Areia de moldagem:Tipos e constituintes | Fundição | Metalurgia

Neste artigo iremos discutir sobre:- 1. Definição de Areia de Moldagem 2. Tipos de Areia de Moldagem 3. Principais Constituintes.

Definição de Areia de moldagem :

A principal matéria-prima usada na moldagem é a areia de moldagem, pois ela fornece várias características principais que não podem ser obtidas de outros materiais. Areia de moldagem é definida como partículas granulares resultantes da quebra de rochas, devido à ação de forças naturais, como geadas, vento, chuva, calor e correntes de água. As rochas têm uma composição complexa e a areia contém a maioria dos elementos das rochas.

Por esse motivo, a areia de moldagem difere consideravelmente em diferentes partes do mundo. Na natureza, encontra-se no fundo e nas margens de rios e lagos. A areia de moldagem é classificada em diferentes categorias de acordo com a natureza de sua origem.

Os principais constituintes das areias de moldagem são os seguintes:

i. Sílica (SiO ₂ ) —86 a 90%,

ii. Alumina (Al ₂ O ₃ ) —4 a 8%,

iii. Óxido de ferro (Fe ₂ O ₃ ) —2 a 5% com menores quantidades de óxidos de Ti,

iv. Mn

v. Ca e alguns compostos alcalinos.

Areia natural:

Também é chamada de areia verde e é coletada de recursos naturais. Ele contém água como único aglutinante. Tem a vantagem de manter por muito tempo o teor de umidade, possuindo uma ampla faixa de trabalho de teor de umidade, permitindo fácil remendo e acabamento dos moldes.

Areia Sintética:

É uma areia artificial obtida pela mistura de areia relativamente livre de argila, aglutinante (água e bentonita) e outros materiais conforme necessário. É uma areia de moldagem melhor, pois suas propriedades podem ser facilmente controladas variando o conteúdo da mistura.

A composição da areia sintética verde para fundições de aço é como abaixo.

Nova areia de sílica - 25%, areia velha - 70%, Bentonita - 1,5%, Dextrina - 0,25% e umidade - 3 a 3,5%.

A composição da areia sintética seca para fundições de aço é como abaixo.

Areia de sílica líquida - 15%, areia velha 84%, Bentonita - 0,5% e umidade - 0,5%.

Além disso, existem certas variedades de areias especiais como Zirconite, Olivin, etc. Estas areias especiais são mais caras do que a sílica e, portanto, utilizadas apenas onde o seu uso é justificado.

Tipos de areia para moldagem:

As areias de moldagem podem ser classificadas, de acordo com seu uso como em:

(i) Areia Verde:

Quando a areia está em seu estado natural (mais ou menos úmido), é chamada de areia verde. É uma mistura de areia sílica, com 18 a 30% de argila e 6 a 8% de água. A argila e a água dão força de união à areia verde.

É bom, macio, leve e poroso. Estando úmido, ele mantém a forma que lhe foi dada sob pressão durante a compressão.

À medida que o molde se torna denso por compactação, a estrutura se torna porosa por ventilação. As arestas vivas são evitadas na moldagem com areia verde, porque, sendo fracas, quebram quando o metal quente é derramado.

A areia verde é geralmente usada para fundir moldes de pequeno ou médio porte. Uma produção maior pode ser obtida a partir de um determinado espaço, visto que o custo e o atraso envolvidos na secagem dos moldes são economizados. O pó de carvão é misturado à areia verde para evitar defeitos na fundição.

(ii) Areia seca:

A moldagem com areia seca é empregada em grandes peças fundidas. Os moldes preparados na areia verde são secos ou cozidos para retirar, quase, toda a umidade da areia úmida. A estrutura das caixas de moldagem após a secagem torna-se mais resistente e compacta. A ventilação é, portanto, necessária, mas não tanto, como no caso do molde de areia verde. Para moldes pesados maiores, estrume de vaca, estrume de cavalo, etc. são misturados com a areia de grãos mais grossos.

(iii) Areia argilosa:

É uma mistura de argila e areia moída com água até formar uma pasta plástica fina, a partir da qual os moldes são feitos sobre um suporte de tijolos macios.

A areia argilosa contém até 50% de argila e é muito seca. Ele também contém argila de fogo. Deve ser suficientemente adesivo para segurar as superfícies verticais da estrutura rugosa do molde. Esterco e esterco picado são comumente usados para ajudar na ligação. O teor de umidade é de 18 a 20%.

A argila é seca muito lenta e completamente antes de estar pronta para fundir. É usado para fundir peças fundidas de formato regular maiores, como recipientes para produtos químicos, tambores, etc.

(iv) Areia frontal:

É usado diretamente próximo à superfície do padrão e entra em contato com o metal fundido. Por estar sujeito às mais severas condições, deve possuir alta resistência e refratariedade. É feito de areia sílica e argila, sem adição de areia usada.

Diferentes formas de carbono conhecidas como materiais de revestimento (por exemplo, pó de plumbago, chumbo de Ceilão ou grafite) são usadas para evitar que o metal queime na areia. Às vezes, eles são misturados com areia de moldagem fina de 6 a 15 vezes para fazer revestimentos de molde.

Camada de areia de revestimento em um molde, geralmente varia de 20 a 30 mm. A areia de revestimento compreende 10 a 15% de toda a quantidade de areia de molde.

(v) Areia de apoio:

A velha areia de moldagem usada repetidamente, de cor preta devido à adição de pó de carvão e queima ou contato com metal fundido é conhecida como areia de fundo ou areia de piso ou areia preta. É usado para preencher o molde na parte de trás da camada de revestimento. É fraco na força de ligação porque as arestas afiadas do grão de areia tornam-se arredondadas devido à alta temperatura do metal fundido e à queima do conteúdo de argila.

