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A fundição por cera perdida utiliza uma variedade de materiais para criar peças precisas e duradouras. Os materiais mais comuns incluem ligas de alumínio, aço inoxidável, aço carbono, ligas de aço, ligas de cobre, superligas à base de níquel e cobalto, bem como cerâmica para moldes. Cada grupo de materiais oferece propriedades únicas; por exemplo, o alumínio é leve e forte, enquanto o aço inoxidável resiste eficazmente à ferrugem. A seleção dos metais ou ligas certos na fundição por cera perdida tem um impacto significativo tanto no desempenho das peças como no seu custo global. Só a fase de fusão pode representar até 39% do custo total devido ao peso e ao preço do material.
| Fase de custos | Percentagem do custo total (%) |
|---|---|
| Derretimento | 32 – 39 |
Entre estes, o aço inoxidável é o material mais utilizado na fundição por cera perdida, especialmente para peças que exigem elevada precisão. As ligas de alumínio e cobre são também frequentemente escolhidas para aplicações que requerem componentes leves ou condutividade eléctrica. Cada material é mais adequado para usos específicos, como componentes aeroespaciais ou instrumentos médicos, destacando a versatilidade da fundição por cera perdida.
Principais conclusões
- Escolher o melhor metal ou liga em fundição por cera perdida torna as peças mais fortes. Também as ajuda a encaixar melhor e a custar menos a fabricar.
- O aço inoxidável é muito utilizado porque não enferruja. As ligas de alumínio são boas para fazer peças leves. As superligas funcionam bem quando as coisas ficam muito quentes.
- Os moldes de cerâmica e os padrões de cera ajudam a criar formas com muitos pormenores. Também ajudam as peças a ter superfícies lisas e tamanhos exactos.
- Testar materiais ajuda a utilizar menos e mantém a qualidade elevada. Isto permite poupar dinheiro e recursos.
- As diferentes indústrias escolhem os metais de acordo com as suas necessidades. Algumas precisam de força, outras de resistência ao calor e outras de proteção contra a ferrugem.
Processo de fundição por cera perdida
O processo de fundição por cera perdida é também designado por fundição por cera perdida. Produz peças metálicas com formas exactas. Primeiro, é feito um padrão de cera. Este molde é coberto com um invólucro de cerâmica. De seguida, o metal quente é vertido no molde. Podem ser utilizados muitos materiais, como metais e cerâmica. Isto ajuda a fabricar peças com formas complicadas e medidas muito próximas. O processo começa com um modelo de cera. O invólucro de cerâmica é construído à volta da cera. A cera derrete, deixando um espaço para o metal.
Seleção de materiais
A escolha do material correto é muito importante. Afecta a qualidade, a resistência e o custo da peça. Cada trabalho necessita de um material adequado à sua utilização. O aço inoxidável não enferruja facilmente. É bom para peças médicas e alimentares. As ligas de alumínio são leves e resistentes. Funcionam bem em carros e aviões. As superligas de níquel e cobalto suportam altas temperaturas. São utilizadas em lâminas de turbinas.
Alguns aspectos a ter em conta na escolha dos materiais são:
- A peça deve ser suficientemente forte e resistente.
- Não deve enferrujar em sítios difíceis.
- O tamanho deve ser o correto e não deve encolher demasiado.
- Deve ser fácil de moldar e terminar.
- O custo e o bom funcionamento devem ser equilibrados.
Ferramentas como os espectrómetros e os aparelhos de ensaio de tração verificam os materiais. Certificam-se de que cada lote é suficientemente bom. Boas escolhas de materiais podem reduzir o desperdício em 15-20%. Podem ajudar a utilizar 85-90% do material. A sucata pode descer para 5% ou menos. Isto significa melhor qualidade e menos desperdício.
Materiais de molde
O material do molde altera a suavidade e a exatidão da peça. É utilizado um padrão de cera para fazer uma concha de cerâmica. Esta concha é o molde para o metal. O poliuretano e o silicone são utilizados para fazer o primeiro modelo de cera. Os moldes de poliuretano produzem padrões de cera que encolhem cerca de 1,0%. Isto permite uma melhor precisão de tamanho. Os moldes de silicone podem produzir formas mais pormenorizadas e peças mais suaves. Mas encolhem mais, cerca de 2,2%.
| Material do molde | Retração média (%) | Notas de desempenho |
|---|---|---|
| Poliuretano | 1.0 | Precisão, menos distorção, melhor para tolerâncias apertadas |
| Silicone | 2.2 | Melhor acabamento de superfície, suporta formas complexas, maior retração |
Os erros durante a imersão podem tornar a peça mais pequena em 0,2-0,4%. Máquinas especiais verificam o tamanho em cada etapa. O processo utiliza muito bem o equipamento, até 95% do tempo. A reciclagem é importante. A indústria tenta reutilizar 80% de materiais. Isto poupa dinheiro e ajuda o planeta.
