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O processo de fundição por cera perdida é caracterizado pelo excelente acabamento ... VIEIRA, Estefano Fundição: Processos e tecnologia correlatas; São.
Tipologia: Slides
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Trabalho de conclusão de curso apresentada ao Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Metalúrgica. Orientador: Prof. Dr.-Ing. Jeferson Leandro Klug
Trabalho de conclusão de curso apresentada ao Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Metalúrgica.
Aprovada em: //2021.
Prof. Dr.-Ing. Jeferson Leandro Klug (Orientador) Universidade Federal do Ceará (UFC)
Prof. Dr. Ricardo Emílio F. Quevedo Nogueira Universidade Federal do Ceará (UFC)
MSc. Samuel Lucas Santos Medeiros Universidade Federal do Ceará (UFC)
Agradeço a Deus pelos dons que me deu nesta existência que serviram na realização deste projeto. Sou grata aos meus pais Magnólia Morais e Reginalder Alcântara, a minha avó Efigênia Morais e a minha madrasta Nazaré Lima por sempre me incentivarem e acreditarem que eu seria capaz de superar os obstáculos que a vida me apresentou e por todo o esforço investido na minha educação. Sem vocês a realização dos meus sonhos seria muito mais difícil. Aos meus saudosos avós Valderis Nunes e Regina Alcântara, a minha saudosa tia Daniella Alcântara. Agradeço ao meu namorado Erik Bom’fim que acima de tudo é um grande amigo, sempre presente nos momentos difíceis com palavras de incentivo. Sem você, a realização do mesmo teria um caminho muito mais tortuoso, muito obrigado. Quero agradecer também à Universidade Federal do Ceará e todo o seu corpo docente. Gostaria de fazer um agradecimento especial ao Antônio, secretário do curso de Engenharia Metalúrgica, pois sou grata pela confiança depositada e por me manter motivada durante todo o curso. Agradeço ao meu orientador, Jeferson Leandro Klug por sempre estar presente para indicar a direção correta que o trabalho deveria tomar. Aos componentes da banca examinadora Prof. Ricardo Emílio F. Quevedo Nogueira e Prof. Samuel Lucas Santos Medeiros. Ao LAF por disponibilizar seu espaço e seus equipamentos para a realização do trabalho, à CAPES, pelo apoio financeiro com a manutenção da bolsa de auxílio. Agradeço também ao Professor Ricardo Emílio Nogueira do Laboratório de Cerâmicas Avançadas e da equipe do curso de Design. Gostaria de deixar o meu profundo agradecimento a empresa Aço Cearense, que foi a empresa que me acolheu por um período de dois anos durante o estágio, em especial aos meus gestores Rodrigo Sucupira, Aluízio Carlos e Hiury Martins por terem me acompanhado durante todo o estágio, por terem confiado no meu trabalho e terem contribuído de maneira muito significativa para os meus conhecimentos acadêmicos e profissionais. Gostaria de agradecer também a todos os supervisores e operadores que me ajudaram a conhecer cada vez mais os processos de conformação mecânica. Aos meus amigos da UFC e de estágio, Danier, Ana Larissa, Kalyne, Tito, William, Péricles, Mazangela e Rayane que compartilharam todos os momentos de felicidade e luta
“A menos que modifiquemos à nossa maneira de pensar, não seremos capazes de resolver os problemas causados pela forma como nos acostumamos a ver o mundo”. (Albert Einstein).
O processo de fundição por cera perdida é caracterizado pelo excelente acabamento superficial e pela estreita tolerância dimensional das peças. Tais fatores devem-se principalmente à facilidade da cera em copiar detalhes e à reprodução destes através da casca cerâmica. Deste modo, o conhecimento da relação entre processamento, microestrutura e propriedades das cascas cerâmicas é de fundamental importância. Este trabalho tem como foco o desenvolvimento de novas técnicas de fundição de precisão, visando a obtenção de peças metálicas, por meio de vazamento por gravidade e que tenham como característica formal uma geometria complexa, redução de custos utilizando materiais reciclados, como sucatas e cinzas residuais de termoelétrica para a fabricação da casca refratária. Ademais, ocorreu a preparação das peças modelo, a produção de moldes com auxílio de silicone industrial, preparação das peças em cera e canais de vazamento, fabricação da casca cerâmica refratária, vazamento da liga metálica (Zamac), obtenção da peça rústica e processo de usinagem. Desse modo, concluímos nosso projeto dando utilidade para um material poluente e reciclando sucata de zinco e, por consequência, baixando os custos desse processo e podendo haver, também, a geração de emprego para comunidades carentes.
