Ligantes Químicos em Fundição

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AREIAS LIGADAS QUIMICAMENTE 
 
 
 
 
 
Claudio Luiz Mariotto 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMAS LIGANTES QUÍMICOS 
 
 
Lista parcial de processos baseados em ligantes químicos desenvolvidos a partir de 1945 
aproximadamente, não incluindo, portanto, processos já considerados convencionais à época da II Guerra 
(areia-óleo, areia-cimento e moldagem em gesso, entre outros) 
Shell Molding (Croning, moldagem em casca) 1948 
Processo CO2 1954 
Processo óleo-ativador (oxidante) 1954 
Processo hot-box (caixa quente) 1958 
Cura-a-frio, furânico 1958 
Warm-Box: resina ou silicato e ar quente 1960 
Hot-box, fenólico 1961 
Areia Fluida, silicato 1965 
Cura-a-Frio, óleo-isocianato 1965 
Cura-a-Frio, fenólico 1966 
Silicato / Fe-Si (Nishiyama) 1967 
Silicato / éster 1968 
Cura-a-Frio, fenólico-uretânico 1969 
Cold-Box (fenólico-uretânico) 1969 
Processo SO2 1971 
Fosfatos poliméricos 1974 
Areia Fluida, resinas furânicas 1974 
Warm-Box (sem ar quente) 1980 
Cimento sorel / oxalatos 1980 
Cura-a-Frio, resol-éster (alcalino) 1980 
 
Começando nos anos 60, o desenvolvimento de ligantes químicos autocuráveis à temperatura ambiente 
para materiais de moldagem, substituiu os processos convencionais de moldagem manual para moldes de 
fundição. Os moldes feitos com areia ligada com argila, secos ou não, e compactados mecanicamente e os 
machos feitos com areia a óleo, foram substituídos em instalações de moldagem de grandes peças, por 
ligantes de cura a frio que são endurecidos utilizando-se ácido. Isto está ocorrendo também, cada vez 
mais, na produção de pequenas, peças com pedidos individuais ou em pequenas corridas. 
As resinas têm sido desenvolvidas continuamente e têm sido complementadas por uma série de novos 
processos. 
A tabela abaixo dá uma visão geral. 
 
 
 
 
 
Sistemas ligantes de cura-a-frio para moldes e machos 
(segundo BENZ, N. e KÄLBERER, T. Casting Plant and Technology, nº 4, 1985) 
 
SISTEMA 
LIGANTE 
ADEQUAD
O PARA 
COMPOSIÇÕES 
USUAIS 
PINTURA 
À BASE DE
RECUPE-
RAÇÃO 
OBSERVAÇÕES 
Resina de Cura-a-frio 
a) à base de 
resina 
furânica / 
ácido 
fofo cinzento, 
aço, ligas 
leves, ligas de 
cobre 
100 areia quartzo 
0,3-0,5 PTS, H3PO4 
0,8-1,2 resina furânica 
álcool ou 
água 
mecânica 
ou térmica 
Processo universal, 
especialmente para peças 
grandes; tempos de cura curtos 
com endurecedores especiais 
b) à base de 
resina 
fenólica 
fofo cinzento, 
fofo nodular 
e aço 
100 areia quartzo 
0,3-0,6 ácido 
0,8-1,2 resina fenólica 
álcool ou 
água 
mecânica 
ou térmica 
Processo universal, 
especialmente para peças 
grandes 
Resina poliuretanica 
a) com 
acelerador 
fofo cinzento, 
fofo nodular 
e aço. 
100 areia quartzo 
0,5-0,8 poliisocianato 
0,5-0,6 resina fenólica 
0,5-2 catalisador 
álcool; 
água sob 
certas 
circunstânci
as 
 
? 
É uma variante do processo de 
resina de cura rápida; bom 
acabamento em aço 
b) sem 
acelerador 
Ligas leves 100 areia de Quartzo 
0,6-0,8% poliisocianato 
0,6-0,8 aminopoliol 
álcool 
? 
Bom acabamento e boa 
colapsibilidade com ligas 
leves 
Resol-éster fofo cinzento, 
fofo nodular, 
aço, ligas 
leves, ligas de 
cobre 
100 areia de Quartzo 
0,2-0,5% éster 
1,2-1,4 resina resólica 
álcool 
? 
Sem odores na produção de 
moldes e machos; ótimo 
acabamento superficial, boa 
colapsibilidade em peças de 
ligas leves 
Resina 
alquídica- 
uretânica 
fofo cinzento, 
nodular, aço, 
ligas de cobre 
100 areia de Quartzo 
0,2-0,2% poliisocianato 
1,5-1,8 ligante 
álcool mecânica 
ou térmica 
Apropriado particularmente 
para aço devido a atmosfera 
redutora durante vazamento 
Silicato de 
sódio/éster 
 100 areia de Quartzo 
0,2-0,3% éster 
2,5-3,0 silicato de sódio
álcool 
? 
Sensibilidade à temperatura; 
baixa colapsibilidade 
 
 
AREIAS-BASE 
 
São de importância decisiva em todos os processos que utilizam resinas. A aplicação ótima do ponto de 
vista tecnológico e econômico dos sistemas ligantes requer a utilização de areias de quartzo lavadas e 
classificadas. Em casos especiais pode-se usar areias de zirconita, cromita e olivina. 
Além da composição química e mineralógica, a forma superfície, tamanho e distribuição granulométrica 
dos grãos da areia são importantes no julgamento da qualidade da areia. 
As areias de quartzo de alta qualidade são as que contêm teores muito baixos de minerais contaminantes 
tais como feldspato, mica, glauconita, óxidos de metais alcalinos e minerais carbonáceos. A presença 
desses minerais reduz o ponto de sinterização da areia de modo mais ou menos pronunciado. Minerais 
argilosos afetam desfavoravelmente os ligantes químicos. 
O teor ótimo de ligantes em cada caso particular depende fortemente da forma e da área superficial dos 
grãos de areia. Está demonstrado que grãos arredondados exigem os menores teores de ligante, além de 
propiciarem melhor adensamento. 
O tamanho da partícula e sua distribuição têm uma influência significativa na resistência do material de 
moldagem curado: o tipo de dependência da resistência em relação aos teores de ligante e ao módulo da 
areia está exemplificado na figura abaixo. 
areia módulo 40 
areia módulo 70 
1000
 
800
600
400
200
0
R
es
is
tê
nc
ia
 à
 f
le
xã
o,
 N
/c
m
2 
0 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 
Resina furânica adicionada, %
O tamanho do grão de areia tem pronunciado efeito na 
resistência à flexão. Resina furânica, 45% ácido fosfórico 75 (s/ 
a resina), após 24 horas de cura. 
 
 
RESINAS SINTÉTICAS 
 
Resina sintética é um termo genérico de uma classe de substâncias que possuem uma composição química 
complexa alto peso molecular e ponto de fusão indeterminado. Estes compostos apresentam a propriedade 
de polimerização ou cura, isto é, fusão de várias moléculas para formar longas cadeias moleculares. Ao se 
polimerizarem, as resinas sintéticas endurecem formando blocos de material sólido e quimicamente inerte. 
A reação de polimerização é normalmente iniciada por certos reagentes químicos, como ácidos fortes ou 
ésteres, ou por condições físicas, como calor ou radiação. 
As resinas sintéticas vêm sendo utilizadas comercialmente nos mais diversos produtos desde o início do 
século, quando foi introduzido o material conhecido como baquelite. Entretanto, foi somente durante a II 
Guerra Mundial que a indústria, ao pesquisar alternativas para as matérias-primas tradicionais, descobriu 
o imenso potencial de aplicação das resinas sintéticas. 
 
As principais matérias-primas empregadas na produção de resinas sintéticas para moldagem em areia 
são descritas rapidamente a seguir: 
 
Metanol (álcool metílico) - Líquido incolor, tóxico e inflamável, miscível em água, outros álcoois e 
éteres. O metanol é o primeiro e o mais simples dos álcoois alifáticos, com apenas um átomo de carbono. 
Ponto de ebulição: 64,50C. Utilizado na produção de formol, em sínteses químicas e como solvente. 
 
Formol (formaldeído, aldeído fórmico) - Gás à temperatura ambiente, é geralmente misturado à água 
para formar uma solução clara, incolor, irritante, com odor penetrante e forte efeito lacrimejante. O 
formol é um aldeído, o primeiro e o mais simples da série alifática. Utilizado na manufatura de resinas 
sintéticas por reação com fenol, uréia, melamina e outros. E utilizado também como intermediário na 
síntese de outros produtos químicos e desinfetantes. 
 
Fenol - Sólido, cristalino, incolor, venenoso e corrosivo. E o composto químico mais simples da série dos 
fenóis. Ponto de fusão: aproximadamente 420C. Solúvel em água, álcool e éter. O fenol é empregado na 
fabricação de resinas para fundição, resinas para abrasivos e materiais de fricção, aglomerados de lã de 
vidro e outras fibras, laminados para decoração, composições especiais de borracha e plásticos do tipo 
baquelite. 
 
Uréia - Sólida, cristalina, branca, praticamente inodora e incombustível, com ponto de fusão a 132,70C. E 
uma das principais matérias-primas para a produçãode resinas uréia-formol, que são resinas termofixas 
de boa resistência. 
 
Álcool furfurílico (furfurol) - Liquido venenoso, solúvel em álcool e éter, miscível em água, facilmente 
resinificável por ácidos. Obtido por reação catalítica do furfural (aldeído furfurílico). Utilizado como 
solvente e na produção de resinas sintéticas para fundição. 
 
DOIS TIPOS PRINCIPAIS DE RESINAS SINTÉT1CAS 
 
As resinas sintéticas podem ser classificadas em dois grandes grupos, de acordo com a sua propriedade 
final: 
Resinas termoplásticas: têm a propriedade de sempre amolecer sob a ação do calor e de enrijecer quando 
resfriadas. 
Resinas termoestáveis ou termofixas: são compostos que ao se solidificarem (curarem) tornam-se 
produtos insolúveis, infusíveis, rígidos e estáveis. Isso significa que a cura não é a simples evaporação de 
um solvente (que seria melhor descrita como secagem), mas sim o desencadeamento de uma ou mais 
reações químicas complexas, como condensação, reticulação, polimerização, etc. Para que a cura se 
processe é imprescindível que exista no sistema um conjunto de condições que possibilitem estas reações, 
como calor e pH adequados. As características de insolubilidade e infusibilidade são inerentes às resinas 
sintéticas formadas por ligações cruzadas (reticulação). É possível controlar a estrutura química da resina 
de forma que sua polimerização final ocorra apenas quando ela for utilizada para a obtenção do produto 
final. Este é o principal tipo de resina empregado na indústria de fundição. 
As possibilidades de aplicação das resinas sintéticas para aglomeração de areia em fundição foram 
percebidas há muito tempo, mas os primeiros sistemas de resinas comerciais surgiram apenas na década 
de 50. A seguir, uma breve descrição das principais resinas de interesse para a indústria de fundição de 
metais. 
 
