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Areia de Moldagem

Comparado com outros métodos de moldagem de areia usando aglomerantes químicos, o

custo da areia ligada com argila (bentonita) é muito baixo e a produtividade e qualidade do

fundido resultante é tão boa ou melhor.

A fim de conseguir máxima eficiência em uma fundição de moldagem automática, é

crucial estabelecer um eficiente controle de processo para o resfriamento, para mistura e

arejamento da areia. O controle da areia representa uma importante parte no controle do

processo.

Mantendo uma checagem contínua das propriedades da areia, prevenirá:

� Redução de refugo,

� Melhoria da padronização,

� Alta eficiência de moldagem,

� Redução no custo de material de moldagem,

� Redução no custo e tempo de rebarbação.

Seguem abaixo, as propriedades da areia de moldagem recomendada pela DISA para

sistemas de moldagem Disamatic.

Características da Areia de Moldagem – Orientativo p/ DISA máquinas 2013 Padrão Tecumseh

Tamanho médio do grão de areia 0,14 - 0,20 DIN AFS 80 -110 AFS 69 - 79

Distribuição do tamanho de grão 3 - 4 Peneiras 80% - 3 Peneiras

RCV 1700 - 2100 p/cm2 25 - 30 psi 2000 - 2300 g/cm2

Resistência a Fissuração > 300 p/cm2 > 4,3 psi 320 - 680 p/cm2

RTU > 20 p/cm2 > 0,3 psi 17 - 29 g/cm2

Permeabilidade Acima 50 Acima 50 Acima 65

Compactabilidade 40 % ± 2 40 % ± 2 34 - 44 AFS

Teor de Umidade Ajustado até quando uma compactabilidade de 40% ± 2 é obtida

Teor de Argila AFS 11 – 13 % 11 - 13 % 9 - 13 %

Teor de Argila Ativa > 7 % > 7 % 6 - 8,5 %

Combustíveis 3,5 – 7,5 % 3,5 - 7,5 % 1,8 - 2,5 %

Voláteis 1,5 – 3,0 % 1,5 - 3,0 % 1,7 - 2,3 %

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1 - Tamanho Médio de Grão – Areia de Moldagem

Não há um rigoroso tamanho médio de grão (módulo da areia) requerido a respeito da

areia para Disamatic. De qualquer modo, é um fato bem conhecido, também de outros

processos de moldagem, que a probabilidade de penetração de metal ( casquinha ou

talhadeira ) entre grãos de areia aumenta com o crescimento médio do tamanho do grão.

Como a alta pressão metalostática está variando no molde, é recomendado usar um tamanho

médio de grão entre 0,14 e 0,20 mm (AFS 80-110) para máq. 2013 MK4 e LP . O diagrama da

figura abaixo mostra a linha de divisão entre a área onde penetra o metal, combinado com o

tamanho médio de grão, e onde presume-se que a estrutura do molde de areia é

suficientemente compacta para resistir a influência da alta pressão metalostática em questão.

Os grãos de areia devem ser distribuídas ( concentrados ) por 3 a 4 peneiras para

suficiente uniformidade no empacotamento da estrutura.

Relação entre tamanho médio do grão e altura da pre ssão metalostática do fundido

no molde no princípio de penetração do metal.

Altura da pressão metalostática mm

Tamanho Médio de Grão mm

Provável que a penetração de metal seja influenciada pelo tamanho de grão

Improvável que a penetração de metal seja influenciada pelo tamanho de grão

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2 - Resistência da Areia de Moldagem

A resistência da areia de moldagem depende:

� Quantidade de Bentonita ativa,

� A qualidade da Bentonita,

� Umidade,

� Quantidade de finos inativos (material inativo menor que 0,020mm),

� Eficiência na mistura,

� Temperatura da areia.

2.1 - Quantidade Ideal de Bentonita Ativa

A quantidade ideal de Bentonita ativa na areia de moldagem é tão importante quanto

escolher o tipo correto de Bentonita. Abaixo são mencionadas as razões porque é importante

usar a quantidade correta de Bentonita ativa na moldagem de areia:

� Obter alta resistência a compressão a verde a fim de conseguir produzir moldes mais

fortes que são mais fáceis para transportar, para evitar a deformação dos moldes na

linha de partição.

� Manter uma alta resistência a tração a verde, para evitar quebrar na extração do

molde ou quebra do bolo nas cavidades do molde.

� Obter a mais alta resistência a tração a úmido para evitar incrustação no molde na

zona de condensação de água e defeitos de expansão da areia ( rechupe ) .

� Assegurar boa plasticidade da areia para evitar inchamento e que a areia comece a

fluir através da ranhura de injeção e desça dentro da câmara de moldagem para a

operação de tiro.

� Estabilizando a cavidade do molde para evitar semelhantes defeitos de fundição como

rechupe e outras porosidades, expansão de fundidos, erosão e inclusão de areia.

� A quantidade recomendada de bentonita ativa medida por meio de teste azul de

metileno deve ser acima de 7% para Disa`s 2013 .

