estudos

Unidade: Faculdade Anhanguera de Jaraguá do Sul.

Curso: Tecnologia em Gestão da Produção Industrial.

Acadêmicos: Beatriz Fátima de Lima

Jaime Dirceu Piva

José Marcos Batista

Uriah Freitag

Vanderlei Dal Moro

Vanderlei Gravi

Wanderlei Lima das Neves

Fundição Contínua

Trabalho apresentado à Disciplina de Processamento de Materiais 4º Fase do Curso de Gestão da Produção Industrial.

Professor: Jaisson Potrich dos Reis.

Jaraguá do Sul

Maio/2011

Sumário

1. INTRODUÇÃO.. 1

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.. 2

2.1 FUNDIÇÃO CONTINUA.. 2

2.2 VANTAGENS.. 3

2.2.1 VANTAGENS DA FUNDIÇÃO CONTÍNUA.. 3

2.2.2 MENOS SOBREMETAL PARA USINAR.. 3

2.2.3 MELHOR USINABILIDADE.. 3

2.2.4 PEÇAS RESULTANTES SEM POROSIDADE.. 4

2.2.5 AUSÊNCIA DE RECHUPES.. 4

2.2.6 MENOR DENSIDADE EM RELAÇÃO AO AÇO.. 5

2.2.7 ESTRUTURA MAIS REFINADA.. 5

2.3 TRATAMENTOS PÓS-FUNDIÇÃO.. 5

2.3.1 LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA.. 5

2.3.2 TRATAMENTOS SUPERFICIAIS.. 6

2.4 APLICAÇÕES.. 6

2.5 MATERIAIS DA FUNDIÇÃO CONTÍNUA.. 7

2.5.1 FERRO FUNDIDO CINZENTO.. 8

2.5.2 FERRO FUNDIDO NODULAR.. 9

3. CONSIDERAÇÕES FINAIS.. 11

4. REFERÊNCIAS.. 12

1. INTRODUÇÃO

O objetivo do presente trabalho é apresentar o funcionamento do processo de fundição continua.

O processo de fundição de ferro evoluiu ao longo do tempo, acompanhando as necessidades do desenvolvimento industrial e da vida moderna. Fatores como velocidade de consumo, sofisticação de maquinário com exigência de partes mais precisas, demandaram novas tecnologias para a fabricação de peças de ferro fundido.

A proposta de um sistema contínuo de fundição, desenvolvido na Europa após a segunda guerra, respondeu a muitas destas demandas, possibilitando essencialmente uma produção rápida e de qualidade. Neste processo, atualmente muito difundido nos países desenvolvidos, é possível obter perfis e tubos de vários formatos, com propriedades uniformes e sem os defeitos inerentes à fundição convencional (areia).

Neste processo, as peças fundidas são longas, com formatos quadrada, retangular, hexagonal ou de formatos diversos. Em outras palavras, o processo funde barras de grande comprimento com as secções mencionadas, as quais serão posteriormente processadas por usinagem ou pelos métodos de conformação mecânica no estado sólido. Em princípio, o processo consiste em vazar-se o metal líquido num cadinho aquecido. O metal líquido escoa através de matrizes de grafite ou cobre resfriados na água.

No Brasil o processo foi introduzido em 1975 pela Indústria de Fundição Tupy (www.tupy.com.br). O material apresentado neste módulo é baseado na experiência de fabricação e produtos desta empresa.

Figura 1: Perfis produzidos pro fundição contínua

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 FUNDIÇÃO CONTINUA

O que é: O processo de fundição contínua consiste em fundir e conformar o produto final numa única operação, eliminando tempos intermediários de esfriamento em moldes, garantindo controle e constância de propriedades físicas e geométricas de cada produto.

Etapas do processo: Após a combinação criteriosa de matérias primas e respectiva fusão em forno apropriado, o metal liquido é transferido para o trem de conformação contínua. Passa por uma coquilha de conformação, definindo a seção transversal do perfil. Segue-se o resfriamento, corte e quebra.

A Figura 2 mostra o funcionamento do trem de fundição contínua.

Figura 2: O processo de fundição contínua

2.2 VANTAGENS

2.2.1 VANTAGENS DA FUNDIÇÃO CONTÍNUA

O produto da fundição contínua oferece três vantagens fundamentais, que são: menos sobremetal a remover (semi-acabado mais próximo da dimensão final), melhor usinabilidade e boas propriedades mecânicas e metalúrgicas.

Vários processos da fundição contínua, ver exemplos de peças na Figura 3.

Figura 3: Formatos especiais próximos à geometria final desejada

2.2.2 MENOS SOBREMETAL PARA USINAR

Como as barras produzidas são mais próximas do formato final desejado, os custos de usinagem ficam reduzidos.

É possível produzir perfis de vários formatos geométricos. Além disto, como não existem ângulos de saída, inclusões e defeitos superficiais, o sobremetal a ser removido por usinagem é bastante reduzido.

