Areias base para Fundição

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4. AREIA - BASE
As considerações feitas nos capítulos anteriores sugerem que o estudo das areias-base deva incluir os 
efeitos da sua constituição mineralógica e dos seus aspectos geométricos sobre as características 
básicas das areias de moldagem e dos moldes e sobre o comportamento destes na fundição.
4.1 - Constituição mineralógica - tipos mais usados de areias-base
A constituição mineralógica é um fator importante no estudo das areias-base porque todas as 
características que determinam o comportamento dos moldes a temperaturas elevadas dependem em 
larga medida do tipo de mineral que as constitui. É interessante ressaltar que a análise química da 
areia-base, embora traga informações úteis, não fornece uma indicação direta da composição 
mineralógica e não permite, portanto, que se tirem conclusões definitivas quanto a refratariedade, 
expansibilidade térmica, difusividade térmica e comportamento químico da areia em relação ao metal 
fundido.
Do ponto de vista mineralógico, as areias-base mais usadas nas fundições são as de quartzo (sílica) 
seguidas pelas de cromita, as de zirconita e as de olivina. A figura 4.1 mostra o andamento da 
expansão por choque térmico para esses e outros minerais empregados como areia-base em fundição, 
assim como as respectivas temperaturas de fusão.
a) Areia de sílica
Sendo o silício o elemento mais abundante na crosta 
terrestre, não é de admirar que as areias mais comuns 
sejam as de sílica. As areias em geral, as de sílica em 
particular, provêm da desagregação de rochas, 
principalmente pelo intemperismo. Os grãos de areia 
representam as partículas maiores liberadas por essa 
desagregação. A constituição da rocha original, o tipo 
de intemperismo sofrido até a formação do depósito de 
areia e as presente (condições climáticas, por exemplo), 
são fatores que determinam a constituição da areia, a 
sua pureza e as características de seus grãos.
Em nosso País, há abundância areias de sílica bastante 
puras, ainda que em depósitos relativamente afastados 
dos locais de utilização. Com os altos custos de 
transportes vigentes, é urgente a necessidade de um 
cadastramento dos depósitos existentes, através de um 
levantamento sistemático da qualidade das areias 
disponíveis.
No Estado de São Paulo, muitas das areias-base de sílica provém, hoje, do centro do Estado, 
particularmente do ângulo formado entre a Araraquarense e a Sorocabana (areias "de rio", com 
depósitos localizados próximos a Itapetininga, Rio Claro, Descalvado, São Pedro etc), mas ainda se 
encontram ativas muitas lavras de areia do litoral sul (areias de praia com depósitos principalmente 
15
Fig. 4.1 – Curvas de expansão, por choque 
térmico a 1000°C, de várias areias. As 
temperaturas de fusão estão indicadas entre 
parênteses junto a cada curva.
nas proximidades de Samaritá e Peruibe). Em 
qualquer dos casos, as areias comercializadas são de 
elevada pureza podem ser aplicadas à fundição de 
ligas de alto ponto de fusão, desde que 
adequadamente lavadas (as do litoral, para remoção 
principalmente de sais e matéria orgânica e as do 
interior, para redução dos teores de óxido de ferro e 
de argila).
As areias de sílica são constituídas quase 
exclusivamente por quartzo, cuja densidade é 2,65 e 
cujo ponto de fusão é de 1726° C. As impurezas 
presentes variam com a procedência da areia, 
predominando feldspatos (K2O.Al2O3.6SiO2), argilas, 
óxidos de ferro (como limonita, por exemplo), rutilo 
(TiO2), etc.
A maioria dos depósitos de areia explorados comercialmente no Estado de S.Paulo permite obtenção 
de sílica praticamente pura com uma operação simples de lavagem para remoção de sais (areias de 
litoral) ou argila (areias do interior). Essa evidência, embora não conclusiva, parece mostrar que as 
preocupações com a refratariedade no caso das areias de sílica paulistas, podem ser totalmente 
afastadas sendo altamente improvável a ocorrência de defeitos de penetração devidos a refratariedade 
insuficiente, mesmo no caso de fundição de aço. Se esses defeitos ocorrerem, a primeira suspeita, 
depois de afastados os motivos mais óbvios como mau socamento e tamanho de grão excessivamente 
grande, deve recair sobre possíveis reações metal-molde. Alguns metais reagem com a sílica a altas 
temperaturas (o magnésio é um deles). O ferro não reage com a sílica a não ser quando oxidado; se 
este for o caso, à reação pode se seguir uma penetração bastante intensa. É que o óxido de ferro 
escorifica a sílica formando um silicato de ferro de baixo ponto de fusão (v. figura 4.2) e facilitando a 
penetração do metal líquido. Certos elementos de liga presentes no ferro também podem apresentar a 
mesma tendência de oxidação e reação com a sílica. 
Em alguns casos essa tendência é tão pronunciada, 
que a utilização de areias de sílica é 
desaconselhada. mas a maioria dos problemas de 
penetração devida a reação pode ser resolvida 
adotando-se procedimentos metalúrgicos corretos e 
evitando-se a reoxidação do metal durante o 
preenchimento do molde. A figura 4.3 esquematiza 
o mecanismo de absorção de ar pelo metal que 
escoa pelos canais do molde.
Quando aquecido, o quartzo α, que é a variedade 
alotrópica da sílica estável à temperatura ambiente, 
expande-se mais ou menos uniformemente até 
573°C, quando ocorre a transformação reversível do 
quartzo α em quartzo β (inversão do quartzo). Essa 
transformação é acompanhada de uma expansão 
repentina, mas, prosseguindo o aquecimento, o 
quartzo β contrai ligeiramente. Acima de 867°C pode formar-se a tridimita que é estável até 1470°C. 
A cristobalita é estável entre 1470°C e o seu ponto de fusão a 1728 0C. Entretanto, as transformações 
quartzo β ↔ tridimita e tridimita ↔ cristobalita não ocorrem facilmente e é possível ter-se quartzo 
aquecido acima de 867°C por horas ou dias, inalterado ou apenas parcialmente transformado em 
tridimita ou cristobalita. Inversamente, pode-se ter tridimita ou cristobalita preservadas 
indefinidamente à temperatura ambiente.
A sílica fundida não cristaliza imediatamente: pelo contrário, a cristalização da sílica a partir do 
líquido é muito lenta. Assim, é muito fácil esfriar a sílica fundida de modo a obter-se um vidro (sólido 
não-cristalino), denominado sílica vítrea, estável indefinidamente à temperatura ambiente e que 
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Fig. 4.2 – Diagrama de equilíbrio
SiO
2
-FeO.
Fig. 4.3 – O ar é aspirado pelo fluxo de metal nas 
zonas de baixa pressão.
apresenta um coeficiente de expansão térmica muito pequeno em todas as temperaturas.
Como nos moldes de fundição apenas uma pequena parcela da areia é aquecida de cada vez a 
temperaturas superiores a 867°C, e o tempo de permanência a temperaturas altas é relativamente 
curto, apenas uma quantidade desprezível de grãos de areia tem possibilidade de transformar-se em 
tridimita e/ou cristobalita. Para efeitos práticos, portanto, apenas a inversão α ↔ β do quartzo, que 
ocorre a 573°C, deve ser responsabilizada pelos fenômenos de expansão térmica observados em 
moldes de fundição e causadores de defeitos tais como “descascamentos”, “rabos-de-rato”, 
“veiamento” etc. Essa expansão é bastante pronunciada, como mostra a figura 4.1, e constitui-se na 
maior desvantagem do uso de sílica como areia-base.
Uma outra desvantagem do uso de sílica como areia-base é de ordem higiênica: a presença de 
partículas muito finas de sílica, principalmente as menores de 10µm, traz o perigo da silicose. A 
silicose é uma moléstia do pulmão causada pela prolongada inalação de pó de sílica. Ela raramente se 
manifesta com menos de dois anos de exposição a ar contendo pelo menos 6.000.000 de partículas de 
sílica por pé cúbico. As alterações causadas no pulmão pela doença não são curáveise, em grande 
parte dos casos, sobrevém uma tuberculose quase sempre de caráter severo, que freqüentemente é 
fatal. A prevenção da silicose é, portanto, uma necessidade imperiosa, que requer instalações 
eficientes de exaustão e captação de poeiras nos pontos onde elas são geradas e uso de máscaras 
respiratórias por pessoas que devam permanecer junto a esses pontos.