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2.2 - Qualidade da Bentonita

O uso de argila (bentonita) de ótima qualidade em um sistema de moldagem automática é

uma das mais importantes exigências. Normalmente, as seguintes qualidades são esperadas

para se ter uma bentonita de boa qualidade.

� Deve desenvolver um bom poder aglomerante (propriedades) quando misturadas com

areia e água na correta proporção.

� Deve poder resistir a uma influência razoável de calor, de modo que a força de coesão

e plasticidade sejam mantidas.

� Deve dar a areia de moldagem a correta moldabilidade, o que confere a areia, ser

possível ser transportada, armazenada e manuseada no correto caminho durante o

processo.

� Deve possibilitar a areia de moldagem estabilizar a expansão térmica dos grãos de

sílica, o qual causam defeitos de expansão nos fundidos ( Inchamento ).

� Deve dar a areia de moldagem a estabilidade e a plasticidade correta, para que a

moldagem a ser feita das placas modelo possa ser efetuada ( Evitar quebra de bolo ).

� Deve ser possível para a areia resistir a influência do choque térmico e que ainda seja

econômico reutilizar a areia de moldagem.

� Nas misturas de areia de moldagem deve manter suficientes propriedades

aglomerantes da areia em condições quentes e secas, o metal pode ser vazado sem

nenhum risco de defeitos de fundidos, e que os moldes vazados possam ser

corretamente transportados, e ainda deve ser econômico, reutilizando areia de retorno.

� A mistura de areia deve desmoronar facilmente ao ser desmoldada e reutilizada.

� Deve ser econômica em termos de preço, transporte, distribuição e armazenagem.

3 - Características do Uso de Bentonita

A DISA recomenda que a Bentonita empregada para sistemas automáticos de moldagens

de alta densidade deve ter as seguintes propriedades para uso:

Obtenção da propriedade aglomerante em condições úm idas depois de ser

misturada com água:

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� Tão rapidamente quanto possível, formar um filme de argila / água ao redor dos grãos

com um mínimo de água requerida.

� Requerendo a mais baixa adição de argila para obter resistência aglomerante.

� Se uma grande quantidade de argila for adicionada para obter a resistência

aglomerante, a água requerida da areia de moldagem aumenta e a permeabilidade diminui.

Assegurar suficiente estabilidade térmica:

� Que uma quantidade mínima de argila inativa seja gerada. Uma alta porcentagem de

argila inativa reduz a plasticidade da areia de moldagem e aumenta a água requerida. (Índice

de Estabilidade Térmica).

� Que aumente a resistência com o acréscimo de temperatura, o qual evitará vários

defeitos em fundidos, tal como penetração de metal, defeitos de expansão, rabo de rato, etc.

Deve colapsibilizar facilmente no desmoldador.

3.1 - Tipos de Bentonita

Há dois tipos de argila, cada qual com suas propriedade específicas. Isto as fazem mais

ou menos proveitosas como materiais aglomerantes: argila caulinítica e Montimorilonita

(argila).

Argila Caulinítica não é adequada para moldagem de alta densidade, primeiro é

principalmente por causa da baixa resistência aglomerante, baixa durabilidade quando estando

aquecida e baixa plasticidade. Consequentemente a Argila Caulítica pode somente ser utilizada

quando existe em areia de moldagem semi – natural e deve ser enriquecida com

Montimorilonita.

Bentonita é uma argila que contém um mínimo de 75% Montimorilonita. A DISA

recomenda o uso desta bentonita para a moldagem automática de alta densidade.

In Natura há dois tipos de Bentonita: Bentonita Sódica a qual predominantemente contém

ions NA+ e bentonita cálcica a qual principalmente consiste de íons Ca++ .

Apesar da grande diferença entre os dois tipos de bentonita, uma não pode ser mais

preferida do que a outra, sem levar em consideração o tipo de fundido em questão. Não será

escolhida uma bentonita Cálcica para fundidos em aço, onde a carga térmica na areia é muito

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grande, ou usar uma bentonita Sódica pura para fundidos com parede fina. Pela mesma razão

a bentonita Sódica não é usada para fundidos de alumínio, o qual deve ser acrescentado em

grandes quantidades para a produção de fundidos de ferro de parede grossa.

É normalmente recomendado usar ambas bentonitas Cálcica e Sódica em uma proporção

correspondente para as condições de produção, então a correta estabilidade do molde é

obtida, bem como a correta consistência da areia, resistência a verde e resistência a seco,

além da colapsibilidade na desmoldagem.

Alguns fabricantes de bentonita tratam bentonita Cálcica com soda caústica. Por este

caminho o montante de Na- íons são incrementados, e a bentonita ganha alguma das boas

propriedades da bentonita Sódica, tal como a durabilidade quando afetada pelo calor,

resistência a seco e resistência a defeitos de expansão. Ao mesmo tempo elas mantém alguma

boas propriedades da bentonita Calcica, tal como a alta resistência a compressão a verde, alta

colapsibilidade e desmoldagem do bolo e boa misturabilidade.

