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Revisando O molde é o dispositivo no qual o metal fundido é colocado para que se obtenha a peça desejada. Ele é feito de material refratário composto de areia e aglomerante. Existem diferentes tipos de moldes que irão distinguir os processos de fundição. • • • •
Moldes em areia Moldes em casca Moldes por cera perdida Moldes permanentes Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Revisando Requisitos do molde: • • • •
Resistência para suportar o peso do metal líquido Resistência à ação erosiva do metal líquido Gerar a menor quantidade possível de gases Facilitar a saída dos gases gerados para a atmosfera
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Moldes em Areia Características Tecnológicas de um Molde em Areia: • • • • • •
Permeabilidade Estabilidade Térmica Dimensional Inércia Química Difusividade Térmica Refratariedade Desmoldabilidade
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Moldes em Areia Essas características vão depender de alguns fatores como: • • • •
Qualidade dos materiais de moldagem. Teores dos constituintes. Forma de preparação da mistura. Forma de compactação.
A moldagem em areia, de maneira geral é feita com uma mistura de: AREIA BASE + AGLOMERANTES + ADITIVOS Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Moldes em Areia Areia Base ⇒ constituinte granular refratário Aglomerante ⇒ ação de ligação entre os grãos da areia base. Água ⇒ ligações químicas ⇒ “aglomeração” dos grãos
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Areia Base Sílica (óxido de silício – SiO2) Cromita (FeOCr2O3)
• alta condutividade térmica (ideal para peças pequenas)
Zirconita (silicato de zircônio – ZrO2SiO2) densidade: 4,7 • Baixa molhabilidade no Fe
Olivina • Forsterita (2MgO. SiO2) e faialita (2FeO. SiO2).
Chamote Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Características da Areia Base Composição Química/características
Sílica
Cromita
Zirconita
Olivina
Chamote
SiO2 (%)
99,02 0,049 0,031
1a2 25 50 18
0,019 -
25 -
30 a 34 1 68 2 -
43 2 7
60 45 -
Al2O3 (%) Cr2O3 (%) MgO (%) ZrO3 (%) FeO3 (%) FeO (%)
Características físicas Densidade real (g/cm3)
2,65 1,7
4,65 2,9
4,7 3,1
3,4 2,3
2,7 1,35
Dilatação média até 1000ºC (%)
1,5
0,9
0,4
1,1
0,6
Tf (ºC) Dureza (Mohs)
1750 1450 6,5
2200 1500 7
2550 140 7,5
1800 1600 7
1840 -
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
-
Ácida - Neutra
Básica
-
Densidade aparente
(g/cm3)
Ts (ºC)
Reação química à alta temperatura
Ácida - Neutra Básica - Neutra
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Aglomerantes Para os processos em areia não ligados quimicamente (por resina de cura a frio e cura a quente), são utilizadas argilas. Argila é um material lamelar, composto essencialmente de silicato de alumínio hidratado, utilizado como aglomerante da mistura, sendo mais utilizado o tipo montmorilonítico.(O principal argilo mineral da bentonita). Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Aglomerantes Características gerais da Bentonita para fundição: • • • •
Boa moldabilidade Boa desmoldabilidade Elevada durabilidade Baixa tendência a defeitos de fundição
Tipos usuais em fundição: • bentonita sódica natural • bentonita sódica ativada • bentonita cálcica Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Aglomerantes Para processos ligados quimicamente, são usados sistemas aglomerante com 2 resinas e 1 agente de cura. Aglomerante é composto de 2 partes: • Resina parte 1 – tipo fenólica • Resina parte 2 – tipo orgânico A resina parte 1 é a parte reativa, baixa viscosidade que facilita o recobrimento dos grãos de areia e com a parte 2 do sistema aglomerante (poli-isocianato). Na cura grupos hidroxilas da parte 1 reagem com grupos isocianatos da parte 2 na presença de amina. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Aditivos Geradores de Carbono Vítreo • São produtos carbonáceos, adicionados à areia verde com a finalidade principal de gerar carbono vítreo (800 ºC) durante o vazamento do metal, que, pôr sua vez, evita principalmente a sinterização de areia e melhora o acabamento superficial das peças, sendo que o pó de carvão mineral (tipo Cardiff) é o mais utilizado nas fundições brasileiras .
