O alumínio tem um ponto de fusão mais baixo do que o aço e o ferro fundido, o que o torna adequado para processos como a fundição em areia, fundição injectada por gravidade, e fundição sob baixa pressão. O processo básico de fusão inclui a preparação da carga, o aquecimento do alumínio, o controlo da temperatura da massa fundida, a remoção das escórias, o tratamento do metal fundido, quando necessário, e o seu vazamento num molde preparado.
Embora o processo global seja simples, a matéria-prima húmida, uma temperatura de fusão excessiva, uma agitação agressiva ou um vazamento instável podem aumentar o risco de porosidade, inclusões de óxido e enchimento incompleto.
Este artigo explica a temperatura de fusão do alumínio, o equipamento necessário, os principais passos operacionais, dicas práticas para a fusão e as precauções de segurança que os operadores devem seguir.
A que temperatura derrete o alumínio?
O alumínio puro funde-se a aproximadamente 660 °C. Na produção real de peças fundidas, no entanto, as ligas de alumínio são utilizadas com mais frequência do que o alumínio puro. Estas ligas podem conter silício, magnésio, cobre ou outros elementos, pelo que não fundem a uma temperatura exata. Em vez disso, passam por um intervalo de fusão.
Antes de uma liga de alumínio se tornar totalmente líquida, entra normalmente num estado semissólido. Mesmo que a carga tenha amolecido ou se tenha desmoronado, ainda pode permanecer algum metal sólido no seu interior. Por conseguinte, o estado de fusão deve ser confirmado através da medição da temperatura, em vez de se basear apenas na aparência.
Na prática, a temperatura de fusão é normalmente mantida acima da temperatura de liquidus da liga selecionada, tendo em conta as perdas de calor durante a remoção das escórias, a transferência e o vazamento.
Dica para o controlo da temperatura
Se a temperatura for demasiado baixa, o alumínio fundido poderá não ter fluidez suficiente para preencher paredes finas, nervuras ou áreas distantes da entrada de fundição. Se a temperatura for demasiado elevada, a oxidação, a absorção de hidrogénio, o consumo de energia e a perda de elementos da liga poderão aumentar.
Deve ser utilizado um termopar para monitorizar a temperatura de fusão. A temperatura correta de fusão e de vazamento depende do tipo de liga, da geometria da peça fundida e do processo de fundição.
Que equipamento é necessário para fundir alumínio?
O equipamento básico necessário para fundir alumínio inclui um forno, um cadinho, instrumentos de medição da temperatura, instrumentos para remoção de escória, equipamento de transferência e um molde preparado.
| Equipamento ou ferramenta | Objetivo principal | Requisito operacional |
|---|---|---|
| Forno | Aquece e derrete a carga de alumínio | Selecione de acordo com o volume de fusão, o método de aquecimento e os requisitos de controlo de temperatura |
| Cadinho | Retém a carga e o alumínio fundido | Verifique se existem fissuras, erosão e afinamento local antes da utilização |
| Termopar | Mede a temperatura do alumínio fundido | Mantenha a posição de medição e a profundidade de imersão razoavelmente consistentes |
| Ferramentas para remoção de escória | Remover óxidos e impurezas da superfície da massa fundida | Mantenha-o seco e pré-aqueça-o quando necessário |
| Ferramentas de elevação ou conchas | Transferir e verter o alumínio fundido | Verifique se há sinais de desgaste, deformações e se o manuseamento é seguro |
| Bolor | Recebe o alumínio fundido e dá forma à peça fundida | Manter seco e pré-aquecer quando o processo assim o exigir |
Forno e cadinho
O equipamento comum para a fusão de alumínio inclui fornos de cadinho, fornos de resistência, fornos a gás e fornos de indução. Estes sistemas diferem em termos de velocidade de fusão, controlo de temperatura, consumo de energia e volume de produção adequado.
