fundição apostila

1. .
.
Fundição

2. .
.
Sumário
Introdução 1
O processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Aplicação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Vantagens e Desvatagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Solidificação de Metais e Ligas 3
Formação de Defeitos 7
Etapas 8
Classificação 11
Moldes Colapsáveis 11
Areias com ligantes inorgânicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Fundição em areia verde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Fundição em areia seca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Processo silicato de sódio/CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Processo areia cimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Areias com ligantes orgânicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Resinas de cura a frio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Moldagem em casca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Areias sem ligantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Molde cheio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Moldagem a vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Moldes congelados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Outros refratários . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Processo CLA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Cera perdida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Moldes Permanentes (Coquillhas) 21
Fundição por gravidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Fundição sob pressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Fundição a vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Fundição por compressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Fundição por centrifugação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2

3. .
.
Centrifugação total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Centrifugação parcial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Somente preenchimento por centrifugação . . . . . . . . . . . 26
Vantagens e Desvantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Vantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Desvantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3

4. .
. Fundição
Introdução
Os processos de conformação de um
material a partir de seu estado líquido
são usualmente denominados de pro-
cessos metalúrgicos de fabricação.
Estes processos podem ainda ser classi-
ficados com relação à sua temperatura
de trabalho. A metalurgia do pó engloba
todos os processos onde a temperatura
aplicada é inferior a temperatura de fu-
são do material. Em contrapartida, os
processos que trabalham em tempera-
turas superiores a temperatura de fusão
são: soldagem, lingotamento e fundição.
O período da Idade dos Metais (período
seguinte à Idade da Pedra), que se ini-
cia por volta de 4000 a.C., foi marcado
pelo início da fabricação de ferramentas
e armas de metal.
Ainda que de maneira rudimentar, o ser
humano começou a dominar a técnica
da fundição.
Inicialmente, utilizou como matéria
prima o cobre, o estanho e o bronze
(uma liga de estanho), metais cuja fu-
são é mais fácil. Somente em 1200 a.C,
aproximadamente, começa-se a traba-
lhar com ferro.
Após milhares de anos, os princípios
do processo de fundição continuam os
mesmos, mas aprimoramentos técni-
cos proporcionaram um controle maior
sobre o processo, assim como sua auto-
mação.
Dessa forma, tal desenvolvimento, junto
à softwares que permitem a simulação de
fenômenos de solidificação, possibilita-
ram a fabricação de produtos cada vez
mais sofisticados.
O processo
A fundição é definida como conforma-
ção de metais e ligas a partir do material
líquido, vazado em moldes apropriados
onde, ao solidificar-se, toma-lhe a forma,
resultando em produtos acabados (pe-
1

5. .
. Fundição
ças, componentes) ou semi-acabados
e matéria prima para processamento
mecânico (tarugos, lingotes, chapas). É
de grande importância para a indústria,
pois praticamente todo produto metá-
lico passa por um processo de fundição
em um momento de sua produção.
O Molde pode corresponder à forma fi-
nal da peça desejada ou pode conferir
à peça determinada forma, que ainda
sofrerá posteriores tratamentos de con-
formação no estado sólido até chegar
às dimensões desejadas. A cavidade no
molde é conhecido como “negativo” da
peça.
Basicamente, no processo de fundição,
o metal líquido é vazado em um molde e
ocupa a sua geometria. Após ser resfri-
ado, o material se solidifica e é então re-
tirado de dentro do molde. Desse forma,
este processo possibilita a confecção de
peças com grande variedade e complexi-
dade de formas.
Aplicação
Essa técnica é amplamente utilizada
para a fabricação de:
• Partes de motores;
• Turbinas hidráulicas e a gás;
• Equipamentos e ferramentas para
a indústria mecânica;
• Laminadores;
• Hélices e âncoras de navios;
• Válvulas de alta e baixa pressão;
• Sapatas de freios;
• Rodas de automóveis;
• Artefatos para uso doméstico.
2

6. .
. Fundição
Vantagens e Desvatagens
Em processos de fundição, não há limite
de peso e de dimensão para as peças
confeccionadas, permitindo, ainda, que
sejam fabricadas formas de grande com-
plexidade. Além disso, apresenta baixo
custo de produção e grande versatili-
dade, assim como também a possibili-
dade de se trabalhar com uma ampla
gama de metais e ligas. A partir dele,
pode-se obter peças com elevada pre-
cisão dimensional e qualidade de aca-
bamento, garantindo também que ela
esteja, ao menos, próxima de sua dimen-
são final, reduzindo a necessidade de um
processo de usinagem posterior e a con-
sequente perda de material.
Entretanto, alguns materiais podem
apresentar reações com os moldes ou
dificuldades em se alcançar o estado
de fusão. Há também a necessidade do
processo ser realizado em atmosferas
inertes. A peça final pode apresentar
defeitos devido à formação de inclusões,
trincas ou cavidades de contração e po-
rosidades. Ademais, pode ocorrer a se-
gregação de solutos.
Solidificação de
Metais e Ligas
Conforme discutido anteriormente, o
processo de fundição envolve a fusão do
metal ou liga, seu posterior vazamento
em um molde, a solidificação da peça e,
na sequência, sua remoção do molde.
O escoamento do metal líquido na ca-
vidade do molde é influenciado por al-
guns parâmetros, que variam conforme
o processo de fundição utilizado:
1. Temperatura de vazamento: um
material metálico apresenta uma
temperatura de fusão bem de-
finida, ou seja, inicia e finaliza o
processo de solidificação em uma
temperatura bem determinada.
Em contrapartida, as ligas apre-
3