(vi) Areia do sistema:

Isso é usado na moldagem à máquina para encher o frasco inteiro. Sua resistência, permeabilidade e refratariedade devem ser maiores do que as da areia de apoio.

(vii) Areia de divisão:

As caixas de moldagem são separadas e não aderem umas às outras ao espalhar uma areia fina e seca chamada de ‘areia de divisão’. A areia de divisão também é usada para evitar que a areia verde grude no padrão. É areia de sílica limpa e livre de argila. A areia queimada do núcleo também pode ser usada para esse fim.

(viii) Core Sand:

É usado para fazer núcleos. É areia de sílica misturada com óleo de núcleo (óleo de linhaça, breu, óleo mineral leve e outros aglutinantes). Por uma questão de economia, breu ou farinha e água podem ser usados como areia de núcleo para núcleos grandes.

(ix) CO ₂ - Areia:

Em CO ₂ areia, os grãos de sílica, em vez de serem revestidos com argila natural, são revestidos com silicato de sódio. Esta mistura é primeiro empacotada ao redor do padrão e então endurecida passando CO ₂ através dos interstícios por cerca de um minuto. A areia assim endurece e produz um molde forte.

(x) Shell Sands:

Areias conchas são areias sintéticas revestidas com fenol ou resinas de ureia-formaldeído e curadas contra um padrão de aquecimento para produzir uma concha muito forte e fina. Nenhuma areia de apoio é necessária para fornecer suporte para o peso da peça fundida. Uma vez que as ligas solidificam em altas temperaturas, as resinas não são dissociadas. Mas os moldes se desintegram quando a fundição solidifica devido ao rompimento da ligação química pelo calor da fundição de solidificação.

(xi) Areias da face:

Normalmente, a areia de revestimento é aplicada primeiro no padrão, de modo que somente ela entre em contato com o metal fundido. Essa areia é refratária o suficiente para não se fundir e queimar ao entrar em contato com o metal.

(xii) Areias de apoio:

Estes são aplicados como suporte mecânico de apoio para a areia oposta. Eles são permeáveis para permitir que os gases escapem.

(xiii) Lavagens de Molde:

Estas são pastas de grãos de cerâmica finos. Estes são aplicados sobre as superfícies do molde para minimizar a fusão dos grãos de areia opostos. Estes também produzem uma superfície mais lisa na fundição devido ao preenchimento dos interstícios.

Principais constituintes da areia de moldagem :

Sílica, argila (ligação) e umidade são os três principais constituintes da areia de moldagem. A sílica na forma de quartzo granular (ela própria uma areia) é o principal constituinte da areia de moldagem. A areia de sílica contém de 80 a 90% de óxido de silício e é caracterizada por alta temperatura de amolecimento e estabilidade térmica. Ele transmite refratariedade, resistividade química e permeabilidade à areia.

É especificado de acordo com o tamanho e a forma. Os grãos de areia podem ser finos, médios ou grossos quanto ao tamanho, e podem ser redondos, semiangulares ou compostos quanto à forma. Areia fina é desejável para fundições pequenas e complexas. Como os grãos finos ficam próximos, a permeabilidade é pobre. A areia de tamanho médio é usada em trabalhos de bancada e em trabalhos de piso leve. Partículas grossas são usadas para grandes peças fundidas para permitir que os gases escapem.

O tamanho do grão é determinado passando a areia por telas de peneiras. Os grãos arredondados têm menos contato e falta de resistência; a permeabilidade é alta. Os grãos subangulares são comparativamente menos permeáveis do que os grãos redondos. Grãos angulares com bordas definidas fornecem mais resistência e menos permeabilidade. Os grãos compostos que são grumos duros não são preferidos.

O óxido de silício é obtido a partir de rochas de quartzo ou pela decomposição do granito (composto por quartzo e felspato).

O felspar quando decomposto, torna-se argila que confere plasticidade à areia de moldagem no estado úmido, ou seja, transmite a ação de ligação necessária e a força na presença de umidade e aumenta sua resistência após a secagem. Normalmente, a quantidade de argila encontrada na areia de sílica varia de 6 a 10%.

A argila consiste, na verdade, em lodo fino (depósito mineral sem propriedade de ligação) e argila fina, que confere a força de ligação necessária à areia do molde para que o molde não perca sua forma após a compactação. No entanto, diminui a permeabilidade. O excesso de argila causa rachaduras no molde após a secagem.

Óxidos de ferro magnésia, soda potássica, cal e água são as outras substâncias encontradas na areia de moldagem. Uma boa areia de moldagem contém impurezas abaixo de 2 por cento. A moldagem com areia verde é realizada com areia de baixo teor de umidade (3 a 5%). Na moldagem em areia seca, mais água está presente ao fazer o molde, pois é benéfico para promover a resistência da ligação seca após o armazenamento.

Muitas vezes, pó de carvão também é adicionado, o que torna a areia mais aberta e ajuda a resfriar o molde após o vazamento do metal. Ele absorve uma grande quantidade de calor, evitando que os grãos de areia superaquecem e se fundam. Ele também libera CO ₂ cuja película protetora ajuda a manter o metal e a areia separados um do outro.

Fig. 3.17 mostra quatro tipos de grãos de areia. O sucesso de um processo de fundição depende em grande medida da resistência à compressão, permeabilidade (taxa de fluxo de gás através de espécimes de areia sob pressão diferencial especificada através dele), deformação, capacidade de fluxo (capacidade da areia de fluir ao redor e sobre o padrão durante a compactação ) e refratariedade da areia de moldagem. A Fig. 3.18 mostra como o teor de umidade na areia de moldagem (para uma dada proporção areia-argila) afeta todas essas propriedades importantes da areia de moldagem.

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