Fundição em Areia: Processo, Características e Aplicações Industriais

Neste artigo, discutiremos o processo e as características da fundição em areia.

Processo de Fundição em Areia:

A importância da fundição em areia está aumentando dia a dia, pois a pesquisa científica trouxe muitas aplicações e adaptações no campo da indústria de fundição. Este é provavelmente o método mais fácil e conveniente de dar a forma desejada ao metal.

A areia é o material mais comumente usado, porque pode ser facilmente compactada em qualquer forma, tem alta permeabilidade e resistência a altas temperaturas. Assim, formas complexas podem ser facilmente fundidas usando moldes de areia, o que pode não ser possível de outra forma. Para garantir os benefícios ótimos de custo e qualidade, os seguintes detalhes de design devem ser devidamente considerados.

A Fig. 3.41 mostra um diagrama de fluxo do processo de fundição em areia.

Sistemas de Vazamento Automatizados:

Para alcançar menores custos de material e mão de obra, maior produtividade, melhor qualidade e melhores condições de trabalho, a tendência é a automação completa da fundição. Recentemente, tentativas têm sido feitas para sistemas de vazamento por indução automatizados.

Sistemas de vazamento automatizados atuam como interface entre a fabricação do molde e a fusão. Estes sistemas mantêm o metal fundido pronto para vazamento e vertem o metal fundido no molde exatamente como requerido.

Fornos de vazamento por indução, usando um tampão controlado para verter o metal fundido diretamente no molde ou em quantidades dosadas em cadinhos intermediários, são usados para este propósito e possuem as seguintes características: mantêm a temperatura e a composição química do metal fundido constantes durante a retenção e vazamento; eliminam inclusões de escória do metal fundido vertido; adicionam inoculantes e materiais de liga no momento certo e em quantidades exatamente medidas; ajustam a taxa de vazamento à capacidade de entrada do molde; medem o peso do metal vertido exatamente.

Um forno de vazamento consiste em uma carcaça cilíndrica com revestimento refratário, tampa vedada à pressão, indutor de canal flangeado, tampão e um sistema de controle de pressão. O enchimento e vazamento são através de dutos em forma de sifão, cujas extremidades inferiores estão localizadas na base do forno, para garantir vazamento praticamente livre de escória.

Gás pressurizado força o metal fundido no bico de vazamento do forno através de um tampão. O gás pressurizado também mantém o nível do metal fundido no bico constante independentemente da quantidade variável de metal no forno. A taxa de vazamento do metal é controlada pelo movimento do tampão.

Um servo-cilindro pneumático ajusta o curso do tampão continuamente de acordo com o programa de vazamento.

Como as posições de vazamento nem sempre são as mesmas, o forno pode se mover em duas direções (longitudinal e transversal) em relação à planta de moldagem. Um dispositivo de basculamento hidráulico permite que o forno seja completamente esvaziado.

O indutor angular é flangeado à base do forno. O flange é refrigerado a água. Devido à tendência do metal mais quente subir, a área ao redor da garganta é largamente livre de formação de crosta, tornando-a acessível para limpeza mecânica. O próprio indutor é facilmente acessível do lado de fora do forno. Devido à sua altura total relativamente baixa, o forno não precisa ser colocado em uma cova, mas pode ser instalado no piso da fundição.

Os sifões de enchimento e vazamento também são fáceis de limpar mecanicamente. As partículas de óxido em suspensão produzidas nos dutos de sifão, particularmente quando o metal fundido é tratado com magnésio, são depositadas no revestimento refratário. As partes superiores dos sifões de enchimento e vazamento são, portanto, flangeadas para fácil limpeza.

Os fornos de vazamento por indução eliminam inclusões de escória, garantem taxas de vazamento requeridas, medem o peso do metal fundido exatamente e mantêm a temperatura do banho constante durante o vazamento. O metal fundido deve ser vertido a uma taxa compatível com a capacidade de entrada do molde.

Entre os últimos avanços em fundição está o monitoramento eletrônico do processo de vazamento, que pode ser controlado em malha aberta usando o princípio teach-in ou em malha fechada regulando o nível do canal do molde.

A produtividade pode ser aumentada significativamente usando cadinhos intermediários, operados como sistemas de basculamento ou com controle de tampão quando demandas especiais são feitas no processo de vazamento.

