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Processos de Fundição

Prof Fernando A C de Arruda Penteado

 1 Introdução

Fundição é o processo para obter-se objetos vazando metal fundido em um molde preparado com o formato da peça, deixando -se o material solidificar-se por resfriamento.

A fundição é uma das indústrias mais antigas no campo de trabalho dos metais e data de aproximadamente 4.000 AC, tendo sido empregados desde esta época inúmeros métodos para obtenção da peça fundida.

Destes o mais tradicional é o da fundição em areia, que até hoje é dos mais usados. Este processo é o mais adequado para o ferro e o aço que têm altas temperaturas de fusão, podendo também ser usado, para o alumínio, latão, bronze e magnésio. Outros processos que se destacam pela sua utilização nos dias de hoje são:Fundição em casca (Shell Molding)

Fundição em moldes metálicos (por gravidade ou sob pressão)

Fundição centrífuga

Fundição de precisão (cera perdida, moldes cerâmicos)

1.1 Importância da Fundição

Praticamente todo metal é inicialmente fundido. O lingote que dá origem a um metal trabalhado por laminação ou forjamento, é inicialmente fundido em uma lingoteira. Peças fundidas tem propriedades específicas importantes em engenharia, que podem ser: metalúrgicas, físicas ou econômicas. Por exemplo:

As peças fundidas são muito mais baratas que as peças forjadas ou conjuntos obtidos por solda, desde que a produção passe de um certo limite mínimo, que compense o investimento no modelo necessário para a execução do molde para fundição.

As peças fundidas são obtidas já na sua forma final ou próximo dela, economizando tempo e material.

As peças fundidas, adequadamente projetadas, possuem propriedades mecânicas homogêneas. Assim, a sua resistência à tração, por exemplo, é a mesma em todas as direções, o que é uma característica desejável para algumas engrenagens, anéis de pistão, camisas para cilindros de motores, etc.

O metal líquido possui a capacidade de escoar em seções finas, de projeto complicado, possibilitando assim a obtenção de formatos que seriam bastante difíceis de obter-se por outro processo.

O ferro fundido é o único metal com boas características de amortecimento, minimizando vibrações e sendo, portanto, ideal para bases de máquinas, bloco de motores, etc.

2 Processos de Fundição

Serão objeto de estudo neste curso os seguintes processos:

Fundição em areia.

Fundição em casca.

Fundição em coquilha.

Fundição sob  pressão.

Fundição centrífuga.

Fundição de precisão pelo processo da cera perdida.

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Processos Primários de Fabricação

Prof Fernando A C de Arruda Penteado

1 Introdução

Nem sempre a estrutura de um metal obtido por fundição é adequado para determinadas aplicações que exigem altas resistências à tração e ductilidade, como é o caso, por exemplo, de perfis estruturais, chapas que serão conformadas, fios, cabos, etc.Para obtenção de propriedades mais compatíveis com estes tipos de aplicação, os metais passam por outros tipos de processamento, que se caracterizam por trabalharem o metal através da aplicação de pressão ou choque.Este trabalho visa duas coisas: obtenção do metal na forma desejada e melhoria de suas propriedades mecânicas, o que é obtido com o rompimento e refino da estrutura dendrítica presente nos metais fundidos.Embora classificados como primários, estes processos podem dar origem a produtos acabados, tais como trilhos, arames, tubos, etc., mas, na maioria dos casos, é necessária a utilização de processos secundários para a obtenção da peça pronta.Dentre os processos chamados de primários, os mais comuns são:     Laminação     Trefilação     Forjamento     Extrusão

Nestes processos, o metal pode ser trabalhado a quente ou a frio:

Podemos definir como trabalho a quente aquele feito acima da temperatura de recristalização do metal e trabalho a frio como aquele realizado abaixo desta temperatura, ou seja, na maioria dos casos, à temperatura ambiente.

Conformação a quente e a frio 

1.1 Características do trabalho a quente: 

Não altera a dureza do metal; grãos deformados durante o processo, logo mudam para novos grãos não deformados.

Nesta mudança os grãos podem ser afinados através de rompimento e reformação, o que aumenta a tenacidade do metal.