A bentonita Cálcica pode ser ativada pela soda, em solução de água no estado seco.

3.2 - Principais Dados de Qualidade para a Bentonit a

Quantidade de Montimorilonita: min. 70%

Índice de Inchamento: Bentonita Cálcica 6 – 10 ml

Bentonita Sódica mín 35 ml

Bentonita Sódica Ativada mín 30 ml

Umidade: máx. 12%

Valor PH: mín. 9,0%

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4 - Volume de Água

A argila é o único material facilmente obtido que torna-se plástica quando misturada com

água. No processo de fundição de areia a verde a mistura plástica argila/água é utilizada para

aglomerar o grão de areia e o material não plástico, fazendo com que seja uma substância

firme que pode ser transportada, armazenada, moldada e ser capaz de resistir a influência do

calor do metal depois de vazado. Ao mesmo tempo a substância deve ser reutilizável.

Entretanto o volume de água na areia de moldagem deve ser mantida tão baixa quanto

possível para assegurar alta propriedade aglomerante.

Todas as propriedades de resistência caem drasticamente quando o volume de água é

muito alto. Uma baixa resistência a tração a verde dá uma ineficiente extração do modelo do

molde.

Uma RCV baixa significa problemas de manuseio do molde e uma instável moldagem.

Uma RTU baixa conduz para desintegração do molde na zona de condensação de água

e assim uma alta probabilidade de defeitos por expansão de areia.

� Otimizar a fluidez da areia de moldagem :

Deve ser possível para a areia preencher todos os espaços e moldar rebaixos quando flui

de dentro do silo para a câmara de moldagem , então aquela máxima densidade é obtida já

antes da compressão e a necessidade por pressão de compressão é portanto reduzida para

um mínimo. Ao mesmo tempo proporciona uma densidade uniforme do molde.

� Obter a plasticidade ideal da areia de moldagem :

A plasticidade da areia cai com o excesso de água. Alta plasticidade significa moldes

mais estáveis, portanto prevenindo vários defeitos no fundido como rechupe, porosidade e

defeitos dimensionais.

Uma alta plasticidade é também necessária para conter a expansão dos grãos de sílica e

os defeitos de fundidos. A melhor mistura plástica água/argila é a que melhor pode absorver a

movimentação interna do molde. Finalmente, um volume tão alto de água faz a areia pegajosa.

A areia grudenta aderirá facilmente no transportador tão bem quanto nas paredes do silo de

areia e causar entupimento.

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� Evitando moldes tão comprimidos:

A taxa de compressão da areia aumenta com o incremento de água. A areia muito úmida

precede moldes duros. Moldes muito duros dificultam a quebra dos mesmos na desmoldagem.

� Reduz geração de vapor depois do vazamento:

O volume total de gás emitido da areia antes e depois do vazamento moldagem é

diretamente proporcional ao volume de água da areia.

Muitos defeitos bem conhecidos de fundidos são causados pela alta geração de vapor,

assim como molde incompleto.

Há outro tipo de defeito o qual é chamado penetração por explosão, conforme figura

abaixo:

Penetração de Metal

Areia de Moldagem

Vapor de água

Metal Fundido

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O vapor d´agua desenvolvido por uma velocidade de explosão na face metal / areia

pressiona o ferro para entre os grãos de areia, causando penetração de metal.

Muita umidade na areia significa que a água caminha do fundido para o molde,

influenciada pela peça fundida e é condensada na região mais fria do molde. O vapor

excessivo pode condensar no lado de baixo do molde o qual tem uma tendência a grudar no

AMC.

5 - Quantidade de Finos Inertes

Finos inativos consiste de todas as partículas menores que 0,02mm, o qual quando

misturado com água, não participa da resistência ou plasticidade da areia, pelo contrário, elas

servem para piorar as condições da areia.

Finos inativos são normalmente compostos por:

� Bentonita inativa.

� Partículas de carvão menores que 0,02mm.

� Carvão inativo (coke, cinzas).

� Finos da areia base (quebra do grão de areia ou desgaste).

� Fragmentos de grãos de sílica (quebra mecânica ou térmica).

Teor Total de Finos

Teor da Umidade

Compactabilidade ( % )

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Uma moldagem com alta porcentagem de finos requer maior quantidade de água para

obter um mesmo valor de compactabilidade (para compensar os finos existentes).

Quanto mais alta a porcentagem de finos inertes, maior será o consumo de água e a

fragilidade da areia de moldagem e reduz a permeabilidade. Com excessivo volume de finos

inativos, a força de coesão cai passo a passo.

O incremento de água conduz a penetração por explosão e resulta péssimo acabamento

do fundido. Isto demanda longos tempos de jateamento.

Os finos inertes devem ser reduzidos. Um método fácil para determinar finos inativos é

comparar RCV com a RTU. Quando há um excessivo montante de finos inativos combinado

com um alto volume de água a RCV permanece fixa, enquanto que a RTU cai drasticamente.