7. .
. Fundição
sentam uma temperatura no inicio
do processo de solidificação e ou-
tra ao terminar. Dentro da faixa
de temperaturas em que ocorre a
solidificação para uma liga, existe
sempre uma mistura de sólido e
líquido. A temperatura de vaza-
mento de uma liga deve sempre
ser tal que garanta que o material
esteja com 100% de líquido (supe-
raquecimento). O vazamento, no
caso de ligas, dentro de uma faixa
de temperaturas onde se tem uma
mistura de sólido e líquido preju-
dica o preenchimento completo do
molde.
2. Taxa de resfriamento: possui
grande influência no desenvolvi-
mento da estrutura do fundido.
O critério que descreve a ciné-
tica da interface sólido-líquido é
dado por G/R, onde G é o gradi-
ente térmico e R a taxa na qual a
interface sólido-líquido se movi-
menta. Normalmente, G se encon-
tra entre 102
e 103
K/m e R entre
10−4
e 10−3
m/s. Estruturas den-
dríticas (estrutura de solidificação
normalmente encontrada em fun-
didos) apresentam valores da ra-
zão G/R entre 105
e 107
. Por sua
vez, frentes planas de solidificação
possuem estes valores entre 1010
e
1012
.
3. Fluidez: é a capacidade do metal
líquido preencher as cavidades do
molde. Essa propriedade depende
de características do metal e de
parâmetros utilizados na fundição.
Com relação ao metal, a fluidez
depende da viscosidade, tensão
superficial, inclusões e padrão de
solidificação da liga. No que se re-
fere aos parâmetros de fundição, a
fluidez depende do projeto e do
material do molde, além de seu
4

8. .
. Fundição
acabamento superficial, grau de
superaquecimento, taxa de vaza-
mento e transferência de calor.
4. Existência de turbulência: O esco-
amento de metais e ligas metálicas
em estado líquido superaquecidos
são semelhantes entre si e ao es-
coamento da água. É necessário
que o sistema de canais do molde
seja projetado de forma a reduzir
a turbulência. Essa característica
pode ser quantificada pelo número
de Reynolds (Re), que depende da
velocidade do escoamento, do diâ-
metro hidráulico do canal e da vis-
cosidade cinemática do líquido. Na
maioria dos casos, o fluxo se apro-
xima do turbulento, provocando,
assim, reações do metal líquido,
levando a formação indesejável
de bolhas de gás que podem ficar
presas e produzirem defeitos nas
peças fundidas.
5. Contração de solidificação: a mai-
oria dos metais comercialmente
utilizados apresenta contração
durante o processo de solidifica-
ção. Sendo assim, esse fato deve
ser considerado na fabricação do
molde. De forma a compensar
essa contração, existe no projeto
do molde a adição de um recipi-
ente para o metal líquido deno-
minado massalote, que é o último
componente se solidificar e con-
centra a contração de solidifica-
ção. Ele é retirado da peça após
a solidificação e desmoldagem,
sendo posteriormente sucateado.
6. Transferência de calor no molde:
Fatores como fluidez e taxa de
resfriamento dependem da tem-
peratura e, portanto, também da
transferência de calor do molde.
7. Tempo de solidificação: O tempo
de solidificação da peça no molde
5

9. .
. Fundição
é função do volume do fundido e
da sua área superficial.
Podem ocorrer diferentes tipos de
micro e macroestruturas, depen-
dendo de como ocorre o resfria-
mento/solidificação do material que foi
fundido. Diferentes tipos de zonas es-
truturais vão surgir, devido ao uso de
moldes em temperaturas inferiores às
do material fundido. De acordo com a
distância até as paredes do molde, três
regiões se formam no material.
• Zona Coquilhada: Os grãos do
material possuem pequenas di-
mensões, orientações cristalográ-
ficas aleatórias, crescimento equi-
axial. É a região formada na perife-
ria, junto às paredes do molde.
• Zona Colunar: Apresenta grãos
alongados, cujo crescimento
ocorre na mesma direção, mas
sentido oposto, do fluxo de calor.
Se encontra numa região inter-
mediária, entre a periferia (zona
coquilhada) e o centro da seção.
• Zona Equiaxial Central: Os grãos
são equiaxiais, de média dimen-
são e possuem orientações cris-
talográficas aleatórias. É a região
formada no centro da seção.
6

10. .
. Fundição
Formação de
Defeitos
Em processos de fundição, há vários de-
feitos ou mesmo efeitos indesejáveis
possíveis de ocorrer. Dentre eles estão:
1. Crescimento dendrítico: ocorre
a formação de dendritas que se
encontram em planos diagonais,
formando planos de maior fragili-
dade, onde podem aparecer fissu-
ras ou trincas durante processos
posteriores de conformação plás-
tica.
2. Ocorrência de contração de vo-
lume: provoca a formação de re-
chupe (vazio ou chupagem). Essa
região deve ser retirada da peça.
Em peças fundidas, essa é a região
do massalote ou alimentador. A
contração durante a solidificação
pode acarretar no aparecimento
de tensões residuais (que são cau-
sadas por deformações plásti-
cas não homogêneas) e trincas a
quente. A contração de solidifica-
ção também ocorre junto as den-
dritas, causando a ocorrência de
micro-rechupes.
3. Não preenchimento completo do
molde: esse tipo de defeito pode
ser causado por temperaturas de
vazamento baixas.
4. Concentração de impurezas em
algumas regiões: pode ser con-
sequência da segregação durante
o processo de solidificação. Em li-
gas, os elementos com mais baixo
ponto de fusão se concentram no
líquido. Sendo assim, a última re-
gião a solidificar é a mais rica nes-
ses elementos.
5. Gases: quando formados durante
o processo de fundição, podem
formar bolhas tanto na superfície
7

