Areias de Fundição
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.
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. |
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.
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. |
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.
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.
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.