Entretanto, qualquer areia tem a necessidade de finos inativos para fechar os poros no

molde, reduzindo assim a possibilidade de penetração do metal, melhorando o acabamento

superficial.

Uma certa quantidade de finos é necessária para reduzir a sensibilidade da areia devido

as flutuações na adição de água, absorvendo parte da água excedente.

Por esta razão, o volume de finos ótimo é um assunto como muitos outros fatores no

processo de fundição.

Os finos devem estar entre 2,5 e 4%. A porcentagem de finos inertes mais a porcentagem

de bentonita ativa formam o total de finos da areia.

Total de Finos = % Finos Inertes + % Argila Ativa

6 - Eficiência da Mistura

Os componentes da areia não atingirão suas propriedades se não houver uma mistura

adequada. Durante a preparação, a argila deve ser devidamente misturada com água

formando uma massa plástica água/argila. A massa plástica deve ser distribuída

uniformemente sobre a superfície dos grãos de areia, então esse filme aglomerante dará

resistência ao material após a compactação.

Uma mistura eficiente nos diz como o atual sistema de areia, mistura a areia em relação

de como poderia ter sido misturado com a mesma composição, mas com um extenso período

de mistura.

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A eficiência de mistura pode ser medida testando:

RTU ou compactabilidade no sistema de areia diretamente e depois de um período de 5

minutos de mistura adicional.

Usando a fórmula com RTU:

Eficiência Mistura = RTU (diretamente)

RTU (após 5 min.)

É possível efetuar a medição sem levar em consideração pequeno o volume de água

alterado durante a mistura adicional.

Quando usa a fórmula com compactabilidade:

Eficiência da Mistura = Compactabilidade (di retamente)

Compactabilidade (após 5 min.)

Deve ser garantido que o volume de água foi constante antes e depois da mistura extra,

ou a perda de água (fator) deve ser introduzido.

Um resultado entre 0,65 – 0,70 : mistura ruim

Um resultado entre 0,90 – 0,95 : ótima mistura

O teste determinando as condições de mistura é uma boa indicação se os aditivos são

utilizados durante a mistura e se o tempo de mistura empregado é ótimo.

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7 - Temperatura da Areia

A temperatura não pode exceder 40°C. A areia muito quente pode causar:

� Propriedades não uniformes na areia especialmente resistência e permeabilidade.

� Incremento de viscosidade, reduz fluidez da areia.

� Decréscimo da resistência causando defeitos de erosão.

� Deslocamento do ponto de umidade ótimo ou aumento de água requerida.

� Baixa plasticidade, causando um aumento na adição de argila.

� Decréscimo do grau de preparação de mistura.

� Esfarelamento da superfície do molde (areia seca).

8 - Resistência a Tração a Verde e Fissuração (Spal ling)

Nem todos os testes de resistência permitem medir diretamente a RTU, com o trabalho

experimental do Dr. Boenish é possível testar a resistência tração verde (δt) testando a

resistência a fissura (δs), usando a máquina de teste de areia padrão, colocando o cp

perpendicular a posição usada para teste de resistência a compressão.

Interrelação da Resistência Tração a Verde e Fissuração (Spalling).

Resistência Spalling p/cm2

RTV p/cm2

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Posicionando o corpo de prova na máquina padrão de teste A e a inter relação entre δs e

δt (B).

δt pode ser facilmente calculada quando δs é conhecida usando a equação:

δδδδt = 0,65 δδδδS.

9 - Resistência a Tração a Úmido

RTU é crucial para resistência da areia a incrustação e outros defeitos de expansão. Os

defeitos de expansão ocorrem na face do metal/areia depois de vazado. A água da areia

próxima do fundido, movimenta-se para longe da superfície do fundido, desse modo criando

uma zona de condensação de água entre as camadas seca e úmida da areia (Fig. abaixo).

A casca de areia seca ( 0,25 – 0,30mm) é separada do resto da areia na zona de

condensação, devido a expansão dos grãos de areia de sílica pelo calor e estrutura de areia

enfraquecida na camada entre a areia úmida (condensada) e a areia seca. A pressão do metal

fundido ocupa o espaço assim formado, e deste modo uma penetração de metal é criado no

fundido. A resistência da areia na camada de água condensada é chamada RTU (Fig. 1.09).

Quanto maior a argila ativa, especialmente Bentonita Sódica que há na areia, maior será

a camada de areia úmida e mais plástica a camada de areia seca. A plasticidade da camada

de areia seca neutraliza os movimentos de expansão da areia de sílica. A RTU é uma

excelente medida de como a argila ativa contribui para a quantidade total de teor de finos

(todas a partículas com um diâmetro menor que 0,02 mm) da areia. RTU dá-nos uma boa

informação sobre a qualidade da bentonita usada.

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Fig 1.09 - Defeito por expansão ( acima ) - RTU ( abaixo ).

10 -Resistência a Compressão a Verde

RCV cresce rápido como toda propriedade de resistência com o aumento do teor de argila

ativa. Mas algumas das argilas ativas tornam os finos inertes após o vazamento por perder

parte da água de cristalização, a qual é responsável pelas propriedades plásticas da argila.