Resumindo, as são três as desvantagens do uso de sílica como areia-base, que às vezes impõem a sua 
substituição por outros minerais: sua elevada expansão térmica, sua reatividade com alguns metais e 
ligas e o perigo de silicose.
b) Areia de zirconita
A zirconita é um silicato de zircônio, ZrO2.SiO2. O mineral puro (estequiométrico) contém 67,2% de 
óxido de zircônio e 32,8% de óxido de silício. Seu ponto de fusão é de 2550°C e sua densidade 4,7. A 
zirconita ocorre em areias de praia em varias partes do mundo e em particular na Austrália, nos 
Estados Unidos, na Índia e no Brasil. Em nosso País, a zirconita ocorre em praias do Estado do 
Espírito Santo (Guarapari), associada à monazita, que é um minério de tório, e é exportada misturada 
a um outro minério de zircônio, a badeleita.
Devido à sua alta dureza e a inexistência de planos de clivagem, boa parte dos grãos da areia de 
zirconita guarda a forma do cristal original.
Além de ser mais refratária que a sílica, a zirconita apresenta um coeficiente de expansibilidade 
térmica muito pequeno (a expansão de 20 a 1000°C é a sexta parte da observada para a sílica) e é 
menos reativa com vários metais líquidos, particularmente com o ferro.
Pelo fato de não ocorrer de forma generalizada sobre a crosta terrestre como a sílica, os custos da 
areia de zirconita são, em geral, onerados por altos custos de transporte, fazendo com que os preços 
por tonelada da areia de zirconita sejam varias vezes superiores aos da areia de sílica. E é preciso que 
se leve em conta, ainda, que para preencher o mesmo volume de um molde é necessário que se 
empregue uma quantidade em peso de zirconita correspondente a quase o dobro da sílica necessária.
c) Areia de cromita
O emprego de cromita como areia-base em fundições, principalmente em fundições de aço, é 
relativamente recente, mas sua utilidade como refratário para fornos já é reconhecida e aprovada de 
longa data. Essa utilidade baseia-se no alto ponto de fusão (cerca de 2180°C), expansão térmica 
moderada, estabilidade da forma cristalina a temperaturas elevadas e comportamento químico neutro.
O mineral cromita, FeO.Cr2O3, que contém 68% de Cr2O3, raramente ocorre isolado e os minérios de 
cromo conhecidos como cromitas são, na realidade, soluções sólidas de vários espinélios, entre os 
quais a cromita (FeO.Cr2O3), picrocromita (MgO.Cr2O3) e espinélio (MgO.A12O3), associadas a uma 
ganga constituída de serpentina, olivina, quartzo e piroxênios.
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A faixa de composições de cromitas normalmente aceita para aplicações em refratários é:
Cr2O3: 38 a 48%; A12O3: 12 a 24%; Fe2O3: 14 a 24%; MgO: 14 a 18%; SiO2: 10% máximo
A densidade varia com a composição entre 4 e 4,6.
A areia de cromita é obtida da britagem e classificação granulométrica do minério.
A maior parte da areia de cromita usada como areia-base para moldagem em todo o mundo ocidental 
é suprida pelas jazidas da África meridional. O Estado da Bahia possui importantes reservas de 
cromita.
Para uso em fundição, a cromita não pode ter ganga em excesso, porque os minerais hidratados, como 
a serpentina, liberam água a altas temperaturas. Recomenda-se, por isso, que a perda ao fogo da 
cromita não ultrapasse o valor de 0,5%, caso contrário podem-se esperar defeitos devidos a gás nas 
peças fundidas. O ensaio de perda ao fogo, neste caso, deve ser feito em atmosfera não-oxidante, para 
que não se observe ganho ao invés de perda.
As cromitas mais empregadas em fundição (procedentes da África) caem na seguinte faixa de 
composição:
Cr2O3: 45 a 50%; A12O3 : 11 a 16%; Fe2O3: 20 a 26%; MgO: 10 a 15%; SiO2: 3% máximo
d) Areia de olivina
A olivina é um mineral constituído essencialmente por ortossilicato de magnésio e ferro. As 
variedades mais comuns têm coloração verde-oliva, donde decorre a sua denominação.
Além de magnésio e ferro, a olivina comum contém pequenas quantidades de manganês, cálcio e mais 
raramente zinco e chumbo. As areias usadas em fundição são constituídas por uma solução sólida de 
cerca de 90% de forsterita (Mg2 SiO4) e 10% de faialita (Fe2SiO4), com ponto de fusão próximo dos 
1800°C e densidade entre 3,25 e 3,4. A expansão térmica da olivina por aquecimento de 20 a 1000°C 
é cerca de 30% menor que a da sílica.
Trata-se, entretanto, de um mineral frágil, que se rompe ao longo de dois indistintos planos de 
clivagem.
Os possíveis produtos de alteração da olivina incluem a serpentina, a clorita ou anfibólios e certos 
óxidos de ferro, anidros ou hidratados; por intemperismo, o mineral pode se alterar de modo a formar 
carbonatos ou óxidos de ferro e sílica.
Algumas especificações recomendam um teor mínimo de 80% de 2MgO.SiO2, perda ao fogo máxima 
1,35% e umidade máxima 1%.
A olivina tem sido usada em vários países na fundição de aço ao manganês e algumas poucas outras 
aplicações especiais onde se necessite expansão mais moderada que a da sílica e menor reatividade 
com certas ligas fundidas.
Algumas fundições escandinavas, no entanto, usam exclusivamente olivina como areia-base por 
razões de higiene principalmente, já que a poeira de olivina não apresenta problema de 
pneumoconiose (do tipo silicose).
Existem no Brasil ocorrências de olivinas, aparentemente com características satisfatórias para serem 
aplica das em areias de moldagem aglomeradas com argilas.
e) Outros tipos de areia-base
Em menor proporção que os tipos anteriores, têm sido usados como areias-base materiais como 
chamote, coque e outros.
A baixa expansibilidade da chamote faz desse material uma alternativa interessante para a sílica, 
quando se trata de fundir grandes peças em aço ou em ferro fundido Pode ser obtida da calcinação de 
certas argilas a altas temperaturas de modo a formar blocos sinterizados, que depois são britados e 
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classificados. A mesma designação é usada pa ra misturas de refratários granulados obtidas da 
britagem de cadinhos e tijolos refratários. O emprego de areias de chamote diminui 
consideravelmente o risco de ocorrência de defeitos devidos à expansão, mas o seu emprego como 
areia-base no Brasil é, quando muito, esporádico. Para que suas propriedades refratárias não sejam 
afetadas, a areia de chamote deve ser aglomerada com uma argila compatível (argila refratária), de 
modo que uma não atue como fluxante da outra a altas temperaturas.
Do ponto de vista de difusividade térmica, as areias de chamote deixam a desejar, devido à baixa 
densidade e à baixa condutividade dos grãos. Seu ponto de fusão é variável, dependendo da origem e 
do modo de preparo, mas as boas areias de chamote praticamente se equiparam à sílica nesse aspecto.
Um outro material cuja utilização como areia-base recebeu alguma consideração é o carbono. De 
fato, suas propriedades refratárias, sua baixa expansão, o fato de não ser molhado por metais líquidos 
e a sua baixa reatividade, fazem do carbono, talvez, o mais adequado de todos os materiais para uso 
como areia-base, desde que se possa evitar o seu contato com oxigênio a altas temperaturas.
Os materiais experimentados até o momento parecem ser coques fabricados a partir de carvões 
selecionados. Os resultados obtidos são excelentes em vários aspectos: os de feitos de expansão são 
praticamente eliminados, a difusividade térmica é alta e a compatibilidade com diversos aglomerantes 
parece ser plenamente satisfatória. Mas a presença de mais de 5% de enxofre nessa areia causou 
várias dificuldades
4.2 - As características geométricas dosgrãos de areia
Por características geométricas dos grãos de areia entendem-se principalmente o tamanho médio dos 
grãos, a distribuição granulométrica e a forma dos grãos; (algumas fundições estabelecem restrições 
também quanto à textura dos grãos).