Palavras-chave: Fundição; Reciclagem; Zamac; Refratário, Fundição de precisão.
Tabela 1 - Exemplos de peças que utilizam a fundição como processo de fabricação.............
Tabela 2 - Proporções em volume das amostras...................................................................... 34
Tabela 3 - Análise da cinza....................................................................................................... 35
A indústria de fundição é responsável pela maior parte das atividades industriais por todo o mundo. Se um dado produto não é produzido diretamente pelo o processo de fundição, há grande probabilidade de que os equipamentos que são utilizados para o seu fabrico usem peças originárias do processo de fundição. Fundição é um processo pirometalúrgico de fabricação de peças metálicas que consiste em elevar a temperatura do metal a ponto de que ele chegue no estado líquido e assim, o mesmo é vazado em um molde refratário. Um dos métodos mais conhecidos é a fundição de precisão ou Investment Casting, que consiste em formar uma casca cerâmica refratária para ser utilizada como molde. Desse modo, obtém-se um revestimento da peça desejada. Portanto, ocorre uma maior precisão no resultado final do processo, ou seja, podendo-se fabricar peças com nível elevado de detalhes. Num método mais artesanal a lama refratária é composta por areia, gesso e pó de tijolo aglomerados com água e manta acrílica. Essas composições são únicas, adaptando às preferências de cada fabricante. Embora o processo artesanal já seja de baixo custo, ainda são válidas alternativas que barateiem ainda mais esse método, visto que ele é utilizado por pequenos empresários ou produtores autônomos. No método a ser pesquisado, foi utilizado um resíduo da termoelétrica, cinza volante, aplicada à lama refratária substituindo o pó de tijolo. Tal substituição foi aplicada, visto que os materiais possuem granulometria semelhante e alto ponto de fusão. A vantagem de se utilizar a cinza volante nesse processo é que, atualmente, ela não possui nenhum uso comercial, sendo descartada no meio ambiente como poluente.
2.1 Objetivo geral O presente trabalho tem como objetivo utilizar cinzas volantes proveniente de termoelétrica como material refratário na composição de cascas cerâmicas para a produção de peças de zinco com geometria complexa.
2.2 Objetivos específicos Obter uma casca refratária utilizando um dos componentes um resíduo de termoelétrica. Desenvolver técnicas para a obtenção de modelos consumíveis. Desenvolver um forno artesanal para o processo de fusão da liga metálica. Obter uma peça fundida com geometria complexa.
3.3. Aplicações dos processos de fundição
A série de funções proporcionadas por esta tecnologia permite que seja utilizada em diversas situações completamente distintas. As peças fundidas às vezes ficam escondidas em máquinas e outros equipamentos, que são usados não apenas para a produção de outros objetos, mas também para o uso diário de qualquer cidadão. A Tabela 1 mostra de forma concisa uma pequena parte das aplicações convencionais que utilizam este processo de fabricação.
Tabela 1: Exemplos de peças que utilizam a fundição como processo de fabricação. FERRO FUNDIDO CINZENTO
Motores de veículos Equipamentos ferroviários
Aviões Equipamentos elétricos Equipamentos agrícolas
Veículos a motor Refrigeração Equipamentos de transporte Máquinas, ferramentas
Ar condicionado Indústria aeroespacial
Peças decorativas
Válvulas Motores Fonte: Autor.
