ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE SUPERAQUECIMENTO NA FORMAÇÃO DE RECHUPE EM ALUMÍNIO PURO
Diego Montero, Jhonatan Gemeli e Luana Bavaresco Rossari
O presente trabalho buscou estudar o comportamento de uma liga de alumínio durante a solidificação. Ao utilizar moldes, obtiveram-se amostras da liga fundida com várias temperaturas de vazamento, desse modo analisou-se a influência deste parâmetro na solidificação. Através das amostras, possibilitou-se o estudo do coeficiente de contração volumétrica e sua relação com a temperatura de superaquecimento.
1. Introdução Teórica
A fundição é o processo de vazamento de metal fundido em moldes e seu resfriamento através da troca de calor, resultando na solidificação desse na forma geométrica desejada. Durante o projeto da peça a ser fundida, certos aspectos devem ser observados para que o processo ocorra de forma correta, evitando problemas na estrutura. No processo de fusão, o metal sofre um aumento de volume e quando este se solidifica ocorre uma contração, a qual pode resultar em defeitos na peça. Como defeito, pode-se citar o rechupe, o qual é caracterizado por um vazio na superfície de uma peça após seu resfriamento completo. Na solidificação do metal, ocorre uma maior troca de calor na porção de metal que está diretamente em contato com as paredes do molde, ou seja, na parte mais externa. Conforme o metal solidifica-se na parte mais externa, esta a a envolver a região interna a qual ainda permanece líquida. Durante esta transformação de fase, o metal contrai-se, e assim o volume de metal diminui, ocasionando em uma falta de material para preenchimento do molde, o rechupe. Busca-se solucionar o problema de contração do metal com a utilização de massalotes, os quais são reservatórios de metal líquido que constituem um sistema de canais de alimentação de peças fundidas. Esse deve solidificar-se em um tempo maior que o restante da peça, armazenando um volume de metal para compensar as contrações
na solidificação. Para que isso ocorra, o projeto do massalote deve assegurar-se de que haverá alimentação eficiente de metal fundido para as demais partes. No experimento realizado, buscou-se verificar a influência das diversas temperaturas de vazamento, com vários graus de superaquecimento, no tamanho do rechupe formado após a solidificação.
2. Metodologia Experimental
Para a obtenção dos dados deste experimento, quatro grupos distintos fizeram o mesmo procedimento experimental, descrito abaixo, com temperaturas de vazamento diferentes. Os dados obtidos foram compilados em um só relatório para que se pudesse obter uma curva de ‘Contração Volumétrica’ por ‘Grau de Superaquecimento’ com mais pontos, caracterizando melhor o fenômeno em questão. Inicialmente, as coquilhas foram colocadas em um forno tipo mufla para que fosse eliminada a umidade dos moldes e que ocorresse um pré-aquecimento de 200°C para posteriormente acontecer os vazamentos. O escorificante também precisa ter sua umidade retirada, sendo colocado em uma estufa a 100°C. Após o forno elétrico a indução ser ligado, pedaços de alumínio foram colocados no cadinho, fundindo a uma temperatura de aproximadamente 660°C, e aquecidos até aproximadamente 30°C acima das temperaturas de vazamento escolhidas, sendo 12 temperaturas diferentes, cobrindo três faixas principais de superaquecimento (Tabela I), e então o cadinho é retirado do forno. As temperaturas citadas foram obtidas com o uso de um termômetro bi-metálicas do tipo K. O cadinho foi então retirado do forno de indução, assim como as coquilhas e o escorificante foram retirados do forno elétrico e da estuda. Antes do vazamento foi adicionado o escorificante a mistura e a escória foi removida com a colher. Através do termopar, esperou-se que as temperaturas da mistura atingirem aproximadamente 3°C acima da temperatura de vazamento, e então o vazamento foi feito manualmente, com o operador instruído a tentar manter uma velocidade de vazamento constante. Depois de solidificados os lingotes, os mesmos foram resfriados e identificados. Foram retiradas as rebarbas para que cada amostra ficasse com o rechupe o mais vertical possível na balança de precisão, para então a amostra ter a sua massa calculada com e sem a adição de álcool etílico na cavidade de rechupe.