Sistemas modernos de vazamento automatizados permitem operação contínua da fundição mantendo o metal fundido pronto para vazamento o tempo todo e garantindo que seja vertido no molde exatamente como requerido.

Provisão de Alimentação (Gating):

Uma fundição em areia é produzida vertendo o metal fundido no molde através de uma porta chamada "porta de alimentação" (gate). É prática convencional localizar a porta na linha de partição ou na parte mais baixa da fundição.

O sistema de alimentação (composto por bacia de vazamento, canal de alimentação, canal de distribuição, portas, etc.) atinge os seguintes propósitos:

(i) Direcionar o metal fundido no molde com turbulência mínima. Turbulência excessiva causa aspiração de ar e formação de carepa.

(ii) Preencher o sistema do molde completamente. (Deve fazer isso com o mínimo de perturbação, promovendo limpeza e reduzindo oxidação).

(iii) Distribuir o metal com o mínimo de perturbação para reduzir a erosão do material do molde e consequentes inclusões de areia.

(iv) Escamar ou separar carepa ou outras matérias estranhas; ou seja, à medida que o metal flui pelo sistema de alimentação, areia solta, óxidos e escória devem ser impedidos de entrar na cavidade do molde por ação de escamação. (É desejável que apêndices que atrapalhem o fluxo de metal não sejam usados. Também paredes divisórias finas ou núcleos, que podem descascar quando submetidos a metal quente, devem ser evitados no design).

Seções mais pesadas devem ser alimentadas com metal fundido suficiente através de cabeças e alimentadores (risers) para compensar o encolhimento por contração.

Requisitos de um Sistema de Alimentação Ideal:

Como já mencionado, o sistema de alimentação inclui bacia de vazamento, canal de alimentação (sprue), canais de distribuição (runners), alimentadores (risers) e portas (gates). O sistema de alimentação deve promover gradientes de temperatura favoráveis para solidificação direcional. A velocidade de entrada do metal deve ser mínima e livre de turbulência para evitar erosão das superfícies do molde e núcleos. O sistema de alimentação deve ser compactado tão duro quanto ou mais duro que a cavidade do molde.

Várias partes do sistema de alimentação devem ser arredondadas, lisas e aerodinâmicas para prevenir turbulência e erosão. Deve evitar a formação de óxidos e outras carepas e mantê-los livres de areia solta e impedir sua passagem para a fundição. Um canal de distribuição deve ser estendido alguma distância além da última porta para reter qualquer carepa do primeiro fluxo de metal. A carepa e escória presentes no cadinho não devem ser levadas à cavidade do molde.

O sistema de alimentação deve evitar o arrastamento ou absorção de ar/gases no metal enquanto passa por ele. Metal com superaquecimento excessivo pode aumentar o teor de gás do metal e produzir mais carepa e influenciar adversamente a solidificação direcional. As portas devem levar o metal às seções mais pesadas de uma fundição, preferencialmente abaixo ou através de um alimentador. Finalmente, a porta deve ser prática e econômica de fazer.

Sistema de Vazamento:

Os pontos importantes a serem considerados no design do sistema de vazamento de fundições são:

(i) O fluxo líquido não deve danificar (erosão) as paredes do molde.

(ii) O líquido não deve carregar areia ou carepa para a fundição.

(iii) A aspiração de gases na corrente de metal fundido deve ser evitada.

(iv) Vazamento de metal com perda mínima de temperatura e estabelecimento de gradiente de temperatura nas superfícies do molde e dentro do metal para ajudar a solidificação direcional em direção ao alimentador.

Tudo isso pode ser alcançado por design adequado do sistema de alimentação e sistema de vazamento adequado.

Para que nenhum ar seja absorvido pelo metal líquido em sua passagem descendente na porta, a forma da porta deve ser tal que a pressão do líquido em qualquer ponto na passagem da porta não seja inferior à pressão atmosférica. Isso é possível quando os lados da porta descendente são feitos hiperboloides em seção.

Como a forma hiperbólica é difícil de produzir, seção cônica com maior diâmetro no topo e menor na base pode servir ao propósito. Na prática real, uma bacia de vazamento é fornecida no topo e o metal é alimentado através de um canal de alimentação (sprue) vertical cônico e uma porta horizontal curta, como mostrado na Fig. 3.43. Este arranjo minimiza a oxidação e reduz o dano à cavidade do molde porque a força do metal entrante é reduzida.

