Areias de Fundição

Nas areias utilizadas como molde, um fator essencial é o pH que sempre tem de ser monitorado. A granulometria média é de 0,05 mm a 2 mm (peneiras 10 a 270).

Os tipos de areia existentes são: sílica, cromita, zirconita, olivina, chamote e cerabeads.

  1. Tipos de areias:

  • Sílica (óxido de silício – SiO2)

  • Cromita (FeOCr2O3) – alta condutividade térmica (ideal para peças pequenas)

  • Zirconita (silicato de zircônio – ZrO2SiO2) densidade: 4,7

    • Baixa molhabilidade no Fe

  • Areia base olivina

    • Forsterita (2MgO. SiO2) e faialita (2FeO. SiO2).

  • Areia base Chamote

Quadro Geral das características da Areia

Composição Química/características

Sílica

Cromita

Zirconita

Olivina

Chamote

SiO2 (%)

99,02

1 a 2

30 a 34

40 a 43

52 a 60

Al2O3 (%)

0,049

12 a 25

0,5 a 1

1 a 2

43 a 45

Cr2O3 (%)

36 a 50

-

-

-

MgO (%)

0,031

13 a 18

-

-

-

ZrO3 (%)

64 a 68

-

-

FeO3 (%)

0,019

15 a 25

1 a 2

-

-

FeO (%)

-

-

-

5 a 7

-

Características físicas

Densidade real (g/cm3)

2,2 a 2,65

4,45 a 4,65

4,6 a 4,7

3,25 a 3,4

2,6 a 2,7

Densidade aparente (g/cm3)

1,7

2,7 a 2,9

3 a 3,1

2,1 a 2,3

1,35

Dilatação média até 1000ºC (%)

1,5

0,9

0,4

1,1

0,6

Tf (ºC)

1750

2200

2550

1800

1840

Ts (ºC)

1350 a 1450

1350 a 1500

140

1250 a 1600

-

Dureza (Mohs)

6 a 6,5

5,5 a 7

7 a 7,5

6,5 a 7

-

Expansão Térmica a 871ºC(mm/mm)

0,457

0,127

0,076

0,203

-

Faixa de módulo (AFS)

25 – 180

50 – 90

95 – 160

40 – 160

-

Reação química à alta temperatura

Ácida - Neutra

Básica - Neutra

Ácida - Neutra

Básica

-

  • Areia-base cereabeads – sinterização da mulita (3Al2O3-2SiO2) + alumina e Kaolin (61% de Al2O3 e 37% de SiO2)

- Ts – 1650ºC

- módulo de finura: 15 – 130 AFS

- Alta refratariedade

-Ligas

      • Ferro fundido

      • Alumínio

      • Aços

Quadro comparativo entre cerabeads e outras areia

Cerabeads

Zirconita

Cromita

Sílica

Densidade (g/cm3)

1,69

2,99

2,81

1,58

Refratariedade (ºC)

1825

1825

1880

1730

Expansão Térmica (%)

Traços

0,18

0,47

1,39

Vantagens

Desvantagens

- elevada fluidez;

- alta temperatura de sinterização;

- alta dureza do grão;

- boa resistência ao choque térmico;

- composição química estável;

- boa resistência à abrasão;

- alta estabilidade térmica a elevadas temperaturas.

- elevado preço;

- baixa condutividade térmica;

- alto calor específico, que significa a dificuldade que a areia tem de se aquecer e maior ainda em se resfriar.

  1. Aglomerantes – resinas:

    • Sistema aglomerante: 2 resinas e 1 agente de cura

Aglomerante é composto de 2 partes

    • Resina parte 1 – tipo fenólica

    • Resina parte 2 – tipo orgânico

A mistura de parte 1 com parte 2 origina um sistema uretânico

Resina parte 1 é a parte reativa, baixa viscosidade que facilita o recobrimento dos grãos de areia e a mistura com parte 2 do sistema aglorante (poliisocianato). Na cura grupos hidroxilas de P1 reagem com grupos isocianatos de P2 na presença de amina.

  1. Agente de cura

O agente de cura utilizado para a catálise do processo são as aminas terciárias com alto grau de vaporização (voláteis). Os principais usados para caixa-fria são:

    • TEA (trietilamina);

    • DMEA (dimetiletilamina);

    • TMA (trimetilamina);

    • DMIA (dimetil-isopropilamina).

A utilização do TEA requer sete a oito vezes mais gás inerte ou ar que o DMEA para a cura.

Comparação TEA e DMEA

TEA

DMEA

- mais utilizado no Brasil;

- menor custo;

- menor odor;

- pode ser aquecido até 75ºC, no máximo.

- utilizado na Europa;

- maior custo;

- maior odor;

- menor tempo de cura;

- dispensa aquecimento;

- maior produtividade.

O DMEA requer maior pressão de vapor e maior solubilidade no gás de transporte, mas é mais caro e irritante que o TEA.

HO–R1–OH + OH + OCN–R2–NCO => OR1–OOCNH–R2–NH

Parte 1 Parte 2 TEA

Os teores de parte 1 e parte 2 variam entre 0,5% e 1% de cada, normalmente em teores iguais, ou uma diferença de 10%. O agente de cura varia de 5% a 7% sobre o peso das duas partes juntas.

  • Dado prático: utilizar de 1 a 1,5 cm3 de agente de cura gaseificado para cada quilo de areia misturada.