2.2.3 MELHOR USINABILIDADE

As características que garantem uma boa usinabilidade podem ser relacionadas a:

• uniformidade da microestrutura,

• ausência de inclusões abrasivas (não há grãos de areia),

• ausência de camada descarbonetada,

• produção em ferros fundidos cinzentos e nodulares de alta qualidade.

Observe-se ainda que a presença de grafita na estrutura favorece a quebra de cavaco e atua como lubrificante. Todos os fatores citados permitem maiores velocidades de corte e menor desgaste de ferramentas.

Figura 4: Produtos de Fundição Contínua

2.2.4 PEÇAS RESULTANTES SEM POROSIDADE

Este defeito de fundição, causado por liberação de gases, é praticamente eliminado, pois todos os fatores relacionados com o vazamento em molde não existem. O molde usado neste processo é de grafite, que não libera gases em alta temperatura. A única possível fonte de formação de gases são os gases dissolvidos no metal líquido.

2.2.5 AUSÊNCIA DE RECHUPES

Os rechupes, normalmente formados em peças fundidas em moldes de areia são evitados na fundição continua, pois o molde é rígido, isto é, não se expande durante a solidificação, permitindo uma alimentação adequada da peça. As barras produzidas têm geometria bem definida, o que possibilita um controle eficiente do processo de solidificação.

2.2.6 MENOR DENSIDADE EM RELAÇÃO AO AÇO

O produto da fundição continua possui densidade 10% menor do que o aço.

A grafita presente no ferro fundido é responsável por esta diferença.

Densidade Fuco =7,20 g/cm3

Densidade do aço=7,86 g/cm3.

2.2.7 ESTRUTURA MAIS REFINADA

O uso de molde de grafite refrigerado resulta numa estrutura mais refinada em relação à fundição convencional em areia, consideradas peças de mesma espessura.

2.3 TRATAMENTOS PÓS-FUNDIÇÃO

Os perfis e barras produzidos pela fundição contínua são passíveis de tratamentos térmicos e superficiais para obtenção de características especiais.

2.3.1 LIGAS DE ALTA RESISTÊNCIA

Dentre os produtos obtidos no estado bruto de fundição, o ferro fundido nodular perlitico de classe FE70002 possui no mínimo 700 Mpa (Mega Pascal) de tensão limite de resistência.

Mediante tratamento térmico é possível obter um produto ainda mais resistente, com tensão limite de resistência entre 850 e 1600 Mpa com valores de alongamento de até 6%. Este produto, resultante do tratamento térmico de austempera feito em um ferro fundido nodular, é conhecido mundialmente como ADI (austempered ductile iron) e se caracteriza por possuir grafita nodular em uma matriz composta de ferrita e austenita de alto carbono.

Ferros fundidos nodulares submetidos a tratamento de austêmpera são indicados para fabricação de engrenagens, eixos de comando de válvulas, pinos, buchas e componentes que necessitem boa tenacidade combinada com alta resistência ao desgaste.

Existe possibilidade de obter uma vasta gama de combinações de propriedades mecânicas, já que este material tem alta temperabilidade. Pode ser submetido a têmpera , revenido e normalização.

2.3.2 TRATAMENTOS SUPERFICIAIS

Os objetivos destes tratamentos é a elevação da resistência ao desgaste (nitretação, têmpera superficial), ou à fadiga (shot peening) ou à corrosão (cromagem).

Os produtos de fundição contínua permitem a cromagem (peças para vidraria), nitretação, shot peening (engrenagens) e têmpera superficial (eixos de comando de válvulas).

Figura 5: Exemplo de acessórios para Indústria Vidreira

2.4 APLICAÇÕES

A princípio, qualquer componente produzido em ferro fundido cinzento, nodular e em aço de algumas classes poderia ser produzido por fundição contínua.

A tabela abaixo exemplifica usos onde a fundição contínua já substitui a fundição convencional e alguns perfis de aço. A gama de aplicações é vasta e cobre desde arruelas até corpos de válvulas para circuitos hidráulicos.

Figura 6: Exemplo de Componentes Hidráulicos

SEGMENTO DE MERCADO	COMPONENTES
Hidráulica e Pneumática	Tampas de Cilindro Cabeçotes de Cilindro Corpos de Válvula
Vidraria	Moldes Formas Pinos
Máquinas e Equipamentos	Polias Eixos Engrenagens Mancais Martelos
Autopeças	Guias de Válvulas Eixos de comando Sedes de válvula

2.5 MATERIAIS DA FUNDIÇÃO CONTÍNUA

Na fundição continua produzem-se atualmente dois tipos de material: o ferro fundido cinzento e o ferro fundido nodular.

A seguir descrevem-se as características de cada um destes materiais, usando-se como exemplificação as classes produzidas pela Tupy.

2.5.1 FERRO FUNDIDO CINZENTO

Característica principal: o ferro fundido cinzento produzido por fundição contínua apresenta carbono na forma de grafita lamelar como característica dominante de microestrutura (Classes FC200, FC300 e GMI da Tupy).

Propriedades Mecânicas: são dependentes da estrutura final obtida, isto é, dependem da matriz metálica e da quantidade e forma da grafita.