11. .
. Fundição
quanto no interior das peças. No
interior das peças, a porosidade
formada pelos gases se diferencia
dos microrechupes por apresentar
formas mais aredondadas.
6. Presença de inclusões: a presença
de inclusões de elementos não me-
tálicos, como SiO2 e MnO, causam
a redução de propriedades mecâ-
nicas das peças fundidas e podem
comprometer os lingotes em pro-
cessos posteriores de deformação
plástica.
Etapas
O processo de fabricação de peças a
partir da fundição pode ser dividido em
10 etapas, sendo elas apresentadas a
seguir.
1. Modelação:
Esta etapa consiste na confecção
do modelo: uma réplica da peça
que é utilizada para confeccionar
o molde. Estes modelos são for-
mados pela réplica da peça, canais,
respiro, alimentadores e resfria-
dores. Podem ser construídos da
seguinte forma:
• Montagem manual: mode-
los feitos de isopor, madeira,
entre outros materiais.
• Por fundição: modelos de
cera ou polímeros.
• Usinagem CNC: modelos
de madeira, polímeros ou
mesmo materiais metálicos.
• Usinagem de precisão: mo-
delos metálicos obtidos por
processo de eletroerosão.
• Prototipagem rápida: mode-
los poliméricos.
Os canais são os elementos que
permitem um preenchimento ho-
mogêneo do metal líquido dentro
do molde. Sua construção requer
8

12. .
. Fundição
cuidados com relação a geometria,
de modo a evitar escoamentos tur-
bulentos e a formação de bolsas
de ar.
O respiro é o elemento que per-
mitirá a saída do ar do interior das
cavidades.
Alimentadores são utilizados para
que haja mais metal fundido em
regiões adequadas, de modo a se
evitar rechupes.
Por fim, resfriadores são respon-
sáveis por direcionar o fluxo do lí-
quido, evitando, assim, a formação
de rechupes.
2. Moldagem e Macharia:
Etapa onde são confeccionados
o molde e os machos. O molde
é constituído por todas as cavi-
dades a serem preenchidas pelo
metal líquido. Por sua vez, os ma-
chos correspondem às cavidades
que são necessárias nas peças fun-
didas (principalmente orifícios).
Sua função no molde é formar uma
seção cheia onde o metal não pe-
netrará, de modo que a peça final
apresente um vazio naquela re-
gião.
3. Fusão:
Nessa etapa ocorre o aqueci-
mento da matéria prima que será
vazada na cavidade do molde até
temperaturas superiores ao seu
ponto de fusão.
4. Vazamento:
9

13. .
. Fundição
O vazamento corresponde a um
conjunto de métodos utilizados
para despejar o metal líquido den-
tro do molde.
5. Desmoldagem:
Na etapa de desmoldagem, após
a solidificação do material, a peça
fundida é retirada do interior do
molde.
6. Inspeção:
A peça formada é analisada para
detecção de possíveis defeitos.
7. Pós-operações:
Os canais são cortados e a peça
passa por um processo de lim-
peza. Após a retirada do molde
de fundição, a peça possui diver-
sas rebarbas causadas pelo vaza-
mento através dos canais de res-
piro. Desse modo, é necessária a
"limpeza"da peça através do des-
rebarbeamento, onde são retira-
das as sobras e as rebarbas utili-
zando esmeris ou lixadeiras.
8. Recuperação:
Passam por esta etapa as peças
que apresentarem algum defeito
não comprometedor que é detec-
tado durante a análise.
9. Conformação final:
Se necessário, a peça é submetida
há processos de usinagem ou con-
formação plástica para obter a di-
mensão e acabamento superficial
desejados.
10. Tratamentos térmicos e outros:
Por fim, podem ser aplicados à
peça tratamentos térmicos ou
termoquímicos para adequar as
suas propriedades aos requisitos
de projeto.
10

14. .
. Fundição
Classificação
Com relação ao material adotado na fa-
bricação do molde, os processos de fun-
dição podem ser classificados em:
• Moldes Colapsáveis
• Moldes Permanentes (Coquilhas)
• Moldes Semi-permanentes
A seguir, são apresentadas mais infor-
mações a respeito de cada grupo.
Moldes
Colapsáveis
Os processos que são classificados
dessa forma são aqueles que utilizam
moldes de material refratário e que são
quebrados para a retirada do fundido.
Dessa forma, cada molde se presta a so-
mente um vazamento. Entretanto, após
a desmoldagem da peça, alguns materi-
ais podem ser recuperados para a cons-
trução de outro molde.
Esse tipo de molde permite que sejam
fabricadas várias peças em um único va-
zamento, ou seja, o molde pode conter
várias cavidades a serem preenchidas
com metal líquido.
Os processos com moldes colapsáveis
são aqueles que utilizam:
• Areias + ligantes inorgânicos:
areia seca, areia verde, areia ci-
mento e silicato de sódio/CO2.
• Areias + ligantes orgânicos: mol-
dagem em casca (shell molding) e
resinas de curo a frio.
• Areias sem ligantes: molde cheio,
moldagem a vácuo e moldes con-
gelados.
• Outros refratários: Cera perdida e
CLA.
11

15. .
. Fundição
Areias com ligantes
inorgânicos
Fundição em areia verde
O processo de fundição em areia verde
é o mais popular (aproximadamente
90% - em volume do metal líquido - da
produção de fundidos). Possui baixo
custo de produção e pode ser utilizado
em pequenas e elevadas produções, de-
vido, principalmente, a sua elevada ver-
satilidade quanto ao peso (de peças com
poucas gramas até dezenas de tonela-
das). Entretanto, como se faz necessário
o uso de um modelo, a complexidade de
geometrias é limitada. É utilizado para
ligas ferrosas e não ferrosas.
O material de moldagem é constituído
por areia (75%), argila (de 3 a 15%), água
e outros aditivos para fins específicos, e
pode ser reutilizado.
Este processo permite que o molde,
após estar pronto, receba o vazamento
imediatamente e pode ser facilmente
mecanizável.
O modelo é fabricado em partes para
permitir a sua retirada do molde, en-
quanto os machos são construídos em
areia com resinas, separadamente, nas
chamadas caixas de macho.
A desmoldagem se dá através da quebra
do molde.
Fundição em areia seca
A fundição em areia seca é semelhante
ao processo em areia verde, mas há ne-
cessidade de secagem antes do molde
receber o metal líquido.
A composição do material de moldagem
é de areia e ligantes (óleos vegetais ou
derivados de petróleo), que fornecem
resistência mecânica após secagem. A
confecção do molde é semelhante ao
processo de fundição em areia verde,
exceto pela presença de uma etapa final
de secagem em uma estufa em tempe-
raturas entre 200 e 300 C. A secagem
12