A seção transversal do canal de alimentação pode ser circular, quadrada ou retangular. O tamanho do canal geralmente varia de 10 mm quadrados para fundições pequenas (abaixo de 12 kg) a cerca de 20 mm quadrados para fundições pesadas. O tamanho do canal deve ser suficiente para que permaneça cheio durante toda a operação de vazamento, e o metal não entre na cavidade do molde com alta velocidade, causando respingos e turbulência.

Se o canal for reto com cantos vivos, ocorre aspiração severa resultando em turbulência no metal. A aspiração é insignificante sem turbulência se o canal for cônico, cantos arredondados, poço de canal (sprue-well) fornecido e bacia de vazamento tipo barragem feita.

A bacia de vazamento também reduz o efeito erosivo da corrente de metal líquido vindo diretamente do forno e ajuda a manter uma cabeça de vazamento constante. Um coador cerâmico pode ser colocado no topo do canal para remover carepa.

Um núcleo de respingo cerâmico pode ser colocado na base do canal para reduzir a força erosiva da corrente de metal líquido. Uma armadilha de escamação (skim bob) colocada em uma porta horizontal pode ser fornecida para impedir impurezas mais pesadas e mais leves de entrarem no molde.

Design de Alimentação (Gating):

Porta (gate) é definida como abertura do canal de distribuição (runner) (passagem comum para fornecer metal a várias cavidades) para o molde. O tamanho e localização da porta devem garantir enchimento rápido do molde, distribuição do metal na cavidade do molde a uma taxa adequada, sem perda excessiva de temperatura, turbulência, erosão mínima do molde, sem aprisionamento de gases e escórias, sem desenvolvimento de trincas no resfriamento, e fácil remoção da porta sem danificar a fundição.

Para evitar areia solta e carepa de entrarem na cavidade do molde e permitir que o metal caia em um pequeno fluxo, uma grande bacia de vazamento é fornecida no topo do canal de alimentação-cum-alimentador ou um núcleo coador pode ser ajustado na bacia de vazamento.

Se o metal for vertido muito lentamente na cavidade do molde, a solidificação pode começar antes mesmo de ser completamente preenchida. Se vertido muito rápido, a alta velocidade erodirá a superfície do molde. Assim, velocidade de vazamento ótima é essencial.

Portas, dependendo de sua posição, podem ser de topo, linha de partição e fundo. No caso de alimentação superior, o metal fundido é vertido pela cabeça ou alimentador. Assim, a erosão do molde pelo metal caindo deve ser garantida tornando o molde duro. Neste caso, o metal quente permanece no topo e assim gradientes de temperatura adequados são estabelecidos para solidificação direcional em direção ao alimentador. A porta superior pode servir como alimentador.

Portas superiores são geralmente limitadas a moldes pequenos e simples ou fundições maiores feitas em moldes de material resistente à erosão. Alimentação superior não é aconselhável para metais leves e oxidáveis como alumínio e magnésio devido ao medo de aprisionamento por vazamento turbulento.

No sistema de alimentação na linha de partição, o metal entra na cavidade do molde no mesmo nível da junta do molde ou linha de partição. O canal de alimentação é conectado à fundição através de uma porta em direção horizontal. É assim possível fornecer skim-bob ou porta de escamação para reter qualquer escória ou areia no metal. O estrangulamento servindo como restrição controla a taxa de fluxo.

No sistema de alimentação inferior, o metal fundido flui pela base da cavidade do molde no drag e entra na base da fundição e sobe suavemente no molde e ao redor dos núcleos. Portas inferiores são mais adequadas para fundições de aço de grande porte. Turbulência e erosão do molde são mínimas neste caso. No entanto, o tempo para preencher o molde é maior.

Solidificação direcional é difícil de alcançar na alimentação inferior porque o metal continua a perder seu calor na cavidade do molde e quando atinge o alimentador, o metal fica muito mais frio.

Efeito de Aspiração:

Em um design de molde defeituoso, a velocidade do metal pode ser alta e assim a pressão pode cair abaixo da atmosférica e os gases originados da queima de compostos orgânicos podem alterar a corrente de metal fundido, produzindo fundições porosas.

Dois casos são possíveis em moldes onde pressão negativa pode ser experimentada. Um é no design do canal de alimentação e outro, onde mudança súbita na direção do fluxo ocorre. Referindo-se à Fig. 3.47, verifica-se que a pressão nos pontos 1 e 3 é atmosférica.