3.4. Principais processos de fundição As transformações dos metais e ligas em peças para utilização em elementos e conjuntos mecânicos são inúmeras e variadas, é evidente que a fundição é acompanhada por diversos processos e etapas onde a escolha adequada de cada passo depende da geometria da peça, do tipo de liga a ser fundida, do número de peças a ser produzida e da qualidade superficial desejada. (BALDAM; VIEIRA, 2014). Principais processos da fundição são:
3.5. Fundamentos da fundição
a) Modelagem
A primeira etapa da fundição é a modelagem que muitas das vezes são feitas artesanalmente e onde se utiliza o desenho técnico da peça a ser fabricada. Para Chiaverini a modelagem “Consiste em projetar a peças a ser fundida, levando em conta os fenômenos que ocorrem na solidificação do metal no interior do molde, de modo a evitar que os defeitos que aparecem nas peças solidificadas ”. (CHIAVERINI, 1914, p. 9) A etapa de modelagem tem como princípios:
Figura 1: Figura representativa dos moldes de fundição de precisão.
Fonte: Kiminame, Castro e Oliveira (2013, p. 51)
Durante o processo de Investment Casting irá ser utilizado um molde cerâmico feito pelo revestimento consumível de cera com uma argamassa refrataria que endurece ao ser calcinada, assim o modelo de cera é fundido e a cera escorre deixando uma cavidade com formato da peça formando o molde. (KIMINAME; CASTRO; OLIVEIRA, 2013)
e) Fusão
“A fusão da liga é uma importante etapa do processo de fundição porque está diretamente relacionada à qualidade da peça fundida” (KIMINAMI; CASTRO; OLIVEIRA, 2013, p. 31). A fase de fusão deverá ser rigorosamente processada, pois as propriedades e a microestrutura da peça fundida dependem dela e do processamento. Para que ocorra a certificação da propriedade do metal fundido que será vazado dentro do molde seja o específico, é necessário o conhecimento das composições e da pureza do metal utilizado. No caso da utilização de sucatas, torna-se crítico o processo de controle da composição química e muita das vezes envolve análise química de amostra do metal fundido antes do vazamento. Durante o processo de fusão, há uma produção de gases e, na fundição, deseja-se reduzir a quantidade de gases no metal. Portanto, para que isso ocorra, uma das medidas a
serem tomadas é manter baixa a temperatura de superaquecimento, fazendo com que haja uma redução do fluxo do metal fundido, reduzindo o contato com o ar, evitando, assim, o defeito de porosidade na peça fundida. De acordo com Kiminame, Castro e Oliveira (2013), há alguns processos que ajudam na remoção dos gases dissolvidos do metal fundido antes do vazamento. Tal processo é conhecido por desgaseificação a vácuo, onde o metal fundido é colocado em um ambiente com baixa pressão e o gás dissolvido no metal irá tender a sair para estabelecer o equilíbrio com o ambiente. Além da técnica de desgaseificação, há uma outra técnica que irá tratar da introdução de bolhas de gases inerte ou reativo entre o metal fundido, causando a redução dos gases dissolvidos. Outro processo será fazer com os gases dissolvidos reaja com alguma coisa que resulte em um composto de baixa densidade e que flote no metal fundido, podendo ser removido na superfície juntamente com a escória. (KIMINAME; CASTRO; OLIVEIRA,
f) Fornos de cadinho
Segundo Groover (2014), os fornos de cadinho são chamados de fornos indiretos a combustão, pois ele funde o metal sem contato direto com o combustível. Os fornos de cadinho são fabricados com material refratário ou de aço-liga resistente a alta temperatura. No caso do cadinho removível, este será colocado no forno e será aquecido para fundir a carga metálica. Após o processo de fusão, o cadinho será retirado do forno e irá ser utilizado como panela de vazamento. O forno cadinho pode possuir capacidade de poucos a toneladas, mas o predomínio deles são de 1.000 kg, sendo eles comum na fundição, pois seu custo é baixo. Tais fornos são utilizados para fundir materiais não ferrosos como, alumínio, bronze, latão e ligas de zinco. A figura 3 mostra a representação desses fornos de cadinho. (BALDAM; VIEIRA, 2014)