O tamanho médio dos grãos e obtido a partir da distribuição granulométrica e corresponde à média 
ponderada dos tamanhos observados. Na realidade, para exprimir o tamanho médio de grãos de uma 
areia, utiliza-se o Módulo de Finura que é uma aproximação desse conceito. Ainda a partir -da 
distribuição granulométrica, pode-se determinar a “superfície específica teórica” da areia, que e assim 
designada -porque indica a área da superfície de um grama de grãos de uma dada areia, se esses grãos 
fossem esféricos. A “superfície específica real” é determinada através do permeâmetro de Blaine. 
Desde que a esfera tem a menor área superficial por unidade de volume, a relação entre as superfícies 
específicas real e teórica deve ser maior ou igual à unidade e será tanto maior quanto mais a forma do 
grão diferir da forma esférica. Essa relação pode ser definida por “coeficiente de angularidade”. A 
título de exemplo, um cubo tem coeficiente de angularidade 1,25 aproximadamente e um tetraedro 
regular cerca de 1,49.
A forma dos grãos de uma areia pode ser 
expressa através do seu coeficiente de 
angularidade ou então através de 
designações mais ou menos subjetivas 
como “arredondada”, “sub-angular” e 
“angular”, conforme esquema da figura 
4.4.
Os coeficientes de angularidade 
aproximados, correspondentes a cada 
uma das formas da figura 11 são:
 forma arredondada < 1,25
 forma sub-angular 1,50
 forma angular > 1,65
19
Fig. 4.4 - Formas de grãos de areia
Todas essas características geométricas (isto é, a granularidade da areia-base) têm influência marcante 
sobre o “empilhamento” dos grãos de areia durante a moldagem.
O tipo e a densidade do “empilhamento” dos grãos, por sua vez, exercem influência e, mesmo, 
determinam muitas propriedades intrínsecas ou ligadas ao comportamento da are ia de moldagem 
como a escoabilidade, a permeabilidade, a difusividade térmica, a expansibilidade térmica.
Para que se possa mais facilmente compreender as implicações das características geométricas dos 
grãos no empilhamento e, portanto, nas propriedades, é interessante que se examine o empilhamento 
de grãos esféricos.
a) Empilhamento de esferas de tamanho uniforme
A maneira mais compacta de empilhar esferas de mesmo tamanho e o arranjo romboédrico ou 
hexagonal compacto, no qual cada esfera toca 12 outras esferas. Num arranjo desse tipo, a 
porcentagem do volume desocupado (“poros” ou “vazios”) é de quase 26%, independentemente de 
qual seja o tamanho das esferas (desde que sejam todas do mesmo tamanho). Esse espaço vazio é 
único e tem a forma de uma rede tridimensional.
Considerem-se dois empilhamentos compactos de esferas de tamanho uniforme, sendo um de esferas 
pequenas e outro de esferas grandes. Para um mesmo volume total, o volume de poros é o mesmo nos 
dois casos, mas no primeiro caso a rede de vazios é constituída por um grande número de “canais” de 
pequenas dimensões, enquanto que no segundo caso tem-se um menor numero de canais de 
dimensões maiores.
Para um gás que atravesse esses empilhamentos de esferas, a rede de vazios pode ser assemelhada a 
um conjunto de pequenos canais tortuosos e de dimensões não-uniformes. O gás em movimento é 
obrigado, portanto, a mudar de direção inúmeras vezes e suas moléculas colidem entre si e com as 
paredes dos canais, o que constitui uma resistência à passagem do gás. Quanto menores e mais 
tortuosos os canais que formam a rede de vazios, tanto mais difícil será o escoamento de gás, isto é, 
menor será a permeabilidade.
Se toda a rede de vazios fosse substituída por apenas um tubo reto de mesmo volume, a 
permeabilidade seria muito maior.
À medida que decresce o tamanho das esferas, o número de canais ou poros existentes entre elas 
aumenta, mas suas dimensões ficam menores e o número de mudanças de direção aumenta. Como 
resultado disso, a permeabilidade decresce, embora o volume de vazios permaneça inalterado.
b) Empilhamento de esferas de diversos tamanhos
A maneira mais cômoda de estudar o empilhamento -de esferas de diferentes tamanhos é considerar as 
possíveis alterações introduzidas num empilhamento compacto de esferas uniformes pela adição de 
esferas com dimensões diferentes.
A maior esfera que cabe no interstício típico de um empilhamento compacto de esferas com diâmetro 
D, tem diâmetro d1 = D (√2 - 1) ou, aproximadamente, d1= 0,4 D, dando uma relação entre os 
diâmetros das esferas maiores e os das esferas menores D/d1 = 2,5. Portanto, se a um conjunto de es-
feras de diâmetro D formos adicionando esferas com diâmetro d1 ≤ 0,4D, é possível conseguir-se 
empilhamentos progressivamente mais densos, em que as esferas menores ocupam os interstícios das 
maiores.
Nessas condições a proporção de vazios no empilhamento diminui e a densidade aumenta. A figura 
4.5 esquematiza a variação de densidade e do volume de vazios para esse caso.
É possível prosseguir nesse processo de redução da proporção de vazios, adicionando-se, em seguida, 
20
esferas com diâmetro d2 ≤ 0,4d1 e assim 
sucessivamente.
Suponhamos agora que ao conjunto de esferas 
com diâmetro D se adicionem algumas esferas 
com diâmetro d'1 tal que D > d'1 > 0,4D. Sabemos 
que estas novas esferas não têm diâmetro 
suficientemente pequeno para que caibam nos 
interstícios do empilhamento de esferas maiores, 
de modo que sua introdução perturbará o 
empilhamento compacto inicial o empilhamento 
resultante ficará menos denso, isto é, com 
proporção de vazios maior que 26%. À medida 
que a proporção de esferas com diâmetro d' 
aumenta, a densidade do empilhamento diminui, 
até alcançar um mínimo e aumentar novamente; a 
densidade máxima será novamente alcançada 
quando as esferas de diâmetro d'1 constituírem 
100% do empilhamento. A variação de densidade, 
neste caso, é esquematicamente mostrada no 
gráfico da figura 4.6.
É evidente que esses mesmos gráficos das figuras 
4.5 a 4.8 podem ser usados para representar os 
casos inversos, em que esferas de grande diâmetro 
sejam introduzidas em empilhamentos de esferas 
de menor diâmetro. Basta que os gráficos sejam 
“lidos” da direita para a esquerda.
c) Empilhamento de grãos de areia (não-esféricos)
Devido à forma irregular dos grãos de areia, não e 
possível, apenas pela via te6rica, conhecer-se com 
precisão os efeitos de variações do tamanho dos 
grãos no volume de vazios e, portanto, na 
densidade dos empilhamentos resultantes. Mas os 
efeitos podem ser estimados, supondo-se que, os 
grãos irregulares de areia se comportem de forma 
semelhante a esferas de dimensões equivalentes. 
A prática mostra que isso efetivamente acontece, 
de modo que, de forma aproximada, podemos 
adotar as mesmas conclusões obtidas nos 
parágrafos anteriores. Neste caso, entretanto, não 
se pode falar em “diâmetros”, já que os grãos de 
areia reais não são esféricos. Além disso, não 
existem dois grãos de areia exatamente iguais e, 
portanto, não faz sentido raciocinar em termos de 
dimensões de grãos individuais, mesmo porque 
seria impossível medir cada grão.
Na prática, as dimensões dos grãos de areia são 
expressas em termos de “faixas granulométricas”, 
isto é, faixas de tamanhos de grãos, definidas 
pelas aberturas das malhas de peneiras 
consecutivas numa série padronizada de peneiras. A tabela 4.I apresenta algumas das séries de 
peneiras usadas para analisar as dimensões de grãos de areia-base para fundição. Se por uma dessas 
21
0 10
% de esferas com
d
1
 ≤ 0,4 D
densidade
volume de vazios
Fig. 4.5 - Volumede vazios e densidade 
de empilhamento no caso de d
1 ≤
 0,4D 
(esquemático).
0 100
% de esferas com
D > d
1
 > 0,4 D
densidade
volume de vazios
Fig. 4.6 - Volume de vazios e densi-dade 
de empilhamento no caso de D > d’
1
 > 
0,4 D (esquemático).
séries de peneiras fizermos passar 
uma amostra de areia, de tal modo 
que o material que passa pela malha 
de maior abertura seja dirigido à de 
abertura imediatamente menor e 
assim sucessivamente, como 
resultado teremos uma distribuição 
dos grãos da amostra segundo às 
faixas granulométricas definidas pela 
série de peneiras escolhida. A 
“distribuição granulométrica” é 
expressa pelas frações porcentuais da 
amostra contidas em cada faixa 
granulométrica: cada uma dessas 
frações é denomina da “fração 
granulométrica”.