Muita argila inativa causa perda de resistência. Geralmente mais água é adicionada causando

a perda da resistência e da plasticidade. Aumentar RCV e manter constante é o ideal, porém,

dificuldades aparecerão, desde que a RCV sozinha não nos dá um correto quadro das

propriedades da areia. Entretanto uma comparação entre RCV e RTU mostrará que enquanto a

RCV mantém constante, a RTU poderá cair consideravelmente quando muita argila inerte

(finos inativos) estiver presente na areia, um falso quadro da areia será obtido, ou seja, uma

boa RCV e uma péssima RTU. O fato é que mesmo que o total de finos seja mantido não há

garantia que a areia contenha a quantidade certa de argila ativa, devemos avaliar a argila ativa

e a inativa no teste do volume total de finos (argila AFS).

Zona Condensação Água

Expansão da Sílica

Penetração do Metal no Molde

Zona de Umidade

Areia Moldagem

Metal Fundido

Irradiação do calor Areia Moldagem Seca

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11 - Permeabilidade

Diminuição do tamanho médio do grão implica numa redução da permeabilidade e da

fluidez da areia. A permeabilidade deve ser vista em relação a quantidade de gás produzido no

molde (água, materiais carbônicos, etc.) tanto quanto bem o grau de compactação é

suficientemente alto a temperatura do ferro. Por outro lado, permeabilidade não é dependente

do tamanho de grão médio mas também do volume total de finos ( grãos abaixo 0,02mm) bem

como distribuição do grão de areia e tamanho médio do grão. Normalmente, permeabilidade

acima de 50 é suficiente para ventilação adequada do molde.

12 - Compactabilidade

A medida da compactabilidade é uma prática decisiva e importante a fim de estabelecer o

comportamento das modernas máquinas automáticas de moldagem. Sendo estritamente

volumétrico o teste de compactação é independente do peso da areia. A influência do grau de

umidade ótima da mistura é mais importante que a pressão de compressão, um controle o

qual, tem muito mais em comum com moldabilidade.

Compactabilidade é um teste que dá uma boa indicação do grau da mistura ótima,

independente da composição da areia.

O teste de compactabilidade permite uma acurada adaptação da areia para as

características de compactação dadas em um máquina de moldagem. Mais que isto, oferece

uma boa base de referência quando o atual teor de umidade é substituído pelo percentual de

compactabilidade graficando os dados da areia. A água requerida pela areia é considerada e

pode se medida tão bem quanto a intensidade de mistura.

Esse teste elimina a subjetividade da velha moda “teste da mão”, o qual é realizado por

poucas pessoas, sendo que o teste de compactabilidade pode ser realizado por qualquer um.

O teste dá uma grande acuracidade, reproduzibilidade e determinação da possibilidade

objetiva por meios de experimentos, da quantidade de umidade da areia, e consequentemente

a condição da areia verde.

Graças ao ensaio de compactabilidade é possível a qualquer hora reproduzir a condição

específica da umidade independentemente da água requerida.

Uma especificação da areia a verde, significa uma especificação da umidade e da

compactabilidade.

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12.1 - Fator de Compressibilidade

Da simples observação de que cada vez que a DISA produz um molde, acarreta um teste

de compactabilidade na câmara de moldagem, pode-se concluir que a máquina de moldagem

dá informação sobre a qualidade da compressão da areia.

Em termos de valor da porcentagem, o fator de compressibilidade na câmara é uma

redução da espessura do molde do estado prévio para o estado após operação de

compressão.

A compressibilidade pode ser calculada na seguinte equação:

% Compressibilidade = Largura da câmara inicial ( c) – espessura do molde (T) x 100

Largura da câmara inicial (c)

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Onde a largura da câmara inicial é a distância atual entre as faces das duas placas

modelo antes da operação de compressão e a espessura do molde pode ser periodicamente

medida pelo operador da máquina.

O fator de compressibilidade determina se a energia de compactabilidade disponível da

Disamatic é utilizada da melhor maneira possível, ou em outras palavras, se a consistência da

areia satisfaz a característica da máquina de moldagem.

Se a areia tem um correto teor de mistura, a compressibilidade deveria ser: 18 a 24%

independente do modelo da Disamatic e parâmetros da máquina como pressão de sopro,

tempo de sopro, pressão de compressão, tempo de compressão, arejamento da areia, etc.

A dependencia da Resistência da Areia de Moldagem n o teor de umidade ou ponto

de mistura ótima ( Exemplo )

A influência do grau de mistura no fator de compressibilidade é mais importante do que o

sopro ou pressão de compressão. Entretanto, no julgamento da compressibilidade, a referência

deve ser para os parâmetros atuais da máquina.