Menor resistência mecânica - está associada a maiores quantidades de grafita, veios mais longos, e maiores quantidades de ferrita.

Maior resistência mecânica - está associada à grafita mais refinada e matriz perlítica, que confere ao material melhor acabamento superficial e maior dureza.

Classes - Ferro Fundido Cinzento

FC 200 - Ferro Fundido Cinzento Perlítico/Ferrítico

Características específicas: tem excelente usinabilidade, reduzindo desgaste de ferramentas, aumentando as possíveis velocidades de corte e permitindo estreitas tolerâncias dimensionais.

FC 300 - Ferro Fundido Cinzento Perlítico

Características Específicas: a estrutura totalmente perlítica proporciona elevadas propriedades mecânicas e bom acabamento superficial. Outra característica importante é a estanqueidade, que aliada ao bom desempenho mecânico torna o material adequado para uso sob condições de alta pressão hidráulica.

GMI - Ferro Fundido Cinzento com Grafita Refinada

Característica Específica: é um ferro fundido com grafita essencialmente do tipo D. Possui grafita extremamente refinada que lhe confere excelente acabamento superficial. Destaca-se a alta usinabilidade e boa condutividade térmica. Exposto a consecutivos ciclos térmicos de aquecimento/resfriamento, apresenta boa estabilidade dimensional devido ao pequeno tamanho da grafita e da matriz essencialmente ferrítica.

2.5.2 FERRO FUNDIDO NODULAR

Característica Principal: o ferro fundido nodular produzido por fundição contínua apresenta carbono na forma de grafita nodular como característica dominante de microestrutura (Classes FE 40015, FE 45012, FE 55006 e FE 70002 da Tupy). A grafita nodular é obtida pela adição de elementos químicos e condições especiais de fabricação, que condicionam seu crescimento.

Propriedades Mecânicas: são ligadas às proporções de ferrita ou perlita da matriz, além da forma da grafita. A tensão limite de resistência à tração do material bruto situa-se entre 400 e 700 MPA, com valores de alongamento de 2 a 15%.

Classes - Ferro Fundido Nodular

FE 40015 - Ferro Fundido Nodular Ferrítico

Característica Específica: é um ferro fundido com grafita tipos I e II, em matriz totalmente ferrítica, obtida através de tratamento térmico. Tem excelente usinabilidade, elevada tenacidade e alta permeabilidade magnética, devido à matriz ferrítica. O material tem comportamento de resistência (tração e escoamento) similar aos aços SAE 1020 laminados a quente, na condição bruta de fusão.

Uso: o mesmo indicado para os aços 1020

FE 45012 - Ferro Fundido Nodular Ferrítico/Perlítico

Característica Específica: é um ferro fundido com grafita tipos I e II, em matriz ferrítica/perlítica, obtida através de tratamento térmico. Tem excelente usinabilidade, elevada estanqueidade e bom acabamento superficial. O material tem comportamento de resistência (tração e escoamento) similar aos aços SAE 1030 laminados a quente, na condição bruta de fusão.

FE 55006 - Ferro Fundido Nodular Perlítico/Ferrítico

Característica Específica: é um ferro fundido com grafita tipos I e II, em matriz perlítica/ferrítica, obtida através de tratamento térmico. Tem elevadas propriedades mecânicas, boa temperabilidade e bom acabamento superficial. O material tem comportamento de resistência (tração e escoamento) similar aos aços SAE 1040 laminados a quente, na condição bruta de fusão.

FE 70002 - Ferro Fundido Nodular Perlítico

Característica Específica: é um ferro fundido com grafita tipos I e II, em matriz predominantemente perlítica, obtida através de adição de elementos perlitizantes. A matriz assim obtida proporciona alta temperabilidade, permitindo os tratamentos de têmpera, normalizaçãao e têmpera superfiicial. O material tem comportamento de resistência (tração e escoamento) similar aos aços SAE 1045 laminados a quente, na condição bruta de fusão.

Informações Complementares dos Produtos

Normalmente os ferros fundidos cinzentos e nodulares são especificados por sua Tensão Limite de Resistência à Tração (tensão limite de ruptura) e Dureza. Estas propriedades são usadas pela facilidade de serem determinadas.

Entretanto, em alguns casos é necessário basear a escolha adequada do material em outras características.

3. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Com base nos dados coletados na presente pesquisa, é possível apontar algumas considerações.

Em princípio, o processo consiste em vazar-se o metal líquido num cadinho aquecido. O metal líquido escoa através de matrizes de grafite ou cobre, resfriados na água.

O processo de fundição contínua consiste em fundir e conformar o produto final numa única operação, eliminando tempos intermediários de esfriamento em moldes, garantindo controle e constância de propriedades físicas e geométricas de cada produto.

Analizamos também que , quando à menos sobre metal na peça, terá menos gastos com ferramentas, tempo de trabalho, pois terá menos material, fazendo com que, os lotes de produção sejam entregues no tempo esperado pelos clientes.