Em geral, a relação entre a maior 
dimensão e a menor dimensão de uma 
faixa granulométrica é de √2, isto é, 
aproximadamente 1,4 (menor que 
2,5). Podemos deduzir, portanto, que 
a porcentagem de vazios em qualquer 
fração granulométrica é maior que 
26%, mas não podemos saber de 
antemão qual seja a real porcentagem. 
Como também não podemos afirmar 
que duas diferentes frações 
granulométricas apresentam a mesma 
porcentagem de vazios, pois embora 
as relações entre as dimensões 
máxima e mínima sejam iguais nas 
duas frações (√2), nada garante que as 
distribuições dos diversos tamanhos 
de grãos sejam semelhantes. Além 
disso, a forma dos grãos pode variar substancialmente numa mesma areia, de uma fração 
granulométrica para outra.
Assim, se escolhermos duas faixas granulométricas contíguas da série U.S.S., por exemplo -0,84 
+0,59mm e -0,59 +0,42mm, e repetirmos para grãos de areia compreendidos nessas faixas o 
raciocínio aplicado a esferas perfeitas, isto é, substituirmos progressivamente os grãos da fração -0,84 
+0,59mm por grãos da fração -0,59 +0,42mm, verificaremos que a variação da densidade e 
porcentagem de vazios se processará de acordo com a figura 4.7 (comparar com a figura 4.6). De fato, 
a maior relação de dimensões possível é 0,84 ÷ 0,42 = 2, menor que 2,5, o que indica que o menor 
grão da faixa -0,59 +0,42mm não cabe num vazio formado pelos maiores grãos da faixa -0,84 
+0,59mm e, portanto, "perturba" o empilhamento; como resultado, a porcentagem de vazios aumenta 
e a densidade diminui (figura 4.7).
Se em lugar da faixa -0,59 +0,42mm escolhêssemos a faixa -0,21 +0,15mm, teríamos que a menor 
relação de dimensões possível seria 0,59 ÷ 0,21 = 2,8, maior que 2,5, significando que qualquer grão 
da faixa -0,21 +0,l5mm cabe comodamente em qualquer vazio de empilhamento de grãos da faixa 
-0,84 +0,59mm e que a mistura de grãos dessas duas frações sempre resulta em diminuição da 
porcentagem de vazios e aumento da densidade (figura 4.8).
Se o mesmo raciocínio fosse repetido para cada uma das faixas intermediárias não consideradas, 
respectivamente -0,42 +0,30mm e -0,30 +0,21 mm, teríamos as seguintes relações de dimensões em 
relação à faixa -0,84 +0,59mm:
22
Fig. 4.8 - Combinação de faixas granulométricas
-0,84mm +0,59mm e -0,21mm +0,15mm.
1,3
1,4
1,5
1,6
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% de m aterial -0,21 +0,15m m
de
ns
id
ad
e 
ap
ar
en
te
, g
/c
m
3
1,25
1,35
1,45
0 20 40 60 80 100
% de material -0,59 +0,42mm
de
ns
id
ad
e 
ap
ar
en
te
, g
/c
m3
Fig. 4.7 - Combinação de faixas granulométricas
-0,84mm +0,59mm e -0,59mm +0,42mm.
1º caso maior relação = 0,84 ÷ 0,30 = 2,8 >2,5
(faixas -0,84 +0,59 e -0,42 +0,30) menor relação = 0,59 ÷ 0,42 =1,4 < 2,5
2º caso maior relação = 0,84 ÷ 0,21 = 4 >2,5
(faixas -0,84 +0,59 e -0,30 +0,21) menor relação = 0,59 ÷ 0,30 = 1,97 < 2,5
A rigor, portanto, não se pode, afirmar que qualquer das combinações de faixas granulométricas 
resulte em aumento ou diminuição da porcentagem de vazios ou da densidade. Os números obtidos, 
no entanto, sugerem que, no primeiro caso, a combinação de grãos das duas faixas não deve resultar 
em variações sensíveis da densidade e da porcentagem de vazios, enquanto que no segundo caso, 
deve-se observar uma pequena tendência ao aumento da densidade com diminuição da porcentagem 
de vazios.
Resumindo as considerações feitas até aqui, podemos deduzir que uma areia-base cujos grãos estejam 
distribuídos entre quatro faixas granulométricas consecutivas da série U.S.S. deve apresentar 
porcentagem de vazios (e, portanto, densidade) semelhante à observada na primeira das quatro faixas. 
A introdução de uma quinta faixa granulométrica, no entanto, conduz a apreciável redução do volume 
de vazios (aumento da densidade). E evidente que essa tendência se acentua à medida que novas 
faixas granulométricas mais “finas” vão sendo introduzidas no agregado.
No raciocínio usado até supôs-se que os grãos de areia reais comportam-se, para fins de 
empilhamento, aproximadamente como esferas. Essa suposição é válida desde que não se perca de 
vista dois fatos importantes.
O primeiro deles é que os grãos reais, com suas formas irregulares, apresentam maior dificuldade que 
partículas esféricas para alcançar um dado grau de compactação (ou densidade). A característica de 
“escoabilidade” já foi definida em § 3.l (a). Quanto maior o coeficiente de angularidade dos grãos, 
menor a escoabilidade da areia, isto é, menor será a densidade alcançada com uma dada energia de 
compactação (ou maior será a energia de compactação necessária para se alcançar uma dada 
densidade).
O segundo fato a ser considerado tem implicações na permeabilidade da areia compactada. Desde que 
a superfície específica da areia aumenta com a irregularidade da forma dos grãos (a definição do 
coeficiente de angularidade está baseada nisso), mantendo-se constantes as demais características 
geométricas da areia base; e o grau de compactação, a permeabilidade decresce a' medida que a forma 
dos grãos se afasta da forma esférica. Entretanto, para fins práticos, o efeito da forma dos grãos sobre 
a permeabilidade tende a ser suplantado pelas diferenças em escoabilidade. Na operação de moldagem 
esta afeta diretamente o grau de compactação do molde e, portanto, as dimensões dos canais que 
formam a rede de vazios. Por exemplo, com uma redução de apenas 5% na densidade do molde a área 
dos “canais” aumenta em 100%, enquanto que as maiores variações de superfície específica devidas à 
variação na forma dos grãos raramente ultrapassam os 25%.
À medida que a irregularidade da forma dos grãos se acentua pode-se ter uma reversão dessa 
tendência, observando-se densidades de empilhamento mais altas e permeabilidades mais baixas. Esse 
efeito não é difícil de ser compreendido basta que se imagine um caso extremo em que os grãos 
apresentam formas cúbicas ou paralelepípedos, tornando possível formar, em determinadas regiões, 
empilhamentos semelhantes a uma parede de tijolos.
4.3 - Como as características geométricas dos grãos de areia afetam as propriedades
No parágrafo 4.2 procurou-se mostrar os efeitos das características geométricas no “empilhamento” 
dos grãos de areia-base. Embora naquelas considerações se tenha omitido, para simplificar a 
discussão, a presença do ligante ou aglomerante, as conclusões tiradas não perdem significado porque 
23
nas areias de moldagem razoavelmente bem preparadas, o aglomerante (argila umedecida) distribui-se 
sobre a superfície dos grãos de areia-base na forma de uma camada mais ou menos uniforme. Como a 
espessura desse filme é, via de regra, muito pequena, quando comparada às dimensões dos grãos de 
areia, os grãos recobertos de aglomerante guardam muita semelhança, em forma e dimensões, com os 
grãos originais não cobertos.
