Cálculos de contração dos rebites na fundição

De acordo com Chiaverini (1986), os metais sofrem contração ao se solidificarem. Nesse processo, são identificadas 3 contrações:

• Contração líquida: Ocorre desde a temperatura de vertimento até a temperatura de início de solidificação. Essa contração é compensada a partir do uso de massalote;
• Contração de solidificação: Ocorre desde o início até o fim da solidificação. É compensada pelo uso de massalote;
• Contração sólida: Ocorre desde o fim da solidificação até o fim do resfriamento até a temperatura ambiente. É compensada pela mudança no projeto.

A imagem 1 a seguir mostra o processo de solidificação do metal após a fundição. A etapa a representa o metal logo após o vertimento, enquanto a etapa b representa a contração líquida, a c representa a contração de solidificação e a c a contração sólida.

Imagem 1: Processo de solidificação do metal após a fundição.

Fonte: Chiaverini (1986).

A fim de calcular a contração em cada um dos estágios, para que fosse possível determinar o diâmetro do furo que deverá ser feito no molde para fundição do rebite, foram calculados os volumes do alumínio em cada estágio da contração. Para isso, primeiramente foi calculado o volume na temperatura ambiente, a partir das medidas do rebite obtidas através do relatório de projeto das juntas rebitadas. A partir desse volume, foi calculada a massa do rebite, que seria constante ao longo de todo o processo.

Para o cálculo do volume nas temperaturas seguintes, foi necessária a determinação da densidade do material em cada um dos estados. Para isso, foi considerada uma liga de Alumínio Silício a 3% de Silício, de acordo com os dados recolhidos a partir de uma análise espectrométrica que revelou tal quantidade de Silício na liga a ser fundida

Os dados de densidade para cada temperatura foram obtidos a partir dos dados apresentados por Magnussun e Arnberg (2001), de densidades de ligas Al-Sn em função da temperatura.

Dessa maneira, com as respectivas densidades em cada estágio e massa do rebite que seria constante para todos eles, foi possível determinar o volume em cada uma das etapas.  A partir desses volumes, foram calculadas as seguintes contrações:

• Contração líquida: 2,49%;
• Contração de solidificação: 5,53%;
• Contração sólida: 4,87%.

Ou seja, o volume do massalote deverá ser cerca de 8% do volume do rebite, enquanto o furo do molde deverá ser 4,87% maior do que as medidas finais desejadas para o rebite.

Calculus of the rivets' shrinkgage during casting. 

According to Chiaverini (1986), metals suffer contraction during solidification. In this process, 3 types of shrinkage are identified:

• Liquid shrinkage: Happens since the pouring temperature until the temperature of solidification beggining. This contraction is compensated through the usage of a riser;
• Solidification shrinkage: Happens since the beggining until the end of the solidification. It is compensated through the usage of a riser;
• Solid shrinkage: Happens since the end of solidification until the end of the cooling process until the room temperature.

Image 1 below whows the metal's  solidification process after casting. Stage a represents the metal right after pouring, while stage b shows liquid shrinkage, c shows solidification shrinkage and  shows solid shrinkage.

Image 1: Contraction process after casting.

Source: Chiaverini (1986).

In order to calculate the shrinkage in each stage, so then it was possible to determine the diameter of the hole that will be done in the mold for the rivet's casting, the aluminium volumes were calculated for each stage of contraction. For that, firstly the volume at room temperature was calculated, through the rivet's dimentions obtained through the riveted joints project report. From this volume, the rivet's mass was calculated, which will be constante through the whole process.

For the calculus of the volume in the following temperatures, it was necessary to determine material's density in each one of the stages. For that, the material considered was an Aluminium Silicon alloy with 3% Silicon, according to the data collected from a spectrometric analysis which revealed the Silicon amount in the alloy to be casted.

The data of density for each temperature were obtained from were obtained through information presented by Magnussun e Arnberg (2001), of densities of Al-Si alloys in function of the temperature.

This way, whith the respective densities in each stage and the rivet's mass wich will be constant for all of them, it wa possible to determine the volume in each of the staged. From these volumes, the following contractions were calculated:

• Liquid contraction: 2,49%;
• Solidification contraction: 5,53%;
• Solid contraction: 4,87%.

Therefore, the riser's volume should be about 8% the rivet's volume, while the hole in the mold should be 4,8% bigger than the final measurements desired for the rivet.

Referências / References:

ARANGO, Juan Marcelo Rojas. Análise térmica de ligas Al-Si com adição de inoculante. 125 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais)- Universidade de São Paulo, São Paulo, 2009.

Nikanorov, S.P. et al. Structural and mechanical properties of Al–Si alloys obtained by fast cooling of a levitated melt. Materials Science and Engineering A 390. P. 63–69, 2004.

CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica. v. 1-3. 2. ed. - São Paulo: McGraw-Hill, 1986.

MAGNUSSON, T and A RNBERG,L. Density and Solidification Shrinkage of Hypoeutectic Aluminum-Silicon Alloys. Metallurgical And Materials Transactions A. P. 2605-2613, 2001.

Postado por / Posted by: Mariana Mendes