Nota: O método de fundição por cera perdida permite a utilização de ligas e cerâmicas especiais. Isto permite criar peças para trabalhos difíceis como aviões, automóveis e instrumentos médicos.
Materiais de fundição por cera perdida
A fundição por cera perdida utiliza muitos metais e ligas. Cada grupo tem caraterísticas especiais para trabalhos diferentes. O material escolhido altera a resistência, o peso ou o custo da peça. A tabela abaixo mostra a comparação entre metais e ligas comuns:
| Imóveis | Aço carbono | Aço inoxidável | Alumínio | Ligas à base de níquel | Ligas à base de cobre |
|---|---|---|---|---|---|
| Resistência à corrosão | Baixo | Elevado | Médio | Elevado | Elevado |
| Resistência ao desgaste | Médio | Baixo | Baixo | Baixo | Elevado |
| Resistência à tração | Médio | Baixo | Baixo | Médio | Baixo |
| Dureza | Médio | Baixo | Baixo | Médio | Baixo |
| Maquinabilidade | Médio | Baixo | Elevado | Baixo | Elevado |
| Preço | Baixo | Elevado | Médio | Elevado | Médio |
Ligas de alumínio
O alumínio é uma escolha de topo para a fundição por cera perdida. É leve e fácil de moldar. Também movimenta bem o calor. O alumínio puro move o calor a 235 W/m-K. Isto ajuda a arrefecer as coisas. As ligas de alumínio são boas para peças fortes e leves. O alumínio de alta qualidade é utilizado em aviões, automóveis e eletrónica. Torna as coisas mais leves, mas ainda assim fortes. Empresas como a Nu-Cast utilizam a fundição de alumínio para peças de defesa. Estas incluem chassis electrónicos e corpos de câmaras. O alumínio pode fazer paredes finas e formas complicadas. Isto é ótimo para fazer peças exactas.
Aço inoxidável
O aço inoxidável é popular porque não enferruja. É utilizado em ferramentas médicas, máquinas alimentares e peças de barcos. O aço inoxidável é cerca de 2,5 vezes mais pesado do que o alumínio. Isto torna-o mais pesado, mas também mais forte. Dá um acabamento suave e funciona em locais difíceis. As pessoas escolhem o aço inoxidável quando as peças têm de durar e manter-se limpas.
Aço carbono e aço liga
O aço-carbono e o aço-liga são ambos muito utilizados. O aço-carbono é forte e custa menos do que o aço inoxidável. É utilizado em engrenagens, válvulas e máquinas. O aço de liga tem elementos extra adicionados. Isto torna-o mais forte e mais resistente. O aço ligado é utilizado em automóveis, edifícios e grandes máquinas. Estes aços podem suportar muita força e golpes. O aço-carbono é o melhor para peças fortes que não precisam de combater a ferrugem. O aço ligado é escolhido para peças que têm de durar e trabalhar arduamente.
Ligas de cobre
As ligas de cobre incluem o bronze e o latão. Transmitem muito bem a eletricidade e o calor. Não enferrujam facilmente e são fáceis de moldar. Estas ligas são utilizadas para fios, tubos e decorações. As ligas de cobre também se desgastam bem, pelo que são boas para peças móveis. A sua cor brilhante e o seu aspeto liso são agradáveis para a arte e a joalharia.
Superligas de níquel e cobalto
As superligas de níquel e de cobalto são especiais. Suportam um calor muito elevado e não enferrujam. Estas ligas são utilizadas em motores a jato, turbinas e peças médicas. Na Segunda Guerra Mundial, a fundição por cera perdida produziu lâminas e motores a partir destas ligas. Isto permitiu às pessoas fazer formas complicadas com grande precisão. As superligas de níquel e cobalto são mais caras. Mas são necessárias para peças que enfrentam muito calor e stress.
Outros materiais
Algumas empresas utilizam materiais raros para peças especiais. Estes incluem o titânio, o magnésio e o vidro. A cerâmica é utilizada para fazer os moldes, não as peças. Os moldes de cerâmica ajudam a fazer peças suaves e detalhadas. A cera é coberta com cerâmica para fazer o molde. Algumas indústrias utilizam o vidro ou a cerâmica para peças que têm de combater o calor ou os produtos químicos. Estes materiais ajudam a criar formas exactas e especiais.
Sugestão: A fundição por cera perdida pode produzir peças próximas da sua forma final. Funciona com muitas ligas, mesmo as mais duras. Isto reduz o desperdício e poupa dinheiro. Os robots e as máquinas ajudam a tornar o processo mais rápido e melhor.
