Areia de Moldagem: Propriedades, Tipos e Produção na Fundição

Neste artigo, abordaremos o que é areia de moldagem, propriedades da areia de moldagem e tipos de areia de moldagem.

O material principal utilizado em fundições para moldagem é a areia, pois possui propriedades essenciais para esse fim.

Origens

Todas as areias são formadas pela fragmentação de rochas devido à ação de forças naturais como geada, vento, chuva, calor e correntes de água. As rochas, no entanto, são complexas em sua composição, e as areias contêm a maioria dos elementos das rochas das quais são fragmentos. Por esse motivo, as areias de moldagem em diferentes partes do mundo variam consideravelmente. Hoje, a areia é obtida de locais que provavelmente já foram fundos e margens de rios e dunas de areia.

No Brasil, as areias de fundição são encontradas em diversas regiões, como nas bacias dos rios Paraná, São Francisco, e em depósitos costeiros e fluviais.

Principais Componentes

Os principais ingredientes das areias de moldagem são: (1) grãos de areia de sílica, (2) argila, (3) umidade e (4) materiais diversos.

A sílica na forma de quartzo granular, ela própria uma areia, é o constituinte principal da areia de moldagem. A areia de sílica contém de 80 a 90 por cento de dióxido de silício e é caracterizada por alta temperatura de amolecimento e estabilidade térmica.

É um produto da fragmentação de rochas de quartzo ou da decomposição do granito, que é composto de quartzo e feldspato. O feldspato, ao se decompor, torna-se argila (silicato de alumínio hidratado). No entanto, os grãos de areia de sílica conferem refratariedade, resistência química e permeabilidade à areia. São especificados de acordo com seu tamanho e forma médios.

Argila é definida como as partículas de areia (com menos de 20 mícrons de diâmetro) que não sedimentam a uma taxa de 25 mm por minuto quando suspensas em água. A argila consiste em dois ingredientes: silte fino e argila verdadeira. O silte fino é uma espécie de matéria estranha ou depósito mineral e não tem poder de ligação.

É a argila verdadeira que confere a resistência de ligação necessária à areia de moldagem, para que o molde não perca sua forma após a compactação. A argila verdadeira é composta por agregados extremamente minúsculos de partículas cristalinas, geralmente em forma de flocos, chamadas minerais de argila. A maioria das areias de moldagem para diferentes graus de trabalho contém de 5 a 20 por cento de argila. A umidade, na quantidade necessária, fornece a ação de ligação da argila.

Quando a água é adicionada à argila, ela penetra na mistura e forma um microfilme que reveste a superfície das partículas de argila em forma de flocos. A qualidade de ligação da argila depende da espessura máxima do filme de água que ela pode manter. A ação de ligação é considerada ideal se a água adicionada for a quantidade exata necessária para formar o filme. Por outro lado, a ação de ligação é reduzida e o molde enfraquece se houver excesso de água. A água deve estar entre 2 e 8 por cento.

Materiais diversos encontrados, além de sílica e argila, na areia de moldagem são óxido de ferro, calcário, magnésia, sódio e potássio. As impurezas devem ser inferiores a 2 por cento.

Classificação

Tipos de areias de moldagem: podem ser classificadas geralmente em três tipos diferentes: (1) areias de moldagem naturais, (2) areias sintéticas ou de alta sílica, e (3) areias especiais.

1. Areias de Moldagem Naturais

Areias de moldagem naturais, chamadas de areias verdes, são retiradas de leitos de rios ou escavadas de fossas. Possuem uma quantidade apreciável de argila que atua como ligação entre os grãos de areia e são usadas como recebidas, com adição de água. A quantidade e o tipo de mineral argiloso presente afetam a resistência, tenacidade e refratariedade da areia.

Também são obtidas pela trituração e moagem de arenito amarelo macio, rochas carboníferas, etc. Durante a moagem, os agregados de argila se rompem e as partículas de argila são distribuídas uniformemente sobre os grãos de areia. A forma dos grãos dessas areias deve ser subangular a arredondada.

Devido à sua facilidade de disponibilidade, baixo custo e alta flexibilidade operacional, as areias de moldagem naturais são usadas para a maioria das peças fundidas ferrosas e não ferrosas leves. Os requisitos dessas areias são atendidos pela IS: 3343-1965, que as classifica em três graus A, B e C, de acordo com seu teor de argila e temperatura de sinterização.

2. Areias Sintéticas

Areias sintéticas são basicamente areias de alta sílica contendo pouco (menos de 2 por cento) ou nenhum ligante (argila) em forma natural. Ocorrem como depósitos soltos ou mal consolidados de origem sedimentar, dunas sopradas para o interior a partir da costa ou depósitos acumulados em estuários e rios ao longo da costa.

Também são produzidas em fundição pela primeira trituração de arenitos quartzíticos e posterior lavagem e classificação para obter um grau de areia com forma e distribuição de grãos adequados. As propriedades desejadas de resistência e ligação dessas areias são desenvolvidas por adições separadas, como bentonita, água e outros materiais.

Isso permite maior flexibilidade no controle de propriedades como resistência verde e seca, permeabilidades e outras que podem ser facilmente variadas conforme a necessidade. Na verdade, portanto, as areias sintéticas são mais caras que as naturais.

IS: 1987-1974 abrange os requisitos de areia de alta sílica para uso em fundições e a classifica em três graus de acordo com o teor de sílica.

