Areias de Moldagem
Areia de moldagem é um sistema heterogêneo constituído essencialmente de um elemento-base refratário, um ou mais aglomerantes e um plastificante.
Propriedades Básicas
− moldabilidade;
− resistência mecânica;
− permeabilidade;
− refratariedade (resistência térmica);
Moldabilidade
É a propriedade da areia de produzir as formas do modelo com o mínimo esforço. Em outras palavras, a capacidade de produzir moldes.
Para se ter uma boa moldabilidade a areia de moldação deve apresentar uma boa escoabilidade¹, consistência² e plasticidade³.
(1) capacidade da areia correr em torno do modelo e atingir todos os seus detalhes
(2) capacidade de a areia compactada assumir a sua forma
Resistência Mecânica
Após a socagem a areia adquire uma certa coesão ou resistência mecânica que resulta da ação conjunta dos grãos da areia base, da argila, da umidade e das características da compactação.
Permeabilidade
A permeabilidade é a capacidade que a areia tem de se deixar atravessar pelos gases formados quando do vazamento do metal líquido, quente, no molde.
Os gases provêm:
− do ar contido na cavidade do molde;
− da combustão dos produtos contidos na areia; − da evaporação da agua contida na areia;
Permeabilidade
Todos esses gases tendem a sair do interior do molde, procurando o caminho mais fácil. Se não conseguem sair diretamente por respiros, por massalotes, pela superfície de separação ou através da areia, podem ficar retidos na massa metálica que se solidifica rapidamente, produzindo o defeito chamado bolhas.
Refratariedade
Capacidade de suportar as altas temperaturas de fusão do metal.
O calor liberado pelo metal no interior do molde exige refratariedade adequada da areia.
Colapsibilidade
Propriedade específica das areias destinadas a confecção dos machos.
Classificação
− quanto à origem: natural; semissintética ou sintética.
− quanto ao uso: nova ou reciclada.
− quanto ao emprego: areia de moldagem (faceamento ou enchimento) e areia de macho.
faceamento: areia que faceia o modelo e entra em contato com o metal vazado (areia mais refinada)
enchimento: parte da areia que constitui o restante da caixa de moldagem (areia mais grosseira)
Areia base
A areia base é uma areia refratária, normalmente siliciosa, sendo que a composição química da areia-base afeta a dilatação térmica da areia, a reatividade com o metal fundido mas, principalmente, a refratariedade do molde.
A granulometria da areia-base afeta a permeabilidade da areia e a penetração metálica. Considerando que a distribuição dos grãos seja relativamente estreita, quanto maior for o diâmetro desses mais permeável será a areia (isso é bom pois facilita o escoamento
Granulometrias típicas de areia
Índice de finura recomendado pela American Foundry Society (AFS)
Densidade e ponto de fusão
− abundante, areia mais comum − elevada expansão térmica
− baixo custo
− Constituída principalmente de grãos arredondados − Baixa dilatação e estabilidade térmica
− Custo elevado
− É um minério refratário obtido pela britagem − Forma variada
− Grande porcentagem de impurezas diminuindo a refratariedade
− Material resfriador
Aglomerantes
É o material cuja finalidade é promover a ligação entre os grãos da areia base, dando certa resistência e moldabilidade ao material resultante.
Para um dado aglomerante, com o aumento do seu teor aumenta a resistência e a dureza da areia e diminui a permeabilidade.
Aglomerantes inorgânicos
A resistência é atingida através da compactação, sendo que essas substâncias tendem a sinterizar quando em contato com o metal fundido, o que dificulta a desmoldagem.
Aglomerantes orgânicos
A resistência é atingida através de uma leve socagem seguida de uma secagem do molde ou macho – já prontos – possuem uma resistência final superior à alcançada com aglomerantes inorgânicos.
Como vantagem adicional apresenta também boa colapsibilidade.
Aglomerantes sintéticos
Existem basicamente duas classes de resinas: as termoendurecíveis (polimerizam pela ação do calor) e as autoendurecíveis (ou de cura a frio).
O uso de resinas como aglomerante cresce dia a dia, pois conferem excelente resistência aliada a uma boa colapsibilidade e capacidade de se fabricar seções finas, compensando o elevado custo desse insumo.
Areias não-siliciosas
A opção por uma areia-base não-silicosa parte da constatação de que a areia silicosa apresenta quando comparada com outras composições -inúmeras desvantagens como elevada expansão volumétrica e elevada reatividade com o metal fundido.