A fusão em pequenos lotes utiliza normalmente um cadinho para conter a carga e o alumínio fundido. Os materiais mais comuns para os cadinhos incluem grafite, argila-grafite e carboneto de silício. O tipo adequado deve corresponder ao projeto do forno e ao método de aquecimento.
Antes de cada utilização, deve verificar-se se o cadinho apresenta fissuras, erosão grave, afinamento local ou danos no fundo. Um cadinho danificado não deve continuar a ser utilizado.
As latas finas de aço não são adequadas como cadinhos fiáveis para a fusão de alumínio. A exposição prolongada a altas temperaturas pode fazer com que se oxidem, se deformem ou se danifiquem. Os recipientes de aço também podem introduzir ferro na massa fundida.
Ferramentas de medição de temperatura e manuseamento
Utiliza-se um termopar para medir a temperatura do alumínio fundido. Para facilitar a comparação dos dados entre os lotes do forno, o local de medição e a profundidade de imersão da sonda devem manter-se razoavelmente consistentes.
As ferramentas de remoção de escória são utilizadas para eliminar óxidos e impurezas da superfície do metal fundido. As ferramentas de elevação de cadinhos ou conchas são utilizadas para movimentar e verter o metal fundido.
Todas as ferramentas que possam entrar em contacto com o alumínio fundido devem estar secas. As ferramentas frias também podem ter de ser pré-aquecidas para reduzir a perda de temperatura local e o risco de salpicos causados pela humidade.
O molde deve ser preparado antes de o alumínio atingir a temperatura de vazamento. Nos moldes de areia, deve verificar-se o estado da cavidade, dos canais de alimentação e dos orifícios de ventilação. Os moldes permanentes são normalmente pré-aquecidos de acordo com o processo de fundição.
Como fundir alumínio para moldagem
Passo 1: Preparar e carregar a carga de alumínio
Comece por verificar o tipo de liga de alumínio. As diferentes ligas contêm níveis distintos de silício, magnésio, cobre, ferro e outros elementos. Os materiais não devem ser misturados apenas pelo facto de terem um aspeto semelhante.
As cargas dos fornos industriais incluem normalmente lingotes de alumínio novos e material de retorno controlado do mesmo tipo de liga. O material de retorno pode provir de canais de distribuição, canais de alimentação ou peças fundidas rejeitadas, mas a sua origem e proporção devem ser controladas.
A mistura de diferentes tipos de ligas pode fazer com que a composição final se desvie do intervalo exigido e afetar as propriedades mecânicas ou a resposta ao tratamento térmico.
Antes de colocar o material no forno, remova óleo, plástico, tinta, areia e inserções de aço do material. As peças de grandes dimensões podem ser cortadas em tamanhos que caibam no forno ou no cadinho, para que o aquecimento seja mais uniforme.
Todo o material a ser carregado deve estar seco. O alumínio armazenado ao ar livre, as peças recentemente lavadas, os componentes ocos selados ou o material que possa conter líquido retido não devem ser colocados diretamente no forno.
As latas de alumínio podem ser fundidas, mas as suas paredes finas provocam elevadas perdas por oxidação e os seus revestimentos geram fumo e resíduos. Por conseguinte, não são, em geral, adequadas como matéria-prima controlada para peças fundidas industriais.
Carregue a carga com cuidado. As peças pesadas não devem ser deixadas cair sobre o cadinho ou o revestimento do forno. O cadinho também não deve ser enchido completamente, pois é necessário espaço para a assentamento da carga, para a adição de material adicional e para a remoção das escórias.
Passo 2: Aquecer a carga e controlar a temperatura de fusão
O forno deve ser aquecido de acordo com o seu procedimento de funcionamento. Algumas práticas de fusão começam por formar uma pequena poça de metal fundido antes de se adicionar o restante da carga em lotes.
O alumínio sólido costuma derreter mais rapidamente após entrar em contacto com o banho de fusão. No entanto, a adição de uma quantidade excessiva de material frio de uma só vez pode provocar uma queda significativa da temperatura e prolongar o tempo total de fusão.