RESINAS FENÓLICAS 
Também chamadas resinas fenol-formol ou FF são resinas sintéticas termofixas produzidas pela reação 
de fenol e formol. As primeiras informações sobre as resinas fenólicas surgiram em 1872, na Alemanha, 
quando A. von Bayer descobriu que o fenol reagindo com o formol originava um produto resinoso. Em 
1907, nos EUA, L. H. Baekeland publicou a primeira patente de real interesse sobre resinas fenólicas. Em 
1910, as resinas fenólicas foram pela primeira vez aplicadas industrialmente na produção de vernizes de 
isolamento elétrico. A partir de 1914, a indústria de equipamentos elétricos começou a utilizar 
regularmente estas resinas para a impregnação de papel e tecidos. A partir de 1920, iniciou-se o 
desenvolvimento de materiais moldados para a indústria automobilística e, sobretudo, para a indústria de 
equipamentos elétricos. 
As resinas fenólicas podem ser produzidas por processo alcalino ou ácido, resultando em resinas alcalinas 
ou resóis e resinas ácidas ou novolacas. 
Os resóis caracterizam-se por um excesso de formol em relação ao fenol e são produzidas com 
catalisadores alcalinos, do tipo hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de bário, etc. Uma 
grande quantidade de resóis é obtida com a variação da quantidade de formol em relação ao fenol, cuja 
relação molar oscila normalmente entre 1/1 e 2/1 (formol/fenol). E possível também a obtenção de 
produtos diferentes através de variações dos derivados fenólicos, dos catalisadores e dos processos de 
síntese. A temperatura para a obtenção de resóis varia de 40 a 120°C, sendo a faixa dos 70-80°C a mais 
utilizada. De forma geral, os resóis são líquidos, podendo também ser obtidos na forma sólida, quando 
necessário. 
Normalmente, estas resinas curam a altas temperaturas para cura, acima de 130°C, sem necessidade de 
conversores, o que é garantido por sua proporção molecular e seu ambiente. Entretanto, algumas resinas 
podem ser curadas à temperatura ambiente com a adição de conversores especiais que destroem o inibidor 
e permitem que a reação continue até o final em intervalo de tempo relativamente curto, como, por 
exemplo, as resinas conhecidas comercialmente como Alphaset e Betaset. 
As novolacas são obtidas com o emprego de catalisadores ácidos e caracterizam-se por um excesso de 
fenol em relação ao formol. São normalmente sólidas. Obtêm-se produtos com características diferentes 
variando os derivados fenólicos, os catalisadores (que podem ser orgânicos ou inorgânicos) e, em menor 
grau, o processo de produção. A relação molar fenol/formol, que normalmente vai de 1/0,5 a 1/0,88, é 
freqüentemente alterada para a obtenção de produtos diferentes. 
As resinas fenólicas do tipo novolaca podem ser entregues para consumo tanto na forma sólida quanto em 
solução em solventes orgânicos. Sua estabilidade na armazenagem é considerada excelente. A cura final 
ocorre em altas temperaturas e com a adição de conversores, sendo a hexametilenotetramina (ou 
hexamina) o conversor mais empregado. Ver esquema abaixo: 
 
 
 
 
 
 
Tanto as resinas fenólicas do tipo resol como as novolacas encontram largo emprego como aglomerantes 
de areia bem como na preparação de revestimentos de machos c moldes para fundição. Ao selecionar 
resinas fenólicas para uma determinada aplicação é necessário observar o grau de dilutibilidade, a 
solubilidade, as condições de diluição e a compatibilidade da resina em relação às funções da aplicação. 
 
RESINAS URÉIA-FORMOL 
Também chamadas resinas uréicas ou UF, são resinas sintéticas termofixas produzidas pela reação de 
formol com uréia. São extremamente versáteis e de baixo custo. Podem ser produzidas com diversas 
composições moleculares, puras ou modificadas por outros compostos, resultando em resinas especiais, 
como, por exemplo, as modificadas com álcool furfurílico. 
As resinas uréicas contêm nitrogênio, originário da própria uréia, que é uma amina. Podem ser formuladas 
de modo a que curem a diversas temperaturas, desde a temperatura ambiente até 200°C. Para a cura final é 
necessário secar a resina pela evaporação do solvente (água) e adicionar um conversor que destrua a ação 
dos inibidores e estabilizantes. Resistem bem aos solventes orgânicos, mas são hidrolisadas por ácidos e 
bases fortes. Ver esquema abaixo: 
n
RESINA FENOL-FORMOL CONVERSOR RESINA RETICULADA
RESINA RETICULADA FORMOL RESINA URÉIA-FORMOL CONVERSORURÉIA 
n
FENOL FORMOL 
 
 
RESINAS FURÂNICAS 
São resinas complexas, com três componentes ativos: uréia-formol/álcool furfurílico (UF/AF) ou fenol-
formol/álcool furfurílico (FF/AF). São resinas líquidas e termofixas, catalisadas por sistemas ácidos. 
Resinas furânicas especiais do tipo novolaca são utilizados em outras áreas técnicas. Ver esquema mais 
adiante. 
Para emprego em fundição, esses três materiais resinosos costumam ser comercializadas segundo as 
seguintes combinações básicas: 
Resina uréica-furânica (UF/AF): apresenta teor de álcool furfurílico entre 30 e 80% e vários teores de 
nitrogênio e água. Tem alta resistência a frio e é adequada para o uso com alumínio e ferros fundidos de 
baixa liga. Em alguns casos, os altos teores de nitrogênio poderão interferir na qualidade final do fundido, 
causando porosidades. 
Resina fenólica-furânica: apresenta teor de álcool furfurílico entre 30 e 70%, com um desempenho 
ligeiramente inferior à UF/FA em termos de desenvolvimento de resistência a frio. Entretanto, devido à 
ausência de nitrogênio, é mais indicada para o uso com aço, ferro fundido nodular e ferro fundido de alta 
resistência. 
Resina uréica-fenólica-furânica (UF/FF/AF): apresenta teor de álcool furfurílico entre 40 e 85%, com 
baixos teores de nitrogênio, apesar de manter um bom desenvolvimento de resistência a frio. É adequada 
para ferro fundido de alta resistência, ferro fundido nodular e aço. 
 
RESINA RETICULADA
CONVERSOR RESINA FURÂNICA 
ÁLCOOL 
FURFURÍLICO 
RESINA UF 
n
 
 
 
CONVERSORES 
São compostos auxiliares utilizados em conjunto com as resinas sintéticas para promover sua 
polimerização ou cura. Sempre é possível adaptar um conversor que se ajuste às situações específicasencontradas na produção. 
De forma geral, as resinas fenólicas novolaca de cura a quente utilizam como conversor a hexamina que, 
pela ação do calor, se desdobra em amoníaco e formol, promovendo a reação de cura. 
De forma geral, as resinas de cura a frio utilizam como conversores alguns ácidos fortes. Os ácidos mais 
freqüentemente utilizados com resinas furânicas são o ácido fosfórico, o ácido paratolueno sulfônico 
(PTSA) e o ácido xileno sulfônico (XSA). 
O ácido fosfórico e suas misturas são recomendados para uso apenas com resinas do tipo uréica-furânica. 
Estes conversores geralmente impossibilitam a recuperação da areia devido aos fosfatos formados que 
permanecem na areia e causam redução da resistência do molde e absorção de fósforo pelo metal. 
Os ácidos paratolueno sulfônico e xileno sulfônico podem ser usados com todos os tipos de resinas 
furânicas. Não impõem restrições à recuperação de areia pois decompõem-se facilmente, juntamente com 
a resina, durante o vazamento do metal. 
Alguns sistemas de moldagem pelo processo de cura a frio utilizam resinas curadas por ésteres. 
 
 
PROCESSOS DE MOLDAGEM COM RESINA DE CURA A FRIO 
 
Dentre os processos de moldagem usando sistemas ligantes químicos, o processo com resina de cura a frio 
tem apresentado a maior importância. 
Sistemas ligantes: os seguintes tipos de resinas são utilizados como ligantes: 
• resinas furânicas; 
• resinas fenólicas; 
• combinações de resinas furânicas e fenólicas. 
As principais matérias-primas para a produção das resinas são: álcool furfurílico, fenol, uréia e 
formaldeido. Os processos químicos envolvidos na formação de resinas furânicas e fenólicas são 
resumidos a seguir: 
a) resina furânica (F = furano) 
oformaldeid furano
OHCHCH OCHCHCHOHOCHOHCH
n
2
O
22
O
2
O
2
H
22
O 







→+
+
FFFF
 
 
b) resina fenólica (B = anel benzênico) 
OHn CH OHCHH OHCH II.
fenílico álcool fenol 
OHCH OCH I.
2
OH
2
OH
2
OH
2
OH
2
OH
2
OH
+→+
→+
BBBB
BB
 
 
Alguns dos esforços mais recentes no desenvolvimento das resinas de cura a frio para têm-se concentrado 
na obtenção de resinas de baixo odor e livres de formaldeido (ou que praticamente não liberam 
formaldeido para o ambiente durante o processamento). 
As exigências, impostas principalmente pelas fundições de aço, por resinas que não produzissem defeitos 
de fundição causados por nitrogênio motivaram o desenvolvimento de resinas fenólicas de cura a frio 
praticamente isentas de nitrogênio, que encontram aplicação também na fundição de peças pesadas de 
ferro fundido. 
Os agentes de cura mais utilizados para o processo de moldagem com resina de cura a frio são ácido 
ortofosfórico em concentrações variadas (65% a 87% em peso) e de vários níveis de pureza, assim como 
ácido toluenosulfônico - uma mistura isomérica de ácido orto- e paratoluenosulfônico (PTS) - o qual é 
usado geralmente em concentrações de 60% a 70% em peso. Além do PTS e do ácido fosfórico, também 
são utilizadas misturas contendo outros ácidos orgânicos e inorgânicos. 
Condicionamento. O desenvolvimento dos misturadores contínuos e dos processos de cura a frio 
ocorreram em regime de dependência mútua: na verdade, os misturadores contínuos estimularam a rápida 
expansão do processo de moldagem em cura a frio que, por seu turno, exigiu constantes aperfeiçoamentos 
nesses equipamentos. 
O uso de areia base isenta de poeiras é fundamental para a economia de qualquer processo de cura a frio. 
O uso de areias com módulo AFS em torno de 50-60 (tamanho médio de grão entre 0,2 e 0,3mm) permite 
obter bons níveis de resistência com teores de ligante entre 0,9 e 1,2% (em peso, sobre a areia). 
É melhor basear-se o teor de agente de cura (conversor) na quantidade de ligante do que na de areia. Em 
geral, a adição de conversor na proporção aproximada de 33% em peso sobre a quantidade de ligante é 
suficiente para obter uma boa cura (v. figura abaixo). 
2% resina
1% resina
1000
 
800
600
400
200
R
es
is
tê
nc
ia
 à
 f
le
xã
o,
 
2
0 20 30 40 50 60 70 
Adição de catalisador %
O teor apropriado de conversor para resinas furânicas 
está na faixa de 33 a 55% em peso sobre a resina. 
O que determina a relação correta entre as quantidades de ligante e de agente de cura é o tempo de cura 
que se deseja na operação de moldagem. O tempo de cura é definido como o tempo necessário para que 
a areia endureça o suficiente para que se possa extrair os modelos ou caixas de machos sem risco de dano. 
É importante lembrar, no entanto, que a cura ainda não está completa neste ponto. 
Regeneração da areia e uso de areia de quartzo: A utilização de areia regenerada está aumentando 
continuamente. As razoes para tal, são variadas. Elas podem ser agrupadas nas seguintes categorias: 
• controle de poluição 
• razões de qualidade 
• razões econômicas 
O descarte de areias usadas ligadas com resina tem se constituído em um problema. Deve-se supor que 
limites cada vez mais restritos serão impostos no futuro para o descarte de areia de fundição usada. As 
considerações econômicas em favor da reutilização da areia recuperada também não são desprezíveis. 
Além disso, a prática tem mostrado que quando areia usada é empregada, defeitos de fundição tais como 
veiamento, distorções e penetrações ocorrem muito menos freqüentemente do que quando é usada areia 
nova exclusivamente. Estes defeitos os quais são causados principalmente pela expansão do quartzo, são 
freqüentes, especialmente no caso de fundição de aços e metais pesados, quando sé é utilizada areia nova. 
De um ponto de vista tecnológico, os processos de regeneração mecânica e térmica são apropriados para 
recuperação de areia. Em geral, areias ligadas com resinas de cura a frio podem ser regeneradas 
mecanicamente. 
São obtidos níveis de resistência mais baixos quando se usa areia recuperada mecanicamente, em 
comparação com areia nova. A qualidade da areia usada exerce uma forte influencia a este respeito, e isto 
precisa ser checado continuamente. Instalações de recuperação de areia com pequenas perdas de 
resistência já são possíveis hoje em dia. 
Produção de moldes e machos: a seleção de materiais para modelos e caixas de machos deve basear-se 
em critérios econômicos já que, do ponto de vista tecnológico não há restrição ao uso de madeira, metal 
ou plástico. 
Como a escoabilidade das areias ligada com resina de cura a frio tende a ser boa, conseguem-se níveis de 
compactação elevados, o que permite utilizar baixos teores de ligantes. A compactação por simples 
vibração é muito usada, mas pode revelar-se insuficiente, principalmente se não houver controle da 
direção e da intensidade de vibração. A deficiência de compactação pode revelar-se na forma de 
rugosidade excessiva e até mesmo penetração, principalmente quando se empregam caixas (de machos ou 
de moldagem) altas. 
 
O PROCESSO POLIURETÂNICO 
No processo poliuretânico o sistema ligante pode requerer ou não a adição de um acelerador para a cura 
da resina. O princípio do processo é a poliadição de álcoois multivalentes a isocianatos multivalentes. 
Desta reação resultam resinas poliuretânicas sólidas, altamente ligadas, nas quais não surge nenhum 
subproduto. 
Sistemas ligantes: poliuretanas sem acelerador de reação são sistemas de dois componentes consistindo 
de um aminopoliol e de um poliisocianato. O tempo de cura é determinado por um ajuste do ligante na 
fábrica. Entretanto, o tempo de cura pode ser modificado na fundição através da mistura de duas resinas, e 
também pela alteração da relação de poliol e isocianato. O tempo de cura aumenta com o excesso de 
isocianato. 
 
APOLIURETANNATOPOLIISOCIALAMINOPOLIO →+ 
 
Este sistema é particularmente apropriado para o uso em fundições de metais leves devido a suas boas 
propriedades de colapsibilidade. 
Poliuretanas com aceleradores de reação são sistemas de três componentes consistindode uma resina 
fenólica modificada com grupos reativos OH, um poliisocianato e um catalisador básico. A velocidade de 
cura e ajustada pelo teor de catalisador, que varia de 0,2 a 1,5% em peso sobre a resina. A relação entre o 
tempo de processamento e o tempo de cura é especialmente favorável neste processo: 
 
APOLIURETANNATOPOLIISOCIAFENÓLICARESINA RCATALISADO →+⋅ 
 
Como resultado da estabilidade térmica mais elevada do que nos sistemas sem acelerador de reação e 
devido à formação de uma atmosfera redutora durante o vazamento, esta combinação ligante é apropriada 
para todos os tipos de fundições, especialmente para fundição de aço. 
Condicionamento: Pode-se empregar qualquer misturador contínuo rápido, desde que o catalisador seja 
pré-misturado a um dos outros dois componentes (caso contrário, será necessário um dispositivo para 
dosagem do terceiro componente). Os teores de ligantes dependem dos requisitos necessários às seções 
dos machos e moldes a serem produzidos. Na prática, os teores de ligantes de 1% ou pouco superiores, em 
peso, sobre a areia, são suficientes. Os componentes ligantes são empregados em diferentes relações de 
peso, que podem variar de resina / isocianato de 1:1 a 1:1,2. A reação de cura pode ser guiada. O tempo 
de processamento é dependente basicamente do tempo de cura. O tempo de processamento é em geral 
25% do tempo de cura. 
Produção dos moldes e machos: modelos e caixas de machos de quase todos os materiais podem ser 
usados para a produção de moldes e machos. O material de moldagem tem uma escoabilidade muito boa, 
isto é, atinge alto grau de compactação com relativamente pouca energia. 
Como mencionado previamente, durante a reação dos componentes individuais não são desprendidos 
subprodutos, de modo que os odores quando se processa a mistura de areia são bastante toleráveis. 
Recuperação da areia: areias usadas ligadas com poliuretanas podem ser recuperadas tanto por meios 
mecânicos como térmicos. 
 
 
O PROCESSO "RESOL-ÉSTER" 
Sistema ligante: o desenvolvimento mais recente na área dos processos de auto-cura é o "resol-éster". 
Neste processo, um resol alcalino contendo um mínimo de 30% em peso de água é endurecido pela adição 
de um éster para mudar o valor do pH. 
 
INSOLÚVELULAMACROMOLÉCÉSTERALCALINORESOL ⋅→+⋅ 
Condicionamento: Usam-se quaisquer dos misturadores contínuos disponíveis comercialmente, 
mas é possível utilizar também misturadores de bateladas. Os odores desprendidos durante a 
mistura são bastante toleráveis. 
A mistura deve ser processada em menos de 10 minutos, quando a reação de endurecimento está 
avançada. 
Este sistema ligante é aplicável à fundição de aços e também a ligas de menor temperatura de vazamento. 
Recuperação da areia: A recuperação da areia deste sistema é problemática, exigindo-se diluições muito 
grandes (de, pelo menos, 50% de areia nova). 
 
 
2% resina, 0,5% éster 
1% resina, 0,5% éster 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24 
tempo, horas 
400 
 
 
350 
 
 
250 
 
 
200 
 
 
150 
 
 
100 
 
 
50 
 
 
0
R
es
is
tê
nc
ia
 à
 f
le
xã
o,
 N
/c
m
2 
Usando teores típicos de adição de 1,2 a 1,4% resina e 0,5% de 
éster (sobre a areia), podem-se obter resistências à flexão ao redor 
de 250 N/cm2. 
 
 
O PROCESSO DE RESINA ALQUÍDICA-URETÂNICA 
Sistema ligante: As bases do processo são representadas por um ligante alquídico modificado com resina 
de poliéster. A cura ocorre com a participação de um poiisocianato na presença do oxigênio atmosférico, 
de modo a formar uma poliuretana. O processo de cura é controlado por um elemento reativo incorporado 
à resina. 
 
COMPLEXOREATIVOELEMENTOATIVADOR →⋅+ 
REAÇÃODARESIDUALPRODUTOALQUÍDICAURETANARESINACOMPLEXO ⋅⋅⋅+⋅→+ 
 
Condicionamento: A mistura pode ser produzida em praticamente todas as unidades de mistura 
conhecidas. 
Como regra, utiliza-se de 1,5 a 1,8% de ligante e 0,2 a 0,4% de poliisocianato, em peso sobre a areia. 
É prudente adicionar-se de 0,5 a 1,2%, em peso sobre a areia, de óxido férrico à mistura da areia em todos 
os casos. Isto serve para prevenir à tendência à penetração. Não ocorrem incômodos sensíveis devidos aos 
odores durante a mistura. 
Produção de moldes e machos: Este processo é apropriado para a produção de moldes e machos. As 
seções do molde devem ser secadas com um sopro de ar quente antes do vazamento de modo a eliminar a 
umidade absorvida da atmosfera. 
O processo de resina alquídica-uretânica é usado principalmente para grandes peças individuais (de 20 a 
40 toneladas métricas) em aço, pois a atmosfera do gás no molde durante o vazamento tem um efeito 
fortemente redutor. 
Recuperação da areia: A recuperação da areia usada é possível utilizando-se processos mecânicos, 
térmicos e combinados mecânicos-térmicos. 
 
O PROCESSO SILICATO DE SÓDIO-ÉSTER 
Sistema ligante: Os tipos utilizados são silicatos de sódio que formam um gel quando gasados por CO2. 
Processos químicos e físicos iniciam esta reação. 
Este processo também ocorre quando ésteres de baixo peso molecular são usados no lugar do CO2. A 
reação do agente de cura líquido é baseado em uma mudança do pH da mistura. A relação entre SiO2 e 
Na2O aumenta e o gel de sílica finalmente coagula. Os agentes de cura em uso não são tóxicos, 
constituindo-se de líquidos oleosos livres de nitrogênio. 
Condicionamento: Todos os tipos de misturadores conhecidos são apropriados para a produção das 
misturas. Em geral, adiciona-se à areia de quartzo pura de 2,5 a 3,0% de silicato de sódio em peso sobre a 
areia e de 0,3 a 0.5% de éster líquido em peso sobre a areia. 
A mistura tem boas propriedades de escoabilidade, resistência, dureza superficial e armazenabilidade. 
Não evoluem odores irritantes durante a produção. 
Produção de moldes e machos: Devido à baixa colapsibilidade, este processo é apropriado 
principalmente para a produção de moldes. Se possível, as seções do molde devem ser secadas antes do 
vazamento, pois este sistema tende a absorver umidade, a qual pode levar a elevadas perdas de resistência 
e defeitos de fundição (lavagens, defeitos de gases, etc.) Tempos de cura curtos, menores que 1 hora, são 
impossíveis. 
Recuperação da areia: Ainda não está claro se a areia usada, recondicionada mecanicamente, pode ser 
reutilizada. 
 