O metal aumenta sua resistência à tração em determinada direção, uma vez que as impurezas existentes são segregadas em fibras com orientação definida.

O trabalho a quente é mais fácil e rápido, exigindo máquinas de potência menor para sua realização, porém que resistam às altas temperaturas do processo.

O metal pode ser deformado em formas extremas quando quente, porque a reformação contínua dos cristais elimina rupturas e trincas. Conseqüentemente as deformações são mais profundas que no trabalho a frio.

 A temperatura de trabalho deve ser acima da de recristalização, mas não muito elevada para evitar a formação de granulometria grosseira.

As temperaturas altas oxidam e formam carepa na superfície do metal e tolerâncias rigorosas não podem ser mantidas.

1.2 Características do trabalho a frio:

O trabalho a frio é normalmente precedido do trabalho a quente, remoção de carepa, limpeza da superfície e possivelmente decapagem.

Com este tipo de trabalho obtêm-se tolerâncias rigorosas, bom acabamento superficial e boas propriedades mecânicas.

O trabalho a frio deve ser efetuado acima do limite de escoamento do material para que a deformação seja permanente, embora a deformação sempre sofra um pequeno decréscimo com a retirada da carga, devido ao retorno elástico. Este fenômeno é chamado histerese.

Quando um metal é trabalhado a frio os seus cristais são internamente deformados, provocando aumento de dureza e da resistência mecânica, perda de ductilidade e tensões residuais que, muitas vezes poderão levar à ruptura da peça.

Isso pode ser evitado através de um tratamento térmico de recozimento ou normalização que faz o metal retornar às suas condições originais ou próximo delas.

As máquinas para execução de trabalhos a frio devem poder exercer forças muito maiores que as projetadas para trabalhos a quente, portanto devem ser mais robustas.

 1.3 Noções sobre a fabricação de aços

  A principal matéria-prima para fabricação do aço é o gusa líquido que consiste em ferro líquido contendo, em solução, carbono, silício, manganês, fósforo e enxofre. Outro material usado é a sucata proveniente das linhas de laminação e também da própria aciaria.O gusa líquido proveniente do alto-forno e a sucata são misturados no conversor, onde são convertidos em aço.O processo de conversão consiste na oxidação dos elementos dissolvidos no ferro líquido com a conseqüente formação de óxidos que constituirão a escória, juntamente com a cal e a fluorita adicionadas. Para que isto ocorra, oxigênio é soprado no banho. O grau de oxidação e a conseqüente eliminação ou redução de determinados elementos químicos é função do tempo de sopro.Após o sopro é retirada amostra do banho e da escória para efetuar-se a análise preliminar. Com base nesta análise são efetuadas as adições à panela, durante o vazamento do aço, para controlar a oxidação do ferro e para colocar a composição química do mesmo, dentro da especificação solicitada.O oxigênio dissolvido no banho mais o oxigênio do ar reagem com as adições, formando óxidos. Parte dos óxidos (de alumínio, de silício, de manganês e de ferro), sendo partículas sólidas imersas no ferro líquido, sofrem, empuxo, deslocando-se para a superfície na panela e formando uma crosta. Outra parte não tem tempo ou condições de emergir e ficará retida no interior do aço solidificado.O aço líquido é vazado da panela para as lingoteiras onde se inicia o processo de solidificação do mesmo.O nível de oxigênio do banho, associado à técnica de desoxidação fará com que o lingote obtido seja de um aço acalmado ou efervescente.Para a fabricação de aços acalmados, durante o vazamento, é feita uma adição de desoxidantes que, praticamente, eliminam todo o oxigênio dissolvido no aço. Assim o aço líquido ao solidificar não conterá gases dissolvidos.A solidificação do aço inicia na periferia do lingote, nas partes que estão em contato com as paredes da lingoteira e pelo topo por irradiação. Com o resfriamento há a contração do metal que dará origem a vazios na parte superior do lingote. As inclusões não metálicas, que são insolúveis, tanto no aço líquido como no sólido vão se concentrando à medida que a solidificação progride terminando por localizarem-se no vazio, devido a ser esta a última parte a solidificar do lingote.Durante o processo de laminação estes vazios contendo inclusões não soldam devendo, portanto, serem descartados.Nos aços chamados efervescentes este vazio, que faz com que parte do lingote seja perdido, é distribuído através de todo o lingote em pequenas bolsas que não concentram todas as inclusões, soldando-se durante o processo de laminação e permitindo, portanto, um maior aproveitamento do lingote.Para isto, a técnica de desoxidação na panela é controlada de forma a deixar certa quantidade de oxigênio dissolvida no aço. A solubilidade do oxigênio e do carbono é bem menor no ferro sólido que no líquido. Assim, na transformação de líquido para sólido, carbono e oxigênio precipitam formando bolhas de monóxido de carbono (CO).Estas bolhas criam correntes na parte líquida do lingote, agitando e prolongando o tempo de solidificação. Devido a isto o topo do lingote permanece líquido por mais tempo e os vazios formados pela contração são preenchidos por metal líquido proveniente daquela região, ficando apenas pequenos vazios não preenchidos, distribuídos ao longo do lingote.Como esses vazios soldam durante a laminação, não há necessidade do descarte de parte do lingote.Existem ainda, os aços semi-acalmados e os estabilizados que são variações dos dois tipos que descrevemos.Após a operação de lingotamento o lingote resfria até que o seu topo atinja um estado de solidificação que permita resistir a desmoldagem. Depois do estripamento, que é nome pelo qual é conhecida esta operação, os lingotes vão para os fornos-poços para homogeneização de temperatura, donde saem para serem laminados. 

