UC05040

Executar o processo de fusão de ligas metálicas

Calcular a carga, preparar os materiais, operar o forno e corrigir a composição até à liga certa

Curso profissional · 25h · Técnico de Fundição

Plano

  1. Metalurgia e ligas metálicas
  2. O posto de trabalho
  3. Ferro-ligas e certificados
  4. Calcular a carga metálica
  5. Preparar a carga e os aditivos
  6. Fornos de fusão
  7. Manutenção preventiva dos fornos
  8. Carregamento e controlo da temperatura
  9. Tratamento e escorificação
  10. Desoxidação do banho metálico
  11. Análise dos elementos de liga
  12. Correção da composição química
  13. Procedimentos de vazamento
  14. Defeitos associados à fusão
  15. Segurança, resíduos e fecho

Bloco 1 · Metalurgia e ligas metálicas

O que é fundir uma liga

Fundir uma liga metálica é levar um metal base e os seus elementos de liga ao estado líquido, na composição química exata que a peça a produzir exige.

  • A metalurgia estuda e trabalha os metais e as suas ligas.
  • Uma liga metálica combina um metal base com outros elementos, para lhe dar propriedades que o metal puro não tem sozinho.
  • As propriedades mecânicas finais da peça (dureza, resistência, ductilidade) dependem diretamente da composição da liga.

Sem a fusão certa, nenhuma das etapas seguintes da fundição (moldação, vazamento, acabamento) produz a peça pedida.

Elementos de liga e o seu efeito

Elemento Efeito típico
Carbono (C) aumenta dureza, reduz ductilidade
Silício (Si) melhora a fluidez do metal líquido
Manganês (Mn) aumenta resistência, contraria o enxofre
Crómio (Cr) aumenta dureza e resistência à corrosão
Enxofre (S) / Fósforo (P) impurezas a limitar, fragilizam a liga

Cada família (ferros fundidos, aços fundidos, ligas de alumínio, ligas de cobre) tem uma composição-alvo própria, definida na ficha de trabalho.

Bloco 2 · O posto de trabalho

Organizar o posto de trabalho

Organizar o posto de trabalho em função dos equipamentos e instrumentos a utilizar é o primeiro critério de desempenho avaliado nesta UC.

  • Ferramentas: colheres de escorificação, varas, moldes de amostra, termopares.
  • Equipamentos: forno, balança, sistema de extração de fumos.
  • Materiais: sucatas, lingotes e ferro-ligas separados e identificados.
  • Documentação: ficha de trabalho, certificados de composição química.
  • EPI disponível e verificado antes de vestir.

Um posto desarrumado atrasa a fusão e é fonte direta de erro e de acidente.

Bloco 3 · Ferro-ligas e certificados

Os ferro-ligas mais comuns

Os ferro-ligas são ligas de ferro com um elemento em concentração elevada, usadas para ajustar a composição da carga sem adicionar o metal puro.

Ferro-liga Elemento Teor típico
FeSi silício cerca de 75%
FeMn manganês cerca de 78 a 82%
FeCr crómio cerca de 60 a 70%
FeMo molibdénio cerca de 60%

Identificar os diversos ferro-ligas é uma aptidão explícita do referencial.

Certificados e prioridade de carregamento

Cada lote de ferro-liga tem um certificado de composição química, emitido pelo fornecedor, com o teor real desse lote.

  • Confirmar sempre o teor certificado, nunca o valor "de tabela".
  • Registar o número de lote na ficha de trabalho, para rastreabilidade.
  • Priorizar a ordem de carregamento: elementos mais sensíveis à oxidação entram mais tarde, perto do vazamento.

Um ferro-liga sem certificado invalida o cálculo da carga, mesmo que o resto do processo seja perfeito.

Bloco 4 · Calcular a carga metálica

O princípio do balanço químico

Calcular a carga metálica é a primeira realização da UC: determinar as quantidades de materiais com base na composição pretendida e nas características dos materiais disponíveis.

massa do elemento na carga final = % alvo × massa total da carga

Conhecendo a composição da sucata e o teor certificado do ferro-liga, calcula-se a quantidade a adicionar para atingir o alvo.