Pelo teorema de Bernoulli, a pressão será negativa no ponto 2, se o canal for como mostrado por linhas pontilhadas. Para superar este problema, o canal deve ser feito cônico, preferencialmente com curva como mostrado em linha firme entre 1 e 2.

Outra condição é mostrada na Fig. 3.48, onde devido à mudança na direção do fluxo do metal, o efeito vena contracta é experimentado. Para evitar pressão negativa nesta região, a forma do molde deve ser conforme o perfil vena contracta.

Razão de Alimentação (Gating Ratio):

Razão de alimentação é definida como a razão entre a área do canal de alimentação (sprue) para a área total do canal de distribuição (runner) para a área total da porta (gate). Uma razão de alimentação de 4:3:2 resulta em sistema pressurizado. Neste sistema, as proporções das áreas de seção transversal do canal, canal de distribuição e porta são arranjadas de forma que a contrapressão é mantida no sistema de alimentação por uma restrição de filme fluido nas portas. Este sistema é adotado para metais como aço, ferro, latão, etc.

O sistema de alimentação pressurizado é mantido cheio de metal. A contrapressão devido à restrição nas portas tende a minimizar o perigo do metal se afastar das paredes do molde com consequente aspiração de ar. Sistemas pressurizados são geralmente menores em volume para uma dada taxa de fluxo de metal do que os não pressurizados.

Assim, menos metal fica no sistema de alimentação e o rendimento da fundição é maior. No entanto, turbulência severa pode ocorrer em junções e cantos a menos que streamlining cuidadoso seja empregado. Alta velocidade e turbulência resultam em aprisionamento, formação de carepa e erosão do molde.

No caso de sistema não pressurizado, a restrição primária ao fluido está no ou muito próximo ao canal de alimentação. Razões de alimentação como 1:3:3, 1:2:2 produzirão um sistema não pressurizado. Tal sistema é adotado para metais leves e oxidáveis como alumínio e magnésio, onde a turbulência deve ser minimizada diminuindo a taxa de fluxo do metal.

No caso de sistemas não pressurizados, design cuidadoso é requerido para garantir que permaneçam cheios durante o vazamento. Canais de distribuição no drag e portas no cope ajudam a manter um canal de distribuição cheio, mas streamlining cuidadoso é essencial para eliminar efeitos de separação e consequente aspiração de ar.

Solidificação Direcional:

À medida que o metal fundido no molde esfria, ele solidifica e contrai em volume. Como nem todas as partes de uma fundição resfriam na mesma taxa devido a seções variadas, taxa variada de perda de calor para paredes de molde adjacentes, etc., vazios e cavidades podem se formar em certas regiões da fundição.

Em bom design de fundição, esses vazios são preenchidos com metal líquido da porção da fundição que ainda está líquida. Assim, a solidificação deve continuar progressivamente da seção mais fina que solidifica primeiro em direção aos alimentadores, que devem ser os últimos a solidificar. Este processo é conhecido como 'Solidificação Direcional', que visa produzir fundições sãs.

Solidificação direcional pode ser garantida projetando e posicionando o sistema de alimentação e alimentadores corretamente, aumentando a espessura de certas seções da fundição pelo uso de enchimento (padding), usando materiais exotérmicos nos alimentadores ou na areia de revestimento ao redor de certas porções da fundição, usando calafrios (chills) nos moldes.

As impurezas podem ser impedidas de viajar para a fundição observando o seguinte:

(i) Provisão de bacia de vazamento de tamanho adequado ajuda a quebrar a força erosiva da corrente de metal fundido, à medida que é vertida de um cadinho. Um design adequado de bacia de vazamento regula a taxa de entrada do metal, permite que o metal flua no canal suavemente e previne turbulência.

(ii) Provisão de coador cerâmico no canal descendente ajuda a impedir carepa do cadinho de entrar na fundição.

(iii) O impacto máximo é sentido na base do canal vertical, de onde a areia provavelmente será erodida e entrará no molde. Isso pode ser impedido fornecendo núcleo de respingo cerâmico na base do canal vertical.

(iv) Cantos vivos no caminho do fluxo de metal devem ser aerodinâmicos para evitar turbulência e bolsas mortas (Consulte Fig. 3.46).

(v) Provisão de skim bob ajuda a reter impurezas mais pesadas e mais leves fluindo em direção à fundição.

