PROCESSOS E VARIVEIS DE FUNDIO

Sergio Mazzer Rossitti maio/1993

Fundio no uma arte ! um campo do conhecimento tecnolgico, bastante complexo e com um grande numero de variveis.

Exige pois, do fundidor,o saber e a sensibilidade de um artista !

Sergio Mazzer Rossitti maio/93

HISTRIAOs objetos em metal mais antigos conhecidos at agora datam de 10.000 anos A.C. Eram pequenos enfeites feitos de cobre nativo e batidos no formato desejados. No perodo de 5.000 a 3.000 A.C. apareceram os primeiros trabalhos com cobre fundido sendo os moldes feitos de pedra lascada. Na seqncia inicia-se a Era do Bronze. O processo de fundio de ferro tem lugar na china em 600 A.C., sendo que o processo de fundio em ao bem mais recente, em 1740, atribudo a Benjamin Huntsman da Inglaterra. Apesar do processo de fundio ser to antigo, novas tecnologias continuam a surgie. A inteno neste trabalho dar uma introduo aos mtodos mais usados na fundio de ferro e ao e suas variveis mais importantes.

I PROCESSOSDependendo das exigncias de uma determinada pea fundida,quanto ao tamanho, acabamento superficial, preciso dimensional ou custo, haver um determinado processo de fundio mais adequado. Os processos mais comuns so os abaixo descritos, embora existam outros: a) b) c) d) e) fundio em areia sinttica tambm chamada areia verde ou areia preta; fundio em areia cura-frio; fundio em areia Shell; fundio em cermica e fundio em cera perdida ( tambm conhecido como invesment casting ou microfuso )

A qualidade de um fundido com relao as caractersticas citadas anteriormente, cresce no sentido da areia sinttica para a microfuso. Porm, o custo tambm cresce neste sentido e de forma bem acentuada. Alm disto, para os processos Shell, cermica e micro existe um limitao quanto ao tamanho das peas (normalmente com peso abaixo de 20 kg). Vamos nos concentrar nos processo de fundio que tm as variveis em comum, isto : moldagem em areia sinttica, em areia cura frio e em areia shell. Os processo cermico e microfuso apresentam outras caractersticas que no sero aqui referenciadas.

II VARIAVEISVamos considerar somente algumas das variveis em cada etapa do processo produtivo e de forma bastante superficial, porm com clareza suficiente para sentirmos o grau de complexidade envolvido na produo de peas fundidas.

1. MODELAO Material em que o modelo construdo: modelos em isopor modelos em madeira modelos em plstico (epxi) modelos em metal (alumnio ferro bronze)

A qualidade e custo crescem em direo ao modelo em metal. Emplacamento do modelo: solto placa nica placa dupla

1.1 Construo do modelo / caixa de macho: Contrao a ser usada em cada parte do modelo, se no for a correta causar desvio dimensional (ferro ou ao?); diviso do modelo com relao s tcnicas de moldagem; caixas de macho: exemplo para rotores caixa macho monobloco de maior custo e qualidade ou caixa em setores de menor custo e qualidade; norma de tolerncia para desvio dimensional de fundidos a ser utilizada; sobremetal para usinagem.

Preparao do modelo para a moldagem.

2 PROJETOO projeto de fundio o conjunto de informaes dispostas num desenho contendo os dados de numero e posio de massalotes e resfriadores, canais de vazamento, respiros, etc. Massalotes: So reservatrios de metal liquido que iro compensar a contrao do metal da pea quando da mudana do estado liquido para o slido. Um massalote mal dimensionado ir causar um rechupe ou vazio de contrao na pea. Resfriadores: So peas metlicas que entraro em contato com a superfcie da pea, acelerando a solidifico naquela posio.So usados para direcionar a solidificao de forma a aumentar a eficincia dos massalotes.

Respiros: So canais para sada do ar e dos gases de combusto da resina da areia durante o vazamento do metal no molde. Canais de vazamento: So os dutos para levar o metal vindo da panela de vazamento at o interior do molde, que contm a cavidade que ir formar a pea fundida. Os projetos de peas fundidas em ao so completamente diferentes dos projetos de peas fundidas em ferro, pela simples razo destas ligas terem uma contrao de solidificao bastante diferentes.

A razo disto que no ferro fundido, durante a solidificao, tm-se a precipitao de grafita (baixa densidade) compensando parte da contrao lquido/slido.

Projeto de fundio feito com o auxlio do simulador de solidificao Magma.