Portanto, levando-se na devida conta o fato de que, para compactar uma areia aglomerada, o esforço 
aplicado deve vencer as forças adesivas dos filmesde argila umedecida (e não apenas o atrito entre 
grãos descobertos), as considerações do parágrafo anterior podem ser aplicadas imediatamente às 
areias de moldagem. Os efeitos dos filmes de argila podem ser considerados aditivos aos das 
características geométricas da areia-base e serão vistos mais adiante.
a) Permeabilidade
Esses efeitos já foram discutidos no parágrafo anterior e só serão aqui resumidos: a permeabilidade 
varia diretamente com o tamanho médio dos grãos; para um mesmo tamanho médio de grãos, a 
permeabilidade varia com a distribuição granulométrica, sendo maior para areias concentradas em 
poucas faixas granulométricas e menor para areias distribuídas em várias faixas granulométricas. Os 
efeitos da forma dos grãos sobre a permeabilidade podem ser desprezados, já que as variações de 
superfície específica tendem a ser compensadas pelas variações na escoabilidade.
b) Escoabilidade
O principal fator determinante da escoabilidade numa areia de moldagem são as forças adesivas que 
têm que ser vencidas para se promover a sua compactação e estas são função direta da espessura e da 
qualidade dos filmes de argila umedecida que recobrem os grãos de areia. Esse efeito será discutido 
mais adiante. Mas é evidente que as características geométricas dos grãos também desempenham 
papel importante, pois a escoabilidade será tanto menor quanto maior for o número de contatos entre 
grãos, isto é, de pontos de aplicação das forças adesivas. O numero de pontos de contato aumenta com 
a diminuição do tamanho médio dos grãos e com o aumento do número de faixas granulométricas 
(espalhamento da distribuição granulométrica). Portanto, supondo-se que as formas dos grãos sejam 
semelhantes, areias mais finas e/ou de distribuição granulométrica mais espalhada, tendem a 
apresentar menor escoabilidade.
No que diz respeito à forma dos grãos, a escoabilidade será tanto menor quanto mais irregulares 
forem os grãos. Assim, uma areia constituída de grãos angulares tem menor escoabilidade que uma 
areia sub-angular e esta tem menor escoabilidade que uma areia de grãos arredondados, desde que as 
demais características geométricas sejam semelhantes nos três casos. A figura 4.9 esquematiza as 
duas situações extremas, mostrando que, os agregados de grãos de formas irregulares apresentam 
maior número de pontos de contatos a impedir um deslizamento fácil durante a compactação.
c) Difusividade térmica da areia compactada
Em § 3.2 ficou evidente a complexidade inerente ao estudo das transferências de calor em moldes de 
fundição devido ao grande número de fatores envolvidos e aos diferentes modos pelos quais o calor é 
transferido através do molde no decurso da fundição e solidificação de uma peça.
Mesmo que não se disponha ainda de uma visão total do 
problema, o conhecimento do modo genérico pelo qual os 
diversos fatores ligados ao molde influenciam a 
velocidade de transferência de calor, pode ser 
extremamente útil.
Somando-se o que foi dito em § 3.2 às considerações 
feitas em § 4.2 pode-se resumir a influência das 
características geométricas da areia-base sobre a 
difusividade térmica no seguinte:
24
Fig. 4.9 - O maior número de pontos de 
contato nas areias angulares traduz-se em 
menor escoabilidade.
• nos casos em que, durante a fundição e a solidificação existem quantidades apreciáveis de 
gases ou vapores no molde (em geral provenientes do pr6prio material de moldagem), altas 
permeabilidades favorecem a extração rápida de calor, isto é, resultam em alta difusividade; 
nesses casos, portanto, o mesmo raciocínio aplicado para o estudo dos efeitos das 
características geométricas sobre a permeabilidade vale igualmente para a difusividade 
térmica.
• nos casos em que a quantidade de gases presente não é suficiente para que a convecção se 
torne um mecanismo importante de transferência de calor, a densidade da areia compactada 
afeta diretamente a transmissão de calor por condução. Assim, todo o conjunto de 
características geométricas que conduza a uma pequena proporção de vazios (alta 
densidade) favorece a difusividade térmica.
É importante lembrar, porém, que mesmo que se utilizem altas pressões de moldagem, os moldes de 
fundição não alcançam as máximas densidades teóricas, ficando mesmo, na maioria dos casos, muito 
aquém desse máximo. A intensidade de compactação é, portanto, uma variável importante à 
disposição do fundidor para controle da maioria das propriedades do molde, inclusive da 
permeabilidade e a difusividade térmica. Tomando como base a prática mais usual de moldagem nas 
pequenas e medias fundições, incrementos moderados na intensidade de compactação trazem como 
efeito sensível imediato uma redução de permeabilidade, não se notando variações de importância na 
difusividade. Isso indica que, na faixa de densidades de molde usuais nessas fundições, as influências 
de variações na permeabilidade e na densidade do molde sobre a sua difusividade térmica 
praticamente se contrabalançam.
d) Estabilidade térmica dimensional
As tensões introduzidas nos moldes em razão de expansões térmicas, resultam, em última análise, da 
expansão que cada grão individual de areia sofre quando aquecido. Se todos os grãos de areia de um 
molde fossem uniformemente aquecidos até uma dada temperatura, a expansão total do molde seria 
determinada apenas pelo coeficiente de expansão térmica do mineral de que se constituísse a areia 
(sílica, na maioria dos casos).
Na realidade, as expansões observadas em moldes de fundição são menores do que as indicadas 
simplesmente pela aplicação dos coeficientes de expansibilidade térmica dos materiais envolvidos. As 
razões mais importantes para isso são:
• o adensamento obtido com os processos comuns de moldagem não permite que se alcancem 
as densidades máximas teóricas; desse modo, muitos grãos de areia expandem-se livremente e 
não contribuem para a expansão total.
• em cada região do molde a temperatura varia continuamente e, em geral, não há condições 
para que todos os grãos ali contidos sejam aquecidos por inteiro à temperatura vigente no 
momento. No caso particular da sílica, em que uma parcela importante da expansão observada 
se deve à inversão do quartzo, esse fato se torna ainda mais importante.
Além disso, encarando-se o problema do ponto de vista estritamente prático, a quase totalidade dos 
defeitos devidos à expansão térmica ocorre antes que a cavidade do molde seja completamente 
preenchida pelo metal líquido, já que poucos segundos após o contato com a parede do molde, a 
maioria das ligas metálicas já apresenta uma crosta solidificada que pode “reproduzir” um defeito já 
existente, mas é essencialmente insensível a posteriores trincamentos no molde. Portanto, o tempo 
disponível para que ocorram defeitos de expansão está praticamente limitado ao período de 
preenchimento do molde. (Decorre daí, que quanto mais rápido se processar o preenchimento do 
molde com metal líquido, tanto menor será a possibilidade de ocorrência de defeitos devidos à 
expansão térmica).
A influência das características geométricas da areia-base sobre a estabilidade térmica dimensional 
dos moldes pode, portanto, ser sumarizada como segue:
25
• qualquer conjunto de características geométricas que dificulte a obtenção de empilhamentos 
de grãos teoricamente compactos favorece a estabilidade térmica dimensional dos moldes, por 
evitar que uma parcela importante dos grãos contribua para a expansão total. Deve-se, 
portanto, evitar a utilização de areias-base com distribuições granulométricas concentradas 
em uma ou duas faixas (peneiras da série padrão); distribuições excessivamente espalhadas, 
com concentrações importantes em cinco ou mais faixas granulométricas tendem a produzir 
efeito semelhante, além de reduzir a permeabilidade.
•qualquer conjunto de características ou procedimentos que limite a obtenção de altas 
densidades no molde também favorece a estabilidade térmica dimensional. Sob esse ponto de 
vista, a redução da escoabilidade, com a utilização de grãos sub-angulares ou angulares, seria 
benéfica. Muito mais eficiente, porém, é a limitação da densidade do molde através do 
controle da intensidade de compactação. A densidade do molde pode ser monitorada de forma 
simples e precisa através da medida da dureza (∗).
• altas difusividades térmicas favorecem a estabilidade térmica dimensional dos moldes, desde 
que, evidentemente, não sejam obtidas por elevação do grau de compactação, mas sim através 
de altas permeabilidades. É necessário ressalvar que, embora se obtenham altas 
permeabilidades com distribuições granulométricas concentradas, a alta densidade de 
empilhamento resultante tende a aumentar a sensibilidade do molde à expansão térmica dos 
grãos. Assim, além do emprego de menor energia de compactação, a única forma de se 
melhorar a estabilidade térmica do mol de com aumento de permeabilidade, reside na 
utilização de areia, com maior tamanho médio de grão. Altas difusividades térmicas resultam 
em extração mais rápida do calor introduzido pelo metal fundido nas regiões próximas da 
interface metal-molde, com conseqüente redução das temperaturas máximas atingidas nessas 
regiões. Além disso, a uniformização da temperatura ao longo da seção transversal de cada 
grão de areia ocorre mais lentamente em grãos grandes do que em grãos pequenos, de modo 
que aqueles se expandem mais lentamente que estes.
