Apostila Fundição

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    FUNDIO

    1-Introduo Os processos de transformao dos metais e ligas metlicas em peas para utilizao em conjuntos

    mecnicos so inmeros e variados: voc pode fundir, conformar mecanicamente, saldar, utilizar a

    metalurgia do p e usinar o metal e, assim, obter a pea desejada. Evidentemente, vrios fatores devem ser

    considerados quando se escolhe o processo de fabricao. Como exemplo, podemos lembrar: o formato da

    pea, as exigncias de uso, o material a ser empregado, a quantidade de peas que devem ser produzidas, o

    tipo de acabamento desejado, e assim por diante.

    Dentre essas vrias maneiras de trabalhar o material metlico, a fundio se destaca, no s por ser

    um dos processos mais antigos, mas tambm porque um dos mais versteis, principalmente quando se

    considera os diferentes formatos e tamanhos das peas que se pode produzir por esse processo.

    Mas, afinal, o que fundio? o processo de fabricao de peas metlicas que consiste

    essencialmente em encher com metal lquido a cavidade de um molde com formato e medidas

    correspondentes aos da pea a ser fabricada. A fundio um processo de fabricao inicial, porque permite

    a obteno de peas com formas praticamente definitivas, com mnimas limitaes de tamanho, formato e

    complexidade, e tambm o processo pelo qual se fabricam os lingotes. a partir do lingote que se realizam

    os processos de conformao mecnica para a obteno de chapas, placas, perfis etc.

    A palavra fundio usada para o processo enquanto o produto denomina-se fundido. O processo de

    fundio a manufatura de objetos metlicos (fundidos) fundindo o metal, vertendo este no molde (caixa de

    areia), e permitindo o metal fundido se solidificar como um fundido cuja forma uma reproduo da

    cavidade do molde (caixa de areia). Este processo realizado em fundies, que podem ser de materiais

    ferrosos ou no-ferrosos.

    Sempre que se fala em fundio, as pessoas logo pensam em ferro. Mas esse processo no se

    restringe s ao ferro, no. Ele pode ser empregado com os mais variados tipos de ligas metlicas, desde que

    elas apresentem as propriedades adequadas a esse processo, como por exemplo, temperatura de fuso e

    fluidez.

    A indstria de fundio muito difundida e encontra-se entre as seis maiores nos Estados Unidos

    porque possibilita a produo peas complicadas. Exemplos: acessrios de tubulaes, peas de um forno,

    bloco do motor de automveis e avies, pistes, anis dos pistes, bases de mquina ferramenta, rodas, e

    eixos de manivela.

    No comeo da idade do metal, o conhecimento humano no estava avanado o suficiente para

    conseguir altas temperaturas para produzir metal fundido. Ento, a fundio no era conhecida e os metais

    eram usados como eram encontrados na natureza ou aquecidos suavemente e trabalhados. Os produtos

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    daquela era so exemplificados pelo pendente de cobre encontrado na caverna de Shanidar (nordeste do

    Iraque) que data de 9500 a.C. e que foi moldado martelando um pedao de metal no seu estado natural e

    dando acabamento com abrasivos. Depois, tcnicas de fundio de cobre foram desenvolvidas, e foram

    produzidos moldes de cobre na Mesopotmia j em 3000 anos antes de cristo.

    A fundio comeou a ser usada pelo homem mais ou menos uns 3000 A.C. Fundiu-se primeiro o

    cobre, depois o bronze, e, mais recentemente, o ferro, por causa da dificuldade em alcanar as temperaturas

    necessrias para a realizao do processo. A arte cermica contribuiu bastante para isso, pois gerou as

    tcnicas bsicas para a execuo dos moldes e para o uso controlado do calor j que, forneceu os materiais

    refratrios para a construo de fornos e cadinhos.

    A arte da fundio era ento refinada pelos egpcios antigos que inovaram o processo de modelao

    em cera perdida. Durante a Idade do Bronze, a prtica de fundio floresceu na China onde foram

    produzidas peas fundidas de alta qualidade com formas complicadas. O chins desenvolveu certas ligas de

    bronze e dominou o processo de cera perdida durante a Dinastia de Shang. Mais tarde, aquela arte se

    difundiu para o Japo com a introduo do Budismo no sexto sculo. Tambm havia algumas realizaes

    significantes no Oeste, onde o Colosso de Rhodes - uma esttua do Deus grego Apollo que pesava 360 tons-

    foi considerada um das Sete Maravilhas do Mundo. Aquela esttua de bronze foi fundida em sees, que

    depois foram agrupadas, e tinha 31 metros de altura.