Exemplo resolvido: quantidade de FeSi75

Carga de 600 kg, alvo de 2,5% Si, sucata disponível com 1,0% Si, correção com FeSi75.

  1. Si pretendido: 0,025 × 600 = 15 kg.
  2. Si já presente: 0,010 × 600 = 6 kg.
  3. Défice: 15 − 6 = 9 kg.
  4. FeSi75 necessário: 9 ÷ 0,75 = 12 kg.

Resultado: 12 kg de FeSi75 na carga de 600 kg.

Bloco 5 · Preparar a carga e os aditivos

Selecionar, dosear e organizar

Preparar a carga metálica e aditivos exige selecionar, dosear e organizar os materiais em função do processo de fusão:

  • Verificar o estado dos materiais metálicos: limpos, sem óleos nem humidade excessiva.
  • Pesar os componentes da carga com rigor, segundo o cálculo feito.
  • Organizar os materiais a introduzir no forno, por ordem de carregamento.
  • Priorizar a ordem de carregamento dos ferro-ligas mais sensíveis.

Cuidados na preparação

  • Materiais húmidos nunca entram no forno: a água em metal fundido evapora-se de forma explosiva.
  • Sucata com óleos ou tintas liberta fumos e pode contaminar a liga.
  • Peças demasiado grandes atrasam a fusão e podem danificar o revestimento do forno.

A preparação cuidadosa poupa tempo de fusão e evita defeitos que só se detetam muito mais tarde, já na peça.

Bloco 6 · Fornos de fusão

Tipos de fornos de fusão

Tipo de forno Princípio Uso típico
Indução corrente induzida aquece sem chama maioria das ligas, boa agitação
Cadinho aquecimento a gás ou elétrico à volta do cadinho pequenas fusões, alumínio e cobre
Cubilote forno vertical, coque e sucata, em contínuo ferro fundido em maior escala
Arco elétrico arco entre elétrodos e a carga aços e ligas de alto ponto de fusão

Operar os diversos fornos de acordo com o manual do fabricante é um critério de desempenho avaliado diretamente.

Revestimentos refratários

O interior do forno é revestido com material refratário, escolhido conforme a química da liga e da escória:

  • Ácido (sílica): compatível com escórias ácidas, mais económico.
  • Básico (magnesite, dolomite): resiste melhor a escórias básicas, comum quando é preciso remover enxofre e fósforo.
  • Neutro (alumina): minimiza reações entre o revestimento e a escória.

Um revestimento errado desgasta o forno mais depressa e pode contaminar o banho metálico.

Bloco 7 · Manutenção preventiva dos fornos

Manutenção preventiva

A manutenção preventiva garante que o forno funciona dentro dos parâmetros previstos pelo fabricante e evita paragens não planeadas.

  • Inspeção do revestimento: fissuras, desgaste, zonas mais finas.
  • Sistemas de refrigeração verificados, críticos nos fornos de indução.
  • Calibração de instrumentos: termopares, sensores, balanças.
  • Limpeza regular de escórias e resíduos metálicos.
  • Registo de todas as intervenções, para planear a próxima e detetar padrões de desgaste.

Bloco 8 · Carregamento e controlo da temperatura

Executar as operações de fusão

Executar as operações de fusão da carga metálica junta o carregamento correto do forno ao controlo rigoroso da temperatura.

  • Seguir o manual de instruções do fabricante e os procedimentos definidos.
  • Respeitar a ordem de carregamento planeada.
  • Vigiar o forno durante toda a fusão, sem deixar a carga sem supervisão.

Temperaturas de fusão de referência

Metal ou liga Temperatura de fusão aproximada
Ligas de zinco 380 a 420 °C
Ligas de alumínio 580 a 660 °C
Bronze 900 a 1 000 °C
Ferro fundido 1 150 a 1 250 °C
Aço acima de 1 400 °C

Exemplo: alumínio funde a 660 °C, sobreaquecimento de 40 a 60 °C, logo trabalha-se entre 700 °C e 720 °C.

Bloco 9 · Tratamento e escorificação

Identificar e limpar a escória

A escória é a camada de impurezas e óxidos que flutua à superfície do banho, por ter menor densidade do que o metal.