16. .
. Fundição
proporciona o aumento das resistências
mecânica e à erosão do metal líquido
e diminui o teor de água no molde, re-
duzindo a possibilidade de certos tipos
de defeitos na peça fundida, como a po-
rosidade. Após a secagem, os moldes
devem receber o metal líquido imediata-
mente para se evitar drenagem de água
das camadas externas para a superfície
interna do molde.
De forma geral, fornece fundidos de me-
lhor qualidade que a fundição em areia
verde, mas apresenta um custo superior
devido à existência de uma etapa a mais.
Sua maior aplicação se dá para moldes
de grandes dimensões, na confecção de
machos e na moldagem feita por partes
de moldes grandes ou muito complexos.
Assim como a fundição em areia verde, a
areia também pode ser reutilizada.
Processo silicato de sódio/CO2
Para este caso, a areia do processo de
fundição é composta por areia, Na2SiO3
e CO2. Para a confecção do molde,
adiciona-se a substância Na2SiO3H2O
em estado líquido à areia e, em seguida,
coloca-se essa mistura sobre o modelo,
utilizando vibração para acomodação
da areia (compactação leve, manual ou
vibração). Por sua vez, o gás CO2 é pas-
sado pelo interior da areia. Dessa re-
ação surgem as substâncias SiO2H2O
(sílica gel) e Na2OSiO2 (silicato vítreo).
A sílica gel envolve os grãos de areia,
proporcionado coesão e plasticidade.
Já o silicato vítreo fornece forte ligação
e alta resistência mecânica ao molde. A
fração encontrada de sílica gel e de sili-
cato vítreo varia conforme o tempo de
gaseificação, influenciando, portanto, na
resistência mecânica do molde.
De modo geral, trata-se de um processo
com alta versatilidade, permitindo a fa-
bricação de moldes de pequenas, mé-
dias e grandes dimensões. Pode ser utili-
zada com materiais ferrosos e não ferro-
13

17. .
. Fundição
sos. Além disso, fornece fundidos de boa
qualidade superficial e alta precisão di-
mensional. Entretanto, apresenta maior
custo em relação ao processo em areia
verde e a areia não é recuperável.
É popularmente usado na fabricação
de machos, moldes que requeiram bom
acabamento e na moldagem de peças
grandes por partes.
Processo areia cimento
Sua utilização comercial teve início nos
anos 50, sendo seu uso popular para
confecção de moldes de grande porte
e para ligas ferrosas. A areia cimento
é composta por uma mistura de areia,
cimento (de 8 a 10%) e água (de 4 a 7%.
Não é necessário o uso de caixas de mol-
dagem, somente molduras, pois a alta
resistência mecânica do cimento sus-
tenta o molde. Também não necessita
de elevada compactação.
O modelo é retirado após cura parcial.
Trata-se de um processo lento devido
ao tempo de secagem do cimento, onde
vários dias podem ser requeridos. For-
necem moldes com elevada resistência
mecânica, mas com reduzida colapsibili-
dade. A areia não é recuperável.
Areias com ligantes orgânicos
Resinas de cura a frio
Esse método tem sido desenvolvido
desde o início dos anos 50 do século XX
e revolucionou a tecnologia de molda-
gem, pois dispensa elevadas temperatu-
ras, já que elimina a presença de gases
provenientes da queima de componen-
tes orgânicos e longos tempos de cura.
É adotado para uma ampla gama de pro-
cessos (produtos) disponíveis, com dife-
rentes denominações comerciais.
Na presença de um catalisador, as resi-
nas adicionadas à areia polimerizam em
temperatura ambiente, levando tempos
da ordem de minutos ou segundos.
Os processos de fundição de resinas de
cura a frio utilizam modelos de madeira
14

18. .
. Fundição
e fornecem moldes de elevada resistên-
cia e de alta colapsabilidade, sem neces-
sidade de elevado grau de compactação.
Proporcionam moldes manuseáveis que
são úteis para a moldagem por partes.
Além disso, atendem à fundidos de gran-
des dimensões e/ou geometrias comple-
xas.
Os materiais fundidos provenientes
desse processo possuem excelente pre-
cisão dimensional e acabamento super-
ficial.
É uma boa escolha para produção em
grande escala devido à sua rapidez. En-
tretanto, a resina utilizada pode apre-
sentar custo elevado.
Moldagem em casca
Também conhecido como processo Shell,
foi primeiramente utilizado na Alema-
nha durante a década de 40. Atual-
mente, é amplamente utilizado para os
mais variados produtos e ligas.
A mistura de moldagem é composta por
areia e resinas de cura a quente, que,
normalmente, são fenol-formaldeído,
ureia-formaldeído ou alquídicas.
Os modelos são construídos a partir de
materiais metálicos (ligas de alumínio,
ligas de Fe-C, entre outros) estáveis à
temperatura de cura da resina e pos-
suem bom acabamento superficial. Ele
é aquecido entre 175 e 370 C e, em se-
guida, é colocado dentro de uma caixa
com a mistura de areia resinada. A caixa
é então movimentada, permitindo a
adesão da areia sobre a superfície do
modelo, pois, com o aquecimento, a re-
sina da areia polimeriza e forma uma
casca sobre ele. Essa “casca” (Shell) é
destacada do modelo e as partes são
fechadas para montagem do molde, es-
tando pronto para o vazamento do lí-
quido.
Duas técnicas são comumente utilizadas
para a moldagem:
15

