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FACULDADE DE TECNOLOGIA
SENAI “NADIR DIAS DE FIGUEIREDO”
ERIK FÁBIO TOLEDO
A INFLUENCIA DO TEOR DE ALUMÍNIO EM INJETADOS
SOB PRESSÃO NAS LIGAS DE ZINCO
OSASCO
2011
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ERIK FÁBIO TOLEDO
A INFLUÊNCIA DO TEOR DE ALUMÍNIO EM INJETADOS
SOB PRESSÃO NAS LIGAS DE ZINCO
Projeto de Iniciação Científica
apresentado à Faculdade de
Tecnologia SENAI “Nadir Dias de
Figueiredo” em Processos
Metalúrgicos para inscrição do
Trabalho de Conclusão de Curso
sob a orientação técnica do(a)
Prof._Jefferson Malavazi e
orientação metodológica do Prof.
Roberto Sanches Cazado
OSASCO
2011
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RESUMO
A indústria automobilística utiliza uma grande quantidade de peças fundidas sob pressão
dentre tampas de válvulas, fechaduras, Reguladores para gás, maçanetas, caixas de câmbio de
máquinas agrícolas, entre outros. O mesmo acontece com a indústria aeronáutica, que utiliza
peças fundidas principalmente de ligas de alumínio e magnésio. Essa variedade de produtos
indica a importância desse processo de fabricação dentro do setor da indústria metalmecânica.
No processo metalúrgico atual existe a necessidade de novos recursos aplicados à produção,
que estão diretamente ligados à qualidade, estes cada vez mais utilizados nos processos de
fundição sob pressão em câmara quente e a frio. Em ambos utilizam-se de um sistema de
pistão e cilindros que injetam o metal líquido aquecido em uma matriz, que após o
resfriamento, possibilitando que a peça obtida seja removida por meio de um sistema de
extração. Frente a esta realidade a pesquisa tem por objetivo analisar a influência do teor de
Alumínio nas ligas de Zinco, observando as características mecânicas obtidas na relação
processo e equipamento.
A metodologia utilizada será a analise de ligas de zinco com teores de alumínio de 5, 10 e 15
%, com a realização de ensaios metalográficos, químicos e mecânicos, comparando os valores
obtidos de cada teor em relação a outras ligas comercialmente utilizadas.
Como resultado esperado tem-se a redução de defeitos de fundição, sem perdas de
propriedades mecânicas, em peças que utilizem ligas comerciais.
Palavras chave: Teor de Alumínio. Fundição Sob Pressão. Ensaios metalográficos. Ensaios
mecânicos. Ligas de Zinco
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SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA ................................................................................. 5
2.
Bibliografia Fundamental.................................................................................................... 6
3.
2.1.
Processo de Fundição sob pressão ............................................................................... 6
2.2.
Moldes para fundição Sob Pressão .............................................................................. 6
2.3.
Funcionamento da máquina de Fundição Sob pressão ................................................ 8
2.4.
Máquina para fundição Sob Pressão por câmara quente ............................................. 9
2.5.
Máquina para fundição Sob Pressão por câmara Fria ................................................ 11
O Zinco .............................................................................................................................. 12
3.1.
Ligas de Zinco ........................................................................................................... 13
3.2.
Ligas de Zinco para Fundição ..................................... Erro! Indicador não definido.
3.3.
Fundição sob pressão ................................................................................................. 13
4.
