Apostila Fundição

1

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

2

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

3

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.

4

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