19. .
. Fundição
• Tamboreamento: a areia é man-
tida no interior da caixa e o mo-
delo é preso sobre ela, que é então
virada de modo a deixar cair areia
sobre o modelo.
• Sopramento: neste caso, a areia
é soprada para a cavidade que se
forma entre modelo e placa de fe-
chamento (que estão aquecidas),
produzindo uma casca de espes-
sura uniforme e controlada. Os
equipamentos dessa técnica pos-
suem elevados custos, tornando
seu uso justificável apenas para
fabricação de grandes quantida-
des de peças (dimensões peque-
nas/médias). É muito utilizado
para confecção de machos.
De forma geral, o shell molding fornece
fundidos com excelente acabamento
e precisão dimensional (devido, em
grande parte, ao uso de areias de granu-
lometria fina que possibilitam alta flui-
dez e tornam desnecessária a sua com-
pactação). Sendo assim, o processo per-
mite alta flexibilidade de formas. Tem
grande aplicação comercial na indús-
tria automobilística, para a fabricação
de componentes em ligas de alumínio
e na produção de peças como engrena-
gens, onde grande precisão e bom aca-
bamento superficial são necessários.
Dependendo da construção do modelo,
mais de uma peça pode ser feita em um
único vazamento. A areia não é recupe-
rável.
Areias sem ligantes
Molde cheio
Também conhecido como fundição em
molde sem cavidade ou processo EPC
(Evaporative Pattern Casting), pois o mo-
delo é construído em material vapori-
zável a uma temperatura menor que a
temperatura de fusão do metal (poliesti-
reno ou polimetil-metacrilato expandi-
16

20. .
. Fundição
dos), sendo, portanto, destruído durante
o processo.
Para os casos de fundidos de grandes di-
mensões e baixa produção, a confecção
dos modelos é feita por meio da usina-
gem de blocos. Deve possuir canais e ali-
mentadores, além de ser recoberto com
uma pintura refratária, que constituirá
a superfície interna do molde, preve-
nindo, assim, a queda de grãos de areia,
e controlando a taxa de saída de gases e
o acabamento da peça.
Por sua vez, a confecção dos moldes uti-
liza areia seca de alta fluidez (ou seja,
com grãos bem pequenos), sem ligantes,
e é colocada sobre o modelo. Para ajuste
da areia ao modelo, aplica-se somente
vibração, não ocorrendo compactação.
Isso permite a saída dos gases produzi-
dos.
O metal é vazado diretamente sobre o
modelo, sendo essenciais o controle do
tempo de vazamento (para evitar o co-
lapso do molde) e que a areia tenha per-
meabilidade adequada.
O processo permite fundidos de geome-
trias complexas, com alta precisão di-
mensional. Como o molde não é dividido
em duas partes, tem-se ausência de de-
feitos de linhas de partição de moldes. É
um processo adequado para pequena e
grande produção de ferrosos e não fer-
rosos. A areia do processo é recuperá-
vel.
Moldagem a vácuo
Nesse tipo de molde, o modelo é feito
em madeira, plástico ou metal, e mon-
tado em caixas de moldar ocas, conecta-
das à bomba de vácuo. Uma película de
plástico reveste o modelo e o vácuo apli-
cado na caixa de moldar promove a sua
aderência. A areia é depositada sobre
o plástico/modelo, aplicando-se vibra-
ção para sua acomodação, e é recoberta
com película de plástico. É feito vácuo
na caixa contendo a areia, produzindo
17

21. .
. Fundição
a sua compactação. O ar é injetado no
modelo, desprendendo a película, cons-
tituindo, assim, o molde. As partes do
molde são montadas e é feito o vaza-
mento.
O metal é vazado diretamente no molde
e a desmoldagem é imediata, bastando
injetar ar no molde.
Vantagens do processo:
• Menor custo do material de mol-
dagem;
• Maior vida de moldes;
• Não poluentes;
• Não ocorrem defeitos nos fundi-
dos devido a ingredientes voláteis
na areia de moldagem;
• Produz fundidos de boa preci-
são dimensional, com bom aca-
bamento e peças de pequeno à
grande porte;
• Utiliza areia recuperável.
Moldes congelados
A mistura de moldagem é constituída
por areia e água, podendo ou não conter
argila.
Esse processo é similar às outras mol-
dagens que utilizam areias, exceto pela
aplicação de N2 líquido, que promove
o aumento da coesão da areia devido
ao seu congelamento. Na sequência,
devido a um aquecimento repentino,
ocorre o colapso da areia após a forma-
ção de espessura de sólido suficiente
para conter o metal. Assim, pode-se di-
zer que a desmoldagem é espontânea.
O molde possui ótimas propriedades
mecânicas, comparáveis, inclusive,
aquelas obtidas por processo silicato
de Sódio/CO2.
Os fundidos apresentam boa qualidade
superficial em ligas de baixo ponto de
fusão. Devido ao rápido resfriamento,
não ocorrem zonas coquilhadas ou colu-
18

22. .
. Fundição
nares, formando uma estrutura isotró-
pica.
A areia é 100% recuperável.
Outros refratários
Processo CLA
O processo CLA (Counter Gravity Low
Pressure Air Melt Alloys) é utilizado para
a produção de fundidos de elevada qua-
lidade (que necessitam de grande pre-
cisão) e de pequenas dimensões. Nor-
malmente, são utilizadas ligas sensíveis
à oxidação (ligas Alumínio-Lítio e ligas
de Titânio).
Um molde tipo casca (que é construída
por outros refratários, como o processo
da cera perdida) é colocada em uma câ-
mara submetida a vácuo. O preenchi-
mento se dá por aspiração do metal fun-
dido. Após certo tempo de solidificação,
é permitido a entrada de ar e o excesso
de líquido volta por gravidade para o ca-
dinho. Sendo assim, é necessário con-
trole da temperatura de vazamento e,
principalmente, do tempo de vácuo.
Uma das maiores vantagens desse pro-
cesso está relacionada a eliminação de
operações de corte de canais e de refu-
gos de canais, resultando na redução de
custos operacionais, energéticos e de
material. Além disso, devido às caracte-
rísticas do processo, há uma redução da
turbulência no escoamento durante o
vazamento e na quantidade de gases re-
tidos. Como o metal é aspirado, este não
necessita de elevada fluidez e, portanto,
a temperatura de vazamento pode ser
reduzida.
Cera perdida
Processo conhecido na China e no Egito
há mais de 4.000 anos, a cera perdida
é muito utilizada na manufatura de ob-
jetos decorativos (esculturas), jóias e
ornamentos, além de componentes de
precisão, principalmente na industria
aeronáutica. Antigamente, utilizava-
19