3 MOLDAGEM3.1 Areias Granulometria: refere-se ao tamanho do gro de areia. EX: 45/50 AFS 50/60 AFS 90/100 AFS grossa mdia fina

Permeabilidade: refere-se facilidade com que os gases passam pela areia areia grossa areia mdia areia fina Perda ao fogo: Medida de % de materiais volveis na areia e relacionada com a resistncia mecnica da areia. Teor de xido de Ferro: Responsvel pelo aumento da resistncia a quente da areia. Teor de Umidade: Na areia sinttica, ter influencia na resistncia mecnica da areia e da moldabilidade. 3.2 Resinas a responsvel pela aglomerao dos gros de areia,conferindo a resistncia mecnica ao molde e macho. Porcentagem de resina: peso em relao s areias para macho e para moldes em processos de cura frio e Shell. Resistncia a frio: resistncia mecnica da areia aglomerada com resina em temperatura ambiente. Tempo de Banca: tempo em que se pode trabalhar com a areia aps a mistura com a resina. Tempo de cura: tempo aps o qual o modelo pode ser extrado. Resistncia a quente: resistncia mecnica da areia aglomerada com resina durante o preenchimento do molde com metal liquido. Colapsibilidade: facilidade com que a areia entra em colapso no incio de solidificao do metal dentro do molde.

3.3 Tintas refratrias: densidade viscosidade evoluo de bolhas na queima fixao refratariedade 3.4 Luvas isolantes / exotrmicas: Revestem o massalote para aumentar sua eficincia trmica. exotermia / isolao grau de segurana (eficincia)

A foto a seguir ilustra a operao de moldagem

Moldagem: detalhe da colocao dos resfriadores, massalotes, respiros e canais de vazamento

4 MACHARIA:Alm das variveis comuns moldagem, na macharia temos um preocupao a mais: A TIRAGEM DOS GASES de queima da resina que aglomera o macho, pois durante o vazamento, o macho ficar quase completamente envolto em metal lquido, restando somente as pores referentes aos apoios (marcaes) do macho no molde. Uma falha nesta respirao pode causar evoluo explosiva dos gases com conseqente expulso do metal lquido de dentro do molde. Com menor severidade haver sopros,bolhas, para dentro da pea. Observaes: MACHO a denominao dada PEA EM AREIA, que ir formar as partes INTERNAS (vazias) de uma pea fundida. MOLDE a denominao dada PEA EM AREIA , que ir formar as partes EXTERNAS de uma pea fundida. A foto a seguir ilustra a operao de macharia no instante em que um macho est sendo removido da caixa de macho.

Macho sendo retirado da caixa aps cura da areia.

5 FECHAMENTO / VAZAMENTO: Nesta etapa, os machos sero colocados nos moldes e o conjunto ser fechado para receber o metal liquido no VAZAMENTO. Nesta etapa fundamental o controle: do desencontro das partes que compem o molde e os machos, o que acarretar um desvio dimensional nas peas; da limpeza dos moldes, para no haver incluses de material estranho ao metal; da sada dos respiros do macho e do molde para no haver evoluo de gases no interior do molde e conseqentemente porosidade no metal.

O molde composto de duas partes para permitir o assentamento do macho em seu interior. Observar os cordes azuis que so os respiros para a sada dos gases de combusto da resina do macho.

6 FUSONesta etapa obtm-se o METAL LIQUIDO que ir formar a pea. Para cada liga existe uma faixa de composio qumica permitida por norma; fora disto o material sucatado. O metal obtido em fornos de induo eletromagntica a partir de uma mistura de sucatas, ferro-ligas e ligas metlicas de composio conhecida, e nesta etapa as variveis so: composio da carga para se obter a anlise qumica desejada; limpeza da sucata; correo da composio qumica do metal para dentro dos limites da norma; inoculao e nodularizao do metal (para ferros fundidos); acerto da temperatura do metal liquido para vazamento na panela.

Foto do espectrmetro e analisador de nitrognio e oxignio para controle da composio qumica do material sendo produzido.

7 VAZAMENTO:O vazamento a operao que compreende a transferncia do metal lquido do forno de induo para o recipiente denominado PANELA que levar o metal at o molde. Nesta etapa fundamental o controle: da limpeza das panela de vazamento, para no haver incluses de material refratrio na pea; da temperatura do metal liquido a ser vazado: se for muito baixa, a pea sair com falhas; se for muito alta, ir provocar sinterizao de areia nas peas. Para os ferros varia de 1300 a 1500 C e para aos de 1500 1700 C; da velocidade de vazamento do metal liquido: se for muito baixa, provocar defeitos de expanso da areia devido irradiao de calor do prprio metal preenchendo o molde; se for muito alta, provocar eroso na areia do molde e conseqentemente grande nmero de incluses de areia.