Mantenha a tampa do forno fechada sempre que possível. A abertura frequente provoca perda de calor e expõe o alumínio fundido a mais ar.
À medida que a carga se funde, controle a temperatura com um termopar. Assim que a temperatura de processo necessária for atingida, deve evitar-se o aquecimento desnecessário.
O sobreaquecimento excessivo aumenta a oxidação e a absorção de hidrogénio, podendo também provocar a perda de elementos de liga, como o magnésio. Uma temperatura insuficiente pode deixar parte da carga por fundir ou reduzir a fluidez durante o vazamento.
Deve-se também evitar uma agitação agressiva. O alumínio fundido forma rapidamente uma película de óxido na superfície, e um movimento excessivo pode fazer com que essa película seja incorporada na massa fundida.
Passo 3: Remover as escórias e tratar a massa fundida
Normalmente, forma-se escória cinzenta ou escura na superfície do alumínio fundido. Esta pode conter óxidos, impurezas e uma certa quantidade de metal retido.
As ferramentas de remoção de escória devem estar secas e devidamente pré-aquecidas. O material da superfície deve ser removido de forma suave, em vez de ser repetidamente misturado na massa fundida.
Se as camadas de óxido forem incorporadas no metal líquido, podem permanecer na peça fundida sob a forma de inclusões, zonas de fragilidade ou vias de fuga.
Alguns processos de fusão utilizam um fluxo específico para a remoção de escórias, com o objetivo de ajudar a separar os óxidos do alumínio metálico. O tipo e a dosagem do fluxo devem ser adequados à liga e às condições do processo, mas o fluxo não pode substituir uma preparação adequada da carga nem um manuseamento cuidadoso.
As referências à adição de sal referem-se, normalmente, a fundentes à base de sal formulados para alumínio, e não ao sal de mesa comum. O bórax também não é um fundente padrão de uso geral para a fusão de alumínio. No caso da fundição comum em pequenos lotes, a utilização de matéria-prima limpa, um controlo estável da temperatura e a remoção cuidadosa das escórias são, normalmente, mais fiáveis do que a adição de materiais não verificados.
No caso de peças fundidas com requisitos de qualidade interna mais exigentes, pode também ser necessário desgaseificar o alumínio fundido. Na produção industrial, recorre-se habitualmente à desgaseificação rotativa com azoto ou árgon para reduzir o teor de hidrogénio da massa fundida.
Quando a composição da liga é fundamental, uma amostra também pode ser analisada com um espectrómetro para confirmar se os principais elementos de liga se mantêm dentro do intervalo exigido.
Passo 4: Preparar o molde e verter o alumínio
O molde deve estar pronto e seco antes de o alumínio atingir a condição de vazamento.
Deve verificar-se se o molde de areia apresenta integridade da cavidade, canais de alimentação e ventilação. Em fundição injectada por gravidade, o molde permanente deve ser mantido dentro de um intervalo de temperatura adequado, para que o metal não solidifique demasiado depressa após entrar na cavidade.
O vazamento deve ser suave e contínuo. Um vazamento demasiado rápido pode aumentar os salpicos, a incorporação de ar e a turbulência. Um vazamento demasiado lento pode causar perda de temperatura e permitir que o metal comece a solidificar antes de a cavidade estar completamente preenchida.
A distância de queda livre do alumínio fundido deve ser mantida tão reduzida quanto possível. Uma queda de grande altura aumenta a incorporação de ar e a formação de uma película de óxido. Mesmo um metal fundido que já tenha sido desengordurado ou desgaseificado pode ser novamente contaminado devido a uma transferência e a um vazamento instáveis.
Após a fundição, deixe a peça solidificar suficientemente antes de proceder à desmoldagem ou à remoção do molde. O sistema de canais de alimentação pode então ser removido, seguindo-se a limpeza, o tratamento térmico ou a maquinagem, conforme necessário.
Dicas para uma melhor fusão do alumínio
Para além de seguir os passos básicos do processo de fusão, várias práticas operacionais podem ajudar a manter um estado de fusão mais estável.
