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.

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.