  • Identificar escórias na superfície, pela cor e pelo aspeto.
  • Adicionar fundente, se necessário, para ajudar a separação.
  • Aplicar os procedimentos de limpeza das escórias, sem retirar metal líquido em excesso.
  • Repetir sempre antes da recolha de amostra e do vazamento.

Uma amostra recolhida com escória arrastada dá um resultado de análise pouco fiável.

Bloco 10 · Desoxidação do banho metálico

Tipos de desoxidação

O oxigénio dissolvido no metal líquido, se não for removido, fica retido na peça como óxidos e porosidade.

  • Desoxidação por precipitação: adicionam-se elementos (silício, manganês, alumínio) que reagem com o oxigénio, formando óxidos sólidos removidos como escória.
  • Desoxidação por difusão: atua sobre a escória, reduzindo o seu teor de óxidos, o que retira oxigénio do metal por difusão.

Na prática corrente, os próprios elementos de liga desempenham muitas vezes o papel duplo de corrigir a composição e desoxidar.

Bloco 11 · Análise dos elementos de liga

Recolha de amostras e equipamentos

Antes de dar a fusão por concluída, confirma-se a composição real por análise laboratorial.

  • Escorificar bem a superfície antes de recolher a amostra.
  • Verter uma pequena porção num molde de amostra, arrefecendo rapidamente.
  • Identificar a amostra com lote e hora, para rastreabilidade.
  • O espectrómetro de emissão ótica é o equipamento mais comum, dá vários elementos numa só leitura.

Interpretar os resultados

Elemento Especificação Resultado Situação
Si 2,2 a 2,6% 2,10% abaixo, corrigir
Mn 0,60 a 0,90% 0,75% dentro do intervalo
S máx. 0,05% 0,04% dentro do intervalo

Interpretar os resultados das análises químicas é o que decide se a liga está pronta para vazar ou precisa de correção.

Bloco 12 · Correção da composição química

Exemplo resolvido: corrigir o manganês

Carga de 800 kg, sucata a 0,30% Mn, alvo de 0,90% Mn, correção com FeMn a 80% Mn.

  1. Mn pretendido: 0,0090 × 800 = 7,2 kg.
  2. Mn já presente: 0,0030 × 800 = 2,4 kg.
  3. Défice: 7,2 − 2,4 = 4,8 kg.
  4. FeMn necessário: 4,8 ÷ 0,80 = 6 kg.

Resultado: adicionam-se 6 kg de FeMn, seguidos de nova análise.

O ciclo de correção

A correção da composição química pode repetir-se: analisar → calcular a correção → adicionar → homogeneizar → analisar de novo, até a liga cumprir a especificação em todos os elementos.

  • Assegurar a obtenção da liga com a composição definida é uma das realizações centrais da UC.
  • Corrigir um elemento pode alterar a percentagem dos outros, porque muda a massa total da carga.

Bloco 13 · Procedimentos de vazamento

Cumprir os procedimentos de vazamento

Confirmada a composição, o vazamento fecha o ciclo da fusão:

  • Confirmar a temperatura de vazamento definida para a liga.
  • Escorificar uma última vez, imediatamente antes de verter.
  • Verter de forma contínua e controlada, sem interrupções desnecessárias.
  • Registar hora, temperatura e resultado final da análise na ficha de trabalho.

O vazamento é o momento em que se materializa todo o trabalho de cálculo, preparação, fusão e correção.

Bloco 14 · Defeitos associados à fusão

Defeitos que nascem na fusão

Defeito Origem na fusão
Composição fora de especificação cálculo incorreto ou perda por oxidação
Porosidade por gás desoxidação insuficiente, sucata húmida
Inclusões não metálicas escorificação incompleta
Oxidação excessiva do banho sobreaquecimento prolongado
Perda de elementos de liga ordem de carregamento errada

Reconhecer o defeito e ligá-lo à causa na fusão é o que permite corrigir o processo, não só rejeitar a peça.

Bloco 15 · Segurança, resíduos e fecho

Riscos, EPI, resíduos e ambiente

A fusão reúne temperaturas elevadas, metal líquido e equipamentos de grande potência.