3. Apresentação e Discussão dos Resultados
As massas medidas apenas dos corpos de prova, e a diferença deste resultado com a medida feita após a cavidade de rechupe ser preenchida com álcool forneceu os seguintes resultados:
Tabela I: massa dos corpos de prova e dos rechupes Temperatura (°C) Massa do corpo (Alumínio) [g] Massa do rechupe (Alcool) [g]
670
675
680
685
710
715
720
252,49
2,06
245,49
1,62
241,54
1,67
259,15
1,7
267,57
1,72
210,17
1,93
265
1,59
262,05
1,45
254,41
1,56
260,44
1,65
253,58
1,68
246,34
1,51
226,35
1,78
264,51
1,87
225,45
1,23
249,65
1,79
231,17
1,56
261,4
1,25
274,5
1,28
283,91
1,52
273,87
0,83
248,48
1,31
264,31
1,28
269,67
2,23
284,21
1,78
229,41
1,86
264,3
2,05
278,31
1,37
Tabela I (continuação): massa dos corpos de prova e dos rechupes
725
750
755
760
765
232,76
1,62
226,3
1,69
226,33
2,02
237,93
1,52
254,74
2,47
265,27
1,83
259,57
1,42
230,46
1,49
239,96
1,83
220,47
1,3
253,4
1,97
232,43
1,32
264,5
1,9
240,52
1,62
239,16
1,83
240,48
1,99
258,43
1,75
239,02
1,85
254,47
1,72
260,44
1,92
Dividindo os valores de massa obtidos pela densidade de cada material pesado podem-se obter os volumes dos corpos de alumínio e dos seus rechupes. Com o valor obtido dos volumes, é possível definir um coeficiente de contração volumétrica como a divisão entre o volume do rechupe e o volume do corpo, no qual o volume do corpo é a soma do volume do rechupe e do volume de material:
As temperaturas também são expressas como graus de superaquecimento, tendo sido fornecida a temperatura de fusão do alumínio como 660°C, o superaquecimento é a diferença entre a temperatura de vazamento e a temperatura de fusão:
Tendo a densidade do alumínio:
e do álcool
, os valores de volume, superaquecimento e CCVs são compilados na tabela II, :
Tabela II: volumes, superaquecimento e CCV Superaquecimento (°C)
10
15
20
25
50
55
60
Volume do corpo [cm³]
Volume do rechupe [cm³]
CCV
95,43
2,61
0,0273
92,30
2,05
0,0222
90,92
2,11
0,0233
97,43
2,15
0,0221
100,55
2,18
0,0217
79,71
2,44
0,0306
99,44
2,01
0,0202
98,18
1,84
0,0187
95,51
1,97
0,0201
97,84
2,09
0,0213
95,35
2,13
0,0223
92,48
1,91
0,0207
85,47
2,25
0,0263
99,61
2,37
0,0238
84,44
1,56
0,0184
94,05
2,27
0,0241
86,96
1,97
0,0230
97,69
1,58
0,0162
102,54
1,62
0,0158
106,30
1,92
0,0181
101,74
1,05
0,0103
93,01
1,66
0,0178
98,79
1,62
0,0164
101,97
2,82
0,0277
106,74
2,25
0,0211
86,70
2,35
0,0272
99,76
2,59
0,0260
104,05
1,73
0,0167
Tabela II (continuação): volumes, superaquecimento e CCV
65
90
95
100
105
87,62
2,05
0,0234
85,34
2,14
0,0251
85,77
2,56
0,0298
89,40
1,92
0,0215
96,78
3,13
0,0323
99,84
2,32
0,0232
97,23
1,80
0,0185
86,61
1,89
0,0218
90,54
2,32
0,0255
82,70
1,65
0,0199
95,66
2,49
0,0261
87,12
1,67
0,0192
99,65
2,40
0,0241
90,48
2,05
0,0227
90,24
2,32
0,0257
90,93
2,52
0,0277
97,23
2,22
0,0228
90,22
2,34
0,0260
95,73
2,18
0,0227
98,18
2,43
0,0248
Os valores do CCV médios podem ser expostos através de um gráfico em função
Coeficiente de Contração Volumétrica
do superaquecimento (S): 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 0
20
40
60
80
100
Grau de Superaquecimento (°C)
Gráfico 1 - Valores médios de CCV x Superaquecimento
120
De acordo com a teoria espera-se que o coeficiente de contração volumétrica aumente, para um aumento do grau de superaquecimento. A ocorrência disso pode ser observada no gráfico 1. Nota-se ainda que para alguns pontos esse fenômeno não foi observado. Isso pode ser explicado pelo fato de não se ter muitos corpos de prova para uma mesma temperatura e incertezas no processo de fundição – medição da temperatura de vazamento exata e velocidade de vazamento. O método utilizado para medição do volume de rechupe pode ter ocasionado as seguintes incoerências a borda superior das peças medidas não apresentava paralelismo em relação à superfície da balança e também por exigir elevada acurácia visual.
4. Conclusões
No presente trabalho procurou-se analisar a influência da temperatura superaquecimento no volume de rechupe para o alumínio puro. Notou-se que alguns dos dados recebidos possuem uma grande dispersão com relação ao previsto pelo estudo literário. Pode-se citar como exemplo, para graus de superaquecimento de 50 e 60 °C, o coeficiente de contração volumétrica ficou abaixo do esperado. Estes pontos estão a respectivamente 19,04 % e 19,90% abaixo de uma linha de tendência (mostrada no gráfico 1). Esta divergência pode estar associada a diversos fatores. Dentre eles, o método experimental possui incertezas – havia inexperiência do operador; não se tinha um controle muito preciso da temperatura de vazamento no molde e a dificuldade de precisar a quantidade correta para preencher o colume rechupado. Ainda, poderia ter sido empregado um maior número de corpos de prova a fim de se obter um resultado mais confiável do ponto de vista estatístico. Apesar disso, analisando todos os pontos do gráfico 1, pode-se observar uma tendência crescente que relaciona o grau de superaquecimento com o CCV, o que confere com o resultado esperado.
5. Referências Bibliográficas
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Rechupe
ou
marcas
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rechupagem,
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