Laboratório de Fundição – LAFUN/UFRGS

1.     Introdução

           O Laboratório de Fundição (LAFUN) desenvolve pesquisas nas áreas de processos de fundição, modelagem numérica, solidificação, desenvolvimento e caracterização de ligas ferrosas e não ferrosas e transformação de fase. Entre os principais processos que envolvem o fenômeno de solidificação, e que são estudados e desenvolvidos no LAFUN, destacam-se:

·        Fundição em areia;

·        Fundição de precisão em cera perdida (Investment Casting);

·        Fundição em coquilha e sob pressão (Die Casting);

·        Fundição no estado semissólido (Reocasting);

·        Lingotamento Contínuo (Continuous Casting);

O LAFUN possibilita aos estudantes, pesquisadores e profissionais da área, desenvolverem trabalhos aplicados em problemas de interesse acadêmico e industrial. Focaliza em suas atividades a otimização de processos valendo-se da maximização da produção acoplado a redução de insumos energéticos e o respeito ao meio ambiente. Oferece oportunidades de estágios profissionalizantes e cursos de aperfeiçoamento e extensão especializados para o setor industrial. O LAFUN se localiza no Centro de Tecnologia (CT), no Campus do Vale da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), e atua junto ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalurgia e de Materiais (PPGE3M) colaborando na formação de mão de obra especializada e de qualidade.

2.       História

O Laboratório de Fundição (LAFUN) do Centro de Tecnologia (CT) da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) desde seu início, tem desenvolvido pesquisas nas áreas de processos de fundição, modelagem numérica, solidificação, desenvolvimento e caracterização de ligas ferrosas e não ferrosas e transformação de fase. Ao longo dos anos, possibilitou aos estudantes, pesquisadores e profissionais da área, desenvolverem trabalhos aplicados em problemas de interesse acadêmico e industrial. Contribuiu para a formação de centenas de pesquisadores a nível de graduação, mestrado e doutorado com foco na fundição e solidificação de metais. Muitos profissionais e lideranças, oriundos de empresas e instituições públicas e privadas, foram treinados em cursos de extensão especializados para o setor metal-mecânico oferecidos pelo laboratório.

O LAFUN se localiza no Centro de Tecnologia (CT), no Campus do Vale da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), e atua junto ao Curso de Graduação em Engenharia Metalúrgica do Departamento de Metalurgia (DEMET) e ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalurgia e de Materiais (PPGE3M) colaborando na formação profissional especializada e de qualidade.

O laboratório possui uma infraestrutura com áreas dedicadas a elaboração e fusão de ligas ferrosas e não ferrosas, fundição em molde de areia e ensaios em areia de fundição, fundição de precisão por cera perdida, fundição em coquilha, análise térmica, modelagem numérica de processos de solidificação, caracterização química, metalográfica e mecânica de metais e ligas.

O LAFUN foi fundado no ano de 1976 pelo Prof. Dr. Arno Müller†. No início da década de 90 o Prof. Dr. Marlos Dias Diehl† assume a coordenação do Laboratório. No ano de 2000, o Prof. Dr. Jaime Alvares Spim Jr.† torna-se o coordenador do Laboratório. No ano de 2015, o Prof. Dr. Vinicius Karlinski de Barcellos assume a coordenação atual do Laboratório.  

Atualmente, o Laboratório de Fundição se encontra em fase de reorganização. A médio prazo posiciona-se que o LAFUN forneça às fundições do Rio Grande do Sul e do Brasil, condições de melhorar e aperfeiçoar seus atuais métodos de produção, com o auxílio de técnicas que permitam a otimização dos processos.

Nesse contexto é importante declarar que o LAFUN tem grande preocupação na metodologia do desenvolvimento do trabalho científico e tecnológico, para disseminação de conceitos e práticas na área da fundição, voltado para a realidade encontrada no chão de fábrica.

