algumas impurezas são menos solúveis no estado sólido, caso do P e S nas ligas Ferrosas. 45
Desta forma, à medida que a liga se solidifica, esses elementos vão acompanhando o metal líquido remanescente, acumulando-se na última parte sólida formada. Essa concentração de impurezas é chamada de Segregação. O inconveniente desta segregação é que o material acaba apresentando composição química não uniforme, conforme a secção de concentração, e conseqüente propriedades mecânicas diferentes. 46
Como as regiões segregadas se localizam no interior das peças, por ser a última região a se solidificar, devendo-se a evitar uma grande concentração de impurezas, quer pelo controle da composição química das ligas, quer pelo controle da própria velocidade de resfriamento. 47
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2.1.2.4.1.d Desprendimento de Gases: Esse fenômeno ocorre, principalmente nas Ligas Ferro Carbono. O Oxigênio dissolvido no Ferro, por exemplo, tendem a combinar-se com o Carbono dessas Ligas, formando os gases CO e CO2 que escapam facilmente à atmosfera, enquanto a liga estiver no estado líquido. 52
À medida que a viscosidade da massa líquida diminui, devido à queda de temperatura, fica mais difícil a fuga desses gases, os quais acabam ficando retidos nas proximidades da superfície das peça ou lingotes, na forma de bolhas. Em Aços de Baixo Carbono, na forma de lingotes a serem forjados ou Laminados, as bolhas não são prejudiciais, pois nas Temperaturas de conformação Mecânica a quente, principalmente para fabricação de Chapas, tem suas paredes soldadas. 53
As bolhas devem ser evitadas, contudo, os Aços de Alto Carbono; isso pode ser feito adicionandose ao metal líquido substâncias chamadas de desoxidantes, tais como alguns Ferroligas(Ferro Silício e Ferro Manganês) e/ou Alumínio. De fato o Oxigênio reage de preferência com os elementos: Si, Mn e Al; formando óxidos sólidos (SiO2, MnOe Al2O3), impedindo, assim, que o oxigênio reaja com o Carbono formando os gases CO e CO2, responsáveis pela produção de bolhas. 54
Outros gases que podem se libertar na solidificação dos aços são o Hidrogênio e o Nitrogênio, que comumente também se encontram dissolvidos no metal líquido. 55
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QUESTIONÁRIO: 1) Qual é a definição de fundição de metais? 2) O que é Molde ou forma? 3) O que é Cavidade? 4) Quais as vantagens do processo de Fundição em relação a outros processos? 5) Como a estrutura da Fundição pode ser agrupada? 58
6) Alguns Metais e ligas são mais fáceis de serem convertidos em produtos fundidos, pôr que? 7) A indústria da Fundição é dividida em dois grupos, quais são? 8) O que é Lingote? 9) Quais os tipos de lingotes? 10)O processo de Fundição não permite a produção de peças com geometria diversas! Correta afirmação? 59
11)Aonde são utilizadas as peças fundidas? 12)Quais são os processos de Fundição? 13)Quais a s considerações devem ser avaliadas para escolha do processo de Fundição? 60
2.1.3.1 Considerações sobre: 2.1.3.1.1 Desenho da peça 61