Adensamento da areia

Método

Características

Pontos Limitantes

Sopro

- elevada produtividade

- necessita maquinário

- projeto especial de vents e tubulação de sopro

Adensamento Manual

- pequenos lotes de produção

- elevada densidade de compactação

- dificuldade em obter adensamento uniforme

- baixa produtividade

- dificuldade em adensar areia em cavidades profundas

Adensamento mecânico

- moldes e machos grandes

- possibilidade de adensamento não uniforme

  • temperatura de gasagem pode estar correlacionado com:

    • utilização de areia muito fina;

    • pressão de sopro alta;

    • teores elevados em parte 1 e 2;

    • teores elevados de parte 2 em relação à parte 1;

    • insuficiência de vents;

    • mistura insuficiente de ar (transporte) e agente de cura;

    • mistura cm temperatura muito baixa.

  • Após mistura a areia possui vida útil de 4 h, mas é recomendado 2 h. Não utilizar antes de 10 a 15 min.

Vantagens

Desvantagens

- elevada resistência mecânica dos moldes e machos logo após a gasagem;

- baixa evolução de gases;

- excelente colapsabilidade;

- elevada precisão dimensional;

- elevada produtividade;

- elevada fluidez da mistura;

- excelente acabamento superficial;

- baixa pressão de compactação;

- ferramental em vários materiais;

- dispensa armações metálicas;

- não utiliza estufagem;

- utilização imediata após a extração o ferramental;

- possibilidade de obter machos de geometrias complexas;

- formação de carbono vítreo, podendo dispensar pinturas.

- custo elevado das resinas e agentes de cura;

- necessidade de uma areia de elevada qualidade;

- controle necessário da temperatura de areia;

- ambiente de trabalho necessita ser arejado e com exaustão;

- tempo de estocagem de machos moldes pela elevada higroscopicidade;

- sistema de gasagem caro;

- a baixa viscosidade de aglomerante pode ocasionar colagem de partes do macho ferramental. Compactação muito favorece o aparecimento de trincas ou veiamentos.

  1. Confecção do Ferramental

  • para baixas séries:plástico, cujo problema é ser atacado por agentes de limpeza e de desmoldagem, que diminuem a sua vida útil, e resina epóxi ou madeira;

  • para médias séries: ligas de alumínio, ligas de cobre;

  • para grandes séries: ferro fundido, aço e alumínio.

  1. Pintura

  • melhorar acabamento superficial dos machos confeccionados e das peças fundidas;

  • prevenção de defeitos de reação entre liga vazada e a areia do macho ou sinterização;

  • para caixa fria é recomendado revestimento a base de álcool ou água.

    • base de água: pode utilizar cargas refratarias de zirconita, grafita, sílica, cromita, chamote ou alumina;

    • base de álcool: pode utilizar cargas refratarias de magnezita, grafita, sílica, cromita, zirconita, chamote ou alumina.

  • sua utilização é recomendada na possibilidade de:

    • defeitos provenientes da expansão da sílica;

    • friabilidade do macho;

    • acabamento superficial ruim.

      • alguns cuidados para serem tomados durante a utilização de tintas:

    • escolher a carga refratária compatível com partes do macho pintadas antes da secagem;

    • manter uma camada fina e uniforme de tinta;

    • tintas à base de água devem ser aplicadas respeitando-se um intervalo de dez minutos após a confecção do macho;

    • tintas à base de álcool devem esperar 30 min após a confecção do macho para a aplicação;

    • controlar a densidade da tinta

    • a secagem pode ocorrer através de chama, maçarico ou estufa;

    • só é empregada quando não há mais possibilidades de evitar defeitos, pois enfraquece superfície do macho ou molde.

  1. Defeitos característicos do processo

  • Veiamento

- Causas possíveis:

    • alta densidade de compactação devido à fluidez da mistura;

    • dilatação da sílica;

    • amolecimento da ligação uretânica.

- Soluções:

    • uso de aditivos (oxido de ferro Fe3O4 em teores de até 6%) e tintas;

    • redução do tempo e da temperatura de vazamento;

    • modificação no sistema de canais;

    • uso de areia mais grossa.

  • Inclusões de carbono vítreo

- Causas possíveis:

    • teor elevado em aglomerantes e decomposição dos mesmos;

    • tempo de vazamento longo e temperatura de vazamento baixa;

    • turbulência do metal.

- Soluções:

    • reduzir o teor total de aglomerantes;

    • elevar a temperatura e aumentar a velocidade de vazamento;

    • utilizar aditivos, óxidos de ferro em teores de 1% a 3% e tintas;

    • modificar sistema de canais.

  • Escamas (chagas)

- Causas possíveis:

    • redução da resistência superficial do molde ou macho;

    • exposição de partes do molde a elevadas temperaturas (irradiação de calor);

    • macho – molde danificado.

- Soluções:

  • aumentar o teor de aglomerante;

  • reduzir o tempo e a temperatura de vazamento;

  • não utilizar machos recuperados;

  • controlar tempo de mistura.

  • Pinholes (cavidades profundas na superfície da peça) +Fe ligas

H2O + 2 R–N=C=O => R–NH–C

- Causa possível:

  • presença de água no sistema.

- Soluções:

  • utilizar aditivos (Fe3O4 em teores de até 6%);

  • reduzir o teor em parte 2;

  • diminuir o teor de água no sistema.

    • Aderência no ferramental

- Causas possíveis:

  • falta de desmoldante;

  • elevado teor em aglomerante;

  • falhas de projeto;

  • superfície irregular do ferramental;

  • pressão elevada do sopro.

- Soluções:

  • utilizar desmoldante adequado;

  • reduzir o teor em aglomerante;

  • verificar a superfície do ferramental;

  • controlar a pressão de gasagem.

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