Espessura de Seção:

A espessura mínima de seção que pode ser vertida para vários metais é limitada devido à diferença em temperaturas de solidificação e fluidez. Espessura mínima de seção que fornecerá a resistência ou peso necessários, sem exigir temperaturas excessivas para garantir fluidez, deve ser usada.

Os valores normais de espessura mínima para fundições de design simples são 3 mm para ferro fundido, 2,25 mm para ferro maleável, 6 mm para aço, 2,25 mm para latão e bronze, e 3 mm para alumínio. Se o comprimento de fluxo for maior, então espessura maior que os valores acima deve ser fornecida. O valor mínimo de espessura para obter fundições sãs será alto, se houver intricadas na cavidade do molde.

Deve haver a maior uniformidade possível de seção de metal entre bosses e lugs e o corpo da fundição, a fim de permitir alimentação adequada de boss ou lug.

Alimentação (Risering):

Alimentador (riser) é um furo cortado ou moldado no cope para permitir que o metal fundido suba acima do ponto mais alto da fundição. Ele fornece uma verificação visual para garantir o enchimento da cavidade do molde.

Serve como alimentador para fornecer metal fundido na cavidade principal da fundição para compensar a contração. O design do alimentador deve ser tal que estabeleça gradientes de temperatura dentro da fundição para que a fundição solidifique direcionalmente em direção ao alimentador. Também ajuda na fácil ejeção de vapor, gás e ar da cavidade do molde enquanto o molde é enchido com metal fundido.

Para maior solidez, no caso de fundição com seções finas, vários alimentadores podem ser usados. Para eficácia, o alimentador deve ser a última parte da fundição a solidificar.

Provisões de Alimentador:

Após o molde ter sido preenchido, o metal entra nos alimentadores. Alimentadores atuam como reservatório e regulador de gradiente de calor, e fornecem o metal fluido necessário para compensar a contração do metal líquido e solidificação. Os alimentadores são geralmente localizados na parte superior da seção sendo alimentada.

Dependendo do metal sendo fundido, seu volume é mantido entre 25 e 55% da fundição. É importante notar que os alimentadores são adequadamente localizados para que não haja necessidade de remoção excessiva de metal para produzir o contorno acabado. Alimentadores são conectados à fundição por um pescoço de metal chamado porta que permite que o alimentador seja removido facilmente da fundição após a solidificação.

Design de Alimentador:

Se nenhum alimentador for fornecido durante a fundição, a solidificação começará pelas paredes e o metal líquido no centro será cercado por uma casca solidificada e o líquido contraído produzirá vazios em direção ao centro da fundição. O resfriamento adicional do sólido no centro configura tensões indesejáveis na fundição.

Provisão de alimentadores supera esses problemas pois estes fornecem metal fundido para uma fundição solidificando. Para este propósito, os alimentadores devem ser grandes o suficiente para permanecerem líquidos após a fundição ter solidificado e devem conter metal suficiente para prover as perdas de contração. Além disso, devem ser posicionados de forma que continuem a fornecer metal durante todo o período de solidificação.

Design e Posicionamento de Alimentadores:

A forma mais eficiente de um alimentador de determinado tamanho é aquela que resulta em perda mínima de calor, permanecendo quente e mantendo o metal em estado fundido pelo maior tempo possível. Em outras palavras, um alimentador deve ser projetado com o volume mínimo possível enquanto mantém uma taxa de resfriamento mais lenta que a da fundição.

A melhor forma para o geral das fundições para atingir o objetivo acima é cilindro. A altura do alimentador deve ser alta o suficiente para que qualquer tubo formado nele não penetre a fundição. A razão altura/diâmetro geralmente varia de 1:1 a 3:2.

O diâmetro ótimo do alimentador para uma dada fundição pode ser obtido pelas seguintes regras:

(a) Regra de Chvorinov:

Afirma que o tempo de solidificação...

(b) Método de Caine:

Este método baseia-se no tempo de solidificação relativo da fundição e do alimentador. Define o tempo de solidificação relativo para solidificação completa como a razão entre área de superfície da fundição ÷ volume da fundição : área de superfície do alimentador ÷ volume do alimentador.

Segundo Caine, (1) se a fundição solidifica infinitamente rápido, o volume do alimentador deve ser igual à contração de solidificação da fundição, e (2) se o alimentador e a fundição solidificam na mesma taxa, o alimentador deve ser infinitamente grande.

A Fig. 3.49 mostra esta relação hiperbólica entre o tempo de solidificação relativo e o volume relativo.

