Fundição

FUNDIÇÃO

1 - Introdução

O que é: É o processo de fabricação de peças metálicas que consiste essencialmente em encher com metal líquido a cavidade de um molde com formato e medidas correspondentes aos da peça a ser fabricada. A fundição é um dos processos mais antigos e também um dos mais versáteis, principalmente quando se considera os diferentes formatos e tamanhos das peças que se pode produzir por esse processo.

Vantagens e desvantagens:

Sua principal vantagem é obter, de maneira econômica, peças de geometria complexa. As fundições podem ser de materiais ferrosos ou não-ferrosos. A fundição é um processo de fabricação inicial, porque permite a obtenção de peças com formas praticamente definitivas, com mínimas limitações de tamanho, formato e complexidade, e também é o processo pelo qual se fabricam os lingotes. É a partir do lingote que se realizam os processos de conformação mecânica para a obtenção de chapas, placas, perfis, etc.

O processo de fundição aplica-se a vários tipos de metais, tais como aços, ferros fundidos, alumínio, cobre, zinco, magnésio e respectivas ligas. Porém existem também desvantagens. Os aços fundidos, por exemplo, podem apresentar elevadas tensões residuais, microporosidade, zonamento e variações de tamanho de grão. Tais fatores resultam em menor resistência e ductilidade, quando comparados aos aços obtidos por outros processos de fabricação como conformação a quente.

Usos:

Exemplos de peças fundidas: acessórios de tubulações, peças de um forno, bloco do motor de automóveis e aviões, pistões, anéis dos pistões, bases de máquina ferramenta, rodas, e eixos de manivela.

2 - Fenômenos que ocorrem durante a solidificação

Esses fenômenos são : cristalização, contração de volume, concentração de impurezas e desprendimento de gases.

2.1 - Cristalização

Consiste no aparecimento das primeiras células cristalinas unitárias, que servem como "núcleos" para o posterior desenvolvimento ou "crescimento" dos cristais, dando, finalmente, origem aos grãos definitivos e à "estrutura granular" típica dos metais. Esse crescimento dos cristais não se dá, na realidade, de maneira uniforme, originando grãos cristalinos com os aspectos representados na Figura 1.

2.2 - Contração de volume

Os metais, ao solidificarem, sofrem uma contração. A contração dá origem a uma heterogeneidade conhecida por vazio ou rechupe, ilustrada na Figura 2

Inicialmente, tem-se (a) o metal inteiramente no estado líquido; (b) a solidificação tem início na periferia, onde a temperatura é mais baixa e caminha em direção ao centro; (c) fim da solidificação e (d) contração sólida.

A diferença entre os volumes no estado líquido e no estado sólido final dá como conseqüência o vazio ou rechupe, indicados nas panes (c) e (d) da figura. A pane (d) dá a entender também que a contração sólida ocasiona uma diminuição geral das dimensões da peça solidificada.

Os vazios citados podem eventualmente ficar localizados na parte interna das peças, próximos da superfície; porém, invisíveis externamente. Além dessa conseqüência (vazio ou rechupe) a contração verificada na solidificação pode ocasionar :

- aparecimento de trincas a quente (Figura 3)

- aparecimento de tensões residuais.

As tensões residuais podem ser controladas por um adequado projeto da peça, como se verá, e podem ser eliminadas pelo tratamento térmico de "alívio de tensões". Os vazios ou rechupes que constituem a conseqüência direta da contração podem também ser controlados ou eliminados, mediante recursos adequados, seja no caso de lingoteiras, seja no caso de moldes para peças fundidas (Figura 4). No caso da fundição de um lingote, o artifício adotado para controlar o vazio é colocar sobre o topo da lingoteira - que é feita de material metálico - uma peça postiça de material refratário, denominada "cabeça quente"ou "massalote"; essa peça, por ser de material refratário, retém o calor por um tempo mais longo e corresponderá à seção que solidifica por último; nela, portanto, vai se concentrar o vazio. Resulta assim um lingote são, pela eliminação de sua cabeça superior.

No caso de peças fundidas, utiliza-se um "alimentador". No exemplo apresentado na Figura 4, o molde foi projetado de tal maneira que a entrada do metal líquido, através de canais, é feita na seção mais grossa que alimenta as menos espessas; ao mesmo tempo, o "alimentador" ficará convenientemente suprido de excesso de metal líquido, nele se concentrando o vazio.

2.3 - Concentração de impurezas

Algumas ligas metálicas contêm impurezas normais, que se comportam de modo diferente, conforme a liga esteja no estado líquido ou sólido. O caso mais geral é o das ligas ferro-carbono que contêm, como impurezas normais, o fósforo, o enxofre, o manganês, o silício e o próprio carbono. Quando essas ligas estão no estado liquido, as impurezas estão totalmente dissolvidas no líquido, formando um todo homogêneo. Ao solidificar, entretanto, algumas das impurezas são menos solúveis no estado sólido.

A Figura 5 representa esquematicamente como a segregação (concentração de impurezas) pode se dispor em peças laminadas e forjadas. O inconveniente dessa segregação é que o material acaba apresentando composição química não uniforme, conforme a seção considerada, e conseqüentes propriedades mecânicas diferentes.

Esse inconveniente pode ser evitado pelo controle mais rigoroso da composição química das ligas e controle da própria velocidade de resfriamento.

2.4 - Desprendimento de gases

Esse fenômeno ocorre, como no caso anterior, principalmente nas ligas ferro-carbono. O oxigênio dissolvido no ferro, por exemplo, tende 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 liquido. À medida, entretanto,