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Defeitos atribuíveis à areia de moldagem

Carbono lustroso

Areia verde: Defeitos (rugosidade, aderência, penetração) 2

Defeito de “carbono lustroso”

• Imperfeições superficiais do tipo “carbono lustroso” eram freqüentemente referidas como defeito de “resina”, “kish” e “fuligem” (“soot”), quase sempre associadas ao uso de ligantes que, ao se decompor termicamente durante o enchimento do molde, liberam grandes quantidades de hidrocarbonetos formadores de carbono vítreo ou lustroso

• Em quantidades moderadas esses voláteis podem ser benéficos: promovem atmosfera redutora que minimiza a oxidação do metal na interface molde-metal e melhoria do acabamento

• Atualmente esse tipo de defeito é associado principalmente ao emprego de resinas uretânicas e outras que contêm importantes quantidades de solventes aromáticos

• Os defeitos de “carbono lustroso” tornaram-se também um dos principais problemas na fundição com modelos evaporáveis (de poliestireno expandido)


• Em fundidos de aço (principalmente com seções espessas) podem surgir marcas de “sarampo” na superfície

• Em aços de alta liga (por exemplo os inoxidáveis) e em ligas à base de níquel, podem ocorrer porosidades superficiais e carburação

• Podem aparecer como superfícies enrugadas e brilhantes que lembram (e às vezes são confundidas com) juntas frias

• Sua aparência tem sido comparada com “pele de elefante”, “pele de jacaré” ou pés de galinha

• Ocorrem normalmente em faces externas mas podem também formar-se em faces formadas por machos

• Em peças finas, a acumulação de “carbono lustroso” pode resultarem falta de estanqueidade e também em “juntas frias” sub-superficiais

• O defeito é menos frequente em seções espessas. Sob certas condições, o “carbono lustroso” pode resultar em destacamento de lâminas ou bolhas rasas (blisters) sub-superficiais

Defeito de “carbono lustroso”ocorrência


Exemplos típicos de defeitos de “carbono lustroso” em ferros fundidos

Defeito de “carbono lustroso”aspectos


Peça para avaliar tendência a defeito de “carbono lustroso”:9” compr. X 8” larg. X ½” espess.

Defeito de “carbono lustroso”avaliação de tendências


Filmes aderentes às peças

Defeito de “carbono lustroso”estudos

Forte enrugamento superficial em peça



• O defeito de “carbono lustroso” pode ocorrer com vários sistemasligantes:– cura-a-frio óleo – resina alquídica – isocianato– sistemas cold-box e cura-a-frio fenólico – uretânico– cura-a-frio à base de uréia – álcool furfurílico (furânico)– shell molding (fenólico)

• Os defeitos relacionados com “carbono lustroso” não estão restritos a sistemas de ligantes químicos: são encontrados também em peças fundidas em areia verde contendo grandes proporções de pó de carvão



• Nos sistemas uretânicos a Parte I - resina fenólica (resina poli–benzílica–éter-fenólica) - é diluída com cerca de 50% de solventes, e a Parte II -resina de di-isocianato polimérico – é diluída com aproximadamente 25% de solventes

• Os solventes podem ser compostos alifáticos, aromáticos ou derivados de óleos vegetais (biodiesel), ou misturas destes

• Um dos objetivos principais dos solventes é o de reduzir a viscosidade do ligante, de modo a facilitar o bombeamento no misturador contínuo, proporcionar cobertura rápida e eficiente da areia e boa escoabilidade da areia preparada

• Além disso, os solventes aumentam a reatividade da resina e controlam a vida de banca

• Em sistemas de cura-a-frio o agente de cura é um catalisador à base de amina; em sistemas curados por gasagem emprega-se uma amina gaseificada, trietilamina (TEA) ou dimetiletilamina (DMEA)