Os materiais de fundição por cera perdida oferecem aos engenheiros muitas opções. Cada metal ou liga é bom para trabalhos diferentes. A melhor escolha depende do que a peça deve fazer e onde será utilizada.
Propriedades e aplicações
Propriedades mecânicas
Os metais e as ligas na fundição por cera perdida têm muitas propriedades mecânicas. Estas ajudam os engenheiros a escolher o melhor material para cada peça. As ligas de titânio como o Ti64 podem ficar mais fracas em peças espessas. Podem perder mais de 15% da sua resistência após uma utilização prolongada em calor elevado. Isto acontece quando os grãos no interior do metal aumentam de tamanho. Os grãos maiores tornam a peça mais fraca. A tabela abaixo mostra como a espessura da parede altera a resistência do Ti64 após 500 horas a 200-300°C:
| Espessura da parede | Perda de resistência à tração (%) | Motivo da alteração |
|---|---|---|
| Fino | Baixo | Crescimento de grãos pequenos |
| Médio | Moderado | Alguns grãos grosseiros anormais |
| Grosso | >15 | Engrossamento de grãos grandes |
Os engenheiros analisam estes dados para escolher ligas que se mantenham resistentes. A fundição por cera perdida produz peças com grande pormenor e medidas apertadas. Isto ajuda a criar peças que são simultaneamente fortes e pormenorizadas.
Resistência à corrosão
A resistência à corrosão é muito importante para muitas peças fundidas. Os metais como o aço inoxidável, as ligas de níquel e o titânio não enferrujam facilmente. Também resistem a danos provocados por produtos químicos. Os laboratórios testam este facto utilizando métodos como o ASTM C1617. Nestes testes, as amostras de metal são colocadas em soluções químicas agressivas. Os cientistas verificam a quantidade de peso que o metal perde. Isto mostra a Taxa de Corrosão por Perda de Massa. Utilizam testes matemáticos para se certificarem de que os resultados são bons. Outros testes, como o teste de pulverização de sal neutro, fazem com que a corrosão ocorra mais rapidamente. Isto ajuda a ver como os metais se comportam em locais difíceis. Estes testes ajudam as empresas a escolher metais que duram mais tempo em locais húmidos ou salgados.
Aplicações típicas
Muitos sectores utilizam a fundição por cera perdida por diferentes razões. Cada indústria escolhe os metais e as ligas que melhor lhe convêm. O quadro abaixo mostra algumas utilizações comuns:
| Indústria | Materiais utilizados | Aplicações | Principais benefícios |
|---|---|---|---|
| Automóvel | Alumínio, aço, ligas de cobre | Peças de motor, chassis, engrenagens | Leve, resistente e preciso |
| Medicina e cuidados de saúde | Titânio, ligas de cobalto-crómio | Implantes, instrumentos cirúrgicos | Biocompatível, ajuste personalizado |
| Aeroespacial e Defesa | Superligas, titânio | Lâminas de turbina, peças de motor | Alta resistência, resistência ao calor |
| Máquinas industriais | Aço, ligas especiais | Peças de máquinas, válvulas | Formas complexas e duradouras |
| Petróleo e gás | Ligas especiais | Componentes de alta pressão | Resistência à corrosão |
| Eletrónica | Cobre, ligas especiais | Conectores, componentes de precisão | Detalhes finos, qualidade da superfície |
A fundição por cera perdida ajuda a fabricar peças com formas complicadas e superfícies lisas. Muitas indústrias necessitam deste processo para obter um elevado nível de pormenor e um bom acabamento da superfície. É utilizado quando as peças têm de se encaixar bem ou trabalhar em locais difíceis.
Guia de comparação
Desempenho do material
Os diferentes metais e ligas têm as suas próprias resistências. O titânio, o aço inoxidável e as superligas à base de níquel são muito resistentes. Também resistem ao calor e à corrosão. A fundição de titânio produz peças com elevada resistência à tração. Estas peças situam-se entre 860 e 1070 MPa. A moldagem por injeção de titânio metálico, ou TiMIM, pode atingir o topo desta gama. As peças TiMIM são menos frágeis e dobram-se mais antes de se partirem. Têm também uma qualidade mais homogénea. A fundição por cera perdida é boa para formas grandes ou complicadas. O TiMIM é melhor para peças pequenas e pormenorizadas. O aço inoxidável não enferruja e funciona em locais húmidos. As superligas à base de níquel suportam altas temperaturas. São utilizadas em motores a jato e turbinas. As ligas de cobre transportam bem a eletricidade e não se desgastam rapidamente. São utilizadas para peças eléctricas e móveis. Cada grupo de materiais é selecionado para determinadas tarefas no fabrico de peças metálicas.
| Imóveis | Fundição por cera perdida (MPa / %) | TiMIM (MPa / %) |
|---|---|---|
| Resistência à tração final (UTS) | 860 - 1070 MPa (125 - 155 ksi) | Até 1070 MPa (155 ksi) |
| Resistência ao escoamento (YS) | 758 - 965 MPa (115 - 140 ksi) | Até 965 MPa (140 ksi) |
| Alongamento | 8% – 18% | Até 18% |
| Redução da área | 14% – 40% | Até 40% |
Nota: A fundição por cera perdida pode sujar-se com conchas de cerâmica ou cera. Isto pode diminuir a qualidade da peça. O TiMIM tem menos riscos e dá resultados mais homogéneos.
