As propriedades normativas do processo de microfusão

A microfusão gera uma peça fabricada a partir de um modelo feito em cera que foi injetado em um molde metálico. Esse modelo é colado junto com outros em um canal de cera, formando uma árvore de cera. Essa árvore é revestida com cerâmica, formando uma casca, um molde cerâmico. Quando esse molde está seco, a cera é derretida, o molde é calcinado em alta temperatura e depois preenchido com metal líquido. Após o esfriamento, a cerâmica é fragmentada e tem se uma réplica em metal da árvore de cera, da qual as peças são cortadas, limpas e o canal lixado, gerando uma cópia em metal do modelo de cera.

Assim, pode-se dizer que a microfusão é um processo de fundição que utiliza modelos de cera e moldes cerâmicos, permitindo fabricar peças com formas complexas, tolerâncias dimensionais estreitas e ótimo acabamento superficial. O rechupe visual é a porosidade de contração na forma de defeitos negativos observados na superfície da peça, originados por insuficiência de alimentação líquida durante a solidificação do metal em pontos quentes. Os defeitos positivos são os em alto relevo e os defeitos negativos são em baixo relevo (poros, vazios, bolhas de gás, etc.).

As propriedades mecânicas das ligas não são normalmente testadas, a não ser que seja especificamente exigido pelo cliente e considerado na cotação inicial. A medição de dureza nas peças é normalmente utilizada para controle dos tratamentos térmicos. Quando houver exigência de certificação de propriedades mecânicas, em cada corrida do forno de fusão em que foram fundidas as peças devem ser fundidos corpos de prova para ensaios mecânicos. Esses corpos de prova devem ser microfundidos em modelos de cera e devem ser tratados termicamente junto com as peças que eles representam. O desenho do corpo de prova segue o da ASTM A 985/A.

Não havendo especificação de tratamentos térmicos, as peças devem ser fornecidas no estado bruto de fusão. Os tratamentos requeridos devem ser efetuados de acordo com o que for negociado com o cliente. Havendo exigências com respeito ao nível de descarbonetação superficial, isso também deve ser objeto de acordo entre o cliente e o fornecedor.

As durezas possíveis de serem obtidas nas ligas microfundidas estão descritas na norma e a faixa de tolerância mínima de dureza aceitável para peças microfundidas em aço, temperadas e revenidas é de 5 pontos Rockwell C. Quando a utilização da peça exigir dureza superficial ou interna, deve ser considerado um tratamento térmico para garanti-la, mesmo que o desenho não mencione a necessidade de tratamentos.

Para peças com tratamento de normalização ou de recozimento, a especificação deve ser de dureza máxima e não de faixa. No caso de exigência de uma microestrutura determinada, ela deve ser definida entre cliente e fornecedor. A microestrutura deve ser definida em termos de: profundidade de descarbonetação admissível; profundidade de camada cementada, quando for o caso; fases constituintes, com indicação de predominância, quando for o caso; morfologia: continuidade, orientação, distribuição, forma e tamanho das fases ou dos eventuais defeitos que podem aparecer na microestrutura; dureza com determinação dos locais de medição, método e das faixas admissíveis.

As peças microfundidas devem apresentar menos de 10% de porosidade interna de contração (vazios internos) em qualquer seção transversal. Esta verificação deve ser feita por inspeção radiográfica. Estes vazios de contração não devem estar presentes em áreas onde alguma usinagem subsequente conhecida revele visualmente os defeitos.

Alguma quantidade limitada de outros tipos de defeitos internos, incluindo bolhas de gás, partículas de escória, inclusões não metálicas ou porosidade, pode ser encontrada. Se estes defeitos tornarem a peça inutilizável, métodos de inspeção e limites de aceitação para excluir tais produtos defeituosos devem ser estabelecidos em comum acordo entre o cliente e o microfundidor.

As peças obtidas pelo processo de fundição de precisão não devem conter juntas frias, emendas e trincas visuais. Mesmo quando não exigido pelo cliente, no caso de peças fabricadas em ligas magnetizáveis, um exame por partículas magnéticas deve ser feito no estágio de produção de amostras, para assegurar que o processo de fundição seja capaz de produzir peças isentas de trintas, mesmo não visuais.

