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Robson de Oliveira 666476

Fundição de Alumínio

Centro Universitário de Santo André.

Santo André

2009

Alexandre Pereira de Oliveira 0808188864

Daniel dos Santos Nascimento 666047

Daniel José Teodoro 0813517766

Gerson Moreira de Oliveira 0813518249

Roberto Douglas Francisco 668074

Robson de Oliveira 666476

Valdenes Silva dos Santos 668579

Fundição de Alumínio

Trabalho apresentado na disciplina de

Metodologia Cientifica para obtenção de nota parcial.

ORIENTADOR: Prof.ª Vânia Calderoni

Santo André

2009

Resumo

Esta dissertação teve como objetivo mostrar as vantagens da utilização do alumínio para a fundição devido a seu ponto de fusão ser baixo comparado com outros metais alem de ser o terceiro metal mais abundante da crosta terrestre, o aço tem o ponto de fusão entre 1440°C e 1530°C, o cobre em 1083°C o ferro fundido em 1200°C, já o alumínio tem seu ponto de fusão em 658°C. A fundição é um dos procedimentos mais antigos utilizados na produção de artigos de metal e originalmente foi uma arte onde a qualidade do produto dependia da qualidade dos artesões. De acordo com a ABAL a tecnologia moderna fornece perfeitas condições no que se refere à qualidade do produto, existindo atualmente excelentes ligas de alumínio, as quais proporcionam uma enorme variedade de propriedades para as peças fundidas, acarretando inúmeras aplicações para as ligas deste metal. A técnica de fundição é um dos pedestais da industrialização de um pais, sem ela estabelecida em bases sólidas e de acordo com os recursos regionais, não poderá haver o desenvolvimento racional da produção de utensílios, máquinas e equipamentos.

A base de todos os processos de fundição consiste em aquecer o metal até que ele se funda e se transforme em um metal liquido e homogêneo, em seguida o metal liquido é vazado na cavidade de um molde onde, ao se solidificar adquira a forma desejada.

Palavras-chave: métodos de fundição; ligas de alumínio; fabricação de moldes para fundição.

Sumário

INTRODUÇÃO .......................................................................................................................03

CAPITULO I............................................................................................................................04

    1. Histórico e Produção do Alumínio.....................................................................................04

CAPÍTULO II...........................................................................................................................05

2.1 Ligas Semi-Sólidas.............................................................................................................05

CAPÍTULO III ........................................................................................................................07

3.1 Métodos de Fundição ........................................................................................................07

CAPÍTULO IV.........................................................................................................................08

4.1 Moldes para Fundição .......................................................................................................08

CAPITULO V..........................................................................................................................09

5.1 Comparação entre Processos de Fundição.........................................................................09

Cosiderações............................................................................................................................10

Referência................................................................................................................................11

Introdução

O Brasil tem aptidão para a produção do alumínio, pois alem de possuir a terceira maior reserva de bauxita do mundo, tem um alto potencial de geração de energia hidrelétrica, que é o insumo primordial para a obtenção do alumínio primário através de eletrólise. A tendência da demanda de produtos de alumínio obriga à indústria a adaptação de produtos e processos para acompanhar esse avanço.

O conjunto de processos, técnicas e metalurgia oferecem uma base sólida para o desenvolvimento industrial, assim, as peças fundidas de alumínio apresentam hoje benefícios apropriados às necessidades sempre crescentes, em quantidade e qualidade, conquistadas pelo progresso industrial, com bases no avanço do conhecimento científico e tecnológico.

Por ser leve, versátil, resistente e durável o alumínio está conquistando destaque cada vez maior em vários setores da indústria, como por exemplo, o setro automobilístico onde ele é aplicado em bloco de motores, caixa de câmbio, chassis e acessórios. No setor da construção civil ele é aplicado em coberturas de terminais rodoviários e ginásios poliesportivos.

Capítulo I

1.1 Histórico e produção do Alumínio

A história do alumínio está dentre as mais recentes no âmbito das descobertas minerais. De acordo com a ABAL (2004), o alumínio foi descoberto por Sir Humphery Davy, em 1809 tendo sido isolado pela primeira vez em 1825 por H. C. Oersted; porém, apenas em 1886 foi desenvolvido um processo industrial econômico de redução. Neste ano dois cientistas trabalhando independentemente, Charles Martin Hall, nos Estados Unidos, e Paul Héroult, na França, inventaram o mesmo procedimento eletrolítico para reduzir a alumina em alumínio.