É preciso que se tenha em mente que as características geométricas da areia-base não são os únicos 
fatores a influir na estabilidade térmica dimensional dos moldes. Os efeitos da constituição 
mineralógica da areia já foram indicados em § 4.l. Os efeitos dos outros componentes das areias de 
moldagem serão discutidos quando se proceder ao seu estudo específico (argilas, umidade, aditivos).
e) Outras propriedades dos moldes
As influências das características geométricas dos grãos de areia-base sobre as demais propriedades 
dos moldes são, em geral, reduzidas ou mascaradas pela ação de outros componentes da areia.
Entretanto, deve-se fazer menção ao caso da refratariedade. Devido ao período de tempo 
relativamente curto durante o qual se exige do molde a propriedade da refratariedade, areias de 
mesma constituição mineralógica, mas com diferentes características geométricas podem comportar-
se de maneira diferente. O tamanho médio dos grãos é fator importante, pois, como já foi dito, grãos 
de diferentes tamanhos se aquecem a diferentes velocidades, de modo que areias grossas (grande 
tamanho médio de grãos) comportam-se, nos moldes, como se fossem mais refratárias que areias finas 
(pequeno tamanho médio de grãos). Altas difusividades térmicas propiciam temperaturas mais baixas 
nas regiões do molde próximas da interface com o metal (e na própria interface), de modo que os 
moldes se comportam como se fossem mais refratários.
4.4 - Seleção da areia-base
As discussões feitas neste capítulo, se somadas à experiência prévia, fornecem os subsídios básicos 
necessários para a seleção da areia-base mais conveniente para cada aplicação.
Não são poucos os casos em que essa seleção é feita apenas com base no custo por tonelada de areia-
26
base, mas é evidente que com tal método de seleção as probabilidades de sucesso são mínimas. É 
verdade que várias fundições suprem-se de suas necessidades de areia-base extraindo-a de depósitos 
situados junto ao próprio local da fundição. Mas se forem examinados os antecedentes, poderá ser 
verificado que, na grande maioria desses casos, a localização da fundição foi determinada pela 
existência de um depósito de areia adequada às necessidades técnicas. Não se trata, portanto, do 
aproveitamento de depósitos descobertos a posteriori, já que essa possibilidade decorreria 
exclusivamente da sorte.
Como além dos fatores técnicos existem componentes econômicos a influir na seleção da areia-base e 
que pequenas inadequações técnicas podem ser contrabalançadas pelo uso criterioso de aglomerantes 
e aditivos, não existe uma fórmula de seleção que aplicada a cada caso indique a areia-base ideal.
Como se pôde perceber ao longo do presente capítulo, o tratamento do problema da areia-base apenas 
do ponto de vista teórico fornece, em geral, indicações qualitativas que, de um lado, complementam 
as informações quantitativas tiradas da prática diária e, de outro ledo, servem como ferramentas 
poderosas na detecção das causas de problemas encontrados em fundição.
As propriedades do molde que sofrem influência direta da areia-base e que devem ser levadas em 
maior consideração quando da sua seleção, são a refratariedade, a inércia química, a difusividade 
térmica, a estabilidade térmica e a permeabilidade. Outro aspecto importante, que também é afetado 
diretamente pela areia-base é o acabamento superficial do molde, que é retratado, com maior ou 
menor fidelidade, pela peça fundida.
Os graus de exigência para todas essas propriedades ou características são determinados 
essencialmente pelo tipo de metal fundido e pelo porte da peça a ser produzida. O tipo de metal 
fundido define a temperatura a que a superfície do molde será aquecida e o tipo de “agressão” química 
a que ela será submetida; o porte da peça fundida estabelece os tempos durante os quais os moldes 
ficam sujeitos a altas temperaturas (assim como a distribuição de temperaturas ao longo da parede do 
molde), os tempos de exposição às condiç3es agressivas e a magnitude das pressões exercidas pelo 
metal líquido contra as paredes do molde.
Em §3.2 foram indicados os fenômenos que ocorrem durante o enchimento do molde pelo metal 
líquido e após o preenchimento da cavidade do molde, tendo-se deixado implícita a importância dos 
fatores temperatura, tempo de exposição tanto à temperatura como à condição de reação química e 
pressão metalostática, assim como da conseqüente formação de gases e vapores.
É evidente que a severidade dos efeitos cresce com o aumento de cada um ou de todos esses fatores. 
Mas, ainda que de primordial importância, esses não são os únicos fatores a serem considerados. As 
diversas ligas metálicas fundidas não diferem umas das outras apenas na temperatura de fusão ou 
temperatura de vazamento e na reatividade em relação ao material de moldagem, mas apresentam 
diferenças importantes em propriedades físicas e físico-químicas que podem se constituir mesmo nos 
principais determinantes da seleção não apenas da areia-base, como dos aglomerantes e aditivos, das 
técnicas de moldagem e dos procedimentos de acabamento do molde.
Ao invés de se tentar abordar de modo genérico todos esses fatores, o que se fará a seguir será uma 
discussão breve por tipo de liga fundida.
a) Areias-base para fundição de aços
Os aços fundidos são vazados a temperaturas da ordem de 1600° C, constituindo-se nas ligas de uso 
comum que mais solicitam os moldes do ponto de vista térmico. Essas altas temperaturas de 
vazamento associadas a teores de carbono limitados e à presença, em certas ligas, de elementos como 
manganês, cromo ou outros em níveis apreciáveis fazem com que eles sejam particularmente 
suscetíveis à oxidação quando no estado líquido. Alguns dos óxidos formados têm problemas de 
reatividade com a sílica, conforme indica do em §4.1(a), podendo induzir a formação de defeitos de-
correntes de reação metal-molde, os quais aparecem na forma de "escória" e, às vezes, de gases. Essa 
reatividade é realçada pela tensão interfacial óxidos-sílica que, em geral, é baixa: os óxidos molham a 
sílica, reagem com ela e penetram com facilidade no molde, abrindo caminho para penetração do aço, 
27
que de outra forma, não tenderiaa penetrar em pequenos vazios, uma vez que a tensão interfacial aço-
sílica é alta.
Na seleção da areia-base para fundição de aços deve-se, portanto, levar em consideração a 
possibilidade de se ter óxidos reativos no metal líquido no momento do vazamento, pois esse fato 
pode determinar a escolha de outro mineral-base que não a sílica. Nesses casos, areias de cromita ou 
de zirconita têm-se revelado excelentes substitutos da sílica, não apenas por sua maior inércia química 
em re1ação à maioria das composições de aços, como também em razão de sua menor expansibilidade 
térmica e maior difusividade térmica.
Não se pode esquecer, entretanto, que, no elenco de técnicas comuns à disposição do fundidor, 
existem vários métodos eficientes para se evitar a reoxidação do metal durante o vazamento, que se 
resumem essencialmente ao projeto e execução de um sistema de canais que evite a aspiração de ar 
pelo fluxo metálico e favoreça a separação de óxidos ou escória presentes na panela.
Entretanto, mesmo com esses cuidados, certas ligas ainda continuam particularmente suscetíveis aos 
defeitos mencionados, exigindo a utilização de areias-base mais inertes que as de sílica ou, então, que 
sobre a superfície do molde sejam aplicados filmes protetores na forma de tintas de fundição.
Ressalvados esses casos extremos, as areias de sílica de alta pureza têm sido empregadas com sucesso 
na fundição de peças de aço. A experiência tem demonstrado a necessidade de se ter cerca de 99%, ou 
mais, de sílica para uma operação segura. Na realidade, esse valor inclui uma certa margem de 
segurança devida à possibilidade de parte da sílica, revelada pela análise química da areia, fazer parte 
de feldspatos de potássio (K2O.Al2O3.6SiO2 ou de sódio (Na2O.Al2O3.6Si02) que têm baixo ponto de 
fusão (cerca de 1340°C).