Devido à natureza do processo de fundição de precisão (microfusão), defeitos positivos podem ser encontrados aleatoriamente. A menos que seja acordado de outra forma entre o cliente e o fornecedor, a ocorrência dos defeitos positivos estará limitada a não mais do que um defeito com no máximo 0,8 mm de altura e medindo até 3 × 3 mm, por área de 25 mm × 25 mm, mas não em locais onde interfiram com alguma função conhecida da peça.

Os defeitos que serão removidos por usinagem posterior devem ser considerados aceitáveis. Outras exigências quanto aos defeitos positivos devem ser acordadas entre o fornecedor e o cliente. Os defeitos negativos podem ocorrer aleatoriamente. A não ser que seja acordado de outra forma entre o cliente e o fornecedor, a ocorrência de defeitos negativos está limitada a não mais do que um com tamanho máximo de 0,8 mm a 1,5 mm por 0,8 mm de profundidade, por área de 25 mm × 25 mm, desde que eles não interfiram com alguma função conhecida da peça.

A NBR 15990 de 12/2011 – Peças fundidas pelo processo de microfusão – Requisitos de fabricação, características e propriedades estabelece as características das peças fabricadas pelo processo de microfusão, de tal modo que elas possam atender a todos os requisitos de qualidade e funcionalidade exigidos pelo cliente, ao mínimo custo. Pode-se dizer que a microfusão é o processo de fundição que utiliza modelos de cera e moldes cerâmicos, permitindo fabricar peças com formas complexas, tolerâncias dimensionais estreitas e ótimo acabamento superficial.

O tamanho e a forma da peça fundida determinam os graus de tolerâncias que serão adotados. Entretanto, a seleção do grau de exatidão deve considerar a existência de variações inerentes ao processo de obtenção de peças fundidas por fundição de precisão. Os principais fatores que influenciam diretamente as tolerâncias durante o processo de obtenção das peças são: a temperatura da cera; a pressão aplicada ao injetar a cera na matriz; a composição dos refratários adotados para a produção do molde cerâmico; a temperatura de calcinação do molde cerâmico; composição química do metal; a temperatura de fusão e a solidificação do metal; e as variações de características das matérias-primas no decorrer dos lotes.

Na fabricação de uma peça pelo processo de fundição de precisão, as diferentes propriedades dos materiais influenciam a amplitude de dispersão dos campos de tolerância. A tabela abaixo indica os grupos de materiais e suas respectivas tolerâncias, de acordo com o grau de exatidão, sendo que: o Grupo D: ligas à base de ferro, níquel, cobalto e cobre – Grau de exatidão: D1 até D3; Grupo A: ligas a base de alumínio – Grau de exatidão: A1 até A3. A seleção do grau de exatidão deve ser definida de acordo com o tipo do material adotado para o projeto e a aplicação do produto acabado.

Assim, nos grupos de materiais “D” e “A” são indicados três graus de exatidão cada: Grau de exatidão 1: válido para todas as dimensões que não possuem tolerância; Grau de exatidão 2: válido para todas as dimensões que receberem tolerância; Grau de exatidão 3: somente deve ser selecionado em dimensões isoladas e deve ser previamente combinado com o fundidor de precisão, pois o atendimento a tais tolerâncias exige adequações significativas no ferramental e no processo produtivo.

A exatidão alcançável das dimensões normais de um fundido de precisão é influenciada pela maior dimensão e forma do fundido. Se a maior dimensão do fundido exceder o âmbito normal de um grau de exatidão, todas as tolerâncias devem ser toleradas com menor grau de exatidão (maior campo de tolerâncias).

Os desvios externos aos graus de exatidão devem ser combinados entre o cliente e o fornecedor do fundido. O projeto de uma peça fundida fabricada pelo processo de fundição de precisão deve considerar as tolerâncias lineares indicadas na tabela abaixo. Essas tolerâncias referem-se ao campo total de variação, mas podem também ser apresentadas como + ou –. Exemplo: tolerância 0,3 mm é o mesmo que + ou – 0,15 mm.