  • EPI obrigatório: viseira, luvas e avental térmicos, botas de biqueira de aço.
  • Nunca aproximar material húmido do metal líquido: risco de projeções violentas.
  • Escória e fumos: geridos e tratados conforme as normas de resíduos e proteção ambiental.
  • Registos de cada fusão garantem rastreabilidade até ao lote de metal.

Recapitulando

  • Fusão: calcular a carga, preparar os materiais, executar a fusão e corrigir a composição química.
  • Ferro-ligas e certificados garantem que o cálculo parte de dados reais, não de valores de tabela.
  • Fornos, revestimentos e manutenção preventiva sustentam uma fusão previsível e segura.
  • Escorificação, desoxidação, análise e correção formam o ciclo que garante a liga certa antes do vazamento.
  • Transversal a tudo: segurança e saúde no trabalho, EPI, gestão de resíduos, proteção ambiental e normas da qualidade.

Próximo: fichas e mini-projecto, calcular e executar uma fusão do princípio ao fim.

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que esta UC é sobre uma única fase muito crítica: a fusão, não o processo de fundição completo - erro comum: achar que basta "derreter o metal"; a composição exata é o verdadeiro objetivo da fusão - exemplo/analogia: fundir uma liga é como afinar uma receita, o resultado final depende da proporção exata de cada ingrediente

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que decorar percentagens não chega, o que importa é perceber a função de cada elemento - erro comum: tratar S e P como "só mais um elemento"; são impurezas a controlar, não a adicionar - exemplo/analogia: os elementos de liga são como especiarias, a dose certa transforma o prato, a errada estraga-o

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que este critério vem sempre primeiro na ficha de avaliação, é o que se vê antes de o forno sequer ligar - erro comum: começar a pesar a carga sem ter os ferro-ligas certos já separados e identificados - exemplo/analogia: organizar o posto antes de fundir é como preparar todos os ingredientes antes de acender o fogão

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que o teor real muda de lote para lote, o valor de tabela é só uma referência aproximada - erro comum: confundir FeSi com FeMn pela aparência; confirmar sempre pela identificação e pelo certificado - exemplo/analogia: um ferro-liga é como um concentrado de tempero, entra em pequena quantidade mas muda todo o resultado

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que ignorar o certificado é o erro mais silencioso de todos: o forno funciona bem e a liga sai errada - erro comum: carregar o ferro-liga mais volátil logo no início, perdendo elemento por oxidação antes do vazamento - exemplo/analogia: o certificado é como o rótulo nutricional de um alimento, sem ele estás a adivinhar a composição

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que este cálculo é o ponto de partida de tudo o resto, um erro aqui propaga-se até ao vazamento - erro comum: esquecer de contar o elemento já presente na sucata, e calcular como se partisse de zero - exemplo/analogia: o balanço químico é como o balanço de uma conta bancária, entradas menos o que já lá está dá o que falta

NOTAS DO PROFESSOR - fazer este cálculo passo a passo com a turma no quadro, é o exercício-tipo de toda a UC - erro comum: dividir pelo teor errado (usar 0,25 em vez de 0,75, invertendo a fração) - exemplo/analogia: recalcular o mesmo problema mudando o teor do FeSi para 90% e comparar o resultado

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que preparar não é só separar materiais, é confirmar que correspondem exatamente ao cálculo feito - erro comum: carregar sucata húmida ou com óleo, causando fumo, perda de rendimento e defeitos por gás - exemplo/analogia: preparar a carga é como fazer as malas antes de viajar, tudo confirmado e organizado antes de sair

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar a regra da humidade, é a mesma regra de segurança de toda a fundição, repetir sempre que apareça - erro comum: "só um bocadinho de óleo não faz mal"; qualquer contaminante muda o comportamento do banho - exemplo/analogia: sucata com óleo no forno é como fritar com água misturada no azeite, salpica e é perigoso

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que cada forno tem procedimento próprio, o manual do fabricante manda, não a "prática habitual" de outro forno - erro comum: aplicar num forno de indução um procedimento aprendido num cubilote, ignorando as diferenças de operação - exemplo/analogia: cada tipo de forno é como um veículo diferente, todos "andam" mas cada um tem o seu manual de condução