A bauxita, formada por uma reação química natural, causada pela infiltração de água em rochas alcalinas que entram em decomposição e adquirem uma nova constituição química, é considerada uma matéria prima para a obtenção, pelo processo Bayer, da alumina pura.

O processo Bayer consiste em misturar a bauxita, depois de moída, com uma solução de hidróxido de sódio a quente que dissolve a alumina e a sílica.

Calcinando o hidróxido de alumínio obtém – se a alumina anida que, após, é cuidadosamente purificada por processos químicos.

Em seguida, a alumina anidra é adicionada continuamente às células eletrolíticas no processo Hall – Héroult. Neste processo metalúrgico, a alumina anidra, dissolvida em criolita fundida, é reduzida eletronicamente, culminando com a formação do alumínio metálico.

O processo Hall Héroult não pode garantir uma pureza maior do que 99,9%. Outros métodos são requeridos para se conseguir uma porcentagem maior, com a formação do metal da alta pureza, como a refinação eletrolítica, e a cristalização fracionada.

Capítulo II

2.1 Ligas semi-sólidas

Afundição de ligas de alumínio semi-sólidas foi descoberta há mais de 20 anos e sua aplicação permite a fabricação de peças mais leves e resistentes, com possibilidade de qualidade de acabamento superior. Por essa razão, ela é usada nas indústrias automotiva, de computadores, eletrônica embarcada e telecomunicações.

Esse processo, conhecido como tixofundição, até então praticamente desprezado pelas empresas especializadas do Brasil, começa a atrair interesse da indústria brasileira. O processo de fundição de metais semi-sólidos foi descoberto pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT), em meados dos anos 1980, e há mais de dez anos vem sendo empregado pela indústria dos países desenvolvidos. Estados Unidos, Itália, França, Alemanha, Austrália e Japão já empregam o processo com regularidade.

A professora Maria Helena Robert, coordenadora do grupo de pesquisa em Solidificação/Fundição e Tixoconformação do Departamento de Engenharia de Fabricação da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), desenvolvem trabalhos na área desde 1985. Ela afirma que já recebeu diversas consultas de empresas instaladas no país sobre o emprego da fundição de alumínio semi-sólido, mas, segundo ela, o que dificulta é a falta de fornecedores brasileiros da matéria-prima apropriada.

Algumas ligas semelhantes são fabricadas no país, mas as utilizadas na tixofundição necessitam de tratamento diferenciado, e, ao serem importadas, ficam com o custo agravado por conta do transporte. "Como empresas brasileiras não querem arriscar investimentos na fundição de semi-sólido, temendo não haver consumo suficiente, não se fabrica a matéria-prima necessária, e isso cria um círculo vicioso", afirma.

Especialista em tixofundição, o professor titular da Universidade Federal de São Carlos (Ufscar), Maurizio Ferrante, afirma que o processo não está ainda totalmente maduro no país porque exige altos investimentos para ser implantado. No entanto, prevê que "a fundição de alumínio semi-sólido deverá se consolidar no Brasil, não através da importação do metal já preparado para ser fundido, mas com a aquisição de know-how de todo o processo".

Segundo o professor, a indústria automobilística deverá ser o primeiro segmento a tornar esse processo competitivo no país, por causa da preocupação com o meio ambiente, que tem impulsionado a diminuição do peso dos veículos e a conseqüente economia de combustível. "Blocos de motor e cabeçotes de alumínio estão sendo cada vez mais comuns em automóveis e já deixaram de ser novidade. Resta adotar o alumínio em outras partes, como em carrocerias e sistemas de suspensão", diz.