O fator de compressibilidade pode ser aplicado como um método rápido de checagem da

qualidade da areia de moldagem. A profundidade da câmara é sempre constante para um

mesmo conjunto de placas modelo e deve ser indicado na folha de produção junto com todo o

RCV p/cm2

Resistência

Resistência

Água Absorvida

Pouca Água Muita Água

Teor de Umidade ( % )

Faixa para o ponto ótimo de mistura Ponto ótimo de

10 - 20 % mais umida do que a Resistência Máxima

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resto dos parâmetros de produção, incluindo os ajustes de máquina para este partícular

conjunto de placas.

O operador da máquina pode facilmente verificar a leve mudança superficial da

compactabilidade da areia de moldagem por comparação da espessura do molde produzida

com a espessura ótima do molde indicada na folha de Produção da placa modelo em questão.

Qualquer desvio da umidade ótima da areia resultará em uma mudança na espessura do

molde e consequentemente no fator de compressão. Um rápido feedback do operador da

máquina para o operador do sistema de areia causará uma resposta rápida pela correção do

teor da mistura para a próxima maçada de areia.

O método descrito abaixo é muito praticado mas não pode absolutamente substituir a

rotina de checagem das propriedades da areia de moldagem.

A compactabilidade e os fatores compressibilidade indicam a consistência da areia de

moldagem. De uma dada composição somente o correto teor de umidade acarretará uma ótima

resistência e fluidez. Este teor de umidade é chamado Umidade Ótima.

13 - Definição de Ponto Ótimo (Umidade Ótima)

Uma areia é dito estar no Ponto Ótimo quando tem um teor de umidade que é 10 – 20 %

maior que aquela a qual dá a máxima RCV ou uma compactabilidade de 40 ±±±± 2 AFS,

dependendo da composição da areia.

O excedente de 10 – 20% de água é destinado ao consumo de finos inativos, os quais

estão sempre contidos na areia. Se a areia tivesse somente argila ativa, o Ponto Ótimo teria

correspondência com a máxima RCV.

Checar o teor de umidade é extremamente importante, e a variação nunca deveria

exceder ± 0,25%. Portanto, a temperatura da areia não deveria exceder 40°C. Para manter

esta variação ao mínimo, a adição de umidade no misturador de areia deveria ser controlada

automaticamente.

No retorno a areia deve ser resfriada para manter constante a relação areia/ umidade. Isto

não é possível se a temperatura da areia é alta ou varia muito.

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Incrementando a Argila Ativa incrementará a água re querida na Areia de Moldagem

para manter a consistência ótima ( compactabilidade 40 ±±±± 2 % ), isto é, o ponto ótimo

muda para a direita.

Aumentar o Teor Total de Finos para constante Bento nita ativa. Necessidade de

umidade aumenta com decréscimo de RCV .

RCV

Compactabilidade Diminuindo a Resistência

Teor de Umidade

Aumentando o Teor Total de Finos ( Bentonita Ativa Constante )

RCV

Compactabilidade

Aumentando o teor de Bentonita Ativa ( Teor constante de Finos Inativos )

Teor de Umidade

Aumentando Resistência

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14 - Teor da Argila AFS (Teor total de finos)

Finos são definidos como todas as partículas que são menores que 0,02 mm.

Os seguintes ingredientes contribuem para o total teor de finos:

� Bentonita Ativa Finos ativos

� Bentonita Inativa

� Partículas de carvão

� Partículas de carvão inativas

� Finos naturais de areia base

Ambos, finos ativos e inativos requerem água e esta é a razão porque um acréscimo do

teor de finos também aumenta a umidade requerida na areia (acréscimo do ponto umidade

ótima) para uma compactabilidade constante de 40% ± 2%.

A figura da página anterior mostra que quanto maior o teor de bentonita ativa , mais alto

será o RCV bem como o Ponto Ótimo (umidade requerida) para taxas constantes de finos

inativos.

A 2º figura da página anterior mostra que quanto mais alto o teor de finos total (constante

teor bentonita ativa), mais alto será o teor de finos inativos e mais alta a umidade requerida e

decréscimo da RCV.

A DISA recomenda que a AFS (argila) – teor total de finos – deve ser mantido entre:

11 – 13 % - para máquinas tipo 2013

15 - Perda ao Fogo ( % Combustíveis)

A perda ao fogo mostra como quanto material combustível há na areia.

Durante o teste, os seguintes materiais são extraídos na ignição:

� Materiais Carbonáceos.

� Materiais Carbonáceos Inativos (coke).

Finos inativos

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� Resina de areia de macho residual.

� Água de cristalização da bentonita ativa.

Os valores teóricos ideais devem ser mantidos entre 3,5 a 7,5%, dependendo do

programa de produção, do tipo da peça e prováveis refugos que possam ser gerados. Cada

sistema de areia tem suas particularidades.

16 - Voláteis

O material volátil pode constituir de:

� Voláteis de materiais carbonáceos ativos

� Voláteis de resina residual do macho

� Água de cristalização de bentonita ativa

Os valores ideais material volátil deve ser mantido entre 1,5 a 3%.