Considerações sobre os custos
O material escolhido altera o preço e o desperdício. O alumínio e o aço-carbono são mais baratos e fáceis de moldar. As superligas de níquel e cobalto são mais caras mas duram mais tempo em trabalhos difíceis. A fundição por cera perdida utiliza mais material do que o TiMIM. Isto deve-se aos sprues e aos invólucros de cerâmica, que produzem resíduos adicionais. O TiMIM produz peças com menos resíduos e consome menos energia. Mas só funciona para peças pequenas feitas em grandes quantidades. Para peças grandes ou especiais, a fundição por cera perdida custa menos. As empresas devem ter em conta o preço, os resíduos e o número de peças de que necessitam.
Dicas de seleção
Os engenheiros usam dicas para escolher o melhor material para a fundição de revestimento. Eles analisam as necessidades da peça, como resistência, calor e proteção contra a ferrugem. Para as superligas à base de níquel, modelos como o critério Niyama ajudam a encontrar e a evitar problemas como a contração ou os furos. Estes modelos ajudam a escolher o metal e o molde cerâmico corretos. Os bons moldes devem ser fortes e estáveis ao calor. Também não devem reagir com a liga metálica. Novas formas, como o fabrico aditivo, tornam os moldes mais exactos e reduzem os erros. Utilizando estas dicas, os engenheiros podem fabricar peças melhores com menos problemas.
A escolha dos melhores metais e ligas para a fundição por cera perdida ajuda a produzir peças que são fortes, exactas e não demasiado caras. Cada material funciona melhor para determinados trabalhos. O aço inoxidável é bom porque não enferruja. O alumínio é escolhido quando as peças precisam de ser leves. As superligas são utilizadas nos aviões. As ligas de cobre são comuns na eletrónica.
- Os engenheiros devem:
- Veja o que a peça deve fazer
- Falar com especialistas ou fornecedores sobre a fundição
- Certificar-se de que o material se adequa ao trabalho
A utilização do material de fundição por cera perdida correto faz com que as peças funcionem melhor e durem mais tempo.
FAQ
O que torna certos metais e ligas adequados para a fundição por cera perdida?
Alguns metais e ligas são melhores para a fundição por cera perdida. Fluem facilmente e fundem a temperaturas mais baixas. As suas propriedades mantêm-se inalteradas quando aquecidos. O aço inoxidável não enferruja. As ligas de alumínio são leves, mas ainda assim fortes. As superligas à base de níquel suportam muito calor. Estes factores ajudam a criar peças suaves e detalhadas.
Qual o melhor metal para peças leves de fundição por cera perdida?
As ligas de alumínio são a melhor escolha para peças ligeiras. Não são pesadas, mas continuam a ser fortes. Os engenheiros utilizam-nas em aviões, automóveis e eletrónica. O alumínio permite-lhe fazer formas finas e complicadas. Isto torna-o ótimo para peças de fundição detalhadas.
Porque é que as indústrias escolhem o aço inoxidável para a fundição por cera perdida?
O aço inoxidável não enferruja e mantém-se forte. É utilizado para ferramentas e equipamento nos sectores alimentar, médico e marítimo. Tem um aspeto limpo e dura em locais difíceis. O aço inoxidável é escolhido quando as peças têm de ser seguras e durar muito tempo.
Quando é que os engenheiros devem utilizar superligas de níquel ou de cobalto na fundição por cera perdida?
As superligas de níquel e cobalto funcionam bem em locais muito quentes. São utilizadas em aviões e centrais eléctricas para peças de motores e pás. Estas ligas mantêm a sua resistência e não enferrujam, mesmo quando está muito quente ou sob tensão.
As ligas de cobre podem ser utilizadas para fundição por cera perdida em aplicações eléctricas?
Sim, as ligas de cobre são boas para utilizações eléctricas. Movem muito bem a eletricidade e o calor. Também não enferrujam. Os engenheiros utilizam-nas para fios, conectores e peças móveis. As ligas de cobre duram muito tempo e funcionam bem tanto em sistemas eléctricos como mecânicos.