Aluminio............................................................................................................................ 15
5.
OBJETIVO GERAL ......................................................................................................... 16
5.1.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................... 16
6.
PLANO DE TRABALHO E CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO .................................. 17
7.
MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................. 18
8.
FORMAS DE ANÁLISE DOS RESULTADOS .............................................................. 19
9.
REFERÊNCIAS ................................................................................................................ 20
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1. INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA
Durante a graduação pude observar que a Metalurgia vem sendo estudada amplamente
nos últimos anos. Todo este estudo vem possibilitando um aprofundamento, que tem feito
com que as disciplinas, estejam em aprimoramento constante, com o intuito de formar
profissionais cada vez mais ligados nos acontecimento e necessidades do mercado.
Nos dias atuais na maioria das vezes impulsionados, pela velocidade da informação
globalizada, disputa no custo de matéria prima e em conseqüência processos que tornem os
produtos cada vez mais competitivos e atrativos para o mercado, que no mínimo sugere
adaptações, e estudos. Dentro deste contexto, a Metalurgia esta naturalmente envolvida no
processo de mudanças, juntamente com a docência, tecnólogos e sociedade. Decorrente de um
longo processo cultural, a Metalurgia proporciona o relacionamento de gerações através do
avanço e conhecimento tecnológico.
A fundição sob pressão é um processo tradicionalmente utilizado nas industrias metal
mecanicas, montadoras e eletrodomésticos é com certeza o processo de fundição com
desenvolvimento mais rápido. Neste processo de fundição o metal é introduzido sob pressão
no interior de um molde metálico. É considerado um processo de precisão e uma operação
repetitiva para produção.
A partir do ponto de vista dos autores de pesquisa procurei desenvolver uma
metodologia para abordar, ficando evidente a necessidade de esclarecer algumas questões
relativas à Fundição sob pressão e a influencia do teor de alumínio em ligas de zinco,
abordando assuntos, que juntos compõem a estrutura do processo metalúrgico. Alterando o
teor de alumínio em ligas de zinco, objetivando os aspectos de limite de resistência a ruptura e
o alongamento, favorecendo verificar a ocorrência de aspectos importantes ao processo de
fundição sob pressão, na relação processo e equipamento. Sendo assim em breve possam
diagnosticar experiências em relação a ocorrências e defeitos adequando o seu processo a
necessidade de produção.
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2. Bibliografia Fundamental
2.1. Processo de Fundição sob pressão
No processo de fundição sob pressão os próprios equipamentos, materiais e
procedimentos utilizados atingiram um nível de desenvolvimento muito elevado, que
constitui, para a maioria dos autores, o processo de fundição com o qual é possível obter
produtos com o maior grau de precisão, associado à mais elevada cadência de produção, de
entre todos os processos de fundição existentes. (LOURENÇO E MOURA 2001)
Neste processo o molde é constituído por duas partes distintas um fixo e outro móvel,
que possui mecanismos de acionamento por gavetas seguindo os 3 eixos principais. Estes
equipamentos possuem ainda mecanismos automáticos de desmoldagem e possuem
dispositivos de vazamento próprios, residindo aqui a grande diferença entre os dois tipos de