17 - Materiais Carbonáceos

Critério de qualidade principal:

� Teor de água máx. 1,5%

� Teor de cinzas máx. 12%

� Materiais Voláteis mín. 30%

� Teor de enxofre máx. 1,5%

� Tamanho do grão (AFS 40) até 10%

(AFS 200) 45 – 65%

(Prato) 30 – 60%

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18 - Areia Base

A maioria da fundições usam areia de moldagem sintética, onde o sistema de areia é

produzido pela adição de argila montimorilonita, materiais carbonáceos e água.

A fim de poder manter o teor total de finos de areia no nível correto, o teor de finos na

areia base não deve exceder 0,5%.

A alcalinidade na areia nova não deve ser menor que PH = 8,5.

Para o tamanho médio do grão e distribuição – ver especificação de areia de moldagem.

Composição da areia de moldagem com indicação dos t estes padrões utilizados

para determinação dos componentes em questão.

Componentes Testes

Bentonita Ativa

Bentonita inativa Grãos de Sílica destruídos Finos da areia base Cinza

Teste de Azul de Metileno

Teor Total de Finos

Materiais Carbonáceos ativos

Material fixado para os grãos de Sílica

Perda a ignição

Análise de Peneiras

Coke aderente aos grãos de areia

Água de cristalização

Ligante para areia de macho

Parte da Argila Ativa

Coke solto

Gas Carbônico

Chamote

Sílica dividida

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A Bentonita Inativa pode ser partemente suprimida d o sistema de areia pela adição

de novos materiais.

19 - Recondicionamento da Areia de Moldagem

Se nós considerarmos uma nova massada de areia preparada com novos materiais e

sujeito ao vazamento, alguns dos materiais serão mais ou menos diretamente expostos ao

choque térmico, causando:

1. Destruição térmica dos grãos de sílica.

2. Queima dos grãos de bentonita.

3. Queima dos grãos de materiais carbonáceos.

4. Evaporação da água.

5. Formação de “torrões”.

6. Aquecimento da areia na mistura.

O mencionado fenômeno faz a nova massada de areia mudar a composição exigindo a

compensação para:

Água Argila Inativa Água Residual

Argila Inativa Suprimida

Argila Inativa

Argila Ativa

Argila Ativa Água Nova

Nova Argila Nova Água

Areia Areia Areia Areia

Água

Argila Ativa

Argila Ativa

Número de Vazamentos

Após 2nd Vazamento

Após 1nd Vazamento

Antes 2nd Vazamento

Após Recuperação

Água Residual

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� Materiais destruídos.

� Excessiva formação de finos inativos.

� Perda de umidade.

� Elevação na temperatura da areia.

� “Torrões” da areia.

O ajuste tem que ser realizado a fim de trazer a areia de retorno a condições de

moldabilidade.

Pela adição de novos materiais na areia de retorno durante a mistura, compensado por ter

sido destruído a areia de sílica, bentonita e carbonáceos e pela supressão de excessivos finos.

Dependendo da relação metal/molde (areia), a geometria do fundido, qualidade de areia

de moldagem, etc., o consumo de aditivos durante o processo de recondicionamento da areia

varia conforme %:

Bentonita 0,1 – 1,0%

Carvão 0,1 – 0,5%

Areia Nova 0,5 – 5,0%

Nenhum material de areia de macho rejeitado deve ser considerado como areia nova

(adição) para o sistema.

A figura ao lado pode ser de grande ajuda para a determinação da adição de material

novo recomendado a uma areia de moldagem com RCV de aproximadamente 2000 g/cm2 .

Como mostrado no diagrama, necessariamente a nova bentonita e areia nova (adição) pode

ser encontrada do teor de finos inorgânicos e relação areia/metal. O montante de novo carvão

a ser adicionado é normalmente calculado como 60% da nova bentonita adicionada (não se

aplica para materiais carbonáceos substituídos). Deve ser notado que o diagrama é verdadeiro

somente para ligas de ferro.

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Diagrama para determinação de adição de novo materi al para recondicionamento

da areia de moldagem com uma RCV de 2000 p/cm 2 ( somente para ligas ferrosas ).

20 - Controle Rotineiro da Areia

Deve-se estabelecer uma checagem rotineira na areia de moldagem. As propriedades da

areia testada são usadas para:

� Diagnósticos dos defeitos do fundido.

� Controle de qualidade da areia.

O controle da areia de moldagem consiste em dois passos:

1. Controle da mistura, areia nova, bentonita e adição de material carbonáceo para uma

quantidade predeterminada de areia de retorno durante o processo de mistura da areia

a fim de obter uma exata constancia predefinida.

2. Controlar a composição da areia de moldagem e resistência.

Adição de Bentonita Nova ( % )

Adição Total de Areia Nova ( % )

A nova adição de Carvão é calculada como 60 % da Bentonita nova. No caso materiais carbonicos sintéticos a adição de carvão novo deve ser feito de acordo com o teor de voláteis

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O primeiro passo é controlar manualmente a areia pelo operador do misturador ou por um

sistema automático de controle da compactabilidade.

O segundo passo é levar para o laboratório de areia de acordo com o programa

especificado.