Análises elementares

Tipo de ligante % C % H % N % O

Cold-box fenólico-uretânico (1971) 72,0 8,5 3,9 15,5

Cura-a-frio fenólico-uretânico (1971) 72,0 8,5 3,9 15,5

Cold-box fenólico-uretânico (2002) 73,0 7,9 3,9 14,8

Cold-box fenólico-uretânico (biodiesel) 68,4 8,1 4,0 20,0

Cold-box fenólico-uretânico (2002 todo aromát.) 74,6 7,6 3,4 14,8

Cura-a-frio fenólico-uretânico (2002) 75,3 8,0 3,4 13,7

Cura-a-frio furânico de alta qualidade (2002) 52,9 6,6 0,56 38,4

Cura-a-frio Resol – Éster (2002) 31,5 8,4 0,02 60,1


Reações possíveis

Reações possíveis na interface molde-metal (Naro 1999):Ligante H (nascente) H2 (g)

Ligante N (nascente) N (g)

Fe + H2O vapor (ligante) FeO + 2H (nascente)

3 H2 (ligante) + N2 (ligante) 2NH3(g) 6H(nascente) + 2N(nascente)

FeO + C (ligante) CO (g) + Fe

As primeiras quatro reações podem produzir porosidade tanto superficial quanto sub-superficial

Mas a última costuma resultar apenas em defeitos superficiais (marcas de “sarampo” ou, mais freqüentemente, dobras e rugas de “carbono lustroso” (Naro 1977)


Mecanismos de formação

Dobras e enrugamentos – Ferro fundido• A degradação do ligante com o calor do metal produz

hidrocarbonetos gasosos• Vapor rico em hidrocarbonetos subsequentemente recondensa

como depósitos de grafita pirolítica na forma de filmes na superfície da cavidade do molde

• À medida que mais metal flui para dentro do molde, esses filmes podem ser carregados à frente do fluxo de metal (como terra à frente de um equipamento de terraplanagem). Se não dissolvidos ou oxidados, esses filmes podem acumular-se alcançando espessuras importantes e a solidificação pode ocorrer contra esses acúmulos, dando origem ao enrugamento superficial característicodos defeitos de carbono lustroso.

• Há tendência a que os defeitos se formem ao longo das bordas do primeiro fluxo de metal a entrar no molde e também junto aos ataques e nas faces laterais e superior.


Imagens de filmes (MEV)

Defeito de “carbono lustroso”mecanismo de formação

Filmes de carbono lustroso formam-se

durante o enchimento


“Fratura” (separação) de partes de uma peça ao longo de filme de

carbono lustroso

Defeito de “carbono lustroso”dobras e enrugamentos – ferros fundidos

Enrugamento e dobra visível na superfície

Defeito de carbono lustroso visto em corte polido, assemelhando-se a

junta fria


Mecanismos de formaçãoMarcas de “sarampo” — Aço• Os filmes de carbono pirolítico reagem facilmente com a capa

oxidada de aço semi-sólido da peça, produzindo um “boil” de carbono (fervura) localizado na interface molde-metal, o que causa alterações severas na superfície ou marcas de sarampo.

• Adições de óxido de ferro vermelho (Fe2O3) relativamente puro a ligantes uretânicos são efetivas pra reduzir ou eliminar a formação de filmes de carbono lustroso e seus defeitos. Óxido de ferro preto (magnetita Fe3O4) não é tão eficiente para eliminar marcas de sarampo.


Marcas de “sarampo”, em aço

Defeito de “carbono lustroso”marcas de “sarampo” - aços


RecomendaçõesPARA ELIMINAR O DEFEITO DE CARBONO LUSTROSO• Evitar grandes perdas de temperatura nos canais (não usar

canais finos e longos); evitar turbulência; usar tempos de vazamento curtos (enchimento rápido)

• Se os canais já estão otimizados ou não podem ser alterados:– se possível, aumentar temperatura de vazamento– empregar adições oxidantes à areia (óxido de ferro vermelho

ou hematita), de 2% Fe203 até 3 ou 4%– como último recurso, estufar os moldes e machos a 260°C

por pelo menos 1 hora (ou até mudança de cor para marrom escuro) para remover os voláteis que formam carbono lustroso

• Os efeitos do tipo de areia e dos teores de ligantes são pequenos. E como o excesso de isocianato não reagido tende a aumentar apenas ligeiramente a severidade do defeito, não é vantajoso alterar as proporções de Parte I e Parte II visando minimizar o nível de isocianato

• O emprego de respiros e exaustão forçada dos gases contendo carbono reduz os níveis de defeito

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