Solidificação- Defeitos ou descontinuidades (Notas de aula)



Solidificação- Defeitos ou descontinuidades (Notas de aula)

Durante o resfriamento podem surgir diferentes descontinuidades no seio da massa

metálica.

Alguns tipos são removíveis com tratamento térmicos e ou termo-mecânicos.

Outros podem persistir e até evidenciarem-se no produto final.

Estes defeitos a seguir são devidos à solidificação após fabrico não tão cuidadoso.

Os principais defeitos são:

.Vazio (rechupe ou chupagem)

.Segregação

.Dendritas

.Porosidades (bolhas)

.Trincas

.Gotas Frias

I- Vazio (ou Rechupe)

A solidificação se inicia nas regiões onde há mais troca de calor (paredes e superfície).

Quando da solidificação, ocorre a formação de um perímetro sólido envolvendo uma região

central liquida.

Com o passar de um estado liquido para sólido, concomitantemente, ocorre uma contração

volumétrica devido a queda de temperatura.

Visto não haver mais liquido para abastecer a variação de volume, surge, então regiões

"vazias" no seio da massa metálica.

Este defeito se localiza habitualmente no centro da parte superior dos lingotes, região que,

em geral, se solidifica por último.

O tamanho de tais vazios não segue uma ordem pré -estabelecida. Pode ser um só oco ou

vários de tamanho variável.

Em geral sua forma lembra um triângulo.

A penetração do vértice é mais profunda nos lingotes de base maior voltada para baixo do

que nos de base maior voltada para cima.

Este tipo de descontinuidade é muito grave para a sanidade das peças, afetando diretamente

as propriedades mecânicas.

Normalmente, o "vazio" é eliminado pelo corte das parte que o contém. No caso do lingote

quando ainda se encontra ao rubro.

Nos casos em que o corte não é suficiente para eliminar totalmente o vazio ( ou existirem

falhas internas não notadas na ocasião do corte, esses defeitos vão aparecer nos produtos

acabados).

O "massalote", também chamado "cabeça quente" , um prolongamento sobreposto a

lingoteira, constituído por material refratário. Certa quantidade quantidade de metal destinado a preencher o oco que tende a aparecer no lingote é mantido no estado de fusão.

Com o uso de "massalote" se faz com que os vazios se formem no interior desses e assim

obtém-se um lingote são.

Em peças moldadas complexas com diferentes espessuras, usam-se mais de um canal de

alimentação, suprindo regiões mais propensas a vazios por contração.

Exemplo: Regiões de maior espessura onde a solidificação é sempre mais demorada.

A função destes canais é atrair o quanto possível o defeito.

O "vazio" nestes casos pode manifestar-se sob a forma de "porosidades".

Quando não há contato com o exterior, os rechupes são cheios de CO (gás redutor) que

impede a oxidação das superficies internas.

Devido a isso, é possível ocorrer soldagem das paredes quando da laminação a quente

atenuando a possibilidade da ocorrência de um eventual "resto de vazio".

Se, por acaso, existir contato com a atmosfera a soldagem fica prejudicada pela formação

de urna camada oxidada trazendo como conseqtiência fendas no interior do metal. O mesmo

se dá quando as paredes do vazio se acham cobertas de impurezas. Mesmo quando, as

superficies do vazio se soldam deixam sempre superficies de menor resistência.

As regiões mais próximas a superficie são mais factíveis a este tipo de ocorrência. (peças

produzidas a partir destas regiões seriam as mais susceptíveis).

Isto pode originar regiões descontínuas mesmo após laminação aquente.

Estas regiões tornam-se sítios de trincas e fissuras, principalmente para peças solicitadas

dinamicamente por choques ou tensões cíclicas.

Por exemplo: Rodas, eixos, pontes metálicas.

Estes defeitos podem desenvolver-se por fadiga causando falhas inesperadas, podendo

causar graves prejuízos.

11- Segregação

Quando líquido, o aço ( liga Fe-C) dissolve homogeneamente quase todo tipo de impurezas.

Ao solidificar, estas impurezas ficam insolúveis e tendem a segregar, diferenciando-se no

meio do metal.

Ao acúmulo de impurezas nos lingotes e em certas peças fundidas dá-se o nome de

"segregação ".

Como a solidificação começa da periferia para o centro é nesta última região que a maior

parte das impurezas irão se acumular .

OBS.: O fósforo que se dirige para o centro atua no sentido de baixar o ponto de

solidificação do metal, assim contribuindo também para que a região central se solidifique

mais tarde.

Principalmente o P e o S, são de pouca solubilidade no aço sólido, segregando-se a medida

que a temperatura cai.

A tendência é de se agrupar nas regiões solidificadas por último.

Isto é normal nas zonas próximas aos vazios.

Com o Si e Mn não é muito notável, mas sim com o P e S.

Estas segregações causam uma variação nas propriedades mecânicas nas regiões onde

ocorrem.

Por isso são estabelecidos teores máximos para cada elemento com vistas a não causar

problemas nas propriedades dos metais.

Para se avaliar a presença de segregação podem ser feitas análises químicas ou

metalográficas.

Quanto maior o tamanho da peça, mais intensa pode ser a segregação devido a menor

velocidade de solidificação. Pois, há mais tempo para que as impurezas se segreguem.

A segregação dá uma idéia da genealogia do aço, informando sobre a forma original do

lingote.

Felizmente, a zona segregada fica em geral nas proximidades do centro das peças ou dos

perfilados, onde as tensões são frequentemente mais baixa, contribuindo essa circunstância para atenuar a sua nocividade.Isso explica o comportamento relativamente satisfatório em

muitos casos.

De qualquer forma, deve-se exercer um controle, principalmente em peças submetidas a

choques ou carregamentos alternados, pois a segregação constitui um defeito que pode

contribuir na nucleação de trincas.

Dendritas (cristais comforma esquelética)

Entre as interfaces dendríticas também há uma maior concentração de impurezas que segue

um mecanismo análogo à segregação. Entre os ramos de dendritas , e no encontro de

dendritas vizinhas, tem maior concentração de impurezas.

Embora este tipo de segregação não seja tão pronunciada, também pode exercer uma

influência nociva.

Quando, porém, o aço é submetido a forte trabalho de forjamento ou de laminação, as

impurezas segregadas entre os ramos das dendritas se alongam no sentido em que o

material é deformado, dando origem a uma estrutura fibrosa, pouco perceptível em seção .

transversal, mas característica em seção longitudinal.

Quanto maior a dendrita, maior será o grão resultante e, portanto, maior será a concentração

de impurezas no contornos destes grãos.

Devido a este tipo de segregação pode ocorrer ruptura seguindo as linhas mais longas das

dendritas colunares.

Bem na junção de duas arestas, as dendritas aí presentes tem uma menor tensão superficial

devido ao formato geométrico e também pela presença de impurezas.

A linha de interface desta região se dá na direção de separação do ângulo formado

(bissetriz) gerando uma região com mais impurezas e menor resistência.

Assim, é conveniente fazer-se projetos de peças fundidas sem cantos vivos, evitando-se esta

fragilidade por segregação linear, "linha de fraqueza".

O tamanho das dendritas depende da taxa de resfriamento, o que inclui diversos fatores, tais

como:

-Temperatura do banho líquido

-Tamanho do molde

-Geometria do molde

-Condutibilidade térmica do molde

-U so ou não de procedimentos esotérmicos

-A presença de gases dissolvidos no metal líquido (aço efervescente ou não acalmado).

Quanto mais lenta a taxa de resfriamento maior a dendrita resultante

Se o resfriamento for rápido, ocorre a nucleação de um número elevado de pequenos grãos ,

gerando uma segregação muito mais distribuída, diminuindo a heterogeneidade do aço.

IV Porosidades ( ou bolhas)

São pequenas cavidades preenchidas com gases tipo CO.

Estes gases podem ser originários de:

I) Gases que são arrastados pelo metal líquido quando do vazamento nos moldes

2) Gases dissolvidos no metal e que não tiveram tempo de evoluir para fora durante a

solidificação.

3) Gases oriundos de alguma reação interna.

Os gases, em verdade, fogem da massa líquida que resfria, devido a diminuição da .

miscibilidade entre ambos.

Mas isso só é possível até um certo valor da viscosidade metálica que aumenta conforme

cai a temperatura.

Quando o lingote é trabalhado mecanicamente pode-se ter as seguintes situações:

I) Se o gás das bolhas for redutor (CO, CO2) é possível ocorrer o caldeamento das paredes

das porosidades, não afetando, portanto, as propriedades mecânicas do material.