21 - Controle da Consistência da Areia na Mistura

Esta parte do controle de processamento da areia consiste em uma checagem regular

para determinar se:

a) Dosagem de novos materiais e areia de retorno dentro do misturador corresponde aos

valores determinados.

b) A areia de retorno contém o grau necessário de dispersão antes de entrar no

misturador e durante a mistura.

c) A quantidade de água adicionada durante a mistura resulta na consistência da areia

predeterminada para uma dada composição da areia após o final do processo de

mistura.

O método de controle de dosagem depende do caminho ao qual os novos materiais são

transportados e medidos quando introduzido dentro do misturador.

O grau de dispersão da areia de moldagem depende do tipo de misturador e da

manutenção apropriada do sistema de areia, especialmente do misturador de areia.

A quantidade de umidade adicionada deve ser controlada por testes de consistência da

areia. A DISA recomenda o controle da compactabilidade como o mais independente método.

O operador do misturador deve checar a compactabilidade e o teor de água recentemente

misturada na massada.

Diferentes invenções (dispositivos) automáticos de controle da umidade da areia são

utilizáveis. Mas é recomendado usar aqueles baseados na medição da consistência da areia

(compactabilidade).

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22 - Teste de Areia no Laboratório

Um rápido controle das consistências da areia de moldagem é muito importante, mas

nada pode substituir o teste laboratorial da composição e propriedades da resistência e

moldabilidade da areia de moldagem.

A DISA recomenda tirar uma amostra de aproximadamente 5 Kg, para ser colocada

dentro de um recipiente fechado antes de cair areia no silo da DISA para determinar:

� RCV

� RTU

� Compactabilidade

� Permeabilidade

� Teor de água

� Teor de bentonita ativa

� Perda ao fogo

Os testes do teor de finos total e distribuição dos grãos de areia devem ser realizadas

pelo menos uma vez por semana.

Um programa de testes deve ser suplementado com análise de peneiramento

aproximadamente uma vez por semana.

A lista dos equipamentos de testes aplicados pode também ser entendida como o mínimo

equipamento requerido no laboratório de areia para teste de areia de moldagem para

Disamatic.

Os resultados dos testes serão reunidos em uma “Folha de Controle Diária da Areia” para

análise e histórico.

23 - Teste de Areia de Moldagem

Amostragem:

A amostragem da areia deve ser levada tão fechada quanto possível para os ensaios.

Em outras palavras, uma amostra de areia para uma checagem rotineira de laboratório deve

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ser levada antes de chegar a máquina de moldar, entretanto, uma amostra para o teste de teor

residual de água da areia de retorno deve ser levada antes de carregar o misturador.

A amostra deve ser mantida em um recipiente com tampa vedada para prevenir a

evaporação da umidade.

23.1 - Martelete para Corpo de Prova O martelete quer hidráulico ou mecânico, não é usado somente para a resistência,

permeabilidade das amostras, mas também para medição de compactabilidade. Quando fizer

um corpo de prova, tenha certeza de que a régua designada para a medição da

compactabilidade está incluída. A régua pode ser feita por si mesma, mas note que o tubo para

os corpos de prova são obtidos em dois tamanhos, 100mm e 120mm, a régua tem que se

adequar ao requerido.

Na medida de obter uniformidade e resultado consistente, o martelete deve ser montado

em uma base própria.

23.2 - Propriedades de Resistência Antes de proceder algum tipo de teste de resistência, tenha certeza que a máquina de

teste é propriamente calibrada. Normalmente um calibrador especial é obtido como uma opção

dos fabricantes das máquinas de teste.

A existência de aparelhos para determinação de resistência faz-se possível medir a

compressão a seco e a verde, resistência ao cizalhamento e spalling. Uma imediata

determinação para Resistência a Tração requer equipamento especial, o qual não é sempre

obtido. Entretanto o trabalho experimental do Dr. Boenisch´s , tem mostrado que há um

excelente método indireto na determinação da RTV, pelo uso da máquina padrão de teste de

resistência transportado para um teste (ensaio) spalling (δ5) como já mostrado.

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23.3 - RTU O ensaio RTU é uma das checagens auxiliares. Ele ajuda a determinar ( relativamente

rápido) quanto a bentonita ativa contribui para o teor finos total (teor argila AFS). O ensaio de

tração a úmido também dá um retrato da qualidade da betonita. Uma boa bentonita sódica e

bentonita cálcica ativada por soda cáustica em solução fica por volta de 30g/cm2 . Uma

bentonita cálcica ativada por soda cáustica rende entre 20-25g/cm2 , enquanto que uma

bentonita cálcica pura fica por volta de 15g / cm2 .

23.4 - Compactabilidade

A areia é peneirada e colocada dentro de um cilindro deixado rente a borda do cilindro

com uma régua e aplicado uma força de 10 Kgf/cm2 (140 psi). Outro método é o chamado três

golpes (método). A compactabilidade ideal (areia ideal) é aquela que atinge um valor de 40 ±

2%.