A espessura mínima da parede de um fundido depende do tipo de material adotado para o projeto e da distância que o metal fundido deve percorrer no interior do molde cerâmico. O metal fundido é vazado com a temperatura mais elevada do que a adotada para o molde, assim durante o vazamento o metal fundido constantemente perde temperatura.

Se o metal fundido perder a temperatura suficiente para atingir seu ponto de solidificação, ele solidifica antes de preencher todos os detalhes do molde. Como a temperatura do metal fundido em comparação com a temperatura do molde cerâmico é maior, ao entrar em uma parede de seção fina, ele pode não preencher corretamente tal seção.

Esta falha não ocorre em seções de paredes mais espessas, pois por possuir maior massa o metal sofre menor perda de temperatura e apresenta melhores resultados de preenchimento. As tolerâncias angulares nas peças brutas de fusão dependem de sua localização na peça. Elas variam de ± 0,5 ° para posições bem amarradas até ± 2 °, onde deformações são esperadas.

As composições químicas das ligas metálicas mais comuns em microfusão estão descritas nos Anexos A a C. A análise da composição química pode variar conforme ASTM A 703. Os corpos de prova utilizados para análise química devem ser conservados por um período mínimo de dois anos ou conforme requisito específico do cliente.

No caso de o cliente especificar no desenho ligas produzidas por outros processos, o microfundidor pode fornecer a peça na liga microfundida com propriedades mecânicas as mais próximas das da liga original. Os limites para elementos não especificados no Anexo A, que possam ser solicitados pelo cliente, devem ser acordados com o fornecedor. O limite de resistência, limite de escoamento e alongamento das ligas microfundidas estão descritos nos Anexos D e E.

As propriedades mecânicas das ligas não são normalmente testadas, a não ser que seja especificamente exigido pelo cliente e considerado na cotação inicial. A medição de dureza nas peças é normalmente utilizada para controle dos tratamentos térmicos. Quando houver exigência de certificação de propriedades mecânicas, em cada corrida do forno de fusão em que foram fundidas as peças devem ser fundidos corpos de prova para ensaios mecânicos.

Esses corpos de prova devem ser microfundidos em modelos de cera e devem ser tratados termicamente junto com as peças que eles representam. O desenho do corpo de prova segue o da ASTM A 985/A. Não havendo especificação de tratamentos térmicos, as peças devem ser fornecidas no estado bruto de fusão.

Os tratamentos requeridos devem ser efetuados de acordo com o que for negociado com o cliente. Havendo exigências com respeito ao nível de descarbonetação superficial, isso também deve ser objeto de acordo entre o cliente e o fornecedor. As durezas possíveis de serem obtidas nas ligas microfundidas estão descritas nos Anexos D a F.

A faixa de tolerância mínima de dureza aceitável para peças microfundidas em aço, temperadas e revenidas é de 5 pontos Rockwell C. Quando a utilização da peça exigir dureza superficial ou interna, deve ser considerado um tratamento térmico para garanti-la, mesmo que o desenho não mencione a necessidade de tratamentos. Para peças com tratamento de normalização ou de recozimento, a especificação deve ser de dureza máxima e não de faixa.

No caso de exigência de uma microestrutura determinada, ela deve ser definida entre cliente e fornecedor. A microestrutura deve ser definida em termos de: profundidade de descarbonetação admissível; profundidade de camada cementada, quando for o caso; fases constituintes, com indicação de predominância, quando for o caso; morfologia: continuidade, orientação, distribuição, forma e tamanho das fases ou dos eventuais defeitos que podem aparecer na microestrutura; e dureza com determinação dos locais de medição, método e das faixas admissíveis.

As peças microfundidas devem apresentar menos de 10% de porosidade interna de contração (vazios internos) em qualquer seção transversal. Esta verificação deve ser feita por inspeção radiográfica. Estes vazios de contração não devem estar presentes em áreas onde alguma usinagem subsequente conhecida revele visualmente os defeitos.

Alguma quantidade limitada de outros tipos de defeitos internos, incluindo bolhas de gás, partículas de escória, inclusões não metálicas ou porosidade, pode ser encontrada. Se estes defeitos tornarem a peça inutilizável, métodos de inspeção e limites de aceitação para excluir tais produtos defeituosos devem ser estabelecidos em comum acordo entre o cliente e o microfundidor.

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