máquinas mais utilizadas no processo: máquinas de câmara quente e máquinas de câmara fria.
Neste processo o metal solidifica rápido na cavidade do molde e quando está solidificado, o
molde abre-se e expulsa a peça quente. Com isso o molde é fechado e o ciclo repete-se.
2.2. Moldes para fundição Sob Pressão
A fundição sob pressão utiliza moldes metálicos permanentes onde se localizam as
cavidades de moldação, também ditas cavidades moldantes e possui duas variantes, uma de
câmara fria, destinada aos metais de mais alta temperatura de vazamento, como é o caso das
ligas de alumínio, e outra de câmara quente empregue em ligas de magnésio e zinco.
Figura 1 – Exemplo de um molde para fundição sob pressão.
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Emprega-se uma força externa, de origem hidráulica, para propulsionarem o metal
para o interior da cavidade moldante.
Um molde para fundição sob pressão é muito complexo, é dotado de placas porta
molde, matrizes moldantes, sistemas de arrefecimento e sistemas de controle. O molde possui
pelo menos duas partes distintas separadas, para poder ser aberto e desplacar a peça. Uma
parte do molde fica geralmente fixa à máquina e a outra parte move-se hidraulicamente em
conjunto com o sistema hidraulico da máquina injetora.
As máquinas mais recentes possuem uma nomenclatura que é apresentada na figura 3,
no entanto podem existir algumas variações.
Figura 2 – Esquema dos diferentes elementos de uma máquina de fundição sob pressão.
Legenda:
A – Placa impulsora;
B – Placa móvel;
C – Placa fixa;
D – Tirantes;
E – Sistema de alavancas;
F – Braço de fecho;
G – Base da máquina;
H – Sistema de injeção;
J – Meios moldes.
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2.3. Funcionamento da máquina de Fundição Sob pressão
O controle das máquinas pode ser manual, semi-automático ou automático. No início
do ciclo é aplicado desmoldante nas cavidades do molde, este desmoldante tem por finalidade
formar uma lamina lubrificante para facilitar a extração do injetado, evitando a sua colagem a
matriz do molde, ao mesmo tempo proteger as matrizes dos choques térmicos e da degradação
atmosférica presente no processo de injeção sob pressão.
A solidificação do fundido é realizada dentro do molde durante alguns
segundos, sendo posteriormente o molde aberto dando-se a remoção da peça através do
conjunto extrator. Esta operação é auxiliada por pinos extratores que se situam na parte móvel
do molde, cuja função é separar o fundido da cavidade do molde. No final a parte móvel é
lubrificada com o desmoldante e o excedente é removido através de jatos de ar, repetindo-se
assim um novo ciclo. (CARVALHO FERREIRA 1999)
Os componentes da máquina de fundição injetada e do sistema de injeção são de ferro
fundido e de aço. Para os dois metais mais utilizados em fundição injetada, Aluminio ou
Zinco, existem diferentes temperaturas de processo. Sendo assim existem diferenças de
processamento: o zinco é vazado pelo processo de câmara quente enquanto que o alumínio é
vazado pelo processo de câmara fria.
O sistema de fechamento permite a movimentação da placa móvel até à posição
programada pelo preparador sendo aplicada uma elevada força no fechamento do molde. Esta
operação é efetuada com o auxilio de uma bomba hidráulica, de um cilindro e de um sistema
de alavancas denominado articulação.
Durante a operação de fechamento do molde verificam-se subidas e descidas da
pressão do sistema hidráulico. Estas variações correspondem à movimentação do conjunto
móvel.
Na prática a força de fechamento tem que ser suficientemente grande para compensar
a pressão de saída do metal. Os equipamentos mais simples atingem valores de 250 Toneladas
de força de fechamento.
Existem dois tipos de máquinas em fundição sob pressão:

