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1 CENTRO FEDERAL DE EDUCA O TECNOL GICA DE SANTA CATARINA GER NCIA EDUCACIONAL DE METAL MEC NICA CURSO T CNICO DE MEC NICA INDUSTRIAL fundi O Prof. Eng. Mec. Norberto Moro T c. Mec. Andr Paegle Auras FLORIAN POLIS - 2007 2 Sum rio Apresenta A Obten o do A 1. Introdu 6 Etapas do processo de fundi Sele o do Caracter sticas e defeitos dos produtos Exerc 8 2. Processos de fundi Areia Em casca (shell molding)..11 Cera perdida ( fundi o de precis o)..14 Molde Inje Compara o entre 19 Automatiza o dos Exerc 3. Teoria da Solidifica Introdu Nuclea o (in cio da solidifica o)..21 Estrutura Defeitos na Estrutura Desenvolvimento da Exerc Resposta dos exerc Refer ncias Bibliogr 3 Apresenta o O processo de fundi o utilizado pelo homem h mais de anos, iniciando-se com metais de baixo ponto de fus o (Cobre, Bronze) e posteriormente com o ferro.

2 Em fornos rudimentares de pedras e cer micas, fundia-se min rios de metais para confec o de armas e adornos. A fundi o foi se desenvolvendo aos poucos, sendo que na Idade M dia a produ o tinha grande import ncia, especialmente para fins militares. Nessa poca utilizava-se a forja catal , desenvolvida na Pen nsula Ib rica, que consistia basicamente numa lareira industrial. Obtinha-se uma massa pastosa com um tipo grosseiro de ferro fundido pela redu o direta do min rio. Solidificado, tornava-se fr gil e quebradi o, exigindo que os artefatos fossem grossos e pesados. Por volta de 1450 iniciou-se a obten o intermedi ria do ferro gusa, a partir de temperaturas mais altas e conseq ente absor o de maior quantidade de Carbono. O melhor desempenho mec nico do material obtido permitiu a fabrica o de armas de fogo (canh es, baionetas, etc.)

3 Mas o grande desenvolvimento do processo foi impulsionado pela revolu o industrial inglesa, que incluiu o coque (derivado do carv o mineral) como substituto do carv o vegetal, fornos el tricos e a mecaniza o do processo . Ao s culo XX coube a tarefa de aperfei oar tais desenvolvimentos. No Brasil, a produ o em quantidade de ferro gusa deu-se na segunda guerra mundial (1938-45), quando foi criada a Companhia Sider rgica Nacional com o primeiro alto-forno, como incentivo norte-americano ao apoio de Get lio Vargas pr aliados. Hoje conta com grande parque industrial que busca constante desenvolvimento frente concorr ncia internacional. A fundi o se destaca dos outros m todos principais de processos de fabrica o n o s por ser um dos mais antigos, mas porque um dos mais vers teis, principalmente quando se considera os diferentes formatos e tamanhos das pe as que se pode produzir por esse processo .

4 Pode ser considerado tanto um processo inicial, produzindo lingotes para lamina o e forjamento, quanto intermedi rio, produzindo pe as semi-acabadas que sofrer o posterior usinagem. As generalidades da fundi o, bem como os principais processos e no es sobre teoria da solidifica o ser o abordados nesta apostila. Somos gratos aos autores das apostilas, livros e artigos os quais foram fundamentais para esta apostila e que est o devidamente citados nas refer ncias bibliogr ficas. 4 A Obten o do A o comum comparar-se as sider rgicas a cozinhas gigantes. A imagem procede como na prepara o de um prato, a fabrica o do a o requer a mistura dos ingredientes em um forno, do qual se retira um produto que a composi o dos itens iniciais.

5 A diferen a principal entre os procedimentos est na ordem de grandeza da temperatura de cozimento . Equanto o forno dom stico se limita a poucas centenas de graus Celsius, os alto-fornos das sider rgicas rompem a fronteira dos milhares. O a o , basicamente, uma liga de ferro com carbono. Para preparar o a o, s o tr s os componentes b sicos: min rio de ferro, coque e calc rio (carbonato de c lcio). O coque o res duo resultante do aquecimento do carv o em um equipamento chamado c mara de coqueifica o, na aus ncia de oxig nio. Os componentes mais vol teis do carv o (compostos org nicos formados por cadeias de carbono de peso molecular vari vel) evaporam e sofrem decomposi o t rmica, separando-se da mat ria original.