 
ARMAZENAGEM DE LIGANTES SOB CONDIÇÕES CLIMÁTICAS EXTREMAS 
Resinas furânicas ricas em álcool furfurílico de alta qualidade e poliisocianatos (ligantes poliuretânicos 
sem acelerador, alquídico-uretânicos) não têm sua vida de estocagem (5-6 meses) prejudicada, mesmo a 
temperaturas mais elevadas. 
Resinas furânicas com alto teor de uréia, fenólicas e resóis (PU com acelerador, ligantes resol-éster) e 
ligantes de silicato de sódio precisam ser transportados em caminhões tanque refrigerados e armazenados 
em ambientes com ar condicionado. 
Requisitos de alimentação de peças de 26 kg em ferro nodular (disco de φ250mm × 50mm, com bossa 
central); moldes de areia ligada com resina uréia-formol/álcool furfurílico, de cura-a-frio (HUGHES) 
 Volume de rechupe, cm3 
Resina catalisador Tempo de cura, horas 
% tipo % 6 10 20 30 50 
2,2 PTSA 20 150 
1,6 H3PO4 35 130 115 60 30 10 
1,0 PTSA 35 80 65 25 15 8 
1,6 PTSA 35 70 50 18 8 4 
1,6 XSA 35 10 8 5 5 4 
1,0 PTSA 50 10 
2,2 PTSA 35 8 6 3 2 2 
2,2 PTSA 35 5 
 
 
resina totalmente curada
cimento 
silicato/CO2 
resina 
sub-
curada 
areia verde
+0,75
+0,5
+0,25
0
-0,25
-0,5
-0,75
 
 Desvios de dimensões (em relação à 
cavidade do molde) e de densidade de 
esferas de 76mm fundidas em nodular, 
em relação à cura de resinas e outros 
sistemas ligantes de areia (HUGHES) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 6,8 6,9 7,0 7,1 
densidade das peças, g/cm3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Desenvolvimento dos processos endurecidos com gás 
 
 
• Processo CO2 - ~1950 (silicato de sódio) 
• Processo Cold-Box Ashland- 1968 (uretânico) 
• Processo acetal (silicato de sódio) 
• Processo formiato de metila (silicato de sódio) 
• Processo resina fenólica CO2 
• Processo FRC - 1980 (polimerização através de radical com peróxido e SO2) 
• Processo SO2 / resina furânica (peróxido orgãnico) 
• Processo SO2 / resina epoxi – 1982 (alta escoabilidade, vida >24h, alta reatividade, cura 
rápida, reduzido teor de resina, reduzido consumo de gás, menor agressão ambiental, 
sem formaldeído, sem fenol, não forma carbono lustroso, boa precisão dimensional, boa 
estabilidade térmica; manuseio de peróxido, requer captação de gases, custo de fixação 
do SO2 excedente, mais caro que outros processos com gasagem) 
• Processo SO2 / resina epoxi sem solventes - 1992 
Sistemas ligantes usados em macharia 
Cura-a-frio Caixa fria Caixa-quente Cura em estufa 
furânico / ácido epóxi - acrílico / SO2 hot-box furânico óleo secativo 
reação em meio fortemente 
ácido; formação de água 
Formação de ácido forte por oxidação 
SO2 “gasado”; reação c/ ácido forte; 
formação de água 
reação em meio ácido (“ácido” 
latente liberado por calor); reação 
ativada por calor 
Secagem + oxidação + 
polimerização do óleo em 
presença de ar + calor 
fenólico / ácido furânico / SO2 hot-box fenólico
reação em meio fortemente 
ácido; formação de água 
Formação de ácido forte por oxidação 
SO2 “gasado”; reação c/ ácido forte; 
formação de água 
reação em meio ácido (“ácido” 
latente liberado por calor); reação 
ativada por calor 
 
fenólico alcalino / éster fenólico - uretânico / amina 
reação c/ éster; formação de 
sal de potássio 
Reação resina fenólica + isocianato 
em meio básico (amina “gasada”) 
 
óleo - uretânico fenólico / éster shell 
formação de uretana + 
oxidação 
reação c/ éster (metil formiato 
“gasado”); formação de sal de potássio
Condensação de moléculas de 
resina fenólica devido a 
decomposição térmica de hexa 
 
Poliol – uretânico fenólico / CO2 
reação resina fenólica + 
isocianato em meio básico 
(amina) 
Reação c/ CO2 “gasado”; formação de 
sal de potássio 
 
 Silicato / éster silicato / CO2
reações de saponificação e 
desidratação 
desidratação + reação com ácido (CO2 
“gasado”) 
 
Atributos exigidos das areias para machos - I 
 
 
Atributo Definição Observações
Vida de banca intervalo de tempo, contado a partir do 
preparo da mistura, dentro do qual pode-
se fabricar machos com resistência 
mecânica maior ou igual a 80% da 
resistência obtida com areia compactada 
imediatamente após o preparo 
função da condições do ambiente e da 
areia (principalmente temperatura) e da 
composição da mistura (teor de conversor 
ou catalisador) 
Escoabilidade 
(Soprabilidade) 
correlaciona o grau e a uniformidade de 
compactação da areia com a energia 
despendida nessa operação 
depende da areia base (facilidade de 
escorregamento mútuo dos grãos) e do 
filme de ligante (quantidade, viscosidade) 
Consistência (no estado 
cru) 
capacidade de retenção da forma antes 
da cura final 
tem interesse nos casos em que os machos 
precisam ser extraídos da caixa-de-macho 
para ser curados em uma estufa 
Plasticidade deformação da massa de areia 
compactada para que o macho não se 
rompa durante a operação de extração 
do interior da caixa-de-macho. 
deformação predominantemente plástica 
quando a extração é feita antes da cura e 
predominantemente elástica nos demais 
casos 
Permeabilidade capacidade de permitir o livre escape 
dos gases e vapores; em excesso 
produz peças muito rugosas 
depende basicamente do tamanho médio 
dos poros intergranulares que, por sua vez, 
é determinado pelas características 
geométricas da areia base e pelo grau de 
adensamento do macho 
Atributos exigidos das areias para machos - II 
 
Atributo Definição Observações
Estabilidade térmica 
dimensional 
capacidade de acomodar os efeitos da intensa e 
brusca expansão térmica que sofrem os grãos de 
areia próximos da interface metal-molde 
função do tipo de areia (expansibilidade e 
condutividade térmicas), suas características 
granulométricas, tipo e quantidade de ligantes e 
grau de adensamento do macho 
Difusividade térmica determina a velocidade de extração de calor do 
metal por parte do macho, importante por 
determinar a estrutura de solidificação da liga 
fundida e a seqüência de solidificação da peça 
função do tipo de areia (expansibilidade e 
condutividade térmicas), suas características 
granulométricas, tipo e quantidade de ligantes e 
grau de adensamento do macho 
Inércia química em relação 
ao metal fundido 
evitar as reações entre o metal e o material do 
macho e/ou seus produtos de decomposição 
(principalmente gases ou vapores) 
fatores de influência: composições do metal e da 
areia de macho (e seus produtos de decomposição), 
grau de contato metal-molde (pressão do metal), 
temperatura local, pressão dos gases; estes últimos 
dependem também da permeabilidade e e da 
difusividade térmica do macho 
Propriedades mecânicas a 
temperatura elevada 
resistência mecânica a quente (inicialmente) e 
progressiva perda de resistência em favor da 
plasticidade a quente (capacidade de deformar-se 
plasticamente) 
função principalmente do sistema ligante e do grau 
de compactação do macho 
Desmoldabilidade facilidade com que se pode retirar o macho do 
interior da peça solidificada 
função da resistência residual do ligante e/ou de 
baixa refratariedade da areia base 
Refratariedade refere-se à areia base: ela não deve amolecer nem 
sofrer sinterização (ligação vítrea entre grãos) 
refratariedade deficiente pode resultar em 
deformações no macho, aderência de areia à peça 
fundida e dificuldades de limpeza e desmoldagem; 
dificilmente ocorrerão na fundição de alumínio 
Areias base - I 
 
Areias de quartzo 
• SiO2 - mais abundantes ∴ mais baratas 
• densidade: 2,65 
• dureza Mohs: 7 
• ponto de fusão: 1728°C 
• impurezas predominantes: 
• feldspatos (K2O.Al2O3.6SiO2) 
• argilas 
• óxidos de ferro (tais como limonita) 
• rutilo (TiO2) 
• sais (nas areias de litoral) 
• areia retirada do depósito natural requer lavagem e classificação p/ que fique em 
condições de ser utilizada em fundição 
• praticamente inertes ao alumínio líquido e, mesmo que impuras, satisfazem amplamente 
as exigências de refratariedade da fundição de ligas de alumínio 
• inversão do quartzo: 
• quartzo α ↔ quartzo β - ocorre a 573°C → acentuada expansão 
• outras transformações alotrópicas do quartzo (não chegam a ocorrer em moldes 
para fundição de ligas de alumínio) 
• quartzo β ↔ tridimita ocorre a 867°C 
• tridimita ↔ cristobalita ocorre a 1470°C 
• aspecto higiênico: se respirado habitualmente, ar contendo mais de 6.000.000 de 
partículas de quartzo por pé cúbico (partículas essas menores que 10 micrômetros), 
causa silicose 
Areias base - II 
 
Areias de zirconita 
• ZrSiO4 silicato de zircônio 
• densidade: 4,7 
• ponto de fusão: 2550°C (mineral zirconita) 
• ocorre na natureza na forma de areia (no Brasil, areia monazítica; zirconita é subproduto) 
• alta capacidade de extração de calor 
• baixo coeficiente de expansibilidade térmica 
Areias de cromita 
• cromitas são soluções: cromita, FeO.Cr2O3, picrocromita, MgO.Cr2O3, e espinélio, 
MgO.Al2O3 
• ganga de serpentina, olivina, quartzo, piroxênios 
• areia obtida através da britagem, moagem e classificação granulométrica do minério 
• densidade: 4 a 4,6 
• dureza Mohs: 5 
• ponto de fusão: > 2000°C 
• expansão térmica moderada 
• capacidade térmica elevada 
Areias de olivina 
• solução sólida de ortossilicatos de magnésio: forsterita, Mg2SiO4 e faialita, Fe2SiO4 
• areia obtida através de britagem, moagem e classificação da rocha 
• densidade próxima de 3,3 
• ponto de fusão: ≈ 1800°C para olivinas com ~ 90% de forsterita 
• expansão térmica: ~ 30% menor que a do quartzo 
Areias base - III 
 
Distribuição Granulométrica 
 Peneira Nº 6 12 20 30 40 50 70 100140 200 270 prato
abertura nominal, di (mm) 3,35 1,70 0,85 0,595 0,42 0,30 0,21 0,15 0,105 0,074 0,053 0,020
mi 3 5 10 20 30 40 50 70 100 140 200 300
si (cm2/g) 9,0 17,8 31,3 44,6 62,9 88,8 126,1 178,3 253,0 356,6 620,3
ni (104 unid./g) 0,004
5 
0,035 0,191 0,551 1,545 4,346 12,46 35,18 100,5
3 
281,4
7 
1482,
1 
Definindo-se gi = quantidade, em gramas, de material retido em uma dada peneira i, calcula-se: 
• módulo de finura 
ig
imig
M
Σ
⋅Σ
=
)(
 