    Embora o ferro fosse conhecido no Egito j em 4000 A.C., o uso do ferro fundido era impossvel

    devido alta temperatura de fundio, e a falta de vasilhas de cermica (cadinho) capazes de conter o ferro

    fundido. A idade do ferro fundido chegou finalmente em 1340, quando o forno de fluxo foi construdo em

    Marche-Les- Dames na Blgica. Era capaz de produzir um volume contnuo de ferro fundido. A prtica de

    fundio de materiais ferrosos desenvolveu mais adiante com a inveno do forno de cpula por John

    Wilkenson na Inglaterra. Isto foi seguido pela produo de ferro malevel em 1826 por Seth Boyden e o

    desenvolvimento da metalografia por Henry Sorby da Inglaterra.

    Sem dvida, as descobertas da Revoluo Industrial, como os fornos Cubil, os fornos eltricos, e a

    mecanizao do processo, muito contriburam para o desenvolvimento da fundio do ferro e,

    consequentemente, do ao. A maioria dos equipamentos de fundio foi concebida basicamente nesse

    perodo, quando surgiram tambm os vrios mtodos de fundio centrfuga. Ao sculo XX coube a tarefa de

    aperfeioar tudo isso.

    A relao entre as propriedades e a microestrutura das ligas foram entendidas. O controle completo

    do processo de fundio ficou possvel baseado no conhecimento e controle da microestrutura. No entanto,

    os processos de conformao tiveram um desenvolvimento mais rpido do que a fundio porque as ligas

    forjadas tinham um desempenho melhor e um campo mais largo de aplicaes. O ferro nodular, que possui a

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    fundibilidade do ferro fundido e a resistncia ao impacto do ao, foi introduzido em 1948, e favoreceu a

    difuso do ferro para competir mais favoravelmente com ligas forjadas.

    2 - Fenmenos que ocorrem durante a solidificao

    Esses fenmenos so : cristalizao, contrao de volume, concentrao de impurezas e

    desprendimento de gases.

    2.1 Cristalizao

    Essa particularidade dos metais, durante sua solidificao, j foi estudada, sob o ponto de vista geral.

    Consiste, como se viu, no aparecimento das primeiras clulas cristalinas unitrias, que servem como

    "ncleos" para o posterior desenvolvimento ou "crescimento" dos cristais, dando, finalmente, origem aos

    gros definitivos e "estrutura granular" tpica dos metais.

    Esse crescimento dos cristais no se d, na realidade, de maneira uniforme, ou seja, a velocidade de

    crescimento no a mesma em todas as direes, variando de acordo com os diferentes eixos

    cristalogrficos; alm disso, no interior dos moldes, o crescimento limitado pelas paredes destes.

    Como resultado, os ncleos metlicos e os gros cristalinos originados adquirem os aspectos

    representados na Figura 1.

    A Figura 1(a) mostra o desenvolvimento e a expanso de cada ncleo de cristalizao, originando

    uru tipo de cristal que poderia ser assimilado a uma rvore com seus ramos; a esse tipo de cristal d-se o

    nome de dendrita.

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    As dendritas formam-se em quantidades cada vez maiores at se encontrarem; o seu crescimento ,

    ento, impedido pelo encontro das dendritas vizinhas, originando-se os gros e os contornos de gros, que

    delimitam cada gro cristalino, formando a massa slida.

    A Figura 1(b) mostra o caso particular da solidificao de um metal no interior de um molde

    metlico, de forma prismtica, chamado lingote, o qual vai originar uma pea fundida chamada lingote.

    Nesse caso, a solidificao tem inicio nas paredes comas quais o metal lquido entra imediatamente

    em contato; os cristais formados e em crescimento sofrem a interferncia das paredes do molde e dos cristais

    vizinhos, de modo que eles tendem a crescer mais rapidamente na direo perpendicular s paredes do

    molde. Origina-se, ento, uma estrutura colunar tpica, at uma determinada profundidade, como a Figura

    1(b) mostra, e que pode, nos cantos, produzir efeitos indesejveis - Figura 1(c) - devido a grupos colunares

    de cristais, crescendo de paredes contguas, se encontrarem segundo planos diagonais.

    Os efeitos indesejveis resultam do fato de essas diagonais constiturem planos de maior fragilidade

    de modo que, durante a operao de conformao mecnica a que essas peas so submetidas posteriormente

    - como laminao - podem surgir fissuras que inutilizam o material. Esse inconveniente evitado

    arredondando-se os cantos

    2.2 Contrao de volume

    Os metais, ao solidificarem, sofrem uma contrao. Na realidade, do estado lquido ao slido, trs

    contraes so verificadas :

    - contrao lquida - correspondente ao abaixamento da temperatura at o incio da solidificao;

    - contrao de solidificao - correspondente variao de volume que ocorre durante a mudana do

    estado lquido para o slido;

    - contrao slida - correspondente variao de volume que ocorre j no estado slido, desde a

    temperatura de fim de solidificao at a temperatura ambiente.

    A contrao expressa em porcentagem de volume. No caso da contrao slida, entretanto, a.

    mesma expressa linearmente, pois desse modo mais fcil projetar-se os modelos.

    A contrao slida varia de acordo com a liga considerada. No caso dos aos fundidos, por exemplo,

    a con