Ele acrescenta que "as peças de liga de alumínio e magnésio fundidos pelo método tradicional apresentam imperfeições que impossibilitam o seu uso nos sistemas de suspensão, mas isso não ocorre com a fundição de alumínio semi-sólido. O processo dá um upgrade nas propriedades mecânicas do metal, tornando-o mais resistente". Ferrante também aponta uma mudança no tratamento do assunto entre os especialistas. "As discussões tinham enfoque científico até poucos anos atrás, e, ultimamente, têm se voltado mais para o desenvolvimento tecnológico e a diminuição de custos para a sua utilização", diz.

A multinacional Magneti Marelli Sistemas Automotivos é a única empresa no Brasil a empregar a tixofundição para a produção industrial. Em sua fábrica de Hortolândia, interior do Estado de São Paulo, a unidade Controle Motor tem uma ilha de fundição de alumínio em estado semi-sólido. O chefe de projetos da empresa, engenheiro Paulo Roberto Masseran, explica que "os processos de corte e reaquecimento da matéria-prima e o processo de moldagem por injeção são feitos em Hortolândia com matéria-prima importada da Europa".

Na Magneti são fabricadas galerias de combustível para motores de automóveis e motocicletas, para o mercado nacional e para exportação. O componente, de acordo com Masseran, "possui elevado compromisso com a segurança veicular, devido à condução de combustível sob pressão". A utilização de fundição de alumínio semi-sólido se justifica, segundo Masseran, porque "atende às exigências de baixo teor de microtrincas e porosidade, aliado à elevada capacidade de moldagem de geometrias complexas".

Pasta

A pasta tixotrópica, que é o alumínio em estado semipastoso utilizado na tixofundição, é uma mistura do mesmo material nos estados sólido e líquido, que só é obtida a partir de controles rigorosos do processo. Nesse estado, o material pode ser manuseado quando em repouso e sem uma pressão aplicada. No entanto, ao ser injetado, adquire estado semelhante ao líquido. A professora da Unicamp define: "o alumínio continua sólido, mas tem uma fluidez de escoamento como se fosse líquido".

Esse comportamento do metal semi-sólido deve-se a alterações em sua estrutura. No preparo para a tixoconformação, as ligas são controladas para adquirir uma estrutura formada por grãos esféricos, diferentes das ligas convencionais, em que a estrutura é por colunas. É essa configuração interna globular que confere à liga, quando atinge a temperatura de conformação, "a consistência de manteiga", conforme define a professora Maria Helena.

O material tixotrópico é obtido sempre a partir de uma liga cuja estrutura tenha sido modificada. No caso do alumínio, é formada com elementos como silício, cobre ou magnésio. O alumínio puro não pode ser utilizado, pois, embora teoricamente seja possível, torna o controle do processo extremamente difícil.

No estado semi-sólido, o alumínio adquire uma viscosidade semelhante à do mel. Paulo Roberto Masseran afirma que esse é um "fator bastante interessante para a conformação de componentes mecânicos". Essa característica confere vantagens para o uso da tixofundição, entre as quais a elevada capacidade de moldagem de componentes com geometria complexa e que exijam baixo teor de defeitos de trinca e porosidade.

Também segundo o engenheiro, a tixofundição do alumínio permite que sejam obtidas peças em condição de acabamento que dispensam a usinagem normalmente aplicada a peças fundidas. Além disso, é um meio de fabricação bastante econômico quando comparado com os processos tradicionais, por utilizar baixas temperaturas de transformação e, segundo Masseran, porque "os ciclos de moldagem em alumínio semi-sólido são menores do que os apresentados com o material na fase líquida".

A fundição de semi-sólido é indicada, diz Masseran, para componentes de seções descontínuas e ricas em detalhes de dimensões reduzidas e curvaturas de raio reduzido. Dentre as aplicações, exemplifica, há a fabricação de chassis de filmadoras e câmeras fotográficas, componentes para as indústrias automobilística e aeroespacial e toda uma infinidade de peças obtidas em ciclos reduzidos e com baixo consumo de energia.

Capítulo III

3.1 Métodos de Fundição

Existem vários métodos de fundição, como por exemplo: fundição por coquilha, fundição por injeção, fundição sob pressão, fundição por centrifugação, fundição contínua e fundição de precisão.

Fundição por coquilha, trata-se de um sistema onde o aluminio fundido ou é derramado por gravidade em cavidades mecânicas (negativo) ou formas de metal maciço não aderente à liga fundida.

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