• área específica teórica 
ig
isig
TS
Σ
⋅Σ
=
)(
 , em cm2/g 
• número específico de grãos teórico 
ig
inig
N
Σ
⋅Σ
=
)(
 , em unidades / g 
• diâmetro representativo 
π⋅
=
N
S
d T
n
10 , em mm 
• divergência 
r
T
T
r
T
n S
SS
D
)(
100
−
= , em % 
no caso de areia de sílica: 
nd
r
TS
6415,22= cm2/g 
Areias base - IV 
 
 
Forma dos grãos 
• observação visual com lupa 
• grãos arredondados 
• grãos sub-angulares 
• grãos angulares 
• área específica real dos grãos, SR. 
• através de medida de permeabilidade utilizando o "permeâmetro de Blaine" 
• coeficiente de angularidade 
• relação entre os valores de área específica real e teórica 
SR/ST 
dá uma idéia quantitativa do desvio que a forma dos grãos de uma dada areia apresenta em relação à forma esférica 
• correspondência aproximada entre as formas típicas (de observação visual) e valores de 
coeficiente de angularidade: 
 
Forma SR/ST 
arredondada < 1,25
sub-angular cerca de 1,50 
angular > 1,65
 
 
 
 
SILICATOS DE SÓDIO 
 
 
São soluções de sílica (SiO2) e soda (Na2O) em água, obtidas por fusão de areia e barrilha (carbonato de 
sódio) e posterior dissolução do vidro resultante com vapor, em autoclaves 
Podem ser produzidos com diferentes relações SiO2/Na2O e diferentes teores de água 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Na2O 
líquidos 
viscosos e 
semisólidos
vidros 
1000 poise 
100 poise
líquidos 
comerciais
composições 
insatisfatórias
líquidos diluídos 
líquidos e géis instáveis
SiO2 
H2O 
 2,0 3,0 4,0 
relações SiO2/Na2O 
DENSIDADE DE SOLUÇÕES DE SILICATO DE SÓDIO 
 
20
15
10
5
0
0 20 10 30 40 
20
15
10
30
25
35
40
45
50
55
60
den
relação 
SiO2/Na2O 
5,0 
4,0 
3,0 
2,0 
165 ,5 
25As relações entre composição e densidade são 
bem definidas. 
Os seguintes 4 fatores permitem identificação 
precisa de um silicato de sódio: % SiO2, % 
Na2O, relação SiO2/Na2O e peso específico. 
O conhecimento de quaisquer dois deles permite 
determinar os outros dois. 
 
 
 
%
 N
a 2
O
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VISCOSIDADE DE SOLUÇÕES DE SILICATO 
DE SÓDIOO aumento da viscosidade com a concentração, isto é, com a redução da % de água, é tanto 
mais rápido quanto maior a relação SiO2/Na2O 
% SiO2 
1
1000
1
10V
is
c
o
s
i
d
a
d
e
0 18106 8
% Na2O 
2,0 
3,0 2,5 3,5
relação 
SiO2/Na2O
16141242
0,01
0,
0
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SILICATOS DE SÓDIO COMERCIAISAs soluções de silicato de sódio comerciais mais usadas como 
ligantes de areia em fundição têm relação SiO2/Na2O entre 2:1 (silicatos de sódio “alcalinos”) e 3:1 
(silicatos de sódio “neutros”). 
Menores relações SiO2/Na2O permitem obter viscosidades relativamente baixas com elevadas 
concentrações (SiO2+Na2O). 
Altas relações SiO2/Na2O dão soluções mais reativas. 
Relação molar 
SiO2/Na2O Peso 
específico 
@ 20°C 
Na2O 
% 
SiO2 
% Água 
% 
2,00:1 1,560 15,3 30,6 53,1 
2,50:1 2,500 12,5 31,1 54,4 
3,00:1 1,375 8,6 27,6 63,5 
 
 
 
SILICATO DE SÓDIO COMO LIGANTE DE AREIA 
 
Os silicatos de sódio não apresentam uma mudança de estado líquido → sólido 
O endurecimento dos silicatos de sódio corresponde a aumento de viscosidade que pode ser conseguida 
por dois tipos de mecanismos principais: 
�Mecanismos físicos: correspondem à remoção de água da solução por 
–Secagem 
–Fixação da água como H2O de cristalização de outra substância (p. ex. gesso) 
Na2O.xSiO2.yH2O (sol.) → Na2O.xSiO2.(y-z)H2O (sol.) + z H2O 
�Mecanismos químicos: resultam em aumento da relação SiO2/Na2O através de 
–Fixação de Na2O por reação com ácidos fracos ou ésteres 
Na2O.xSiO2.yH2O (sol.) → (1-z)Na2O.xSiO2.yH2O (sol.) + z Na2O 
–Aumento da % de SiO2 por reação com silício metálico 
Na2O.xSiO2.yH2O (sol.) + z Si → Na2O.(x+z)SiO2.(y-2z) H2O (sol.) + 2z H2 
PROCESSO SILICATO / CO2 
Este processo é empregado na produção tanto de machos quanto de moldes. 
Os teores de silicato na areia são altos, da ordem de 3 a 4%. 
O endurecimento do silicato de sódio é obtido por “gasagem” com CO2 (passagem de CO2 através da 
areia compactada), através de dois grupos de mecanismos: 
�Mecanismo químico de endurecimento 
Na2O.xSiO2 (aq.) + CO2 → Na2 CO3 + x SiO2 (aq.) 
Na2O.xSiO2 (aq.) + 2 CO2 + H2O → 2 NaHCO3 + x SiO2 (aq.) 
Alguns autores atribuem o endurecimento resultante da reação química à precipitação de SiO2 na forma 
de gel. É possível que essa precipitação também contribua para a ligação, mas a explicação mais aceita 
parece ser a elevação de viscosidade que acompanha o aumento da relação SiO2/Na2O do silicato. 
O mecanismo químico é favorecido por baixas velocidades (vazões) de gás (ver figuras abaixo). 
�Mecanismo físico de endurecimento 
- Durante a “gasagem”, o excesso de CO2 (que é um gás seco) carrega água e desidrata o silicato. 
- Após a “gasagem”, durante o armazenamento do macho ou molde, ocorre perda de água para o 
ambiente. 
O mecanismo físico é favorecido por altas velocidades (vazões) de gás CO2 na gasagem. 
 
GASAGEM 
Os consumos de CO2 variam amplamente: 
0,2 a 5 m
3
/kg de silicato 
dependendo de: 
- vazão de gás 
- configuração de macho / molde 
- método de gasagem 
Para economia e desempenho ótimos, deve-se buscar condições que garantam que a maior parte do CO2 
seja consumida na reação química de formação do gel de sílica. 
 
 20
0
10
C
O
2 
ab
so
rv
id
o,
 %
 e
m
 p
es
o 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
0 5 15 
vazão, litros/minuto 
 
1000 s
100 s
Tempo de 
gasagem 
R
es
is
tê
nc
ia
 à
 c
om
pr
es
sã
o,
 k
gf
/c
m
2 60
40
20
00 5 15
vazão, litros/minuto 
1000 s
100 s
Tempo de 
40
0
20
Á
gu
a 
ev
ap
or
ad
a,
 %
 e
m
 p
es
o 
0 5 15
vazão, litros/minuto 
Tempo de 
00 s
Tempo de 
gasagem 
100 s
1000 s
1000 s
1
1000 s 
100 s 
Tempo de 
gasagem 
SOBREGASAGEM 
 
 
 
Relação SiO2/Na2O = 2,0
10
100
000
10000
0 1 2 3 4
tempo de armazenamento, dias
R
e
s
is
tê
n
c
ia
 à
 c
o
m
p
re
s
s
ã
o
, 
k
g
f/
c
m
2
50s
60s
90s
150s
300s
Relação SiO2/Na2O = 2,5
10
100
1000
10000
0 1 2 3 4
tempo de armazenamento, dias
R
e
s
is
tê
n
c
ia
 à
 c
o
m
p
re
s
s
ã
o
, k
g
f/
c
m
2
17s
34s
51s
150s
300s
 
 
 
 1
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Relação SiO2/Na2O = 3,2
10
100
1000
10000
0 1 2 3 4
tempo de armazenamento, dias
R
e
s
is
tê
n
c
ia
 à
 c
o
m
p
re
s
s
ã
o
, k
g
f/
c
m
2
7s
14s
21s
50s
100s
A gasagem por tempos excessivos, isto é, 
a “sobregasagem”, pode dar altas 
resistências imediatas, mas baixas 
resistências e friabilidade após 
armazenamento. 
Esse fenômeno é interpretado como 
decorrente de desidratação excessiva do 
silicato durante a gasagem. 
Silicatos de maior relação SiO2/Na2O são 
mais propensos à “sobregasagem”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MÉTODOS DE GASAGEM 
 
Vários métodos proporcionam diferentes graus de homogeneidade de distribuição do CO2.Quanto maior 
essa homogeneidade, maior é a economia de CO2 e melhores propriedades finais. 
Os métodos mais usados em ordem crescente de homogeneidade de gasagem são: 
 
CO (1) Com pequenas campânulas de borracha 
O procedimento é inteiramente manual e fortemente 
dependente do operador 
 
CO 
 
 
 
(2) Com agulhas dotadas de perfurações laterais 
Como a gasagem com campânula, é também um 
procedimento manual fortementedependente do operador. 
As agulhas são, na verdade, tubos com perfurações laterais 
para melhor distribuição do gás. 
Antes de iniciar a gasagem com agulhas, é preciso efetuar 
os furos com uma agulha maciça. 
 