As altas temperaturas a que os aços fundidos submetem os moldes trazem, ainda, as seguintes 
conseqüências:
• rápida evolução de vapor d'água, proveniente da umidade da areia de moldagem, e de gases 
resultantes de combustão e/ou decomposição de aditivos orgânicos.
• aquecimento, por radiação, das camadas superficiais do molde a temperaturas superiores à da 
inversão do quartzo, logo no início do preenchimento da cavidade do molde pelo metal 
líquido, resultando em elevada tendência a defeitos devidos à expansão térmica.
Fica evidente que, na fundição de aços, exigem-se areias-base com características geométricas que 
proporcionem os mais altos graus de estabilidade térmica e permeabilidade possíveis. Aplicando-se 
aqui as considerações feitas nos parágrafos anteriores (§ 4.2 e § 4.5), deduz-se que as areias-base para 
fundição de aços devem ter:
• tamanho médio de grão grande, que além de proporcionar elevada permeabilidade, aquece-se 
mais lentamente, o que resulta em melhor estabilidade térmica e maior refratariedade aparente 
do molde. Os módulos de finura geralmente especificados para areias-base destinadas à 
fundição de aços situam-se na faixa de 45 a 65, preferindo-se areias no extremo inferior da 
faixa (areias grossas) para a produção de peças pesadas e no extremo superior para peças 
pequenas. Não é incomum, entretanto, a utilização de areias ainda mais grossas (módulos de 
finura ao redor de 40) para peças particularmente grandes, mas, nesses casos, para evitar a 
penetração do metal no molde, torna-se imprescindível o uso de um faceamento feito ou com 
areia mais fina de características especiais (areias de cromita, zirconita ou chamote, ou através 
de uma pintura refratária ou ambos.
• distribuição granulométrica não concentrada em uma ou duas peneiras consecutivas da série 
U.S.S., mas espalhada por 3 ou, preferivelmente, 4 peneiras; é consenso generalizado que 
uma concentração de 90% dos grãos em 4 peneiras consecutivas proporciona moderadas 
características de expansão juntamente com valores de permeabilidade suficientemente altos.
• a forma dos grãos deve ser sub-angular, de modo a evitar as altas densidades de 
empilhamento características de grãos arredondados ou excessivamente angulares. Outra 
razão para que não se empreguem areias com grãos angulares reside na tendência que estes 
28
apresentam de gerar finos em decorrência da quebra de arestas.
• finalmente, em vista do aquecimento intenso e brusco a que os moldes são submetidos na 
fundição de aços, e importante que os grãos de areia-base sejam íntegros, isto é, que não 
apresentem trincas ou descontinuidades quando observados com lupa ou microscópio; tanto a 
quebra de grãos trincados como a de arestas de grãos angulares não apresentará efeitos 
deletérios perceptíveis e não ser após um certo número de ciclos de reutilização de areia, pois 
a formação de finos será gradativa.
b) Areias-base pare fundição de ferros fundidos
Tratando-se de ligas cujas composições estão, em geral, próximas do eutético no diagrama de 
equilíbrio Fe-C (ou Fe-C-Si), os ferros fundidos apresentam, em relação aos aços, diferenças 
importantes que se refletem nas propriedades exigidas dos moldes e, portanto, na seleção de areias-
base. Em primeiro lugar, as temperaturas de vazamento situam-se em torno dos 1400° C, o que se 
traduz numa solicitação térmica imposta aos moldes bem menos intensa que no caso dos aços. Em 
segundo lugar, os teores relativamente altos de carbono fazem com que a suscetibilidade à oxidação, 
quando no estado líquido, seja comparativamente mais baixa, mesmo nos casos de certos ferros 
fundidos especiais com teores importantes de elementos altamente oxidáveis.
Por outro lado, em se tratando de ligas desenvolvidas especialmente para fundição, as propriedades de 
fluidez são bastante mais elevadas que as dos aços, como decorrência de vários fatores (entre outros: 
menor tendência à oxidação, diferente mecanismo de solidificação e menor tensão superficial do 
metal líquido). Como conseqüência, os ferros fundidos preenchem detalhes do molde com relativa 
facilidade, em particular, poros de grandes dimensões.
Levando-se em conta todas essas diferenças, chega-se à conclusão que as areias-base para ferros 
fundidos podem e devem ser mais finas que as usadas para aços. Devem ser mais finas tendo em vista 
o acabamento superficial das peças e podem ser mais finas em decorrência de serem as solicitações 
térmicas de menor monte, de modo que os requisitos de estabilidade térmica e permeabilidade não são 
tão restritivos como no caso de fundição de aços.
Nas essas solicitações térmicas, ainda que menores que as observadas na fundição de aços, continuem 
sendo severas, de modo que, no que concerne a distribuição granulométrica, forma e integridade dos 
grãos, valem pare os ferros fundidos as mesmas recomendações feitas no item (a).
No que diz respeito à refratariedade, pode-se admitir, no caso de fundição de ferros fundidos, areias 
um pouco menos puras: areias com mínimo de 95% de SiO2 são aceitáveis, desde que as impurezas 
não sejam constituídas essencialmente por álcalis (o uso de aditivos do tipo pó-de-carvão tem 
permitido a obtenção de bons acabamentos superficiais em ferros fundidos com areias-base ainda 
mais impuras).
A faixa de tamanhos médios de grão comumente adotadas nas fundições de ferros fundidos 
corresponde a módulos de finura entre 55 e 65. Na produção de peças pequenas é perfeitamente viável 
e utilização de areias bastante mais finas; essa prática, até por volta de 1960, foi bastante comum entre 
alguns fundidores de ferro fundido (e mesmo de aço) de São Paulo, que empregavam areias 
provenientes de São Vicente, Samaritá e Botucatu, com módulos de finura entre 90 e 100.
c) Areias-base para fundição de ligas de cobre (bronzes e latões)
As ligas de cobre de emprego mais comum são vazadas a temperaturas da ordem de 1100 a 1200°C 
mas, dependendo da composição e da fundibilidade, algumas podemexigir temperaturas de 
vazamento bem mais altas (aproximadamente1350°C), abrangendo portanto uma faixa bastante 
ampla.
Esse fato, por si só, já impediria a seleção de um tipo de areia-base para aplicação geral. A isso se 
soma, ainda, a diversidade de características de fundição das diferentes ligas de cobre, tornando 
necessária uma classificação, mesmo que sumária, dessas ligas.
29
Para fins de seleção de areia-base, podem se distinguir 3 tipos de ligas de cobre:
I. ligas que tendem a “molhar” o molde; esse grupo é constituído essencialmente pelas ligas 
cobre-estanho-chumbo-zinco (especialmente se contiverem fósforo) e as de alto chumbo; 
por exemplo, bronze 85-5-5-5, bronze M, bronze G, bronzes de alto chumbo.
II. ligas que não tendem a “molhar” o molde, por exibirem alta tensão superficial e que 
solidificam com formação de filme resistente. Exemplos: bronzes ao manganês, bronzes ao 
alumínio, bronzes de manganês-alumínio, bronzes de níquel-alumínio, bronzes ao silício.
III. ligas de alta temperatura de vazamento, como os cupro-níqueis e certas ligas contendo 
cobalto ou cromo; para fins de seleção de areia-base, pode-se incluir neste grupo certas 
ligas de níquel.
As ligas do grupo I, embora não sejam as de temperatura de vazamento mais elevada, são as que 
exigem do fundidor de ligas de cobre a maior atenção para a areia de moldagem. De fato, suas 
temperaturas de vazamento ainda são suficientemente altas para que ocorram sérios defeitos de 
expansão térmica e para que a evolução de gases e vapores seja rápida. Tomados de forma isolada, 
esses fatos indicariam a adoção de areias-base semelhantes às usadas para os ferros fundidos. 
Entretanto, a tendência a "molhar" o molde e, em certas ligas do grupo, a possibilidade de exsudação 
de eutético, exigem areias-base com menor tamanho médio de grão, de maneira a permitir a obtenção 
de bom acaba manto superficial.