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Aditivos Amiláceos: Basicamente dividem-se em 2 tipos: • Amido de milho pré-gelatinizado (mais utilizado): é um aditivo orgânico, utilizando com a finalidade principal de fornecer plasticidade à mistura e de manter sua umidade; • Dextrina (pouco utilizada): é um produto obtido pela conversão termoquímica do amido de milho, utilizado com a finalidade principal de fornecer maior resistência mecânica a alta temperatura em moldes estufados e/ou secados superficialmente. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Aditivos Pó de Carvão: • atenua efeitos de expansão da sílica • reduz contato do metal líquido com a superfície do molde ⇒ Melhora o acabamento superficial
Amido de Milho (Mogul) • aumenta a plasticidade
Dextrina • aumenta resistência aos efeitos da expansão térmica da sílica
Breu em pó (resina) • aglomerante, que dá principalmente à areia seca, grande resistência mecânica.
Serragem • atenua os efeitos de expansão termica da sílica Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Misturas Areia de sistema: é a mistura básica obtida a partir da areia de retorno, com suas propriedades devidamente corrigidas, utilizada para confeccionar o molde, sendo também chamada de areia de enchimento. Areia de faceamento: é a mistura com propriedades específicas, utilizada na resolução de determinados problemas, devendo ser empregada tão somente quando a areia de sistema não oferece as propriedades necessárias para o obtenção de um determinado fundido. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Moldagem Os esforços para moldagem podem ser:
a
• Manual (com socador manual ou pneumático) • Mecânica (com máquinas de compressão, de impacto, compressão vibratória, sopragem ou projeção centrífuga) Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Moldagem Manual Peças de grande porte e/ou produzidas em pequena escala Utiliza modelos soltos e soquetes manuais ou marteletes pneumáticos. Apresenta limitações quanto a precisão dimensional e acabamento superficial das peças obtidas Os moldes obtidos são muito heterogêneos Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Moldagem Mecânica Peças de pequeno e/ou médio portes Produção em grandes séries Modelos geralmente em placas (em um ou nos dois lados da placa) → “match plate” Permite obtenção de peças com melhor precisão dimensional
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Misturador Usualmente, em misturadores com a carga corretamente dosada, verifica-se que a mesma dificilmente ultrapassa ¼ da altura total das mós. É importante lembrar que cargas muito pequenas também não serão misturadas com eficiência
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Grau de Preparação É a eficiência de preparação da mistura, que é afetada principalmente pêlos seguintes fatores: • Tempo de mistura • Ordem de adição dos componentes da mistura para a areia de Faceamento
Tempo de Mistura: A eficiência de mistura pode ser medida com o ensaio da compactabilidade. • Deve-se tomar cuidado de se assegurar que o teor de umidade seja constante e a faixa de compactabilidade da mistura seja entre 35 a 55%.
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Grau de Preparação Ordem de adição dos componentes da mistura para a areia de Faceamento • 1-areia de retorno e/ou areia base • 2-cerca de 50% da água supostamente necessária ( 1 a 3 min) • 3-argila e outros aditivos ( 3 a 5 min) • 4-restante da água ( 1 a 3 min)
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Ensaio de Compactabilidade o ensaio consiste unicamente em se determinar o decrescimo porcentual do nivel de areia peneirada no cilindro de 2 polegadas, quando submetida as 3 pancadas padronizadas ou a uma compressao com aproximadamente 10 kgf/cm2 (140 - 150 lbs/pol2). Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Balanço de Massa É a adequação da composição da mistura ao processo de moldagem, á configuração da peça e à liga metálica a ser vazada, principalmente.