Além disso, para uma fundição com baixa razão A/V, como no caso de um cubo e esfera, um alimentador central pode ser capaz de alimentar toda a fundição. No entanto, quando a razão A/V é alta, como no caso de uma barra e uma chapa, mais de um alimentador é necessário. A localização adequada do alimentador é essencial em tal caso.

Para uma chapa de aço de 100 mm de espessura, um alimentador central é adequado se a distância máxima de alimentação for menor que 4,5 t da borda do alimentador [Consulte Fig. 3.51 (a)]. Se mais alimentadores forem necessários, a distância entre as duas bordas mais próximas dos alimentadores deve ser menor que 4 t [Consulte Fig. 3.51 (b)].

Para uma barra de seção transversal quadrada de 50—200 mm de lado (s), um alimentador central é bom se a distância máxima de alimentação for 30√s da borda e a distância entre dois alimentadores (bordas mais próximas) deve ser menor que 1,2 s.

A distância de alimentação do alimentador pode ser aumentada usando calafrios (chills), que fornecem gradiente térmico agudo e diminuem a resistência de alimentação. No caso de alimentador único, o calafrio deve ser colocado na extremidade e para mais de um alimentador, deve ser colocado no meio entre dois alimentadores.

O posicionamento adequado do alimentador é igualmente importante, pois deve ser capaz de alimentar a fundição solidificando efetivamente. Se a fundição for de forma cúbica ou esférica (ou seja, forma compacta com baixo valor de A_c/V_c), então um único alimentador é adequado para alimentar a fundição na solidificação. No entanto, quando o valor de A_c/V_c é alto (como no caso de fundições em forma de barra e chapa), mais de um alimentador pode ser necessário.

Se apenas um único alimentador for usado em tais casos, o estado pastoso imediatamente anterior à solidificação pode restringir o fluxo de metal de um único alimentador e causar contração na linha central. Como regra prática, pode-se dizer que um único alimentador é adequado se o comprimento de alimentação for menor que 4,5 vezes a espessura da chapa para chapas de aço de 12-100 mm de espessura.

No caso de barras quadradas de tamanho (lado) 50—200 mm, um alimentador central pode ser usado para distâncias menores que 6 vezes o tamanho da barra. Distâncias de alimentação maiores que as acima são possíveis pelo uso de calafrios, que aumentam a taxa de resfriamento e reduzem a resistência de alimentação da linha central. No caso de ligas com maior resistência de alimentação da linha central que o aço, calafrios devem ser usados para garantir a solidez daquelas partes da fundição que requerem maior resistência.

Materiais exotérmicos são às vezes usados em alimentadores para produzir solidificação direcional criando calor. Eles consistem em óxidos de metais como ferro, cromo, níquel ou cobre e alumínio em pó.

Estes compostos podem ser adicionados à superfície do metal fundido no alimentador logo após o vazamento, ou podem ser adicionados à areia das paredes do alimentador. Uma reação química ocorre devido ao contato com o metal fundido produzindo grande quantidade de calor. Assim, o metal no alimentador fica superaquecido permanecendo fundido por mais tempo.

Provisão de almofadas e mangas isolantes ao redor dos alimentadores ajuda a conservar calor. Provisão de calafrios adequados em locais desejados também ajuda a promover solidificação direcional.

Influência da Solidificação:

O design da seção da fundição deve ser tal que permita que os alimentadores cumpram as necessidades de fornecer metal quente e controlar a solidificação direcional. Por exemplo, na Fig. 3.52, o metal fundido solidificará para dentro da interface metal-molde por solidificação progressiva.

Com condições adequadas de diferenciais de temperatura, a interseção do congelamento progressivo mover-se-á para cima na localização do ponto mais quente, que deve estar dentro do alimentador. Isso é chamado de "solidificação direcional".

Se a altura de qualquer seção for muito grande em comparação com sua seção transversal, então a taxa de solidificação progressiva excederá a solidificação direcional, resultando em porosidade fina na linha central ou até mesmo uma cavidade maior ou série de cavidades grandes. Para evitar tal condição, é essencial que a seção transversal afine para baixo sendo maior no topo e menor na base.