2) Se por outro lado, as porosidades tiverem as paredes internas com a presença de

impurezas e ou óxidos o caldeamento fica dificil, senão impossível. Isto gera fissuras

que podem evoluir para fratura do material.

No caso de óxidos a presença de um alto teor de C associado a uma alta temperatura de

laminação, pode causar a redução destes óxidos, facilitando o caldeamento.

Só que este procedimento causa uma descarbonetação localizada que pode ser prejudicial

ao material.

Para diminuir as porosidades se usam ligas desoxidantes como :

Fe-Si, Fe-Mn, AI puro

Elas combinam-se com o 02 gerando compostos sólido, diminuindo as porosidades.

V Trincas

As trincas podem ser tanto externas quanto internas.

Tem origem nas tensões geradas durante o s tratamentos ténnicos e tratamentos mecânicos

e nos resfriamentos de peças com diferentes espessuras.

Também podem ser geradas a partir de descontinuidades, tanto de superficie quanto de

composição química (presença de inclusões; porosidades)

A forma geométrica ( arestas vivas ou fissuras internas).

Trincas induzidas pelo hidrogênio :

-tensões internas ou

-tensões externas e

-H dissolvido no metal.

Dependem indiretamente da temperatura

VI Gotas Frias

Ao verter o metal líquido na lingoteira, pequenas gotas respingam contra as paredes,

resfriando-se com rapidez e oxidando-se superficialmente. Algumas permanecem aderentes

ás paredes, outras soltam-se e caem novamente na massa que as retém.

As que ficam na parede não aderem depois completamente a lingote devido à película de

óxido e constituem um defeito superficial. Este defeito pode ser removido a talhadeira.

Nota importante

As heterogeneidades de composição química, bem como as de estrutura, anteriormente

descritas, e outras que serão abordadas mais tarde, influem nas propriedades dos aços,

fazendo com que sejam diferentes de um ponto para outro. Esta influência será tanto maior,

quanto mais acentuada for a heterogeneidade.

A avaliação do grau de nocividade dessas diferenças depende da aplicação do material;

assim, em muitos casos, essas diferenças, ainda que sensíveis, podem não ter importância

em virtude da natureza dos esforços (baixos ou estáticos) a que a peça será submetida na

prática. E então nem há interesse em pesquisar estas heterogeneidades. Mas em outros

casos, de peças de maior responsabilidade, que devem suportar esforços elevados ou I

alternados e repetidos, choques, etc., e cuja ruptura em serviço possa trazer graves

consequências, as heterogeneidades apontadas apresentam um grau de nocividade muito

maior, justificando-se plenamente um exame mais detido do material.

Questões – Processo de Fabricação e processos de Fundição

| | |

|1) |Defina a relação da fluidez no processo de fundição. |

|R.: |Fluidez é a capacidade de uma substância de escoar (com maior ou menor facilidade). Também relaciona-se com a distância que o metal percorre antes de se |

| |solidificar. |

|2) |O que são massalotes? |

|R.: |Após o vazamento do metal )líquido no molde, o excedente pode causar rebarbas ou massalotes, massalote é o excedente do material que esta no molde e sim anexo |

| |as bordas laterais ou no canal por onde escoa o fluido e que posteriormente solidifica. |

|3) |Comente três processos de fabricação mecânica por remoção de cavaco e três por conformação dos metais. |

|R.: |Com remoção de cavaco – podemos utilizar usinagem como por exemplo convencional: TORNEAMENTO, FRESAMENTO, FURAÇÃO, RETIFICAÇÃO, SERRAMENTO, ROSCAMENTO, |

| |ALAGARMENTO ou não convecional: JATO D’AGUA OU ABRASIVO, ELTROEROSÃO, LASER, PLASMA, FEIXE DE ELETRONS, QUÍMICA... ETC.. |

| |Já por conformação podemos citar LAMINAÇÃO, EXTRUSÃO, TREFILAMENTO, FORJAMENTO, ESTAMPAGEM. |

|4) |Qual o processo mais recomendado para a fabricação de uma peça de pequeno ou médio porte, fabricado em aço carbono, em pequena quantidade (2 unidades) e que |

| |passará por um processo posterior de usinagem? |

|R.: |Processo fundição em AREIA VERDE. |

| |Serve para todos os metais, especialmente apropriado para peças pequenas e médias, |