6 O s lido que resta o coque. No alto-forno, o coque tem duas fun es importantes: o combust vel (libera energia ao reagir com oxig nio) e captura o oxig nio que est associado ao ferro no min rio. Assim, obt m-se o ferro livre de oxig nio. Ao se fornecer o aquecimento ao alto-forno, o carbono do coque reage com o oxig nio, gerando mon xido de carbono e intenso calor. Este mon xido ent o, reage com o oxig nio do min rio de ferro. O resultado o di xido de carbono, tamb m conhecido como g s carb nico. O calc rio serve para facilitar a separa o entre o ferro fundido e a esc ria (componentes do min rio de ferro que n o interessam para a fabrica o do a o). Aquecido, o calc rio se decomp e em cal e di xido de carbono.

7 A cal se incorpora esc ria ( xidos de sil cio e alum nio) e abaixa a temperatura na qual a esc ria se funde. Ela sai do forno l quida e por cima do ferro fundido, do qual separada. Excessos de enxofre no carv o tamb m s o retirados, em boa parte, pela rea o com a cal (forma-se sulfeto de c lcio). O ferro que sai do alto-forno, ainda impuro e com teor de carbono alto, chamado de ferro gusa. Esse ferro cont m mangan s, sil cio, enxofre e outros contaminantes. Alguns s o at desej veis em certos tipos de a o, mas no gusa est o em propor es descontroladas. O processo de refino mais usado hoje o de oxig nio b sico, ou LD (Lintz-Donavitz, austr acos que o criaram na d cada de 1950). Um carro-torpedo recolhe periodicamente o gusa do alto-forno e o leva a um equipamento chamado conversor, onde a temperatura m dia C.

8 Um sopro de oxig nio puro injetado para dentro do conversor, atrav s de um tubo de a o. Controlando rigidamente a quantidade de oxig nio, fixa-se o teor de impurezas que se pretende eliminar. Os contaminantes reagem com o oxig nio e formam compostos vol teis. As rea es que acontecem dentro do conversor 5 liberam muita energia. Por isso, o processo se auto-sustenta desnecess rio aliment -lo com energia externa. O processo do oxig nio b sico um aperfei oamento do refino desenvolvido pelo engenheiro ingl s Henry Bessemer (1812-1898). A diferen a fundamental que Bessemer trabalhava com fluxos de ar, n o de oxig nio puro. Isso fazia aumentar a quantidade de nitrog nio do a o, o que o tornava quebradi o. Bessemer sabia que o uso de ar comprometia seu m todo, mas rendia-se s limita es tecnol gicas de sua poca era imposs vel obter oxig nio com alta grau de pureza em 1856.

9 O a o l quido vazado em moldes, nos quais esfria e se solidifica. Da resultam os lingotes, de massa vari vel. O lingote ir para processos de conforma o mec nica, como forjamento ou lamina o, para formar perfis planos (chapas) e n o planos (trilhos, tubos, perfis, etc.). O conversor produz o a o comum e alguns tipos de a o baixa liga; um processo r pido ( 20 minutos) e de alta produ o. Mas quando h necessidade de um a o com caracter sticas especiais, como por exemplo resist ncia ao calor, corros o, impacto e etc., o processo para sua obten o feito em fornos el tricos que atingem temperaturas de at C. Isso significa elimina o de uma maior quantidade de impurezas, principalmente o S (enxofre). O processo mais lento, por m isso necess rio para os elementos de liga adicionados reagirem com o Fe-C, dando origem a um a o especial, tamb m chamado de a o liga com elevada resist ncia mec nica.

10 6 1. Generalidades Introdu o O processo de fundi o consiste em vazar (despejar) metal l quido num molde contendo uma cavidade com formato e medidas correspondentes aos da pe a a ser fabricada. N o se restringe apenas s ligas de a o, mas a v rios tipos de ligas met licas, desde que apresentem temperatura de fus o1 n o elevada e fluidez2 adequada. Os mais utilizados s o: a os, ferros fundidos, alum nio, cobre, zinco, magn sio e respectivas ligas. A fundi o permite obter, de modo econ mico, pe as grandes ou de geometria complexa, sua principal vantagem em rela o a outros processos. Por m existem tamb m desvantagens. Os a os fundidos, por exemplo, podem apresentar elevadas tens es residuais, microporosidade e varia es de tamanho de gr o.