 
 
(3) Através de tampa superior 
Este método permite manter pressão elevada de CO2 na 
areia. 
A distribuição de gás melhora com alguns respiros na 
placa. 
No entanto, respiros executados sem critério podem 
agir com vias preferenciais de escape dos gases, 
deixando outras áreas sem gasagem. 
CO
 
 
 
(4) Através da placa-modelo ou da caixa de 
macho 
A distribuição de gás pelo molde é potencialmente 
melhor do que nas situações anteriores. 
Requer a incorporação de uma câmara de 
distribuição de gás (“plenum”) e de respiros na 
placa e nos modelos. Aqui também, respiros mal 
distribuídos podem ser contraproducentes.Pode-se 
manter uma elevada pressão de CO2 na areia 
através do uso de uma tampa superior. 
C
 
Métodos não-convencionais de gasagem 
Gasagem a vácuo 
A câmara é inicialmente evacuada até uma 
pressão de pouco mais de 700 mmHg 
Admite-se, então, o CO2 à pressão de 1,8 bar 
e mantém-se bomba de vácuo em 
funcionamento, de modo a atingir 51 mmHg, 
pressão que é mantida por 1 minuto. 
Segue-se pressurização e abertura da câmara. 
A gasagem a vácuo permite que se pratiquem 
consumos de CO2 da ordem de 0,25 m3/kg de 
silicato, que é um consumo excepcionalmente 
baixo! 
�Gasagem através de caixa permeável 
A face interna da caixa de macho deve ser 
permeável. Isto pode ser conseguido de 
várias maneiras; duas delas são: 
CO
- Usinando a face de trabalho da caixa 
de macho a partir de bloco sinterizado 
feito de pó metálico de grãos 
esféricos. 
CO- Inserindo grande número de respiros 
em uma caixa de macho convencional. 
A gasagem pode se efetuada com CO2 a 
pressões estáticas de 0,3 a 1 bar. 
O consumo de CO2 neste caso atinge 
valores ainda mais baixos que na gasagem 
a vácuo: 0,22 m3/kg de silicato !! 
PROPRIEDADES A ALTAS TEMPERATURAS, COLAPSIBILIDADE, DESMOLDABILIDADE 
Com temperaturas crescentes, a resistência a quente de areias ligadas com silicato de sódio cresce até 
cerca de 400°C e depois cai drasticamente, tornando-se desprezível a cerca de 700°C, quando forma um 
vidro mais ou menos fluido ao fundir e reagir com a sílica da areia. 
Resistência a quente e após aquecimento
areia com silicato 2:1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 200 400 600 800 1000 1200
Temperatura, °C
R
es
is
tê
n
ci
a 
à 
co
m
p
re
ss
ão
, 
d
aN
/c
m
2
na temperatura
após esfriamento
 
Portanto, as areias ligadas com silicato de sódio apresentam elevada plasticidade a quente, de modo que 
não devem provocar mais trincas em peças do que areias com outros tipos de ligantes, inclusive os 
orgânicos. Assim, as areias ligadas com silicato de sódio não têm problema de “colapsibilidade”, já que, 
por definição, essa é uma característica medida em alta temperatura. 
Por outro lado, a resistência mecânica da areia medida após esfriamento reflete a solidificação do vidro 
formado, crescendo novamente a partir de 500°C e atingindo um máximo entre 860 e 900°C. 
Essa resistência, também denominada residual, é que é problemática, pois dificulta a desmoldagem. 
O aumento de resistência a quente até aproximadamente 400°C é parcialmente devido a gasagem 
incompleta, correspondendo à desidratação de ligante não reagido, enquanto que a queda posterior é 
decorrente do amolecimento da ligação com a elevação da temperatura. 
Se desejado, pode-se reduzir a resistência a quente diminuindo o teor de silicato e/ou usando silicatos com 
maiores relações SiO2/Na2O. A presença de certas argilas também reduz a resistência a quente. 
Quanto à resistência residual, medida após esfriamento, o primeiro pico é explicado também por 
desidratação de ligante não reagido, seguida de amolecimento. O segundo aumento de resistência residual 
é atribuído a uma reação química entre o silicato de sódio residual (e compostos de sódio resultantes da 
gasagem) com os grãos de quartzo da areia, formando uma estrutura monolítica de alta resistência. 
A presença de silicato de sódio facilita e apressa a ocorrência de transformações alotrópicas do quartzo 
acima de 900°C, com formação de tridimita e, no caso de fundição de aços, até mesmo de cristobalita. 
Essas transformações são acompanhadas grande expansão e as tensões resultantes tendem a reduzir a 
resistência residual. 
FATORES QUE AFETAM A RESISTÊNCIA RESIDUAL 
 
As resistências residuais após aquecimento a temperaturas de até 600°C, principalmente nas vizinhanças 
de 100°C, diminuem com o aumento do tempo de gasagem. Acima de 600°C o efeito da gasagem sobre a 
resistência residual é desprezível. 
O teor de silicato na mistura afeta a resistência residual para toda a faixa de temperaturas até 1200°C. 
Quanto maior a relação SiO2/Na2O do silicato menor a resistência residual: a resistência medida após 
aquecimento a 900°C cai de 900 N/cm
2
 com relação 2,0:1, para cerca de 200 N/cm
2
 para relação 2,9:1. 
Pode-se reduzir a resistência residual por meio de adições de certos materiais inorgânicos à mistura de 
areia, tais como sepiolita, silicato de magnésio, argilas caulínicas, principalmente as de alto teor de 
alumina. Esses materiais formando com o silicato compostos ternários de alto ponto de fusão, evitando a 
formação dos vidros de baixo ponto de fusão, responsáveis pelo segundo pico de resistência. 
O pico da resistência residual medida em laboratório é pouco afetado por adições de materiais orgânicos. 
Esse comportamento é esperado, uma vez que esses materiais são, em geral, destruídos a temperaturas 
menores que 900°C. No entanto, observa-se na prática que açúcares, piche, pó de carvão e outros 
facilitam a desmoldagem. A causa dessa aparente incoerência deve-se, provavelmente, ao fato de que 
durante seu aquecimento no molde os materiais orgânicos acima, não encontrando as condições oxidantes 
que prevalecem no aquecimento em laboratório, não chegam a queimar, mas sofrem pirólise e deixam um 
depósito de carbonoso (negro de fumo, grafita pirolítica ou coque), que previne a continuidade do vidro 
formado a partir de 500°C, contribuindo, assim, para a redução da resistência residual. 
 
PROCESSO SILICATO / ÉSTERO sistema ligante silicato-éster pode ser empregado na produção de 
machos e moldes, através de um processo do tipo cura-a-frio em que o ligante é o silicato de sódio. Como 
no processo CO2, os teores de silicato na areia são da ordem de 2 a 4%. 
O endurecimento do silicato de sódio ocorre por reação com ésteres. Na verdade, três ésteres podem ser 
empregados isoladamente ou combinados: 
- Para cura rápida usa-se diacetina (diacetato de glicerol) 
- Para cura a velocidade média, usa-se diacetato de glicol dietileno (EGDA) 
- Para cura lenta, usa-se triacetina (triacetato de glicerol) 
A velocidade de cura pode ser graduada com a mistura desses ésteres. 
O endurecimento se dá por dois mecanismos: 
�Mecanismo químico de endurecimento 
Ao ser misturado à areia contendo o silicato, o éster hidrolisa vagarosamente, formando um ácido fraco e 
um álcool. O ácido fraco reage com a soda do silicato, formando um sal (acetato) de sódio. Em 
decorrência da indisponibilidade dessa soda na solução de silicato, a relação sílica/soda aumenta, 
conduzindo a um aumento de viscosidade que leva ao endurecimento final.�Mecanismo físico de 
endurecimento 
No processo silicato-éster, como no processo CO2, também ocorre perda de água para o ambiente.Esse 
mecanismo acessório de endurecimento, no entanto, tem pouquíssima importância, sendo considerado 
irrelevante. 
 
A figura seguinte mostra como o sistema silicato-éster se compara a outros sistemas de cura-a-frio em 
termos de velocidade de cura, aqui expressa como evolução da resistência mecânica (à compressão) em 
função do tempo após preparo da mistura. Sob esse ponto de vista, ele é mais lento que o sistema 
furânico-ácido e mais rápido que os sistemas óleo-uretanae fenólico-ácido. 
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
tempo de estripagem, minutos
R
es
is
tê
n
ci
a 
à 
co
m
p
re
ss
ão
, p
si
Fenólico Uretânico
Novo Fenól. Uretân.
Fenól.-Ester
Furânico
Silicato-Ester
Oleo-Uretân.
Fenólico-ácido
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ADIÇÕES DE ÓXIDO DE FERRO 
 
Adições de óxido de ferro são usadas freqüentemente na fabricação de machos e moldes com areias 
ligadas quimicamente com a finalidade de reduzir ou eliminar defeitos como: 
- Pin-holes (principalmente em hot-box e cura-a-frio) 
- Veiamento e outros defeitos devidos à expansão do quartzo 
- Aderência de areia (burn-on) 
- Penetração de metal 
São várias as teorias que procuram explicar os efeitos de adições de óxidos de ferro. A mais comum é a de 
que, na fundição de ferros fundidos, uma reação que ocorre no encontro de metal, areia e óxido de ferro 
produz uma escória (faialita) que envolve os grãos de areia. Esse material, que é plástico nas temperaturas 
que predominam na interface metal-molde, de um lado aumentaria a resistência e/ou a plasticidade a 
quente (dependendo da quantidade adicionada) e, de outro lado, reduziria a permeabilidade o suficiente 
para retardar a passagem de vapor para o metal, com o qual reagiria para formar hidrogênio: 
H2O (vapor) + Fe = FeO + H2 
Sabe-se, no entanto, que essa teoria é inadequada para explicar a formação de pin-holes. Assim, embora a 
prática demonstre a eficácia do emprego de óxido de ferro para a eliminação desse tipo de defeito, não há 
consenso entre os pesquisadores sobre os mecanismos de sua ação. 
 
TIPOS DE ÓXIDOS DE FERRO USADOS 
Podem ser naturais, obtidos da moagem de hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), limonita (2Fe2O3.3H2O) 
ou siderita (FeCO3), ou sintéticos, usados como pigmentos na indústria de tintas e lacas e produzidos, por 
exemplo, pela oxidação do ferro metálico com nitrobenzol (processo anilina) ou com ar (processo 
Pennimarn). 
Conforme sua origem, os óxidos de ferro variarão quanto à composição, densidade, área específica, 
granulometria, cor, pH, custo etc. 
A densidade do óxido de ferro não influi em seu desempenho na areia de fundição, mas demonstra a 
pureza do material. A densidade teórica do Fe2O3 α é 5,18 g/cm3; um óxido de ferro comercial tem 
densidade tanto menor que essa quanto maior o teor de impurezas (sílica, argilas, sais) presentes. 
A área específica (“superfície específica”), expressa em m2/g, é geralmente determinada pelo método da 
absorção de gás nitrogênio (método BET). Embora haja alguma relação entre a área específica e a 
distribuição granulométrica, a correlação não é uni-unívoca. A distribuição granulométrica dos óxidos 
de ferro sintéticos costuma ser muito mais homogênea (menor dispersão dos tamanhos de grãos) que a 
dos produtos naturais, o que juntamente com uma área específica de pelo menos 2 m2/g, é considerada 
vantajosa nas aplicações em fundição. 
Outras características dos óxidos de ferro, que podem ser empregadas como índices de controle de 
recepção, são o intervalo de fusão, o pH e a condutividade elétrica que, no entanto, segundo Berndt et. al., 
têm pouco ou nenhum significado direto para o desempenho do material na fundição O intervalo de fusão, 
geralmente situado em 1300°C + 10°C nos óxidos sintéticos e 100 a 150°C abaixo disso nos óxidos 
naturais. O pH e a condutividade elétrica dependem da quantidade e tipo das impurezas solúveis (sais 
solúveis), as quais parecem constituir um dos fatores importantes para o desempenho de um óxido de 
ferro na fundição. 
 