Máquinas de câmara quente;

Máquinas de câmara fria.
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2.4. Máquina para fundição Sob Pressão por câmara quente
As máquinas de fundição sob pressão por câmara quente possuem a câmara de
enchimento mergulhada no metal metálico fundido.
Para se obter uma maior produtividade, as máquinas de fundição sob pressão têm um
elevado grau de automação.
A máquina de câmara quente raramente é usada no alumínio. Porque neste processo o
alumínio dissolve o ferro do conjunto de injeção da camara quente. O forno de manutenção do
metal fundido é parte integrante da máquina.
Nestes equipamentos, o dispositivo de injeção, que é um pistão no interior de uma
camisa, está imerso parcialmente no metal fundido, existindo ligação física entre o forno e a
moldação através do prolongamento da própria camisa. Quando o pistão se encontra na
posição mais recuada, posição superior, a camisa encontra-se cheia de metal líquido, o qual,
por acionamento do pistão, é introduzido sob pressão no interior da cavidade do molde,
mantendo-se essa pressão até completa solidificação do cacho. Após solidificação, o pistão
recua, possibilitando novo enchimento da camisa com metal líquido. Neste tipo de máquinas,
o contato do metal com a atmosfera é mínimo, pelo que se eliminam os problemas que a
turbulência e a exposição ao ar dos processos de vazamento clássicos costumam causar. No
entanto, o contato permanente do dispositivo de injeção com o metal líquido, para além de
diminuir muito o seu tempo de vida, limita a utilização destes equipamentos a ligas de baixo
ponto de fusão.
Figura 3 – Esquema de uma máquina de fundição sob pressão em câmara quente.
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Figura 4 – Diagrama do processo em câmara quente.
Figura 5 – Esquema elucidativo do funcionamento de uma máquina de câmara quente.
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O dispositivo de injeção pistão, que se encontra no interior da camisa está
parcialmente imerso no metal fundido. O prolongamento da camisa estabelece uma ligação
física entre o forno e o molde. Quando o pistão se encontra na posição de recuo a camisa está
cheia de metal líquido. Ao ser acionado o pistão sob a ação de uma pressão o metal líquido é
introduzido no molde e é mantida a pressão até completa solidificação do cacho. No final o
pistão recua permitindo novo enchimento, simultaneamente dá-se a extração do cacho.
Não existem problemas de turbulência e a exposição ao ar dos processos de vazamento
clássicos, porque o contato do metal com a atmosfera é reduzido.
O pistão apresenta um tempo de vida limitado, porque está permanentemente em
contato com o metal líquido. A utilização destes equipamentos, devido à sua natureza, aplicase a ligas de baixo ponto de fusão como as ligas de Zinco e Magnésio.
2.5. Máquina para fundição Sob Pressão por câmara Fria
Nas máquinas de câmara fria a principal característica é o fato da camisa e o pistão
não estarem em contato direto e permanente com o metal fundido. Existe um forno
independente no qual o metal líquido é mantido à temperatura desejada e transportado através
de uma concha metal refratário, com alimentação manual ou mecânico robotizado para a zona
de injeção que está acoplada a placa fixa de fechamento.
Figura 6 – Esquema de uma máquina de fundição sob pressão em câmara fria.
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Figura 7 – Esquema elucidativo do funcionamento de uma máquina de câmara fria.
A seqüência da operação apresenta os mesmos princípios de funcionamento atrás
descritos para fundição injetada em câmara quente.
Existe uma maior probabilidade de aparecimento de porosidades internas nos
fundidos, devido ao aprisionamento de ar durante o enchimento e solidificação, porque é
difícil evitar a turbulência neste tipo de máquinas durante o vazamento.
Como vantagem a câmara fria possibilita a injeção de ligas com ponto de fusão mais
elevado, sendo as mais utilizadas industrialmente as ligas de Al e Cu.
3. O Zinco
O Zinco puro não possui aplicação comercial, mas ao adicionarmos elementos de liga
obtemos as Ligas de zinco que são usadas na forma de revestimentos, peças fundidas, chapas
laminadas, trefilados, forjados e extrusões. Outros usos do zinco são como um dos principais
constituintes em latão e como um ânodo de sacrifício para ambientes marinhos.
Na sua forma mais pura, o zinco está disponível como placas, lingotes, tiro, pó e poeira;
