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Disciplina: Processos de Fabricação Parte 2: Fundição Professor: Guilherme O. Verran Dr. Eng. Metalúrgica Aula 13: Processos Especiais de Fundição • Moldes Cerâmicos • Processo Shaw • Enchimento a Baixa Pressão contra a Gravidade – CLA e CLV • Solidificação Unidirecional • Produção de Monocristais Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição • Moldes Cerâmicos • Processos que utilizam modelos permanentes e materiais cerâmicos com composições e granulometrias controladas na forma de uma lama cerâmica usando ligantes especiais. • Processo Shaw • Processo especial de moldagem que usa Moldes Cerâmicos Sólidos obtidos a partir da mistura de refratários com composição e granulométrica adequadas aglomerado usando ligantes especiais. 1 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Processo Shaw Principais Características: • Excelente Acabamento Superficial • Altíssima Precisão Dimensional Aplicações: • Peças e componentes com grande precisão de detalhes. • Exemplo: moldes/matrizes para injeção de solados de calçados. Refratário: mulita ou zirconita Componentes: Ligante: silicato de etila ou sílica gel Agente Gelificante Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Processo Shaw Seqüência de operações do processo com molde totalmente cerâmico 2 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Processo Shaw usando Moldes Compostos Faceamento Shaw Enchimento Silicato de Na – CO2 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Preenchimento a Baixa Pressao contra a Gravidade • Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos ao ar - CLA • Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos sob vacuo - CLV • Preenchimento com valvula de fechamento - CV • Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos ao ar usando moldes de areia - CLAS 3 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos ao ar - CLA Principais Características: • Aplicável para todos os metais e ligas fundíveis ao ar (atmosfera normal). • Economia relacionada com a possibilidade de obtenção de diversas pecas por molde. • Alto rendimento metálico • Baixo índice de defeitos (inclusões metálicas) • Permite a obtenção de grandes lotes de pecas com paredes finas (0,75mm) a baixos custos de fabricação. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos ao ar - CLA Aplicações: • Obtenção de pecas e componentes usando os mais diversos tipos de ligas, para as industrias automotiva, metal–mecânica, sistemas de transmissão, câmaras de combustão a diesel, etc.. 4 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Representacao Esquematica do Processo CLA a) Molde tipo casca na câmara de vácuo. b) Abaixamento do molde para a posição de enchimento. c) Molde contendo as pecas solidificadas. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Preenchimento a baixa pressao contra a gravidade de metais fundidos sob vacuo - CLV • Utilizado para ligas que contenham elementos reativos (superligas, ligas Al-Li, ligas a base de Ti) aplicando as vantagens inerentes ao processo CLA. • Habilidade para preenchimento de seções finas. • Obtenção de pecas livres de inclusões de óxidos. • Permite produzir pecas com grandes áreas e pequenas espessuras (geometria tipo placa) sem a ocorrência de oxidação superficial inerente aos processos convencionais. 5 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Representacao Esquematica do Processo CLV a) O metal e fundido sob vácuo e um molde e introduzido na câmara superior onde e criado vácuo. b) As câmaras são preenchidas com argônio, a válvula entre as câmaras e aberta, o tubo de enchimento e colocado em contato com o metal e aplica-se vácuo adicional para preenchimento do molde. c) Procedimento idêntico ao processo CLA Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Preenchimento com valvula de fechamento-Processo CV Principais Características: • Usado para pecas mais robustas que não solidificam com a rapidez requerida pelos processos CLA e CLV. • Utiliza um tubo de enchimento flexível, o qual e fechado por meio de uma válvula de retenção quando o molde esta cheio. • Proporciona um bom preenchimento de pecas com seções finas, garantindo a obtenção de um metal isento de óxidos. 6 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Preenchimento com valvula de fechamento-Processo CV Aplicações: • Aplicado para todos os tipos de métodos de moldagem. • Asas de mísseis, corpos de válvulas, articulações e outras pecas grandes com variações de espessuras. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Representacao esquematica do Processo CV a) O tubo de enchimento e introduzido no metal liquido e e aplicado vacuo para preenchimento do molde. b) Com o molde cheio a valvula de retenção e acionada para fechamento do tubo. O metal aprisionado solidifica. 7 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Preenchimento a baixa pressão contra a gravidade de metais fundidos ao ar usando moldes de areia - CLAS • Usado para moldes de areia. • Próprio para obtenção de pecas finas usando baixo vácuo. • Possibilita a produção de pecas com níveis de inclusões muito baixos quando comparados com os encontrados em pecas fundidas por gravidade. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Solidificação Unidirecional • Processo que envolve a obtenção de estruturas solidificadas unidirecionalmente resultando em uma estrutura colunar. • Adequado para a obtenção de pecas fundidas nas quais as tensões são primariamente unidirecionais ao longo de uma determinada direção. • Exemplo – Palhetas de Turbinas. 8 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Solidificação Unidirecional Palhetas de Turbina com paredes finas solidificada unidirecionalmente. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Solidificação Unidirecional Estrutura Colunar Controle rigoroso do processo Fornos Especiais Projeto Diferenciado do Molde 9 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Solidificação Unidirecional Controle do Fluxo de Calor Extração violenta de calor a partir de uma extremidade da peca Criação de um intenso Gradiente Térmico entre Tliquidus e Tsolidus da liga, que se desloca ao longo de toda a peça Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Solidificação Unidirecional Procedimento para Controle do Fluxo de Calor • Moldes de paredes finas ⇒ moldes tipo casca cerâmica (fundição de precisão), aquecido a uma T > T liquidus. • Resfriador (refrigerado a água) na base do molde. • Vazamento do metal liquido ⇒ o molde e resfriado a partir da extremidade resfriada através do deslocamento progressivo do mesmo dentro do forno. 10 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Solidificação Unidirecional Representação esquemática do processo de solidificação direcional. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Configuracao de um Forno para Solidificação Unidirecional 11 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Comparação de microestruturas em palhetas Equiaxiais, Solidificada Unidirecionalmente e Monocristalina Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Obtenção de Monocristais • Monocristais são produzidos usando técnicas similares as usadas para a produção de pecas solidificadas unidirecionalmente, com uma importante diferença. • Necessidade de uma técnica que permita o crescimento preferencial de um grão com uma determinada direção de crescimento. 12 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 13: Processos Especiais de Fundição Obtenção de Monocristais a) Uso de um molde com seção helicoidal. b) Uso de um molde com seção em ângulo reto. c) Uso de uma semente monocristalina. 13