23. .
. Fundição
se cera de abelha, que, após o reaque-
cimento, perde suas propriedades de
conformação. Entretanto, atualmente,
usam-se parafinas, que não apresentam
esse problema e podem ser reutilizadas.
Uma das grandes desvantagens é a des-
truição do modelo durante o processo,
o que torna necessário a construção de
um modelo para cada peça produzida.
O modelo construído em cera é con-
feccionado por injeção em moldes me-
tálicos de elevada precisão, dentro de
moldes poliméricos ou até mesmo de
gesso. Como dezenas de modelos são
montados em um único ramo central,
formando uma árvore, podem ser fabri-
cadas várias unidades de uma peça em
uma única vez.
A árvore é mergulhada em uma pasta
refratária (Al2O3, SiO2, gesso, silicato de
Zr ou outros refratários de granulome-
tria muito fina, pois é isso que irá deter-
minar o acabamento superficial da peça)
em conjunto com elementos ligantes à
base de etilsilicatos, Na-silicatos ou sí-
lica gel hidratada, que adere à cera, for-
mando uma casca superficial bastante
lisa. Em seguida, o conjunto é mergu-
lhado em leito fluidizado e a casca fica
revestida com grãos mais grosseiros
de materiais refratários à base de zir-
conita e alumino-silicatos. Posterior-
mente, passa por uma etapa de secagem
por aquecimento para que ocorra de-
sidratação da sílica gel e a volatilização
da cera-parafina (que, inclusive, pode
ser recuperada), gerando a cavidade do
molde. Então, é levado ao forno para a
cura da casca, que torna-se rígida e com
espessura da ordem de 5 a 15 mm.
O preenchimento com metal líquido
é feito utilizando os efeitos da gravi-
dade ou da centrifugação. Na sequência,
ocorre a desmoldagem através da que-
bra das cascas. Os fundidos resultantes
20

24. .
. Fundição
possuem excelente acabamento e preci-
são.
Aços diversos e ligas especiais podem
ser utilizadas para os fundidos. O pro-
cesso permite a fabricação de peças
com geometrias complexas, seções re-
duzidas e/ou finas. Entretanto, o fun-
dido apresenta limitações de peso. Além
disso, equipamento e mão de obra apre-
sentam custos significativos e o pro-
cesso é laborioso e lento.
Moldes
Permanentes
(Coquillhas)
A utilização de moldes permanentes,
também conhecidos como coquilhas
ou matrizes (ilustradas na figura acima),
dispensa a construção e o consequente
uso de modelos. Eles são fabricados em
processos de usinagem de precisão.
A desmoldagem se dá, simplesmente,
pela abertura do molde e um novo vaza-
mento nele mesmo pode ser feito imedi-
atamente.
Como o custo de fabricação é elevado,
seu uso só é justificável para grandes vo-
lumes de produção. Entretanto, o molde
apresenta longa vida útil e centenas de
milhares de vazamentos podem ser feito
em uma única unidade.
Os fundidos obtidos a partir desse tipo
de molde possuem elevada qualidade
superficial e melhor microestrutura,
graças ao rápido resfriamento.
Para a construção do molde, devem ser
empregados materiais com tempera-
tura de fusão muito acima da liga fun-
21

25. .
. Fundição
dida. Normalmente, são adotados ferro
fundido, aços resistentes ao calor, ligas
Cromo-Níquel (para metais com alta
temperatura de fusão) ou ligas Cobre-
Berílio (para outras ligas de cobre). São
confeccionados em partes desmontá-
veis, que são facilmente encaixáveis. En-
tretanto, em seu projeto de fabricação,
devem ser consideradas a expansão e
contração térmica do material. Devem
ser providos de canais, marcações de
macho, respiros para saída de ar e ali-
mentadores, além de mecanismos para
fechamento do molde e ejeção do fun-
dido. Suas paredes não devem apresen-
tar espessuras muito distintas, de modo
a minimizar gradientes térmicos na co-
quilha e aumentar sua vida útil.
Os diferentes processos que utilizam
moldes permanentes se diferenciam
pelo modo como é efetuado o preenchi-
mento do molde. Desse modo, tem-se os
seguintes grupos:
• Fundição por gravidade
• Fundição sob pressão
• Fundição a vácuo
• Fundição por compressão
• Fundição por centrifugação
A seguir, serão expostos maiores deta-
lhes a respeito de cada tipo.
Fundição por gravidade
Neste tipo, o preenchimento do molde
ocorre devido a ação da gravidade. Pos-
sui um ciclo de produção breve e que
pode ser reduzido com o uso de refrige-
ração a água ou ar.
É adequado para médios e grandes volu-
mes de produção, princialmente de ligas
não ferrosas. Entretanto, a parede do
molde não deve possuir espessura infe-
rior a 7 mm, pois, do contrário, a elevada
extração de calor reduziria a fluidez do
metal rapidamente. Do mesmo modo,
não é possível a confecção de fundidos
22