EFEITO DA ADIÇÃO DE ÓXIDO DE FERRO NA RESISTÊNCIA 
A adição de óxido de ferro, como de qualquer outro material particulado, tenderá a competir com os grãos 
de areia na distribuição da resina líquida. Se a quantidade de resina na mistura já estava otimizada para a 
areia base, a adição tenderá a reduzir a resistência mecânica do macho ou molde curado, como pode ser 
observado na figura abaixo (à esquerda). Nesse caso (hot-box), a queda de resistência (em relação à 
mistura isenta de óxido de ferro) observada quando da adição de 1% de diferentes óxidos de ferro tende a 
ser maior quanto maiores forem as áreas específicas dos materiais adicionados, mas não há uma 
correlação clara. A dependência da resistência mecânica em relação à área específica do óxido ferro 
empregado é bem mais nítida, no entanto, para areia de cura-a-frio, figura abaixo, à direita. 
Hot-box, 1% óxido de ferro
450
500
550
600
650
700
750
0 5 10 15 20
área específ ica do óxido, m2/g
re
s
is
tê
n
c
ia
 à
 f
le
x
ã
o
, 
N
/c
m
2
Cura-a-frio, 2% óxido de ferro
350
400
450
500
550
600
650
700
750
0 5 10 15 20
área específ ica do óxido de ferro, m2/g
re
s
is
tê
n
c
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 à
 t
ra
ç
ã
o
 a
p
ó
s
 2
4
h
, 
N
/c
m
2
 
 
No caso de areias de cura-a-frio, principalmente as que usam conversores ácidos, a velocidade de cura é 
bastante afetada pelo teor de sais solúveis do óxido de ferro empregado. Como esses sais têm caráter 
alcalino, eles consomem o ácido do conversor e retardam a reação de cura (a menos que se adicione maior 
quantidade de conversor). Dependendo do processo de fabricação do óxido de ferro, seria viável remover 
parte desses sais por lavagem com água. 
 
 
 
REDUÇÃO DE PIN-HOLES POR ADIÇÃO DE ÓXIDO DE FERRO 
Os dados da literatura mostram que adições de óxidos com áreas específicas maiores que 
aproximadamente 2,5m2/g e teores de Fe2O3+FeO maiores que 88% efetivamente reduzem a ocorrência 
de pin-holes, bastando adições de 0,5% à areia. 
Entretanto, é preciso ter em mente que a formação de pin-holes é devida primariamente a condições 
metalúrgicas (teores de elementos que afetam a solubilidade de gases no metal e a tensão interfacial gás-
metal), que podem ser agravadas pela presença de materiais nitrogenados (como a uréia) na areia. Caso as 
condições metalúrgicas sejam muito desvantajosas do ponto de vista de formação de pin-holes, então 
pode ser necessário elevar-se a adição de óxido de ferro para até cerca de 1%. 
 
REDUÇÃO DE VEIAMENTO POR ADIÇÃO DE ÓXIDO DE FERRO 
Em geral, o veiamento pode evitado com adições à areia de 2% óxidos de ferro, desde que com teores de 
Fe2O3+FeO maiores que 90%, figura abaixo, à esquerda. O efeito tende a ser melhor quanto maior a área 
específica da variedade empregada, figura abaixo à direita, embora não se tenha uma correlação clara a 
esse respeito. 
 
Hot-box, 1% óxido de ferro
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
70 80 90 100
Fe2O3+FeO no óxido, %
ín
d
ic
e
 d
e
 v
e
ia
m
e
n
to
Hot-box, 1% óxido de ferro
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 5 10 15 20
área específica do óxido, m2/g
ín
d
ic
e
 d
e
 v
e
ia
m
e
n
to
 
 
Entretanto, como visto anteriormente, os óxidos de ferro com grandes áreas específicas são os que mais 
prejudicam a resistência mecânica da areia. Assim, há necessidade de um compromisso entre as 
características de área específica e composição. Analisando os dados de Berndt et. al., verifica-se que os 
índices de veiamento não caem indefinidamente com o aumento da área específica (conforme sugerido no 
artigo original), mas passam por um mínimo, indicando que para óxidos de ferro relativamente puros 
(Fe2O3+FeO>96%) não há vantagens em chegar a áreas específicas maiores que 10 m2/g. 
 
 
 
 
 
 
BIBLIOGRAFIA 
 
BERNDT, H., UNGER, D. e RÄDE, D. Die Bedeutung der Eisenoxydzugabe zum Formstoff. 
Giesserei, 59(3):61-7, fev. 1972. (trad. Arnaldo Romanus) 
SANDERS, C. A. The use and value of iron oxide. Modern Casting, mar. 1971, págs. 61-3. 
 
COMPORTAMENTO NAS TEMPERATURAS DE VAZAMENTO 
A introdução dos primeiros ligantes químicos em fundição (os óleos secativos?) visava à obtenção 
de resistências mecânicas à tração que permitissem a utilização de machos esbeltos e 
geometricamente complexos. Modernamente, um dos motivos, talvez o principal, da evolução 
contínua e do emprego cada vez mais generalizado de ligantes químicosé a busca de moldes e 
machos mais confiáveis do ponto de vista de precisão dimensional, de modo a pode satisfazer as 
especificações cada vez mais exigentes dos clientes. 
O emprego de ligantes químicos cuja cura pode ser efetuada enquanto a areia aglomerada ainda está em 
contato com o modelo ou caixa de macho possibilitou a obtenção de níveis muito altos de precisão 
dimensional. No que diz respeito às dimensões de moldes e machos à temperatura ambiente, não há problema 
em alcanças os níveis de precisão dimensional desejados, quer se usem processos de cura a quente ou a frio. 
No entanto, ao ser aquecida pelo metal líquido, a areia ligada sofre alterações térmicas importantes causadas 
pela expansão da areia base, distorções devidas a expansão não uniforme, ao amolecimento e outras alterações 
do ligante e, finalmente, à decomposição do ligante seguida de colapso do macho ou molde. Todas essas 
alterações que ocorrem durante o vazamento e a solidificação do metal estão diretamente correlacionadas aos 
tipos de ligante e de areia que constituem o macho ou molde, e são influenciadas por fatores como preparação, 
adensamento, aditivos, pinturas etc. 
As características dos materiais de moldagem e macharia medidas à temperatura ambiente têm pouca relação 
com o seu comportamento nas condições de vazamento. O trabalho de otimização dos materiais de moldagem 
e macharia numa fundição pode ser melhor orientado se for possível conhecer de antemão o comportamento 
desses materiais em temperaturas elevadas. O mesmo se pode dizer do trabalho de desenvolvimento de 
sistemas ligantes. Com essa finalidade têm sido propostos vários ensaios para serem executados em 
temperaturas comparáveis às que são atingidas pela face do molde ou macho durante a fundição do metal. 
Alguns dos principais ensaios a altas temperaturas, aplicáveis às areias ligadas quimicamente em geral, isto é, 
que não são específicos de um determinado tipo de material, são os seguintes: 
- Resistência à compressão a quente (carga de ruptura à temperatura T, após encharcamento). 
- Expansão por choque térmico (registro da variação dimensional ε = f [T (t) ] ). 
- Colapsibilidade (tempo de colapso sob carga F, aplicada após encharcamento à temperatura T). 
- Distorção a quente (ε = f (tempo) na extremidade de uma barra aquecida no centro, em uma face ). 
Os três primeiros ensaios acima relacionados podem ser efetuados em corpo de prova de 1¼” φ × 2” 
(recomendação AFS) usando o “dilatômetro” de fabricação Dietert, ou corpo de prova mais esbelto, de modo a 
minimizar os tempos de encharcamento à temperatura, usando equipamento similar de fabricação GF. 
É preciso ter em mente que todos os ensaios a alta temperatura efetuados em laboratório padecem de um 
mesmo problema: é impossível reproduzir as condições que prevalecem no molde, principalmente a sua 
atmosfera. A utilização de um domo sobre o corpo de prova, que dificulte a dissipação dos gases resultantes da 
decomposição térmica dos ligantes corrige parcialmente essa deficiência: são os ensaios ditos “sob a própria 
atmosfera” ou “own atmosfere tests”. Além disso, os ensaios de resistência à compressão a quente e de 
colapsibilidade são pouco precisos porque os materiais de moldagem e macharia têm características de 
resistência que variam não só com a temperatura, mas também com o tempo de exposição à temperatura 
considerada; assim, além das variáveis de atmosfera, homogeneidade da mistura e adensamento do corpo de 
prova, os resultados são fortemente afetados pela precisão da regulagem de temperatura e do tempo de 
encharcamento à temperatura. Já o ensaio de expansão por choque térmico reflete principalmente o 
comportamento da areia base e diz pouco do sistema ligante propriamente dito. 
No ensaio de distorção a quente, desenvolvido no antigo BCIRA, o problema da atmosfera não está melhor 
resolvido, mas as condições de ensaio são mais reprodutíveis pois abandona-se a tentativa de fixar 
temperaturas precisas e, ao invés disso, fixa-se a potência térmica usada para aquecer o corpo de prova. O 
princípio desse ensaio está exposto na figura a seguir. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
corpo de prova de areia 
aglomerada: 1”x¼”x4½”
movimento medido 
e registrado 
dispositivo de 
aplicação de carga 
posição inicial do 
corpo de prova frio 
fixação do corpo 
de prova 
queimador de 
gás 
 
D
B
tempo de colapso 
do corpo de prova
C
te
rm
op
la
ss
ti
ci
da
de
 
(m
ov
im
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a 
ca
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a)
 
A 
0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A = ponto de máxima expansão; até esse instante a resistência a quente predomina sobre a 
plasticidade 
AB porção da curva em que o aumento da termoplasticidade do corpo de prova não permite que ele sustente a 
carga aplicada 
BC termoendurecimento secundário, presente em alguns ligantes: a areia recupera resistência e o corpo de prova 
pode, novamente, expandir contra a carga aplicada 
C = ponto em que o termoendurecimento secundário termina e em que a decomposição do ligante começa a 
predominar 
D = ponto em que ocorre o colapso final do corpo de prova. 
As figuras e os comentários apresentados a seguir mostram exemplos de curvas de distorção a 
quente para diversos ligantes e situações. 
 
 
estufado 
1/2 h
 
cura-a-frio cold 
 
 
 
 
 
 
 
 fenólica - isocianato, catalisado por amina 
Os ligantes uretânicos (resinas fenólicas-isocianato-amina), tanto de cura-a-frio como as empregadas em 
cold-box, apresentam alta termoplasticidade, que pode ser substancialmente reduzida por um curto 
período de pós-cura em estufa. Também é possível aumentar a resistência superficial e a rigidez por 
pintura e secagem posterior. A plasticidade a quente destes ligantes os fazem bastante resistentes ao 
veiamento. 
 