3.     Infraestrutura

A infraestrutura do LAFUN encontra-se distribuída em diferentes áreas:

o  Elaboração e fusão de ligas ferrosas (aços e ferros fundidos) e não ferrosas, alumínio, magnésio, cobre (bronze e latão) e zinco.

o  Moldagem e ensaios em areia de fundição.

o  Fundição de precisão em cera perdida – microfusão.

o  Fundição em moldes permanentes.

o  Análise térmica e simulação numérica da solidificação.

o  Caracterização química, metalográfica e mecânica de metais e ligas.

a       FORNOS DE FUSÃO E TRATAMENTO:

o  Forno de Indução, 25 kVA, 3,6 a 9,0 kHz, cadinhos com capacidade de 1 - 3 e 5 litros, ferrosos e não ferrosos.

o  Forno resistivo de atmosfera controlada para fusão de magnésio.

o  Forno resistivo tipo mufla para tratamento térmico.

o  Forno resistivo de desceragem.

o  Forno resistivo tipo poço para cadinho de 3 litros.

o  Forno de indução à vácuo para altas temperaturas (não instalado).

b       EQUIPAMENTOS DE ANÁLISE QUÍMICA E CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA:

o  Espectrômetro de emissão ótica, utilizado para análise química de ligas metálicas, com base ferro, alumínio, cobre e zinco.

o  Máquina universal de tração e flexão para ensaios em cerâmica e metais, capacidade 2 toneladas.

o  Durômetro e microdurômetro.

o  Máquina Charpy para ensaios de impacto.

c        ÁREA DE ANÁLISE METALOGRÁFICA:

o  Microscópios e lupas de observação, com sistema de captura e análise de imagem, leitura de tamanho de grão, percentual de fase, tamanho e percentual de nódulos e lamelas em ferros fundidos.

o  Infraestrutura completa para preparação metalográfica: serras, embutidora, lixas, politrizes, ultra-som, capela de ataque.

d       ÁREA DA MICROFUSÃO:

o  Área de preparação de moldes em cera perdida, composto por banho maria, chapa quente, centrifuga para ensaio decantação de lama primária, balança de precisão, misturadores de lama diâmetro de peça 30 cm, chuveiro de areia, medidor de PH e densidade de lama.

e        ÁREA DE MOLDAGEM E ENSAIOS EM AREIAS DE FUNDIÇÃO:

o  Área de testes em areia de moldagem e macharia, composto por misturador de areias, elutriador, determinação de argila ativa, estufa para análise de perda ao fogo, peneiras vibratórias, ensaio de tração e compressão a verde e a úmido, descascamento e secagem de areia Shell, ensaio de cisalhamento.

4.     Equipe Técnica do LAFUN

 O LAFUN conta atualmente com 1 professor e 3 técnicos administrativos/pesquisadores:

     1. -   Prof. Dr. Eng. Vinicius Karlinski de Barcellos (Coordenador)

           E-mail: vinicius.karlinski@ufrgs.br e lafun@ufrgs.br

           Contato: + 55 51 3308.6142

     2. - Dr. Eng. Carlos Raimundo Frick Ferreira

           E-mail: frick@ufrgs.br

           Contato: + 55 51 3308.6144

  3. - Dr. Eng. Sergio Luiz Telles Bartex

           E-mail: bartex@ufrgs.br

           Contato: + 55 51 3308.7039

   4. - MSc. Eng. Regis Fabiano do Amaral

           E-mail: regis.amaral@ufrgs.br

           Contato: + 55 51 3308.6319

  O endereço do LAFUN é: Av. Bento Gonçalves, 9500. CEP 91501-970 - Bairro Agronomia. Porto Alegre - RS – Brasil - Caixa Postal 15.021

5.     Linhas de Pesquisa

   O Laboratório de Fundição conta fundamentalmente com três linhas de pesquisa, dentre as quais encontram-se distribuídos os mais diferentes tipos de processos da indústria Metal-Mecânica/Fundição. Processos que compreendem a solidificação de metais e suas ligas, e toda a relação entre os parâmetros intrínsecos de cada processo com as características da liga, da geometria da peça, do tipo de molde, do nível de defeitos observado e todo o ambiente que determina a qualidade final da peça, são os principais elementos de foco nos estudos do Laboratório de Fundição.