26. .
. Fundição
de geometrias complexas, pois com a
extração do calor e perda de fluidez, o
material solidificaria antes de preencher
os detalhes.
Como há alta extração de calor na co-
quilha, a fundição de aços por essa téc-
nica geraria altos gradientes térmicos
devido às elevadas temperaturas de fu-
são. Sendo assim, esses metais não po-
dem ser utilizados nesta técnica.
O vazamento deve ser realizado pela
parte superior ou por canais que pro-
porcionam o acesso do líquido pela
parte inferior. Após a solidificação, a
abertura para ejeção do produto deve
ser realizada o mais rápido possível para
que as contrações devido ao resfria-
mento da peça não sejam restringidas
pela contração da coquilha.
Fundição sob pressão
O vazamento sob pressão garante que
ocorra o perfeito preenchimento do
molde. Tais pressões são da ordem de
70 kg/mm2
e são mantidas até o final da
solidificação.
Os moldes são fabricados em ligas es-
peciais, resistentes às altas temperatu-
ras e à abrasão. Tanto o molde quanto
a câmara de injeção são pré-aquecidos
no início da operação e revestidos com
lubrificantes anti-fricção. Podem se pro-
duzidas uma ou mais peças em cada ci-
clo.
O fundido resultante dessa método
apresenta alta qualidade superficial
e alta precisão dimensional. Normal-
mente, possui paredes finas e geome-
trias complexas. Sua estrutura é refi-
nada e com boas propriedades mecâni-
cas. Entretanto, esse processo não per-
mite a fabricação de peças com cavida-
des muito intrincadas e a forte turbulên-
cia no preenchimento pode ocasionar
porosidades e inclusões. Possui ampla
aplicação comercial em médias e gran-
des produções e com peça de pequenas
23

27. .
. Fundição
e médias dimensões, normalmente de
ligas de alumínio, cobre ou zinco.
O processo possui alto custo de equipa-
mento e ferramental e apresenta limi-
tações quanto à temperatura de vaza-
mento. Mas o reduzido custo operacio-
nal somado as elevadas taxas de produ-
ção (graças a possibilidade de automa-
ção do processo) e a grande qualidade
do produto, podem compensar os pro-
blemas expostos.
Este processo pode ainda ser subdivi-
dido em:
• Injeção em câmara quente: Pos-
sui câmara de injeção imersa no lí-
quido. Uso restrito aos metais com
baixa temperatura de fusão, como
as ligas de zinco, chumbo e esta-
nho. Indicado para ligas reativas,
como a de magnésio, pois previne
o seu contato com a atmosfera.
• Injeção em câmara fria: Nesse
tipo, as unidades de injeção e ma-
nutenção do líquido são indepen-
dentes. As pressões utilizadas são
inferiores às da injeção em câmara
quente. Indicada para elevadas ta-
xas de fabricação.
• Fundição a baixa pressão: Possui
menor custo de capital e operaci-
onal do que os processo de inje-
ção, já que, por exemplo, elimina
operações de corte, uma vez que
os canais não se solidificam. En-
tretanto, a reduzida pressão pode
ocasionar defeitos de preenchi-
mento em fundidos de paredes fi-
nas e mal acabamento. Utilizado,
principalmente, para ligas de alu-
mínio.
Fundição a vácuo
Técnica desenvolvida nos anos 80, a fun-
dição a vácuo apresenta a montagem do
molde semelhante a da fundição a baixa
pressão.
24

28. .
. Fundição
O molde é colocado sobre a panela que
contém o metal em estado líquido.
A conexão, por sua vez, é feita por ca-
nais imersos no banho, onde mais de
um canal pode ser utilizado simultane-
amente.
O preenchimento ocorre por sucção do
líquido pela aplicação de vácuo à cavi-
dade do molde.
Essa técnica permite um fluxo de líquido
ascendente e sem turbulência.
Os fundidos apresentam elevada densi-
dade e são livre de óxidos e gases.
Fundição por compressão
A fundição por compressão, também
chamada de forjamento líquido, é uma
técnica conhecida pelos soviéticos
desde os anos 60 do século XX, mas seu
uso comercial vem se ampliando apenas
nos últimos 20 anos.
Essa técnica permite a fabricação de
fundidos com geometrias complexas e
com alta densidade, algo similar ao que
é tipicamente observado em peças for-
jadas.
O molde é fabricado em partes macho-
fêmea e é mantido fechado durante
a solidificação, de modo a manter a
pressão constante (da ordem de 150 a
300 kg/mm2
), garantindo um íntimo con-
tato metal/molde.
O líquido é vazado em um molde pré-
aquecido e a taxa de resfriamento é li-
geiramente alta, o que proporciona o
refino da estrutura.
A técnica apresenta elevado custo de
ferramental e equipamentos, mas os
fundidos resultantes desse processo
possuem grande precisão dimensional.
Não há necessidade de se utilizar canais
e alimentadores.
Fundição por centrifugação
Esse processo é subdividido em três ca-
tegorias: centrifugação total, centrifu-
gação parcial e somente preenchimento
por centrifugação.
25

29. .
. Fundição
Centrifugação total
A técnica de fundição por centrifuga-
ção é conhecida desde o início do século
XIX.
Nela, o metal líquido é vazado no eixo de
rotação de moldes que estão girando e,
portanto, não se faz necessário o uso de
alimentadores, canais e machos.
O metal se solidifica sob a ação de pres-
são resultante de reações centrífugas.
Os moldes normalmente são feitos de
materiais metálicos, mas também po-
dem ser confeccionados em areia ou
mesmo em casca.
Os fundidos resultantes desse processo
são livres de inclusões, de porosidade
(geradas pela retenção de gases) e de
impurezas mais leves que o metal. Além
disso, apresentam bom acabamento su-
perficial, ausência de defeitos de preen-
chimento e reduzidos vazios de contra-
ção.
Esse processo é utilizado com ligas fer-
rosas e não ferrosas.
Centrifugação parcial
A centrifugação parcial é comumente
empregada para a confecção de fundi-
dos de grandes dimensões e que apre-
sentam eixo de simetria (rodas, engre-
nagens, entre outros).
O molde é posicionado verticalmente e
girado em torno desse eixo. Em seguida,
o metal líquido é vazado por um canal
central, preenchendo um alimentador.
De lá, o líquido é forçado para a cavi-
dade do molde pelas ações da reação
centrífuga, que auxilia o preenchimento
do molde, e da alimentação.
Assim, a geometria do fundido será
idêntica à da cavidade do molde.
Somente preenchimento por
centrifugação
Processo semelhante a centrifugação
parcial, nele o molde é constituído por
diversas cavidades (que não são ne-
26