FF-AF 
FF-UF-AFUF-AF 
hot-box 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diferentes tipos de resinas para hot-box. As resinas uréia formaldeido – álcool furfurílico (UF-AF) têm 
alta plasticidade a quente e rápido colapso e, por isso, são usadas mais freqüentemente em machos de 
ligas leves. As resinas fenol formaldeido- uréia formaldeido – álcool furfurílico (FF-UF-AF) apresentam 
pequena expansão com alguma plasticidade, o que não permite o acúmulo de tensões térmicas severas no 
macho; o tempo de colapso longo o suficiente para a sua aplicação típica (machos de camisa d’água). Se 
a alta expansão das resinas fenol formaldeido – álcool furfurílico (FF-AF) forem adequadamente 
compensadas na caixa de macho, sua alta resistência a quente é vantajosa em machos intrincados e 
sujeitos a condições térmicas severas. 
 
finamente 
moído 
normal
duas granulometrias 
de óxido de ferro 
resina de várias
idades 
40 dias
7 dias 
13 dias
hot-box 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A viscosidade das resinas aumenta com o tempo de estocagem. Isso pode não ficar evidente no ensaio de 
tração (a frio), mas aparece como aumento de expansão a quente e pode explicar súbitas ocorrências de 
veiamento. A adição de óxido de ferro visa, quase sempre, redução de expansão e aumento de resistência 
a quente. Entretanto, uma mesma composição de óxido de ferro pode dar resultados indesejáveis 
dependendo do grau de moagem: neste caso, óxido de ferro mais fino que o usual causou aumento da 
expansão, o inverso do desejado. 
 
tinta com 
adição de 
tenso-ativo 
tinta pouco 
penetrante 
hot-box, pintado por imersão 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A alta distorção observada em macho de camisa d’água de um bloco de motor Diesel hot-box (2,5% 
resina furânica, 20% catalisador, 0,5% óxido de ferro) pintado por imersão passou a ocorrer com uma 
alteração na tinta que a tornou pouco penetrante. A adição de tenso-ativo à tinta restaurou seu grau de 
penetração no macho, capacitando-a a formar uma capa mais forte na superfície do macho e reduzindo a 
plasticidade a quente. 
 
 
cura-a-frio, conversor ácido 
24h 
4h 
2h1h 
1/2h 
areia nova 
PF 1,9% 
80% recup
PF 3,9%
1h
1/2h
2h
4h
24h
80% recup
PF 5,7%
1/2h 1h
2h
24h
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Em cura-a-frio com resina catalisada com ácido, as propriedades térmicas da areia recuperada são 
melhores que as da areia nova: o acúmulo de matéria orgânica (indesejado, quando em excesso, pela 
evolução de gases) é benéfico por eliminar o veiamento e aumentar o tempo de colapso (menor expansão 
térmica e maior plasticidade a quente). A variação de qualidade da areia recuperada pode causar 
apreciáveis variações dimensionais nas peças, principalmente se vazados após diferentes tempos de cura. 
 
 
pintado sem 
pintura 
shell 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Em moldagem shell é importante ter-se a alta resistência a quente e o colapso longo propiciado pelas 
resinas fenol formaldeido. As curvas de distorção a quente mostram que os corpos de prova mantêm 
resistência a quente por período longo, com expansão térmica e plasticidade a quente moderadas. 
gasado 60s
gasado 35s
gasado 
silicato 2,5:1, gasado com CO2 e estocado por 24 horas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sabe-se que as propriedades a quente de areias ligadas com silicato-CO2 são influenciadas pelos tempos 
de gasagem e estocagem dos machos ou moldes. Com o aumento do tempo de gasagem, a expansão 
térmica diminui e a resistência a quente também. A elevada termoplasticidade do silicato é claramente 
demonstrada. 
 
 
45 min 
15 min
90 min
90 min 
45 min
+ 1% óxido 
de ferro
15 min 
óleo de linhaça + amido, vários tempos de cura em 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Com o aumento do tempo de cura, aumenta a expansão térmica e diminui a plasticidade a quente. No 
exemplo, com cura de 15 minutos ter-se-ia distorção excessiva dos machos e de 90 minutos alta tendência 
a veiamento. A adição de óxido de ferro torna a areia menos susceptível aos efeitos de tempos de cura 
curtos ou longos. 
 
MORGAN, A. D. e FASHAM, E. W. The BCIRA hot distortion tester for quality control in production 
of chemically bonded sands. AFS Transactions, 91:73-80, 1975. 
COMPARAÇÃO DE SISTEMAS LIGANTES DE CURA-A-FRIO 
 
Tabela comparativa de vantagens e desvantagens 
Sistema ligante cat. Vantagens Desvantagens 
Fenólica 
Uretânica 
I = fenol-
formaldeído+solv.+adit. II 
= isocianato polimérico 
amina qualquer metal fumos 
Nova uretânica ↓ fumaça 
Resol éster resina fenólica alcalina 
(resol) 
éster ↓↓ fumos, odor ↑ teor de resina 
↓ armazenagem 
↓ reciclabilidade
Furânica ácido resina furânica ácido 
forte 
↑ resistência a 
quente 
↑ resistência à 
erosão 
↑ desmoldabilidade 
água como 
produto de 
reação 
Fenólica ácido resina fenólica ácido 
forte 
↑ resistência a 
quente 
↑ resistência à 
erosão 
↑ desmoldabilidade 
água como 
produto de 
reação 
↓ armazenagem 
Óleo-alquídico A: mistura óleo-resina 
alquídica 
C: isocianato 
B: cat ↑ destacamento do 
modelo 
 
Silicato-éster silicato de sódio éster ↓↓ fumos, odor ↓ produtividade 
↓ resist à 
umidade 
↓ 
desmoldabilidade
↓ reciclabilidade
Fosfato 
inorgânico 
solução de fosfato de 
alumínio em água 
óxido 
metálic
o em 
pó 
↓↓↓ fumos, odor 
↑↑ 
desmoldabilidade 
↓ resist ao 
manuseio 
↓ resist à 
umidade 
 
 
CARACTERÍSTICAS ESPECÍFICAS COMPARADAS 
 
a) Escoabilidade (fluidez) 
Tanto melhor quanto menores os teores permitidos e quanto mais baixa a viscosidade dos ligantes. 
Melhor: Fenólica-uretânica, permanece escoável até quase o tempo de destacamento do modelo. 
Todos os outros sistemas apresentam aumento imediato de resistência uma vez terminada a mistura. 
 
b) Resistência após 1 hora 
Melhores: Fenólica-uretânica, furânica / ácido, alquídica e fenólica / ácido 
Médios: Resol-éster e silicato-éster 
Pior: Fosfato inorgânico 
 
c) Produtividade: tempo de trabalhabilidade / tempo de estripagem 
Tempo de trabalhabilidade: tempo desde a mistura até o endurecimento 
Tempo de estripagem: tempo desde a mistura até a retirada do modelo; depende da velocidade de cura e 
da temperatura da areia 
A relação entre os dois pode variar desde quase zero até quase 1; quanto mais próximo de 1, maior a 
produtividade potencial: 
1 Fenólica-uretânica 0,75 - 0,8
2 Resol-éster 0,67 
3 Furânica-ácido 0,57 
4 Silicato-éster 0,53 
5 Óleo-alquídico 0,5 
6 Fenólica-ácido 0,45 
7 Fosfato inorgânico 0,33 
 
d) Resistência à umidade 
Melhores: Resol-éster e Fenólica-ácido 
Médios (sem problemas): Fenólica-uretânica, Furânica-ácido, Óleo-alquídico 
Problemáticos: Silicato-éster e Fosfato inorgânico (perdem 80 a 90% da resistência permanecendo 24 h a 
umidade relativa 100%) 
 
Resistência à tração, níveis de adição, tempos, suscetibilidade à umidade (ambiente e 
tintas) 
Resistência à tração (psi) @ 100% 
umidade 
Degradação 
com pintura 
(água) 
Sistema e % ligante Catalisad
or / 
conversor 
Tempo 
trab. / 
estrip. 
1 h 3 h 24 h 24 h a 
quente
a frio
Fenólica Uretânica, 
1,25% 
4% 3 / 4 158 199 275 150 51 236 
Nova uretânica, 1% 6% 4 / 5 149 201 263 159 49 254 
Fenólica éster, 1,5% 35% 4 / 6 94 174 218 163 89 241 
Furânica ácido, 1,25% 35% 8 / 14 195 396 427 218 75 364 
Fenólica ácido, 1,5% 40% 10 / 22 195 400 488 251 81 421 
Óleo-alquídico, 1,5% 8% 10 / 20 67 117 270 144 41 296 
Silicato-éster, 3,5% 10% 9 / 17 31 118 188 27 0 103 
Fosfato inorgânico, 
5% 
3,5% líq. 
1,5% pó 
5 / 11 30 101 125 37 7 75 
 
 
e) Queda de resistência após pintura com tinta à base de água 
Todos os sistemas perdem resistência mas, com exceção de Silicato-éster e Fosfato inorgânico, recuperam 
após secagem em estufa. 
Silicato-éster e Fosfato inorgânico requerem tintas à base de solventes para minimizar efeito de degradação. 
 
f) Temperatura da areia 
Temperaturas elevadas aceleram a cura e, portanto, reduzem os tempos de trabalhabilidade e estripagem. 
A velocidade de cura dobra para cada aumento de 10°C na temperatura; portanto, para cada aumento de 10°C 
na temperatura os tempos de cura e estripagem são cortados pela metade. 
Faixas de temperaturas isentas de problemas: 26 a 32 °C. 
Temperaturas extremas são problemáticas: T<10°C a cura pode não acontecer; T>38°C cura rápida demais. 
Sistema mais sensível: Furânica-ácido 
Sistema menos sensível: Óleo-alquídico 
 
g) Uniformidade de cura ao longo da seção 
Afeta tendência a quebra de machos / moldes 
Mais fáceis de estripar: Óleo-alquídico 
Mais difíceis de estripar: Furânica-ácido e silicato-éster 
 
h) Propensão a defeitos de gases (cone escalonado) 
Piores resultados: Silicato-éster 
 
i) Erosão (atribuída a degradação prematura do ligante) 
Piores resultados: Óleo-alquídico e Fosfato inorgânico 
Desempenho de Óleo-alquídico melhorado com adição de óxido de ferro ou pó de sílica 
 
j) Penetração de metal 
Teste avalia tendência a defeitos de penetração e veiamento. O aumento da densidade do molde ou macho 
contribui para prevenir a penetração de modo que a Fenólica-uretânica tende a dar melhores resultados devido 
a sua melhor escoabilidade. 
Deve-se ter em mente que todos os sistemas são “pintáveis” e que com tinta refratária, todos eles resistem 
perfeitamente à penetração de metal. 
k) Carbono lustroso 
Forma-se a partir de ligantes que, durante o enchimento do molde, desprendem grandes quantidades de 
produtos carbonáceos de decomposição. Em quantidades moderadas pode ser benéfico (provê atmosfera 
redutora, reduz a oxidação do metal e melhora o acabamento superficial da peça), mas, em excesso, provoca 
defeitos superficiais e atrasa a solidificação. 
Maior problema: Fenólica-uretânica (melhorado nas novas versões); pode ser amenizado com > temperatura 
de vazamento, menor % resina, < tempo de vazamento, adições de óxido de ferro, respiros. 
 
l) Defeitos devidos a gases 
Estão relacionados tanto com a quantidade quanto com a composição dos gases liberados pelos 
machos ou moldes. Os ligantes que proporcionam a resistência desejada com as menores adições 
produzem as menores quantidades de gás. O uso de respiros é a forma mais barata de minimizar