Proporção de Seções:

Se as seções puderem ser adequadamente alimentadas, as limitações de proporção de seções não são tão críticas quanto o design da junção. Tensões de contração devido a gradientes de temperatura amplamente diferentes precisam ser cuidadas. É normalmente possível produzir fundições sem recorrer a calafrios onde espessuras de seções não são menores que 80% ou maiores que 120% da seção adjacente, no que diz respeito a variações de seções remotas dos alimentadores.

Junções e Contração:

Cavidades de contração causadas por solidificação direcional imprópria são mais prováveis de ocorrer em seções L, T, Y, X e onde seções grandes são unidas a seções pequenas abruptamente. O que acontece nestas seções é que, havendo uma massa maior no ponto de junção comparado aos braços, a área do ponto de junção torna-se um ponto quente com congelamento direcional progredindo em direção ao ponto quente, que por sua vez alimenta os braços e desenvolve a cavidade de contração.

O ponto quente pode ser eliminado tornando a seção mais uniforme ou usando calafrios perto da seção transversal de maior massa (Consulte Fig. 3.53). Embora todo esforço deva ser feito para prevenir o isolamento de seções pesadas que podem se tornar 'pontos quentes', às vezes se torna difícil.

Sob tais circunstâncias, cabe ao fundidor controlar o congelamento por meio de:

(i) Manipulação especial da posição dos alimentadores no molde,

(ii) Controlar a velocidade de vazamento,

(iii) Utilizar metal quente nos alimentadores,

(iv) Usar materiais de molde de características térmicas diferentes.

Filetes (Fillets):

Filetes adequados em todas as interseções aumentam materialmente a resistência e solidez das fundições. O tamanho dos filetes depende do metal usado, forma e espessura da seção de parede e tamanho da fundição. O raio do filete não deve ser maior que a espessura da seção.

Eliminando Trincas a Quente (Hot Tears):

Em uma fundição, trincas a quente resultam de gradientes de temperatura, estabelecendo diferentes taxas de contração durante a solidificação e, assim, induzindo tensões devido à resistência da areia de magnitude suficiente para causar fratura. Estas podem ser minimizadas adotando bom design, ou seja, evitando mudanças abruptas de seção, ângulos vivos e teias não uniformes conectadas a flanges.

Eliminando Gases em Fundições:

Gases em fundições podem aparecer como buracos de gás (buracos grandes, poucos em número distribuídos em vários lugares na fundição), microfuros (pequenos buracos, grandes em número perto do topo da fundição), microfuros (pequenos buracos distribuídos por toda a fundição). Design adequado do alimentador e ventilação adequada de moldes permeáveis é essencial para evitar esses defeitos.

Outra fonte de gases é dos gases dissolvidos no metal líquido em alta temperatura, que ao resfriar são liberados. Fusão a vácuo e desgasificação a vácuo (colocar metal líquido em câmara de baixa pressão para remover gases dissolvidos) podem ser usados para reduzir gases no banho.

Características das Fundições em Areia:

1. Como a solidificação do metal ocorre em condições de não equilíbrio, as fundições são suscetíveis a trincas de resfriamento se o devido cuidado no design não for tomado. Problemas de contração podem ser cuidados promovendo solidificação direcional pelo uso de cones, calafrios metálicos nas paredes do molde e redução de pontos quentes em junções de seções uniformes.

2. Metal solidificado tem acabamento ruim. A superfície é afetada pelo acabamento do modelo, estrutura da areia, revestimentos do molde, ventilação do molde e acesso ao molde para limpeza de partículas de areia soltas antes do molde ser fechado.

3. Fundições em areia são porosas o suficiente e, portanto, não podem ser usadas para vasos de pressão (geralmente usadas até 10 kg/cm²).

4. Estrutura obtida por fundição em areia é frouxa e, portanto, não mais forte que produtos forjados.

5. Como os grãos não são compactos, a fundição tem menor densidade e resistência ruim.

6. Fundições obtidas pelo processo de moldagem têm boa dureza. Tensões internas podem ser eliminadas evitando cantos vivos e restrição física.

7. Fundições em areia têm baixa ductilidade.

8. O método de moldagem é adequado para fundições moderadas e particularmente grandes e inadequado para seções mais finas.

9. A adequação das fundições em areia reside no alto ponto de fusão do metal fundido.

10. As fundições em areia são menos custosas porque o custo dos moldes de areia é menor.

11. Solidez interna das fundições pode ser garantida minimizando evolução de gás durante a solidificação e evitando turbulência durante o vazamento. Restrição física deve ser prevenida pois leva a trincas a quente.