- Utilize material de carga limpo e seco: O óleo, os revestimentos, a humidade e outras formas de contaminação aumentam a formação de fumo, escória e os riscos de segurança.
- Evite o sobreaquecimento prolongado: Assim que a temperatura de processo necessária for atingida, evite aumentos desnecessários da temperatura ou tempos de manutenção prolongados, a fim de reduzir a oxidação, a absorção de hidrogénio e a perda de elementos da liga.
- Limitar a agitação e a exposição ao ar: Evite agitar de forma agressiva e mantenha a tampa do forno fechada sempre que possível, para reduzir a formação de uma película de óxido e o seu arrastamento.
- Pré-aquecer os utensílios e as formas: As ferramentas de remoção de escória, as conchas e outros equipamentos que entram em contacto com o metal fundido devem estar secos e devidamente pré-aquecidos. Os moldes permanentes também devem ser pré-aquecidos de acordo com o processo.
- Deite de forma suave e contínua: Um vertimento estável, com uma distância de queda livre limitada, ajuda a reduzir os salpicos, a incorporação de ar e a formação de uma nova camada de óxido.
Precauções de segurança para a fusão de alumínio
Antes de iniciar a operação, os operadores devem confirmar se o seu equipamento de proteção, o ambiente de trabalho e as ferramentas de manuseamento são adequados para trabalhos com metal fundido. A fusão do alumínio envolve altas temperaturas e metal líquido. Uma proteção inadequada ou práticas operacionais incorretas podem causar queimaduras, salpicos de metal ou riscos de incêndio. Devem ser seguidas as seguintes precauções:
- Utilize equipamento de proteção adequado: Utilize luvas resistentes ao calor, uma viseira de proteção, óculos de segurança, vestuário de trabalho de manga comprida ou um avental resistente ao fogo, bem como calçado de segurança adequado para operações com metal fundido. Evite deixar a pele exposta na área onde possam ocorrer salpicos.
- Mantenha uma boa ventilação: Derreta o alumínio numa área bem ventilada, para que o fumo e os vapores provenientes do óleo, dos revestimentos ou de outras fontes de contaminação possam ser eliminados.
- Mantenha a humidade afastada do alumínio fundido: O material de carga, os cadinhos, as ferramentas de remoção de escória, as conchas e os moldes devem permanecer secos. A humidade pode transformar-se rapidamente em vapor e provocar salpicos violentos de metal.
- Utilize ferramentas adequadas para altas temperaturas: Utilize cadinhos, ferramentas de elevação, pinças de aço, ferramentas de remoção de escória e conchas concebidas para trabalhos a altas temperaturas. Inspecione-as antes da utilização para verificar se apresentam fissuras, desgaste, deformações ou se o seu manuseamento não é seguro.
- Prepare-se para incêndios em metais: Mantenha equipamento adequado de extinção de incêndios em metais junto à área de trabalho e certifique-se de que os operadores compreendem o procedimento de emergência do local. Não se deve utilizar água diretamente sobre alumínio fundido derramado ou em chamas.
- Mantenha a área de trabalho desimpedida: O percurso utilizado para a transferência e o vazamento do alumínio fundido deve estar nivelado, limpo e livre de obstáculos. O pessoal não essencial deve permanecer fora da área de operação, a fim de reduzir o risco de colisão ou interferência.
Conclusão
A fusão de alumínio para fundição envolve a preparação da carga, a inspeção do equipamento, o aquecimento, o controlo da temperatura, a remoção de escória, o tratamento da massa fundida e o vazamento num molde preparado.
No caso da fundição comum em pequenos lotes, as principais prioridades consistem em manter os materiais e as ferramentas secos, manter uma temperatura de fusão estável e evitar uma agitação excessiva ou um vazamento instável. A produção industrial exige também um controlo mais rigoroso do tipo de liga, da proporção de material de retorno, do teor de hidrogénio e das inclusões de óxido, a fim de reduzir os defeitos internos e manter a consistência entre os lotes de produção.