|5) |Comente sobre o processo de fabricação por Shell Mold |

|R.: |Shell Molding ou Moldagem em Shell ou em CASCA, é um revolucionário processo usado para Fundir com excelente precisão e baixo custo*, similar ao processo de |

| |Moldagem em Areia exceto pela mistura de resina (de 2,5 a 5%) na areia o que garante a união dos grãos. |

| |Bom acabamento e estabilidade dimensional, pode ser reutilizado, já que o modelo é metálico, facilita a liberação de gases. *Porém o custo é mais elevado que o|

| |processo de fabricação em areia verde. |

|6) |Diferencie o processo de fabricaçãoe em Shell Mold e com Cera Perdida. |

|R.: |Em shell mold como vimos é adicionado uma pequena quantia de resina ou silicone na areia melhorando e afinando o acabamento e permitindo a liberação de gases, |

| |pode ser re-moldado com o modelo facilmente. |

| |Em cera perdida é um processo onde se necessita fabricar peças com precisão dimensional em grande quantidade, com bos acabamentos e com dimensão e geometria |

| |complexa e rigorosa. Como por exemplo: Peças aeronáuticas, consegue-se fabricar muitas peças de uma única vez, porém neste processo o molde e o modelo são |

| |destruidos. |

|7) |Diferencie o processo de fabricação por cera perdida e molde permanente. |

|R.: |O processo de cera perdida embora imprima melhor qualidade, o molde é destruído no final do processo Já o Molde permanente, como o nome mesmo diz, pode-se |

| |reutilizá-lo, sendo possível muitas peças com um molde, porém o custo é alto. |

|8) |Por que o processo de fundição por molde permanente possui este molde? |

|R.: |Porque é utilizado em moldes resistentes, não sendo substituido periodicamente, utilizado em produção de grande escala, normalmente metálico (deve ter uma |

| |resistência a fundição superior ao do metal quer for vazado. |

|9) |Defina o processo de fundição por areia verde. |

|R.; |O modelo da peça deve ser introduzido na caixa de areia de maneira que seja desenhado o gabarito da peça, ao retirar o modelo, é vazado o metal líquido de |

| |forma que preencha todo o molde (pode ser vazado por um orificio com um duto, ao solidificar deve-se cortar o excesso e realizar usinagem para dar melhor |

| |acabamento, grande vantagem é o baixo custo e a facilidade com que os gases podem ser liberados do molde. |

|10) |Defina a aplicação do processo de fundição por cera perdida. |

|R.: | |

|11) |Defina a aplicação do processo de fundição por Shell Mold. |

|R.: | |

|12) |Por que o processo de fundição por areia verde possui este nome? |

|R.: |Porcausa da utilização da areia úmida, que não passa por qualquer tipo de secagem, possui base sílica, misturada com argila e água para umidecer a mistura. |

|13) |Fale sobre a aplicação de AGLOMERANETE e DESMOLDANTE. |

|R.: |O aglomerante é aplicado a misturapara que a mesma se torne Plástica, o desmoldante é aplicado no molde antes de efetuar o vazemento para facilitar a retirada|

| |da peça do molde. |

|14) |Defina o termo LINGOTE. |

|R.: |Lingotes são materiais fabricados geralmente em formato prismático, através do processo de fundição, tem o objetivo de servirem como matéria prima para outros |

| |processos de conformação. Ex.: Lingotes de Aço-carbono ou alumínio. |

|15) |Entre os metais abaixo, qual apresenta a maior temperatura de fusão? |

|R:c |a) Aluminui b) Ferro Fundido C)Aço Carbono SAE1020 d) Cobre e)Latão |

|16) |Entre os metais abaixo, qual apresenta a menor temperatura de fusão? |

|R:d |a) Aluminui b) Ferro Fundido c)Aço Carbono SAE1020 D) Cobre e)aço inox |

|17) |Qual a importância do aperfeiçoamento e desenvolvimento de fornos de fundição no século XX? |

|R.: | |

| |O que é Cadinho ? |

| | |

| |No processo de fundição, caracterize a função do macho? |

| | |

| |Por que o processo de fundição é considerado um processo versátil e simples? |

| | |

| |Sabe-se que a fundição em areia pode ser efetuada de forma manual ou automatizada. Relacione estes dois processos. |

| | |

| |Relacione a importância de se conhecer a tolerancia dimensional |

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