Pode-se conseguir melhoria de acabamento superficial sem prejuízo para a permeabilidade com 
areias-base de menor tamanho médio de grão (módulo de finura mais alto) e distribuição 
granulométrica um pouco mais concentrada. Assim, a faixa de módulos de finura desejáveis para 
essas ligas pode ser colocada entre 65 e 90, recomendando-se, evidentemente, areias no limite inferior 
da faixa para peças grandes e no outro extremo para peças pequenas com distribuições 
granulométricas concentradas entre 3 e 4 peneiras consecutivas. Peças ornamentais ou peças muito 
pequenas em que o acabamento superficial é de primordial importância, podem utilizar areias ainda 
mais finas (módulos de finura 100 a 120).
Não se exige elevada pureza nessas areias: teores de sílica de aproximadamente 90% são 
perfeitamente aceitáveis.
Já as ligas do grupo II apresentam menores problemas, embora as temperaturas de vazamento possam 
ser um pouco mais altas que as do grupo I. De maneira geral, poder-se-ia estipular uma faixa de 
módulos de finura entre 60 e 70, podendo chegar e 90 para peças diminutas. As distribuições 
granulométricas podem ser semelhantes às usadas para ferros fundidos e aços e o grau de pureza da 
areia-base nos mesmos níveis usados para as ligas do grupo I.
No que diz respeito à seleção de areia-base, as ligas do grupo III podem ser assemelhadas aos ferros 
fundidos ou aos aços, de acordo com as temperaturas de vazamento adotadas em cada caso.
d) Areias-base para fundição de alumínio
As ligas de alumínio são provavelmente as que admitem a maior faixa de variação nas propriedades 
dos moldes. Isto se deve a vários fatores:
• suas temperaturas de vazamento raramente ultrapassam os 760°C;
• sua baixa densidade resulta em relações entre peso de metal e peso de areia bastante baixos, o 
que significa que a solicitação térmica imposta aos moldes é ainda mais baixa que a sugerida 
pela temperatura de vazamento;
• a quantidade de calor transmitida aos moldes apenas por radiação é tão pequena que pode ser 
desprezada para efeitos de ocorrência de defeitos devidos à expansão térmica, ficando a 
possibilidade de ocorrência desses defeitos restrita aos locais em que o fluxo de metal 
proveniente dos canais de ataque percorre a meia-caixa inferior (os defeitos de expansão mais 
severos são, geralmente, os rabos-de-rato na parte de baixo da peça).
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Vê-se, portanto, que os moldes para fundição de ligas de alumínio não requerem areias-base puras, 
podem exibir baixas permeabilidades e não são particularmente exigidos quanto à estabilidade térmica 
dimensional. Aliás, as baixas tensões superficiais dessas ligas exigem moldes com poros de pequenas 
dimensões para que não ocorram problemas de rugosidade superficial excessiva nas peças fundidas.
Todos esses fatores se somam apontando as areias finas, com módulos de finura numa faixa ampla de 
70 a 150. A distribuição granulométrica não é um fator particularmente importante, mas as 
distribuições espalhadas tendem a comunicar melhor acabamento superficial às peças, enquanto que 
distribuições concentradas permitem alcançar maiores permeabilidades, desejáveis quando for preciso 
reproduzir detalhes finos.
É permissível a utilização de grãos angulares, principalmente nos casos em que a pressão de 
compactação dos moldes for moderada.
As areias de sílica, mesmo que impuras são quimicamente inertes em relação à maioria das ligas de 
alumínio fundidas, excetuando-se apenas as ligas com teores de magnésio superiores a cerca de 8%. 
Mas mesmo estas últimas podem ser fundidas em moldes à base de sílica, desde que sejam 
empregados inibidores de reação (0,5% a 0,8% de enxofre e 0,25% a 2% de ácido bórico ou 2% a 5% 
de ácido bórico apenas, conforme o porte da peça fundida).
e) Areias-base para fundição de ligas de magnésio
Não fosse por sua extrema reatividade com a sílica, com o oxigênio e com o vapor d'água, as areias-
base para magnésio poderiam ser semelhantes às utilizadas para alumínio. Com a necessidade de se 
introduzir inibidores de reação, como o enxofre e o ácido bórico, e devido à impossibilidade de 
contato prolongado do magnésio líquido com vapor d’água e ar, a permeabilidade dos moldes deve 
ser bastante superior à admissível para o caso do alumínio.
Assim, a faixa de módulos de finura recomendável é de aproximadamente 60 a 70, conforme o porte 
da peça. Distribuição granulométrica espalhada em 3 ou 4 peneiras é recomendável, mas não 
essencial. A forma do grão deverá ser sub-angular ou arredondada, de modo que a superfície total dos 
grãos, fixados o módulo e a distribuição granulométrica, seja a menor possível. Com isso evita-se 
excesso de aglomerante e de umidade que o acompanha.
4.5 - Observações finais
É muito importante que se mantenha em mente o caráter apenas orientativo dos números mencionados 
nos itens anteriores. O essencial é que se compreendam os efeitos básicos da areia-base e de suas 
características no comportamento dos moldes, de maneira a poder proceder as alterações necessárias 
criteriosamente.
É possível que vários dos tipos de areia-base recomendados nos itens precedentes não possam ser 
encontrados no mercado. A respeito disso é bom que se mencione a possibilidade de compor uma 
areia-base com as características geométricas desejadas através da combinação de duas ou mais areias 
disponíveis no mercado. Houve um tempo em que esse procedimento era inviável, devido ao limitado 
número de tipos ofertados e a combinação de dois tipos de areia-base inteiramente diversas no que 
respeita ao tamanho médio de grão poderia resultar numa distribuição granulométrica inconveniente, 
Distribuições granulométricas do tipo "dorso de camelo", com dois picos de concentração bastante 
separados, realmente podem resultar em densidades de empilhamento elevadas, que trazem consigo 
expansões térmicas excessivas do molde.
Hoje já se dispõe de uma certa diversidadede tipos de areias-base ofertados pelos mineradores, o que 
torna viável, em muitos casos, a prática de combinar tipos diferentes. E tudo o que se necessita é a 
aplicação de um pouco de álgebra elementar para que se possa calcular as distribuições resultantes da 
combinação de duas areias-base em diversas proporções.
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E, por fim, um comentário sobre o problema dos “finos”. O primeiro problema está na fixação do 
conceito: o que são “finos”? Costuma-se definir como “finos” todas as partículas de areia que passem 
pela peneira de 140 malhas. Antes de se verificar a propriedade dessa definição, é conveniente 
estender um pouco as considerações feitas em §4.2. O raciocínio ali empregado é valido para grãos 
isentos de filme aglomerante ou de água e tem validade, para areias úmidas ou aglomeradas, apenas 
até um certo limite mínimo de tamanho de grão. Em areias úmidas ou aglomeradas, as partículas 
menores que uma certa dimensão não irão ocupar os interstícios dos grãos maiores, mas ficarão 
aderidas a eles; em decorrência disso, os grãos “grandes”, terão suas dimensões aparentemente 
acrescidas. No que diz respeito a areias de moldagem, a definição correta de “finos” seria, portanto, a 
seguinte:
“FINOS são as partículas de dimensões pequenas demais para que se comportem como partículas 
individuais, ficando aderidas aos grãos maiores quando a areia é umedecida e/ou aglomerada”.
Esse fenômeno de adesão das partículas pequenas aos grãos maiores não depende apenas do tamanho 
da partícula dita “pequena” ou “fina”, mas também de vários outros fatores, entre os quais, o tamanho 
médio dos grãos e a espessura do filme de aglomerante. De fato, não haveria sentido, por exemplo, 
em se considerar como “finos” todo o material abaixo da peneira 140 numa areia cuja maior 
concentração estivesse na peneira 100. Além disso, com idênticos teores de argila e de umidade, a 
espessura média do filme ligante numa areia de módulo 100 seria aproximadamente a metade da 
espessura observada numa areia de módulo 50. A possibilidade de que grãos diminutos fiquem presos 
ou ocluídos no filme ligante de grãos maiores e muito maior na areia grossa do que na fina. Assim, 
aquilo que é considerado como “finos”, na areia-módulo 50, pode não o ser na areia módulo 100.
A conclusão importante a que se chega é a seguinte: os finos em excesso são prejudiciais à areia de 
moldagem menos pelos seus efeitos diretos sobre a permeabilidade e a expansibilidade térmica e mais 
pelo fato de provocarem um aumento na superfície específica e, conseqüentemente, na demanda de 
aglomerantes e de água para umedece-los.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Pre-print No. 50-29, AFS Annual Meeting, 1950.
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