30. .
. Fundição
cessariamente idênticas) montadas em
torno de um canal alimentador.
O canal central deve coincidir com o
eixo de rotação do conjunto.
O metal é vazado no molde em rotação
e, com o efeito da reação centrífuga,
ocorre o preenchimento das cavidades a
partir do alimentador. A rotação é man-
tida até o final da solidificação de modo
a garantir a perfeita alimentação.
Essa técnica pode ser utilizada para a
fabricação de fundidos de pequenas di-
mensões e permite a produção de várias
peças simultaneamente.
Vantagens e Desvantagens
Com relação aos molde colapsáveis, os
moldes permanentes possuem vanta-
gens e desvantagens.
Vantagens
• Alta produtividade, devido a facili-
dade de desmoldagem, redução de
custos e automatização.
• Eliminação de operações de des-
moldagem e limpeza.
• Reduzido tempo total de solidifi-
cação.
• Reduzido custo operacional.
• É desnecessária a construção de
um modelo.
Desvantagens
• Elevado custo de fabricação de
moldes, pois requerem elevada
qualidade na confecção e equipa-
mentos mais sofisticados.
• Maior restrição quanto a geome-
tria, dependendo do tipo de coqui-
lha escolhida.
• Limitados a materiais de reduzida
contração.
27

31. .
. Fundição
Exemplo
Petrobras Biocombustível - 2011 - Engenheiro de Equipamentos Júnior
- Inspeção - 69
Com vistas ao processo de fundição em areia, associe a coluna à esquerda
às suas respectivas características, expostas na coluna à direita.
I - molde P - A peça solidificada é re-
tirada do molde.
II - macho Q - É feito em areia e tem
a finalidade de formar os
vazios, os furos e as reen-
trâncias da peça.
III - fusão R - O enchimento do molde
é feito com metal líquido.
IV - vazamento S - É o dispositivo no qual
o metal fundido é colo-
cado para que se obtenha a
peça.
T - Acontece em fornos es-
peciais em alta tempera-
tura.
A associação correta é
(A) I - P, II - S, III - Q, IV - T.
(B) I - Q, II - T, III - S, IV - P.
(C) I - R, II - Q, III - T, IV - P.
28

32. .
. Fundição
(D) I - S, II - T, III - P, IV - R.
(E) I - S, II - Q, III - T, IV - R.
Solução:
Como discutido ao longo do texto, o molde construído a partir do modelo
corresponde a todas as cavidades a serem preenchidas com metal líquido.
Logo, I está associado a S.
Já os machos são construídos e inserido para preservar às cavidades que
são necessárias nas peças fundidas (principalmente orifícios), evitando que
ali o metal penetrare. Assim, II se relaciona com Q.
A fusão de uma material nada mais é que a sua mudança de estado sólido
para líquido. Para que essa transformação ocorra, é necessário que o ma-
terial seja submetido a uma temperatura maior que a sua temperatura de
fusão (Tf ). No caso de metais e ligas metálicas, Tf é muito superior a tem-
peratura ambiente, necessitando, assim, do uso de fornos especiais. Portanto,
III se associa a T.
Por último, o vazamento consiste no preenchimento das cavidades do molde
com o metal líquido. Sendo assim, IV e R estão correlacionados.
O item P corresponde a etapa de desmoldagem, que não aparece na coluna
da esquerda.
Resposta: E
29

33. .
. Fundição
Caiu no concurso!
Petrobras Biocombustível - 2010 - Engenheiro de Equipamentos Júnior
- Inspeção - 33
Um inspetor da Petrobras, ao realizar um ensaio de ultrassom em um tubo
novo, fabricado por fundição centrífuga, percebe diversos vazios pontuais
nas paredes do tubo. Ao avaliar o resultado deste ensaio, conclui-se que o(s)
(A) Processo de fundição não foi realizado corretamente, sendo indicada a
utilização de um massalote para evitar a formação de vazios e segregação.
(B) Defeitos foram provocados pela contração do metal durante a solidifi-
cação, proporcionando vazios no interior do tubo onde o metal se solidifica
por último.
(C) Defeitos são oriundos da absorção dos gases, por meio da parede do molde
em areia verde que, além de poros, proporcionam a aparência rugosa do tubo.
(D) Defeitos são oriundos da diminuição da viscosidade do metal ao se so-
lidificar, dificultando a fuga dos gases diluídos no metal líquido e gerando
bolhas no interior do tubo.
(E) Defeitos foram provocados pela absorção do ar comprimido quanto in-
jeta o metal líquido sob pressão nas paredes do molde.
Resposta: D
30

34. .
. Fundição
Caiu no concurso!
Petrobras Biocombustível - 2012 - Engenheiro de Equipamentos Júnior
- Inspeção - 69
As propriedades mecânicas de componentes fundidos são influenciadas pelo
tamanho dos seus grãos cristalinos. No que se refere aos aços fundidos de
baixa resistência mecânica, considere as afirmativas abaixo.
I - O uso de inoculantes durante a solidificação do material favorece o cres-
cimento de grão do material.
II - A técnica de inoculação na solidificação caracteriza um tipo de nuclea-
ção conhecida como homogênea.
III - Menor tamanho de grão diminui a temperatura de transição dúctil-frágil
do material.
IV - Maior tamanho de grão aumenta o limite de resistência do material.
Está correto APENAS o que se afirma em
(A) I
(B) III
(C) I e II
(D) I e IV
(E) II e III
Resposta: B
31

35. .
. Fundição
Caiu no concurso!
SEDECT - 2008 - Engenharia Metalúrgica - 30
Considere uma fundição em que o modelo padrão é feito a partir de cera ou
plástico. Em seguida, despeja-se uma lama fluida ao redor do modelo padrão,
que se estabelece e se sedimenta para formar o molde que, em seguida, é
aquecido a uma temperatura tal que o modelo padrão se funde e é queimado,
deixando para trás uma cavidade de molde no formato desejado. Esse exem-
plo é um tipo de fundição
(A) com matriz.
(B) em molde de areia.
(C) contínua.
(D) de precisão.
Resposta: D
32