combinado com o oxigênio, ele está disponível como pó de óxido de zinco. Zinco lingote é
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produzido em três classes de pureza. Os limites de impureza são muito importantes quando o
zinco é usado para fins de liga. Exceder os limites de impureza resulta em qualidades ruins de
propriedades mecânicas e de corrosão. Lingotes de zinco puro são utilizado principalmente
para as adições aos banhos de eletro galvanização, o pó de zinco é utilizado em baterias e na
maior resistência à corrosão, tintas. Óxido de zinco é utilizado como pigmento em primers e
tinta de acabamento, como agente redutor em processos químicos, e como um aditivo comum
na produção de produtos de borracha.
3.1. Ligas de Zinco
São comercialmente utilizadas devido vasta capacidade de adaptação em função das
exisgencias mecanicas e propriedades envolvidas em função do funcional e caracteristicas
técnicas exigidas.
Diversas pesquisas estão sendo desenvolvida para fundição sob pressão em camara
quente, por apresentarem propriedades fisicas e mecanicas que lhe permitam competir com
ligas de cobre, aluminio e ferros fundidos cinzentos, em diversas aplicações. Em particular
tem obtido sucesso em substituição a buchas de bronze submetidas a altas cargas e baixas
velocidades.
Ligas de zinco são utilizadas extensivamente em gravidade e fundidos sob pressão,
quando usado como ligas de fundição em geral, as ligas de zinco podem ser convertidas
usando processos tais como fundição de alta pressão, baixa pressão, em areia, em coquilha
para ferro, grafite, ou moldes de gesso, o investimento de fundição de cera perdida, fundição
contínua ou semi contínua, e fundição centrifugada. Um novo processo envolve a fundição do
semi-sólido, de que várias técnicas podem ser empregadas em conjunto.
A corrosão não é de interesse para a maioria das aplicações. No entanto, para a
fundição sob moderada a grave ataque corrosivo, alguma perda de propriedades é de se
esperar, à longo prazo o envelhecimento pode causar alguma pequena perda de propriedades,
os efeitos variam de liga para liga e dependem do método de fundição utilizado.
3.2. Fundição sob pressão
As ligas de zinco têm sido utilizadas para fundição por mais de 60 anos. Até
recentemente, todas as ligas de zinco foram baseadas em composições hipo eutéticas, ou seja,
que continham menor teor de alumínio cerca de 4,0% Al, do que as composições eutéticas de
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Al com cerca 5,0%. Recentemente uma família de hipereutética de zinco alumínio, ligas com
teores maiores de alumínio (> 5,0% Al), tornaram-se amplamente utilizados como ligas de
fundição. Estas ligas foram originalmente concebidos como ligas de fundição por
gravidade. Possuem maior resistência do que as ligas de zinco hipoeutética.
Estas ligas de fundição de zinco têm microestruturas dendríticas e eutética. As ligas
hipoeuteticas solidificam em dendritas ricas em zinco (η), enquanto que as ligas de alumínio
hipereutéticas solidificam em dendritas ricas em alumínio α. A ZA-8 e ZA-12 são ligas que
solidificam com dendritas de fase β, enquanto ZA-27 solidificam com dendritas α. É
importante que todas as ligas de zinco-alumínio de fundição sejam tratadas para evitar a
captação excessiva de elementos de impureza prejudiciais, tais como chumbo, cádmio,
estanho, ferro, entre outros. Contaminação cruzada causada pela fusão das ligas em fornos
usados para a fundição de cobre, ligas de alumínio ou de ferro é particularmente problemático
porque estas ligas contêm elementos prejudiciais para as ligas de zinco. Preocupações com a
pureza levaram produtores em muitos países da Comunidade Econômica Européia, a exigir
apenas 100% de material virgem na produção de ligas de zinco de fundição. Esta exigência
não se aplica na América do Norte, mas lingotes de liga obtidas de fornecedores externos
devem atender aos limites de impureza estrito. A refusão máximo de 50% das declarações de
fundição para o forno de fusão é aceitável durante a produção de peças fundidas.
As Ligas de zinco têm ponto de fusão baixo, requerem entrada de calor relativamente
baixo, não requerem atmosferas fundentes ou de proteção, não poluente, o último é uma
vantagem muito importante. A taxa de refrigeração rápida inerentes aos fundidos de zinco
resultam em propriedades menores e alterações dimensionais com o tempo, embora isso