Aço acalmado Aço efervescente

Processos de Fabricação

Proteção Superficial

Profº Fernando A C de Arruda Penteado

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1. Introdução à corrosão

1.1. Definições

Existem várias maneiras de definir-se a corrosão, a mais genérica seria: "deterioração do material pela interação com o meio que envolve".Para o Objetivo desse curso, quando iremos tratar principalmente de metais ou ligas metálicas, a definição que mais se adapta é: "a corrosão metálica é o processo inverso ao da obtenção de metais".A fim de entendermos com mais clareza esta definição de corrosão metálica, devemos considerar que quando desejamos obter um metal ou liga metálica, normalmente partimos de um minério que contenha o metal desejado. Os minérios de ferro, por exemplo, contém óxidos, sulfetos e outros compostos de ferro.Para se obter produtos à base de metal ferro, úteis para aplicações práticas ( chapas, perfis e vagalhões de aço, peças de ferro fundido, etc. ), necessitamos transformar a matéria prima ( o minério de ferro), nesses produtos.De uma maneira geral, a forma mais estável na qual encontramos um metal na natureza, é a forma oxidada (minério) e para a obtenção de um metal puro, ou de maior grau de pureza, precisamos retirá-lo dessa forma estável através do fornecimento de energia, colocando-o numa forma instável.Logo, a tendência do metal ou liga metálica é a de voltar naturalmente a sua forma estável ou oxidada. Desta maneira a formação de ferrugem sobre a superfície do aço, por exemplo, é espontânea, a menos que se proteja adequadamente essa superfície, de modo a não permitir que

o meio, no qual o material está envolvido, atue sobre ela.A figura abaixo mostra, de maneira esquemática, como ocorre essa transformação para o metal ferro.

1.2. Importância da corrosão

Para se ter uma idéia da importância da corrosão e seus efeitos nocivos, estima-se que nos USA gasta-se cerca de 8 bilhões de dólares por ano em proteção contra a corrosão.Porém, esse custo poderia se muito maior se não fossem aplicadas técnicas adequadas de combate à corrosão.Os efeitos nocivos da corrosão podem ser observados vários aspectos, os mais comuns são:

Efeitos estéticos: Resultando numa má aparência das estruturas metálicas; Nas paradas de produção: Devido a substituição ou reparo de componentes danificados

pela corrosão;

Na contaminação: Ocasionada em produtos, pelo produto de corrosão ou por vazamento ocasionados pela corrosão;

Na segurança industrial: quando é necessário projetos que levem em consideração que a corrosão pode causar acidentes que põem em risco a vida humana.

Devido a todos esses efeitos, e muitos outros, que levam em consideração fatores técnicos, econômicos e de segurança, acreditamos ser muito importante conhecermso os fundamentos da corrosão e da proteção contra ela.