Areias de Fundição

Prévia do material em texto

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 
o Baixa molhabilidade no Fe 
 Areia base olivina 
o 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. 
 
2. 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. 
 
3. 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: 
o utilização de areia muito fina; 
o pressão de sopro alta; 
o teores elevados em parte 1 e 2; 
o teores elevados de parte 2 em relação à parte 1; 
o insuficiência de vents; 
o mistura insuficiente de ar (transporte) e agente de cura; 
o 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. 
 
4. 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. 
 
5. 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. 
o base de água: pode utilizar cargas refratarias de zirconita, grafita, sílica, cromita, 
chamote ou alumina; 
o base de álcool: pode utilizar cargas refratarias de magnezita, grafita, sílica, cromita, 
zirconita, chamote ou alumina. 
 
 sua utilização é recomendada na possibilidade de: 
o defeitos provenientes da expansão da sílica; 
o friabilidade do macho; 
o acabamento superficial ruim. 
 
 alguns cuidados para serem tomados durante a utilização de tintas: 
o escolher a carga refratária compatível com partes do macho pintadas antes da secagem; 
o manter uma camada fina e uniforme de tinta; 
o tintas à base de água devem ser aplicadas respeitando-se um intervalo de dez minutos 
após a confecção do macho; 
o tintas à base de álcool devem esperar 30 min após a confecção do macho para a 
aplicação; 
o controlar a densidade da tinta 
o a secagem pode ocorrer através de chama, maçarico ou estufa; 
o só é empregada quando não há mais possibilidades de evitar defeitos, pois enfraquece 
superfície do macho ou molde. 
 
6. Defeitos característicos do processo 
 
 Veiamento 
- Causas possíveis: 
o alta densidade de compactação devido à fluidez da mistura; 
o dilatação da sílica; 
o amolecimentoda ligação uretânica. 
 
- Soluções: 
o uso de aditivos (oxido de ferro Fe3O4 em teores de até 6%) e tintas; 
o redução do tempo e da temperatura de vazamento; 
o modificação no sistema de canais; 
o uso de areia mais grossa. 
 
 Inclusões de carbono vítreo 
- Causas possíveis: 
o teor elevado em aglomerantes e decomposição dos mesmos; 
o tempo de vazamento longo e temperatura de vazamento baixa; 
o turbulência do metal. 
 
- Soluções: 
o reduzir o teor total de aglomerantes; 
o elevar a temperatura e aumentar a velocidade de vazamento; 
o utilizar aditivos, óxidos de ferro em teores de 1% a 3% e tintas; 
o modificar sistema de canais. 
 
 Escamas (chagas) 
- Causas possíveis: 
o redução da resistência superficial do molde ou macho; 
o exposição de partes do molde a elevadas temperaturas (irradiação de calor); 
o macho – molde danificado. 
 
- Soluções: 
o aumentar o teor de aglomerante; 
o reduzir o tempo e a temperatura de vazamento; 
o não utilizar machos recuperados; 
o controlar tempo de mistura. 
 
 
 
 Pinholes (cavidades profundas na superfície da peça) +Fe ligas 
 
H2O + 2 R–N=C=O => R–NH–C 
 
- Causa possível: 
o presença de água no sistema. 
 
- Soluções: 
o utilizar aditivos (Fe3O4 em teores de até 6%); 
o reduzir o teor em parte 2; 
o diminuir o teor de água no sistema. 
 
 Aderência no ferramental 
- Causas possíveis: 
o falta de desmoldante; 
o elevado teor em aglomerante; 
o falhas de projeto; 
o superfície irregular do ferramental; 
o pressão elevada do sopro. 
 
- Soluções: 
o utilizar desmoldante adequado; 
o reduzir o teor em aglomerante; 
o verificar a superfície do ferramental; 
o controlar a pressão de gasagem.