Transferncia do metal lquido do forno para a panela de vazamento

Instante do vazamento do metal da panela para o molde

8 DESMOLDAGEM:Aps a entrada e preenchimento do molde com o metal liquido, a pea ir solidificar e esfriar dentro da areia. A operao da desmoldagem a retirada da pea solidificada de dentro do molde em areia. importante que isto seja numa temperatura adequada e com manuseio cuidadoso . Por exemplo: uma pea quente em Ni-Hard se desmoldada ainda quente ir trincar pelo choque trmico com o ar ambiente; da mesma forma ir trincar se sofrer alguma batida durante o manuseio. Nesta etapa, o nmero da corrida que estava marcado numa etiqueta metlica parcialmente imersa no canal de vazamento ser puncionado na pea, permitindo a rastreabilidade da mesma a qualquer instante.

Quebra do molde de areia para a retirada da pea na desmoldagem.

9 CORTE DE CANAIS E MASSALOTES:Nesta etapa so removidos os canais de vazamento e os massalotes. A remoo pode ser realizada com corte por disco abrasivo quando o material no suportar gradientes trmicos elevados, ou por fuso localizada via arc-air como mostrado na foto a seguir. So importantes Tratamento trmico prvio quando necessrio; Linha de referncia para corte; Cuidados para no danificar as identificaes da pea; Identificao dos canais massalotes para o reaproveitamento posterior deste material.

Remoo do massalote com arc-air

10 REBARBAO:Aps o corte dos massalotes e canais de vazamento, estas reas ficam com acabamento superficial irregular, necessitando uma operao complementar para a obteno das dimenses originais do modelo. Neste instante so removidas tambm as rebarbas de metal que no fazem parte da pea final. Estas operaes envolvem e dependem da habilidade do operador para garantir as dimenses desejadas na pea acabada.

Esmerilhamento das rebarbas metlicas e reas de canais e massalotes.

11 TRATAMENTO TERMICO:Esta etapa, para os ferros fundidos no normalmente necessria, porm se aplica maioria dos aos. Consiste em aquecer as peas at um determinada temperatura e resfri-las com uma determinada velocidade. Para cada liga existe um ciclo trmico especifico.O resultado uma mudana na estrutura interna do material melhorando suas propiedades mecnicas e de resistncia corroso. So variveis importantes: o tempo e a temperatura de cada etapa do ciclo trmico as velocidades de resfriamento a montagem da carga dentro do forno para no haver empenamentos ou gradientes trmicos.

tratamento trmico de solubilizao: a carga retirada do forno de tratamento trmico e imediatamente colocada no tanque de gua.

12 INSPEO:Nesta etapa marcam-se os defeitos observados na pea durante os ensaios de inspeo visual, liquido penetrante e partcula magntica, ultra som ou radiografia que no atendem a norma especificada pelo cliente. Estes defeitos so removidos e reparados por solda, para serem novamente inspecionados at atenderem os requisitos contratuais Para que os defeitos relevantes sejam removidos das peas so importantes o treinamento, a percia e a qualificao do inspetor, bem como a qualidade dos equipamentos usados.

Vista geral do controle de qualidade: onde temos a elaborao dos relatrios de aprovao, inspeo visual/dimensional e realizao do ensaio de Lquido Penetrante. Alm da inspeo das peas propriamente ditas, feito tambm a inspeo do material quanto s propriedades fsicas (dureza e ensaio de trao) e metalrgicas (ensaio de metalografia, determinao da microestrutura) aps o Tratamento Trmico e outros conforme o solicitado pelo cliente

Equipamento para ensaios fsicos do material: trao e dureza

Equipamento para a determinao da micro estrutura do material

13 RECUPERAO:Aps a remoo dos defeitos observados na etapa anterior ser feito a recuperao por solda ( os ferros fundidos NO permitem recuperao ) das peas. So importantes: o procedimento de soldagem; a qualificao dos soldadores; a qualidade dos eletrodos. Nos casos necessrios, aps a recuperao far-se- novamente um tratamento trmico para restaurar-se as propriedades anteriores recuperao.

Reparo por solda com eletrodo revestido

14 INSPEO FINAL:Antes da liberao ao cliente, toda a documentao pertinente qualidade e rastreabilidade da pea ser comprovada atravs da checagem dos resultados da analise qumica do metal, das propriedades mecnicas (ensaios de trao, impacto, dureza, etc), do dimensional da pea (quando solicitado) e demais requisitos contratuais. Estando tudo aprovado emitido o certificado de qualidade e a pea estar disposio do cliente.

Expedio: peas aprovadas aguardando a retirada do cliente.