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Finos Inertes São os produtos existentes na areia que perderam seu poder ativo (bentonita, pó de carvão) e que devem ser retirados do sistema preferencialmente via exaustão ou então, de forma alternativa, via adição substancial de areia base com o conseqüente descarte forçado de areia de retorno.
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Ensaio de Areia em Laboratórios Areia Base: Granulometria • • • •
Módulo de Finura Coeficiente de Angularidade Concentração Teor de finos
Teor de Argila AFS – American Foundry Society • Partículas menores que 20 μm Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Ensaio de Areia em Laboratórios Bentonita: Partículas grossas: • % retido em 200 mesh
Inchamento • Troca inônica
Adsorção de Azul de Metileno • Grau de Pureza
Mistura Padrão (5% de bentonita) • Ensaios Tecnológicos Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Controle de Qualidade de Areias Propriedades Tecnológicas • • • •
Resistência Plasticidade Permeabilidade Compactabilidade
Variáveis de Composição • • • • •
Teor de Umidade Teor de Argila Total (AFS) Teor de Argila Ativa Teor de Voláteis Granulometria Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Controle de Qualidade de Areias Caracteríticas da Areia de Sílica • • • • • •
módulo de finura (ideal): 50-70 AFS teor de finos (ideal): máx. 1,0 % argila AFS: máx. 0,5 % ponto de fusão: min. 1400ºC umidade: máx. 0,5 % para areia seca temperatura: máx. 50ºC
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Processo por Cura a Frio É um processo de obtenção de machos e moldes, utilizando uma mistura constituída de areia base, resinas e catalisador, que cura a temperatura ambiente. Variáveis de utilização: • Tempo de cura. • Tempo para extração do modelo ou macho. • Tempo para vazamento.
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Processo por Cura a Frio Vantagens : • • • • • • • • • •
Vários tipos de areia base podem ser usadas. Baixo investimento em equipamentos Facilidade de confecção dos moldes e machos. Boa estabilidade dimensional do molde e machos. Bom acabamento superficial. Versatilidade para machos e moldes pequenos e grandes. Boa colapsibilidade. Facilidade na estocagem e manuseio. Necessita de poucos controles de laboratório. Facilidade de limpeza da peça. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
Processo por Cura a Frio Desvantagens: • • • •
Gera resíduo tóxico para o meio ambiente; Vida de bancada limitada; Tempo de cura para o vazamento longo; Maior custo da areia preparada.
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Pintura Melhorar acabamento superficial dos machos confeccionados e das peças fundidas; Prevenção de defeitos de reação entre liga vazada e a areia do macho ou sinterização; Para caixa fria é recomendado revestimento a base de álcool ou água. • base de água: pode utilizar cargas refratarias de zirconita, grafita, sílica, cromita, chamote ou alumina; • base de álcool: pode utilizar cargas refratarias de magnezita, grafita, sílica, cromita, zirconita, chamote ou alumina.
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Pintura Sua utilização é recomendada na possibilidade de: • defeitos provenientes da expansão da sílica; • friabilidade do macho; • acabamento superficial ruim.
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Pintura Alguns cuidados para serem tomados durante a utilização de tintas: • escolher a carga refratária compatível com partes do macho pintadas antes da secagem; • manter uma camada fina e uniforme de tinta; • tintas à base de água devem ser aplicadas respeitando-se um intervalo de dez minutos após a confecção do macho; • tintas à base de álcool devem esperar 30 min após a confecção do macho para a aplicação; • controlar a densidade da tinta • a secagem pode ocorrer através de chama, maçarico ou estufa; • só é empregada quando não há mais possibilidades de evitar defeitos, pois enfraquece superfície do macho ou molde.
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OBRIGADO! 10 de Março de 2011
[email protected] Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico
