Fundição em Areia:Processo e Características | Indústrias | Metalurgia

Neste artigo, discutiremos sobre o processo e as características da fundição em areia.

Processo de fundição em areia:

A importância da fundição em areia está aumentando dia a dia à medida que a pesquisa científica trouxe muitas aplicações e adaptações no campo da indústria de fundição. Esta é provavelmente a maneira mais fácil e conveniente de dar a forma desejada ao metal.

A areia é o material mais utilizado, pois pode ser facilmente embalado em qualquer formato, possui alta permeabilidade e resistência a altas temperaturas. Assim, formas complexas podem ser facilmente moldadas usando moldes de areia, o que poderia não ser possível de outra forma. A fim de garantir os melhores benefícios de custo e qualidade, os seguintes detalhes de design devem ser levados em consideração.

A Fig. 3.41 mostra um diagrama de fluxo do processo de fundição em areia.

Sistemas de vazamento automatizados:

A fim de obter menores custos de material e mão de obra, aumento da produtividade, melhor qualidade e melhores condições de trabalho, a tendência é a automação da fundição completa. Recentemente, foram feitas tentativas para sistemas automatizados de vazamento por indução.

Os sistemas de vazamento automatizados atuam como interface entre a fabricação de moldes e a fusão. Esses sistemas mantêm o metal derretido pronto para vazar e despeje o metal derretido no molde exatamente conforme necessário.

Os fornos de vazamento por indução, utilizando rolha controlada para vazar o metal fundido diretamente no molde ou em quantidades doseadas em panelas de fundição intermediárias, são usados ​​para este propósito e possuem as seguintes características - Manter a temperatura e a composição química do metal fundido constantes durante segurando e despejando; eliminar inclusões de escória do metal fundido derramado; adicione inoculados e materiais de liga no momento certo e em quantidades exatamente medidas; ajustar a taxa de vazamento à capacidade de admissão do molde; meça o peso do metal derramado com exatidão.

Tal forno de vazamento consiste em um invólucro cilíndrico com revestimento refratário, tampa vedada por pressão, indutor de canal flangeado, rolha e um sistema de controle de pressão. O enchimento e o vazamento são feitos através de dutos em forma de sifão, cujas extremidades inferiores estão localizadas na base do forno, para garantir um vazamento praticamente livre de escória.

O gás pressurizado força o metal fundido para dentro do bico de vazamento do forno através de uma rolha. O gás pressurizado também mantém o nível do metal fundido no bico constante, independentemente da quantidade variável de metal no forno. A taxa de vazamento do metal é controlada pelo movimento da rolha.



Um servo-cilindro pneumático ajusta o curso da rolha continuamente de acordo com o programa de vazamento.

Como as posições de vazamento nem sempre são as mesmas, o forno pode se mover em duas direções (longitudinal e transversal) em relação à unidade de moldagem. Um dispositivo hidráulico de inclinação permite que o forno seja completamente esvaziado.

O indutor em ângulo é flangeado na base da fornalha. O flange é refrigerado a água. Devido à tendência do metal mais quente para subir, a área ao redor da garganta está praticamente livre da formação de crosta, tornando-a acessível para limpeza mecânica. O próprio indutor é facilmente acessível do lado externo do forno. Por causa de sua altura total relativamente baixa, o forno não precisa ser colocado em uma cova, mas pode ser instalado no chão da fundição.

Os sifões de enchimento e vazamento também são fáceis de limpar mecanicamente. As partículas de óxido em suspensão produzidas nos dutos do sifão, principalmente quando o metal fundido é tratado com magnésio, são depositadas no revestimento refratário. As partes superiores dos sifões de enchimento e vazamento são, portanto, flangeadas para facilitar a limpeza.

Os fornos de vazamento por indução eliminam as inclusões de escória, garantem as taxas de vazamento necessárias, medem o peso do metal fundido com exatidão e mantêm a temperatura do fundido constante durante o vazamento. O metal fundido deve ser derramado a uma taxa compatível com a capacidade de entrada do molde.

Entre os últimos avanços da fundição está o monitoramento eletrônico do processo de vazamento, que pode ser controlado por circuito aberto usando o princípio teach-in ou controlado por circuito fechado regulando o nível da porta do molde.

A produtividade pode ser significativamente aumentada com o uso de panelas intermediárias, operadas como sistemas de inclinação ou com controle de rolha quando demandas especiais são feitas no processo de vazamento.

Os sistemas de vazamento modernos e automatizados permitem a operação de fundição contínua, mantendo o metal fundido pronto para vazar o tempo todo e garantindo que ele seja vazado no molde exatamente como necessário.

Provisão de bloqueio:

Uma fundição em areia é produzida despejando o metal fundido no molde através de uma porta chamada “portão”. É prática convencional localizar a comporta na linha de partição ou na parte inferior da peça fundida.

O sistema de gating (composto de bacia de vazamento, jito, corredor, portões, etc.) atinge o seguintes objetivos:

(i) Para direcionar o metal fundido para o molde com turbulência mínima. A turbulência excessiva causa aspiração de ar e formação de escória.

(ii) Para preencher o sistema de molde completamente. (Deve fazê-lo com o mínimo de perturbação, promovendo assim a limpeza e reduzindo a oxidação).

(iii) Distribuir o metal com o mínimo de perturbação para reduzir a erosão do material do molde e as consequentes inclusões de areia.

(iv) Para escorrer ou separar a escória ou outras matérias estranhas, isto é, conforme o metal flui através do sistema de passagem, areia solta, óxidos e escória devem ser impedidos de entrar na cavidade do molde, proporcionando ação de escumação. (É desejável que os apêndices, que dificultam o fluxo do metal, não sejam usados. Também os núcleos finos ou paredes divisórias, que podem estalar quando submetidos ao metal quente, devem ser evitados no projeto).

Seções mais pesadas devem ser alimentadas com metal quente suficiente através de cabeçotes e risers para compensar a tolerância de contração.

Requisitos de um sistema de portas ideal:

Como já mencionado, o sistema de gating inclui bacia de vazamento, sprue, corredores, risers e gates. O sistema de comportas deve promover gradientes de temperatura favoráveis ​​à solidificação direcional. A velocidade de entrada do metal deve ser mínima e livre de turbulência para evitar a erosão das superfícies do molde e do núcleo. O sistema de passagem deve ser compactado com a mesma ou mais força do que a cavidade do molde.

Várias partes do sistema de comportas devem ser arredondadas, suaves e aerodinâmicas para evitar turbulência e erosão. Deve-se evitar a formação de óxidos e outras escórias e mantê-la livre de areia solta e prevenir sua passagem para a fundição. Um corredor deve ser estendido a alguma distância além do último portão para reter qualquer escória do primeiro fluxo de metal. A escória e a escória presentes na concha não devem ser carregadas para a cavidade do molde.

O sistema de portas deve evitar a entrada ou absorção de ar / gases no metal enquanto passa por ele. Metal com superaquecimento excessivo pode aumentar o conteúdo de gás do metal e pode produzir mais escória e influenciar adversamente a solidificação direcional. Os portões devem conduzir o metal às seções mais pesadas de uma peça fundida, de preferência abaixo ou através de um espelho. Finalmente, o portão deve ser praticável e econômico de fazer.

Sistema de vazamento:

Os pontos importantes a serem considerados no projeto do sistema de vazamento de peças fundidas são:

(i) O fluxo de líquido não deve danificar (erodir) as paredes do molde.

(ii) O líquido não deve transportar areia ou material grosso para a fundição.

(iii) A aspiração de gases na corrente de metal fundido deve ser evitada.

(iv) Derramamento de metal com perda mínima de temperatura e estabelecimento de gradiente de temperatura nas superfícies do molde e dentro do metal para ajudar na solidificação direcional em direção ao riser.

Tudo isso pode ser alcançado por meio de um projeto adequado do sistema de portas e do sistema de poros adequado.

Para que nenhum ar seja absorvido pelo metal líquido em sua passagem descendente na comporta, o formato da comporta deve ser tal que a pressão do líquido em qualquer ponto da passagem não seja inferior à pressão atmosférica. Isso é possível quando os lados da comporta inferior são tornados hiperbolóides na seção.

Uma vez que a forma hiperbólica é difícil de produzir, a seção cônica com mais diâmetro na parte superior e menor na parte inferior pode servir ao propósito. Na prática real, uma bacia de vazamento é fornecida no topo e o metal é alimentado por meio de um jito vertical cônico e uma porta horizontal curta, como mostrado na Fig. 3.43. Este arranjo minimiza a oxidação e reduz o dano à cavidade do molde porque a força do metal que entra é reduzida.



A seção transversal do jito pode ser circular, quadrada ou retangular. O tamanho do jito geralmente varia de 10 mm quadrados para fundidos pequenos (abaixo de 12 kg) a cerca de 20 mm quadrados para fundidos pesados. O tamanho do jito deve ser suficiente para que ele seja mantido cheio durante toda a operação de vazamento, e o metal não entre na cavidade do molde com alta velocidade, causando respingos e turbulência.

Se o canal de injeção for reto com cantos agudos, ocorrerá forte aspiração, resultando em turbulência no metal. A aspiração é insignificante, sem turbulência, se o jito for cônico, os cantos arredondados, o jito bem fornecido e o reservatório do tipo barragem for feito.



A bacia de derramamento também reduz o efeito de erosão do fluxo de metal líquido vindo diretamente do forno e ajuda a manter uma altura de despejo constante. Um filtro de cerâmica pode ser colocado no topo do canal de entrada para remover a escória.

Um núcleo respingo de cerâmica pode ser colocado na parte inferior do jito para reduzir a força de erosão da corrente de metal líquido. Uma armadilha de skim bob colocada em uma porta horizontal pode ser fornecida para evitar que impurezas mais pesadas e mais leves entrem no molde.

Projeto do portão:

O portão é definido como a abertura do canal (passagem comum para fornecer metal para o número de cavidades) para o molde. O tamanho e a localização da comporta devem ser tais que garantam o enchimento rápido do molde, distribuição do metal na cavidade do molde em uma taxa adequada, sem perda excessiva de temperatura, turbulência, erosão mínima do molde, sem aprisionamento de gases e escórias, sem desenvolvimento de rachaduras no resfriamento e fácil remoção da comporta sem danificar a fundição.

Para evitar que areia solta e impurezas entrem na cavidade do molde e para permitir que o metal caia em um pequeno fluxo, uma bacia de despejo de grande tamanho é fornecida na parte superior do sprue-cum-riser ou um núcleo de filtro pode ser encaixado no despejo bacia.

Se o metal for derramado muito lentamente em uma cavidade de molde, a solidificação pode começar enquanto ele não está completamente preenchido. Se derramado muito rápido, a alta velocidade irá corroer a superfície do molde. Portanto, a velocidade ideal de vazamento é essencial.

Os portões, dependendo de sua posição, podem ser do tipo superior, de divisão e inferior. No caso de passagem superior, o metal fundido é derramado pela cabeça ou riser. Assim, a erosão do molde pela queda do metal deve ser assegurada pela fabricação de moldes rígidos. Neste caso, o metal quente permanece no topo e, portanto, gradientes de temperatura adequados são estabelecidos para solidificação direcional em direção ao riser. O portão superior pode ser feito para servir como riser.

Os portões superiores são geralmente limitados a moldes pequenos e simples ou peças fundidas maiores feitas em moldes de material resistente à erosão. A passagem superior não é recomendada para metais leves e oxidáveis, como alumínio e magnésio, por causa do medo de aprisionamento devido ao derramamento turbulento.



No sistema de portas da linha de partição, o metal entra na cavidade do molde no mesmo nível que a junta do molde ou linha de partição. O jito é conectado à fundição por meio de uma comporta na direção horizontal. Assim, é possível fornecer skimbob ou skim-gate para reter qualquer escória ou areia no metal. O estrangulamento que serve como restrição controla a taxa de fluxo.

No sistema de abertura inferior, o metal fundido flui para o fundo da cavidade do molde no arrasto e entra na parte inferior da peça fundida e sobe suavemente no molde e ao redor dos núcleos. As comportas inferiores são mais adequadas para peças fundidas de aço de grande porte. A turbulência e a erosão do molde são menos importantes neste caso. No entanto, o tempo necessário para preencher o molde é mais.

A solidificação direcional é difícil de ser alcançada na comporta inferior porque o metal continua a perder seu calor na cavidade do molde e quando atinge o riser, o metal se torna muito mais frio.

Efeito de aspiração:

Em um projeto de molde defeituoso, a velocidade do metal pode ser alta e, portanto, a pressão pode cair abaixo da atmosfera e os gases originados do cozimento de compostos orgânicos podem alterar o fluxo de metal fundido, produzindo peças fundidas porosas.

Dois casos são possíveis em moldes onde pode ocorrer pressão negativa. Um está no projeto do jito e outro, onde ocorre uma mudança repentina na direção do fluxo. Com referência à Fig. 3.47, será visto que a pressão nos pontos 1 e 3 é atmosférica.

Pelo teorema de Bernoulli, a pressão será negativa em 2, se o sprue for mostrado pelas linhas pontilhadas. Para superar esse problema, o sprue deve ser cônico, de preferência com a curva mostrada em uma linha firme entre 1 e 2.

Outra condição é mostrada na Fig. 3.48, onde, devido à mudança na direção do fluxo do metal, ocorre o efeito de contração da veia. Para evitar pressão negativa nesta região, o formato do molde deve ser conforme o perfil de contração da veia.

Razão de portas:

A relação de passagem é definida como a relação entre a área do canal de entrada e a área total do canal para a área total da passagem. Uma relação de passagem de 4:3:2 resulta em sistema pressurizado. Neste sistema, as proporções do jito, canal e área da seção transversal da comporta são organizadas de forma que a contrapressão seja mantida no sistema de comportas por uma restrição de filme de fluido nas comportas. Este sistema é adotado para metais como aço, ferro, latão, etc.

O sistema de portas pressurizado é mantido cheio de metal. A contrapressão devido à restrição nas comportas tende a minimizar o perigo do metal se afastar das paredes do molde com a conseqüente aspiração de ar. Os sistemas pressurizados são geralmente menores em volume para uma determinada taxa de fluxo de metal do que os não pressurizados.

Assim, menos metal é deixado no sistema de passagem e o rendimento da fundição é maior. No entanto, turbulência severa pode ocorrer nas junções e cantos, a menos que um alongamento cuidadoso seja empregado. Alta velocidade e turbulência resultam em aprisionamento, formação de escória e erosão de mofo.

No caso de sistema não pressurizado, a restrição primária ao fluido está no ou muito próximo ao canal de entrada. As relações de passagem como 1:3:3, 1:2:2 produzirão um sistema não pressurizado. Esse sistema é adotado para metais leves e oxidáveis, como alumínio e magnésio, onde a turbulência deve ser minimizada diminuindo a taxa de fluxo do metal.

No caso de sistemas não pressurizados, é necessário um projeto cuidadoso para garantir que eles sejam mantidos cheios durante o vazamento. Os corredores de arrasto e portões de proteção ajudam a manter um corredor cheio, mas uma racionalização cuidadosa é essencial para eliminar os efeitos de separação e consequente aspiração de ar.

Solidificação direcional:

Conforme o metal fundido no molde esfria, ele se solidifica e se contrai em volume. Uma vez que todas as partes de uma peça fundida não esfriam na mesma taxa devido a seções variáveis, taxa variável de perda de calor para paredes de molde contíguas, etc., vazios e cavidades podem ser formados em certas regiões da peça fundida.

Em um bom projeto de fundição, esses vazios são preenchidos com metal líquido da parte da fundição que ainda é líquida. Assim, a solidificação deve continuar progressivamente da seção mais fina que se solidifica primeiro em direção aos risers, que deve ser a última a se solidificar. Este processo é conhecido como ‘Solidificação Direcional’, cujo objetivo é a produção de peças sonoras.

A solidificação direcional pode ser garantida projetando e posicionando o sistema de gating e risers corretamente, aumentando a espessura de certas seções da fundição pelo uso de enchimento, usando materiais exotérmicos nos risers ou na areia de revestimento em torno de certas porções da fundição, usando arrepios nos moldes.

As impurezas podem ser evitadas de viajar para o molde, observando o seguinte:

(i) A provisão de uma bacia de vazamento de tamanho adequado ajuda a quebrar a força de erosão do fluxo de metal fundido, conforme é derramado de uma concha. Um projeto adequado de bacia de vazamento regula a taxa de entrada do metal, permite que o metal flua para o jito suavemente e evita turbulência.

(ii) O fornecimento de filtro de cerâmica no canal de entrada ajuda a evitar que a escória da panela entre na fundição.

(iii) O impacto máximo é sentido no fundo do jito vertical, de onde a areia provavelmente sofrerá erosão e entrará no molde. Isso pode ser evitado com o fornecimento de um núcleo respingo de cerâmica na parte inferior do canal vertical.

(iv) Os cantos agudos no caminho do fluxo de metal devem ser alongados para evitar turbulência e bolsões mortos (Consulte a Fig. 3.46).

(v) O fornecimento de skim bob ajuda a reter as impurezas mais pesadas e mais leves que fluem para a fundição.

Espessura da seção:

A espessura mínima da seção que pode ser derramada para vários metais é limitada devido à diferença nas temperaturas de solidificação e na fluidez. Deve ser utilizada a espessura mínima da seção que proporcionará a resistência ou peso necessários, sem exigir temperaturas excessivas para garantir o funcionamento.

Os valores normais de espessura mínima para peças fundidas de projeto simples são 3 mm para ferro fundido, 2,25 mm para ferro maleável, 6 mm para aço, 2,25 mm para latão e bronze e 3 mm para alumínio. Se o comprimento do fluxo for maior, então uma espessura maior do que os valores dados acima devem ser fornecidos. O valor mínimo de espessura para obtenção de fundições sólidas será alto, se houver complexidades na cavidade do molde.

Deve haver a maior uniformidade possível da seção de metal entre os ressaltos e as saliências e o corpo da peça fundida, a fim de permitir a alimentação adequada da saliência ou das saliências.

Risering:

O riser é um orifício cortado ou moldado na capa para permitir que o metal fundido se eleve acima do ponto mais alto da peça fundida. Ele fornece uma verificação visual para garantir o preenchimento da cavidade do molde.

Ele serve como um alimentador para alimentar o metal fundido na cavidade principal de fundição para compensar o encolhimento. O projeto do riser deve ser tal que estabeleça gradientes de temperatura dentro da fundição de modo que a fundição solidifique direcionalmente em direção ao riser. Também ajuda na ejeção fácil do vapor, gás e ar da cavidade do molde enquanto o preenche com o metal fundido.

Para maior solidez, no caso de fundição com seções delgadas podem ser utilizados vários risers. Para eficácia, o riser deve ser a última parte da fundição a solidificar.

Provisões de riser:

Depois que o molde foi preenchido, o metal entra nos degraus. Risers atuam como reservatório e regulador de gradiente de calor e fornecem o metal fluido necessário para compensar o metal líquido e a contração de solidificação. Os risers geralmente estão localizados na parte superior da seção que está sendo alimentada.

Dependendo do metal a ser fundido, seu volume é mantido entre 25 e 55% da fundição. É importante notar que os risers estão localizados de forma adequada para que não haja necessidade de remoção excessiva de metal para produzir o contorno acabado. Risers são conectados à fundição por um pescoço de metal chamado de portão que permite que o riser seja removido facilmente da fundição após a solidificação.

Design do riser:

Se nenhum riser for fornecido durante a fundição, a solidificação começará a partir das paredes e o metal líquido no centro será circundado por uma casca solidificada e o líquido em contração produzirá vazios em direção ao centro da fundição. O resfriamento adicional do sólido no centro cria tensões indesejáveis ​​na fundição.

O fornecimento de risers supera esses problemas, pois fornecem metal fundido para uma fundição de solidificação. Para isso, os risers devem ser grandes o suficiente para permanecerem líquidos após a solidificação da peça fundida e devem conter metal suficiente para suprir as perdas por contração. Além disso, estes devem ser posicionados de forma que continuem a fornecer metal durante o período de solidificação.

Projeto e posicionamento de risers:

A forma mais eficiente de um riser de determinado tamanho é aquela que resulta em um mínimo de perda de calor, permanecendo assim quente e mantendo o metal em estado fundido o maior tempo possível. Em outras palavras, um riser deve ser projetado com o volume mínimo possível, mantendo uma taxa de resfriamento mais lenta do que a da fundição.

A melhor forma para a execução geral de peças fundidas para atingir o objetivo acima é o cilindro. A altura do riser deve ser alta o suficiente para que qualquer tubo formado nele não possa penetrar na fundição. A relação entre a altura e o diâmetro geralmente varia de 1:1 a 3:2.

O diâmetro ideal do riser para uma dada fundição pode ser obtido pelas seguintes regras:

(a) Chvorinov’s Rule:

It states that the freezing time



(b) Caine’s Method:

This method is based on the relative freezing time of the casting and the riser. It defines the relative freezing time of the casting and the riser.

It defines the relative freezing time to complete solidification as the ratio of surface area of casting ÷ volume of the casting :surface area of riser ÷ volume of the riser.

According to Caine, (1) if the casting solidifies infinitely rapidly, the feeder (riser) volume should be equal to the solidification shrinkage of the casting, and (2) if the feeder and casting solidify at the same rate, the feeder should be infinitely large.

Fig. 3.49, shows this hyperbolic relationship between the relative freezing time and relative volume.







Further, for a casting with a low A/V ratio, as in the case of a cube and sphere, one central riser may be able to feed the entire casting. However, when A/V ratio is high, as in the case of a bar and a plate, more than one riser is necessary. Proper location of riser is essential in such a case.

For a steel plate of 100 mm thickness, one central riser is adequate if the maximum feeding distance is less than 4.5 t from the edge of riser [Refer Fig. 3.51 (a)]. If more risers are required, distance between two nearest edges of risers should be less than 4 t [Refer Fig. 3.51 (6)].

For a bar of square cross-section of 50—200 mm side (s), a central riser is good if maximum feeding distance is 30√s from the edge and distance between two risers (nearest edges) should be less than 1.2 s.



The feeding distance of the riser can be increased by using chills, which provides sharp thermal gradient and decreases feeding resistance. In the case of single riser, chill should be placed at the end and for more than one riser, it should be placed midway between two risers.

The proper placement of riser is equally important since it should be able to feed the solidifying casting effectively. If the casting is of cubical or spherical shape, (i.e. of chunky shape having low value of A_c /V_c ) then a single riser is adequate to feed casting on solidification. However when value of A_c /A_c is high (as in case of bar and plate shaped castings), more than one riser may be required.

If only a single riser is used in such cases then the slushy state just prior to solidification may restrict metal flow from a single riser and cause centre-line shrinkage. As a thumb rule, it can be said that a single riser is adequate, if feeding length is less than 4.5 times the thickness of plate for 12-100 mm thick steel plates.

In the case of square bars of size (side) 50—200 mm, a central riser can be used for distances of less than 6 times V bar size. Longer feeding distances than above are possible by use of chills, which increase the cooling rate and reduce centre line feeding resistance. In the case of alloys having higher centre-line feeding resistance than steel, chills have to be used to ensure soundness of those parts of the casting requiring the greatest strength.

Exothermic materials are sometimes used in risers for producing directional solidification by creating heat. They consist of oxides of metals like iron, chromium, nickel or copper and aluminium metal in powder form.

These compounds may either be added to the surface of the molten metal in the riser just after pouring, or these may be added to the sand of riser walls. A chemical reaction takes place due to the contact with molten metal producing a large amount of heat. Thus, the metal in the riser gets superheated remaining molten for a longer time.

Provision of insulating pads and sleeves around risers helps to conserve heat. Provision of suitable chills at desired locations also helps promote directional solidification.

Solidification Influence:

The design of the casting section should be such that it allows the risers to fulfil the needs of supplying hot metal and controlling directional solidification. For example, in Fig. 3.52, the molten metal will solidify inward from the metal mould interface by progressive solidification.

With proper conditions of temperature differentials, the intersection of the progressive freezing will move upward into the location of the hottest spot, which should be within the riser. This is called “directional solidification” .



If the height of any section is too much in comparison to its cross-section, then the progressive solidification rate will exceed the directional solidification, and result in fine centre-line porosity or even a larger or series of large cavities. In order to avoid such a condition, it is essential that the cross-section tapers downwards being larger at top and smaller at bottom.

Section Proportioning:

If the sections can be adequately fed, the limitations of section proportioning are not so critical as the design of the junction. Contraction stresses due to widely differing temperature gradients need to be taken care of. It is ordinarily possible to produce castings without recourse to chills where sections thicknesses are not less than 80% or more than 120% of adjacent section, as regards section variations remote from risers.

Junctions and Shrinkage:

Shrinkage cavities caused by improper directional solidification are most often likely to occur in L, T, Y, X sections and where large sections are joined with small sections abruptly. What happens in these sections is that, there being a greater mass at the junction point compared to the legs, the junction point area becomes a hot spot with directional freezing progressing towards the hot spot, which in turn feeds the legs and develops the shrinkage cavity.

The hot spot can be eliminated by either making the section more uniform or using chills near the cross-section of larger mass (Refer Fig. 3.53). Although every effort must be made to prevent isolation of heavy sections which can become ‘hot spots’, sometimes it becomes difficult.

Under such circumstances, it is left to the foundry man to control the freezing by means of:

(i) Special manipulation of the position of risers in mould,

(ii) Controlling the speed of pouring,

(iii) Utilising hot metal in the risers,

(iv) Using mould materials of different thermal characteristics.

Fillets:

Adequate fillets at all intersections materially increase the strength soundness of castings. Size of fillets depends on the metal used, shape and thickness of wall section and the size of the casting. Fillet radius should not be more than the section thickness.

Eliminating Hot Tears:

In a casting, hot tears result from temperature gradients, establishing different rates of contraction during solidification and thereby, inducing stresses due to resistance of the sand of a magnitude sufficient to cause fracture. These can be minimised by adopting good design, i.e. avoiding abrupt changes in section, sharp angles and non-uniform webs connected to flanges.

Eliminating Gases in Castings:

Gases in castings may appear as gas holes, (big holes, few in number distributed at several places in the casting), pin holes (small holes, large in number near the top of casting), pin holes (small holes distributed throughout the casting). Proper riser design and adequate venting of permeable moulds in essential to avoid these defects.

Another source of gases is from the dissolved gases in the liquid metal at high temperature, which on cooling are given off. Vacuum melting and vacuum degassing (placing liquid metal in low pressure chamber to remove dissolved gases) can be used to reduce gas in melts.

Characteristics of Sand Castings:

1. As solidification of metal is under non-equilibrium conditions, the castings are susceptible to cooling-cracks if proper care in design is not taken. Shrinkage problems can be taken care of by promoting directional solidification by use of tapers, metal chills in mould walls, and reduction in hot spots at junctions of uniform sections.

2. Solidified metal has poor finish. Surface is affected by pattern finish, sand structure, mould dressings, mould venting and access to mould for cleaning out loose sand par­ticles before mould is closed.

3. Sand castings are porous enough and, therefore, cannot be used for pressure tight vessels (generally used upto 10 kg/cm ² )

4. Structure obtained by sand casting is loose and hence not stronger than wrought products.

5. As the grains are not close, the casting has lower density and poor strength.

6. Castings obtained by moulding process have good hardness. Internal stresses can be eliminated by avoiding sharp corners and physical restraint.

7. Sand castings have poor ductility.

8. The moulding method is suitable for moderate and particularly large castings and unsuitable for thinner sec­tions.

9. The suitability of sand castings lies with high melt­ing point of molten metal.

10. The sand castings are less costly because the cost of sand moulds is less.

11. Internal soundness of castings can be ensured by minimising gas evolution during solidification and avoiding turbulence while pouring. Physical restraint should be pre­vented as it leads to hot tearing.