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que a escolha do revestimento não é só sobre durabilidade, é também sobre pureza química do banho - erro comum: escolher o revestimento só pelo custo, ignorando a compatibilidade química com a liga a fundir - exemplo/analogia: o revestimento é como o forro de uma panela, tem de aguentar o calor e não reagir com o que lá vai dentro

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que uma paragem não planeada a meio de uma fusão pode inutilizar toda a carga já preparada - erro comum: só reagir a uma avaria depois de acontecer, em vez de inspecionar com regularidade - exemplo/analogia: manutenção preventiva no forno é como as revisões do carro, mais barata do que a avaria na estrada

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que "executar" não é só ligar o forno, é seguir uma sequência planeada do início ao fim - erro comum: alterar a ordem de carregamento "porque calhou mais à mão", sem pensar na perda de elementos - exemplo/analogia: seguir o manual do forno é como seguir a checklist de um piloto, cada passo tem uma razão

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que a temperatura de fusão diz quando derrete, a temperatura de trabalho é sempre superior - erro comum: confundir as duas temperaturas ao ler a ficha de trabalho, e vazar demasiado frio - exemplo/analogia: sobreaquecer é como esquentar o carro no inverno antes de arrancar, compensa a perda até ao destino

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que a escorificação tem de acontecer antes da amostra E antes do vazamento, não só uma vez - erro comum: retirar metal líquido junto com a escória, desperdiçando material já fundido - exemplo/analogia: escorificar é como escumar um caldo, tira-se só a camada de cima, sem desperdiçar o resto

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que identificar os tipos de desoxidação é uma aptidão explícita do referencial, matéria de exame - erro comum: achar que desoxidar é o mesmo que escorificar; são operações relacionadas mas distintas - exemplo/analogia: a desoxidação é como tirar o ar de um pneu antes de o fechar, sem isso fica uma "bolha" escondida

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que a qualidade da amostra decide a qualidade de toda a decisão seguinte, recolher com rigor - erro comum: recolher a amostra de qualquer parte do banho, em vez de uma zona bem escorificada e homogeneizada - exemplo/analogia: uma amostra mal recolhida é como testar a água de uma piscina só à superfície, não representa o todo

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que "dentro do intervalo" não é o mesmo que "no valor exato", há sempre uma margem de tolerância - erro comum: corrigir um elemento que já está dentro da especificação, só porque não está no meio do intervalo - exemplo/analogia: interpretar o boletim é como ler uma análise clínica, só um número fora do intervalo justifica agir

NOTAS DO PROFESSOR - fazer este segundo cálculo com a turma, mostrando que é o mesmo raciocínio do bloco 4, aplicado depois da análise - erro comum: dar o processo por terminado logo depois de adicionar o FeMn, sem confirmar com nova amostra - exemplo/analogia: corrigir sem reanalisar é como corrigir a direção de um carro sem olhar de novo para a estrada

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que este ciclo pode repetir-se mais de uma vez numa fusão real, não é sempre "uma correção e pronto" - erro comum: confiar só no cálculo teórico da correção, sem confirmar com nova análise depois de a aplicar - exemplo/analogia: o ciclo de correção é como afinar um instrumento, ajusta-se, testa-se, ajusta-se outra vez até soar certo

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que o vazamento é irreversível, um erro aqui só se descobre com a peça já defeituosa - erro comum: apressar o vazamento sem confirmar a temperatura, "porque já demorou muito tempo" - exemplo/analogia: o vazamento é a linha de chegada de uma corrida, todo o treino anterior conta para este momento

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que muitos defeitos "de moldação" nascem afinal na fusão, é um bom momento para rever de forma integrada - erro comum: procurar a causa só na moldação ou no vazamento, ignorando o que aconteceu no forno - exemplo/analogia: o defeito na peça é como um sintoma numa consulta médica, aponta sempre para uma causa nas fases anteriores

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que nunca se usa água em fogo de metal, agrava o incidente; usar sempre o extintor apropriado - erro comum: retirar o EPI "só por um bocadinho" perto do forno ou do cadinho - exemplo/analogia: o EPI na fusão é como o cinto de segurança no carro, o risco existe mesmo quando "nada costuma acontecer"