Variação volumétrica
Produtos de Adição (aditivos)
Materiais adicionados à areia de fundição para suprir a necessidade de certas propriedades que não foi possível ser obtida por meio do trinômio fundamental (areia base, do aglomerante e água), , minimizando certos tipos de defeitos.
Exemplo 1: um aditivo que pretenda minimizar o defeito de expansão deve ser queimado para deixar espaço para a expansão da areia (Serragem ou Madeira).
Carvão Mineral
O pó de carvão é um constituinte importantíssimo das areias para ferros fundidos e certos não-ferrosos.
São utilizados como aditivos em areias de moldagem, com as finalidades principais de evitar a aderência da areia à peça fundida, evitar a penetração do metal líquido no molde e reduzir a ocorrência de defeitos devido à expansão térmica da sílica.
Serragem
Com ponto de ignição baixo (ao redor de 250°C), o pó de madeira pode ser empregado para consumir o oxigênio da cavidade do molde e, assim, contribuir para a formação de uma atmosfera redutora.
Dextrinas
É derivada do amido, sendo utilizada para dar às areias de fundição grande resistência mecânica depois do cozimento.
Nos moldes a verde e estufados aumenta a dureza superficial e dentre suas vantagens estão:
− aumento da resistência a seco;
− redução dos efeitos da expansão térmica da sílica; − contribuição moderada para a formação de uma
Tintas
A principal função de uma tinta é a criação de uma camada intermediária entre areia e metal, visando conferir um bom acabamento ao molde ou macho e, por conseguinte, à peça.
A tinta é constituída de uma substância refratária, um aglomerante e um solvente, como água ou álcool.
ATIVIDADE INDIVIDUAL
1. Para que servem os produtos de adição e
quais os principais tipos utilizados na
fundição?
2. Qual
a
finalidade
e
os
tipos
de
aglomerantes usados nos processos de
fundição em areia?
➢
Inspeção visual
➢
Controle em laboratório:
− Verificação dimensional da forma;
− Controle do metal fundido e da sua composição;
− Análise química e metalúrgica;
− Propriedades físicas e mecânicas.
➢
Auxílio da metrologia:
− Verificação manual;
− Verificação automática.
➢
Principal fonte de problemas
− Temperatura
− Termopares imersos;
− Pirômetros ópticos e da radiação.
➢
Teste de controle de gases
− Método qualitativo;
− Método quantitativo.
➢
Corpo de prova para teste
➢
Em ferro fundido
− Vazar um corpo de prova em forma de cunha e analisar a solidificação;
➢
Análise a Seco (espectrometria por emissão
óptica)
− Câmara de evaporação
− Difração de luzes
− Resultado em % de massa dos elementos
− Duração de aproximadamente 5 minutos
➢
Espectrometria de fluorescência por raios X
− Interação entre elétrons e raios X primários
− É registrado o comprimento de onda
➢
Espectrofotômetros
− Selecionar o comprimento de onda da radiação
− Medir intensidade de feixes
− Comparação entre padrões e o material
− Comprimento de onda 10 nm contra 360 nm a 1000 nm de um espectro comum
➢
Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV)
− Análise da composição em uma região submicrométrica
− Análise pontual
− Verifica-se variação química dentro de um grão − 2 nm a 5 nm contra 0,5 µm de um microscópio
óptico
➢
Determinação de Carbono e Enxofre por
combustão direta
− Forno de indução
− Captação por espectrometria infravermelha
➢
Detecção de problemas sem causar danos à
peça
− Controle para detecção de defeitos superficiais
➢
Controle por inspeção visual e dimensional
− Garantia que não haja má formação no material
− Rugosidade superficial
➢
Ensaio por líquido penetrante
− Revelar descontinuidades superficiais
− Dois líquidos: penetrante e revelador
− Baixa tensão superficial e capilaridade: que faz a penetração do material
− Indicam profundidade e extensão dos defeitos no abertos a superfície da peça
➢
Ensaio por partículas magnéticas
− Detecção de fissuras superficiais e
subsuperficiais em ligas ferromagnéticas
− Campo eletromagnético
− Linhas de fluxo magnéticos interrompidas por defeito
− A indicação acontece pela concentração de partículas
➢
Ensaio por ultrassom
− Feixes de energia acústica de alta frequência
− Detecção de imperfeições, medição do comprimento e profundidade do defeito
− alta precisão, poder de penetração, grande sensibilidade