1.)    Modelagem Numérica e Física de Processos de Fundição/Solidificação

   Essa linha de pesquisa estuda os processos de fundição, e de modo geral os processos que envolvam o fenômeno da solidificação em termos numéricos e físicos. A análise dos transientes térmicos, mudanças de fase, formação da morfologia e crescimento da microestrutura, contração do metal na interface molde/metal e os efeitos associados ao transporte de calor e de massa, são alguns dos principais elementos observados nos processos estudados. Objetiva-se o levantamento de correlações numéricas que determinem as condições para a ocorrência de:

o  Efeitos de Ordem Macroestrutural, como: Efeitos da interface metal/molde; formação de poros; mudança de fase com alterações de volume; contração de solidificação e formação de rechupe; formação de bolhas ou aumento da viscosidade com a queda da temperatura e retenção de bolhas internas; enchimento incompleto do molde; porosidade central e/ou localizada em peças de geometria complexa; influência da convecção na mudança de fase; efeitos das propriedades térmicas do molde e do lubrificante (desmoldante); defeitos macroestruturais sob a influência de impurezas na liga; arraste de escória; influência do superaquecimento no metal líquido.

o  Efeitos de Ordem Microestrutural, como: Distribuição do tamanho de grão; formação da morfologia dendrítica e de microporosidades; homogeneização das propriedades da liga ao longo da peça; redistribuição homogênea de soluto; defeitos de ordem microestrutural causados sob a influência de impurezas na liga; dependência das propriedades físicas com a temperatura; variação do coeficiente de microsegregação; efeitos relacionados à região intermediária ou zona pastosa em ligas binárias; influência do superaquecimento na microestrutura da peça.

2.) Processos de Solidificação

   Essa linha de pesquisa estuda de forma prática e experimental os processos que geram produtos a partir do metal líquido, ou seja ocorrem por solidificação. Busca-se estabelecer uma compreensão dos diferentes processos da industria, no que concerne a melhoria da qualidade com a redução ou isenção dos defeitos oriundos em cada tipo de processamento. Essa melhoria de qualidade é observada com a atuação direta no fenômeno da solidificação. Entre os processos estudados, citam-se como principais: Os processos deLingotamento Contínuo (Ferrosos e Não-Ferrosos), os processos de Injeção sob Altas e Baixas Pressões (Die Casting, Squeeze Casting, Gravidade, Molde permanente, outros), os processos de Fundição (Areia, Lost Foam, Investment Casting, outros), os processos de Purificação de Metais (Fusão Zonal, Bridgman, Stockbarger, Czochralski, outros), e os processos Near-Net-Shape. Essa linha de pesquisa objetiva o levantamento de correlações práticas que determinem as condições para o controle dos processos e, focaliza o aumento de processamento com a redução de insumos energéticos.

3.) Correlação entre Propriedade Processamento e Microestrutura em Materiais Metálicos

   Essa linha de pesquisa estuda a correlação entre a formação da microestrutura observada nos produtos metálicos, oriundos dos mais diferentes processos de transformação, com as características mecânicas, elétricas e térmicas finais observadas nos produtos. De modo geral, como exemplo, pode-se observar que um projeto mecânico qualquer, deve exigir características mecânicas específicas para uma peça, e em muito casos, características mecânicas localizadas em regiões específicas de uma mesma peça. Entretanto, as condições mecânicas que uma peça ou um componente mecânico irá apresentar em serviço, dependem fundamentalmente das características internas da estrutura do material que compõe esse componente. No caso dos metais, a estrutura interna de qualquer componente pode ser alterada por meio de uma série de processos, os quais, podem ser resumidos em dois grandes grupos: aqueles que incluem a aplicação de temperatura e aqueles que incluem a aplicação de tensão. Entre os diferentes processos que determinam a estrutura final dos produtos, encontram-se os processos de transformação de fase sólido/líquido e sólido/sólido aplicados em materiais ferrosos e não ferrosos. Nessa linha de pesquisa, o LAFUN busca determinar correlações entre a composição química e formação de fases que alteram a estrutura mecânica de peças da industrial metal-mecânica.