raramente seja um problema, um tratamento térmico de estabilização pode ser aplicado antes
de serviço se rígidas tolerâncias dimensionais devem ser cumpridos. Quanto maior a
temperatura de tratamento térmico, menor será o tempo de estabilização necessária; 100° C
(212 F) é um limite prático para evitar bolhas de fundição ou outros problemas. Um
tratamento comum consiste em 3-6 h a 100° C (212 F), seguido de resfriamento do ar. O
tempo se estende para 10 a 20 h para uma temperatura de tratamento de 70 °C (158 F).
Por causa de sua alta fluidez, ligas de zinco pode ser convertido em paredes muito
mais finas o que as ligas vazadas e estas podem ser fundidas com tolerâncias dimensionais
mais apertadas. Estas Ligas de zinco permitem o uso de ângulos de inclinação muito baixa,
em alguns casos, um ângulo de inclinação zero também é possível.
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4. Aluminio
O alumínio tem a propriedade de se ligar a quase todos os metais, mas apenas alguns
deles são susceptíveis de produzir ligas com algum interesse industrial. A sua aplicação como
metal estrutural só é menor que a dos aços. O alumínio possui uma densidade de 2,7 g/cm³,
aproximadamente 1/3 da do aço, o que somado à sua elevada resistência mecânica o torna
bastante útil na construção de estruturas móveis, como veículos e aeronaves.
Os metais de adição mais importantes são o silício, o cobre, o magnésio e o zinco com
os quais o alumínio forma ligas binárias em teores que, não vão além de 10 %.
As primeiras ligas utilizadas em fundição foram as de alumínio-cobre a que se
seguiram as de alumínio-silício, sendo as ligas de alumínio-magnésio e alumínio-zinco as de
utilização mais recente com o desenvolvimento, nos EUA e na Grã-Bretanha, da fundição em
coquilha e da fundição sob pressão.
O alumínio não é ferromagnético, possui elevadas condutividades térmica e eléctrica,
e é não-tóxico. Outra vantagem do alumínio é a sua resistência à oxidação progressiva, já que
os átomos da sua superfície se combinam com o oxigénio da atmosfera, formando uma
camada de óxido protetor que impede a progressão da deterioração do material. Além disso, o
alumínio com determinados tratamentos e/ou elementos de liga torna-se resistente à corrosão
em meios mais agressivos. O alumínio também encontra aplicações em peças decorativas,
graças à sua superfície brilhante e reflectiva.
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5. OBJETIVO GERAL
Comprovar a influencia do teor de alumínio em liga de zinco através de ensaio mecânico.
5.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Alterar o teor de alumínio em liga de zinco;
Executar ensaio mecânico universal de tração;
Comparar o alongamento e limite de resistência a ruptura com ligas já conhecidas.
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6. PLANO DE TRABALHO E CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO
Etapas do TCC
Pesquisa bibliográfica
Análise dos dados
Metodologia
Elaboração do trabalho
Revisão gramatical e ortográfica
Revisão final
Defesa da monografia
Correção final
Ago
Set
Out
Nov
Dez
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7. MATERIAIS E MÉTODOS
O presente estudo busca analisar as propriedades mecânicas de uma liga de zinco
injetada sob pressão em máquina injetora de câmara quente, em um molde metálico, onde o
teor de alumínio foi sendo alterado em teores de 5, 10 e 15%.
Devem ser obtidos os corpos de prova e analisados em maquina de tração o limite de
ruptura e o alongamento dos 03 teores pesquisados.
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8. FORMAS DE ANÁLISE DOS RESULTADOS

Comparar o limite de ruptura e o alongamento dos 03 corpos de prova.

Comparar as analise macro e micrografias dos corpos de prova.

Comparar os resultados obtidos através de gráfico de Paretos.
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9. REFERÊNCIAS

As ligas Zinco Alumínio: características gerais e alguns resultados de resistências ao
desgaste. Metalúrgia - ABM, Vol. 43 n˚ 351, fevereiro 1987;

Fundição Injectada. FEUP – Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto,
junho 2001;

ASM Metals handbook, Vol. 09 – Metallography and Microstruct – Agosto 2005;

Tecnologia da Fundição, José M. G. de Carvalho Ferreira – Fundação Calouste
Gulbenkian, Lisboa 1999;

Manual Pratico de Fundição – Elementos de prevenção da Corrosão, Jorge Torre. Editora
Hemus 2004;

Figuras 1 a 7 http://www.fe.up.pt/fundicao/; Titulo: Fundição Injectada - 2001