3. Areias Especiais

Areias especiais são ideais para obter características especiais, que não são obtidas ordinariamente em outras areias. Zircão, olivina, chamota, cromita e cromita-magnesita são frequentemente usadas como areias especiais. Areias de zircão são adequadas para machos de peças fundidas em latão e bronze. Algumas fundições usam areia de olivina para peças fundidas não ferrosas de natureza intrincada. A chamota é valiosa para peças fundidas pesadas de aço.

Areias de cromita e cromita-magnesita são particularmente úteis quando se deseja aumentar a tendência de resfriamento para controlar a solidificação. Também são adequadas como materiais de revestimento em moldes para peças fundidas de aço.

Tipos de Areia de Moldagem

As areias de moldagem podem ser novamente classificadas, de acordo com seu uso, em várias variedades. Estas são descritas abaixo.

Moldagem em Areia Verde

É uma mistura de areia de sílica com 18 a 30 por cento de argila, com umidade total de 6 a 8 por cento. A argila e a água fornecem a ligação para a areia verde. É fina, macia, leve e porosa. Estando úmida, quando apertada na mão, retém a forma, a impressão dada sob pressão. Moldes preparados com esta areia são conhecidos como moldes de areia verde.

Moldagem em Areia Seca

Areia verde que foi seca ou assada após a confecção do molde é chamada de areia seca. São adequadas para peças fundidas maiores. Moldes preparados com esta areia são conhecidos como moldes de areia seca.

Areia de Barro (Loam Sand)

A areia de barro é rica em argila, até 50 por cento ou mais, e seca dura. É empregada particularmente para moldagem em barro, geralmente para peças fundidas grandes.

Areia de Revestimento (Facing Sand)

A areia de revestimento forma a face do molde. É usada diretamente próxima à superfície do modelo e entra em contato com o metal fundido quando o molde é vazado. Consequentemente, é submetida às condições mais severas e deve possuir, portanto, alta resistência e refratariedade.

É feita de areia de sílica e argila, sem adição de areia usada. Diferentes formas de carbono são usadas para evitar que o metal queime a areia. Às vezes, são misturadas com 6 a 15 vezes mais areia de moldagem fina para fazer revestimentos.

A camada de areia de revestimento em um molde geralmente varia de 20 a 30 mm. De 10 a 15 por cento de toda a quantidade de areia de moldagem usada na fundição é areia de revestimento. Uma mistura de areia de revestimento para moldagem em areia verde de ferro fundido pode consistir de 25 por cento de areia fresca e especialmente preparada, 70 por cento de areia velha e 5 por cento de carvão marinho.

Areia de Enchimento (Backing Sand)

Areia de enchimento ou areia de piso é usada para apoiar a areia de revestimento e preencher todo o volume do flask. Areia de moldagem velha, usada repetidamente, é empregada principalmente para este fim.

A areia de enchimento às vezes é chamada de areia preta porque a areia de moldagem velha, usada repetidamente, é preta devido à adição de pó de carvão e queima ao entrar em contato com o metal fundido.

Areia de Sistema (System Sand)

Em fundições mecânicas onde a moldagem por máquina é empregada, uma chamada areia de sistema é usada para preencher todo o flask. Em unidades de preparação e manuseio mecânico de areia, não se usa areia de revestimento. A areia usada é limpa e reativada pela adição de água, ligantes e aditivos especiais. Isso é conhecido como areia de sistema. Como todo o molde é feito desta areia de sistema, a resistência, permeabilidade e refratariedade da areia devem ser maiores que as da areia de enchimento.

Areia de Partição (Parting Sand)

Areia de partição é usada para evitar que a areia verde grude no modelo e também para permitir que a areia na superfície de partição do cope e do drag se separe sem grudar. É areia de sílica limpa, sem argila, que serve ao mesmo propósito que o pó de partição.

Areia de Macho (Core Sand)

Areia usada para fazer machos é chamada de areia de macho, às vezes chamada de areia de óleo. É areia de sílica misturada com óleo de macho, que é composto de óleo de linhaça, resina, óleo mineral leve e outros materiais ligantes. Peixe ou farinhas e água podem ser usados em machos grandes por economia.

Propriedades da Areia de Moldagem

Quais são as propriedades da areia de moldagem?

A areia de moldagem adequada deve possuir seis propriedades. Propriedades da areia de moldagem são: deve ter porosidade, fluidez, colapsibilidade, adesividade, coesividade ou resistência, e refratariedade.

1. Porosidade :- A propriedade mais importante da areia de moldagem é a porosidade, também conhecida como permeabilidade. Refere-se à capacidade da areia de moldagem de permitir a passagem de gases. Durante o vazamento do metal fundido na cavidade do molde, gases e vapor são produzidos. Esta propriedade é afetada não apenas pela forma e tamanho das partículas de areia, mas também pela quantidade de argila, material ligante e umidade na mistura.
2. Fluidez :- A capacidade da areia de preencher pequenos vazios no modelo. Alta fluidez produz um molde mais preciso e é, portanto, útil para peças fundidas detalhadas.
3. Colapsibilidade :- A capacidade da mistura de areia de colapsar sob força. Maior colapsibilidade do molde permite que a peça fundida encolha livremente à medida que solidifica, evitando trincas a quente ou rachaduras.
4. Adesividade :- Adesividade é a propriedade da areia que faz com que as partículas adiram às laterais da caixa de moldagem. A adesão da areia permite o levantamento adequado do cope junto com a areia.
5. Coesividade :- A coesividade da areia é a capacidade de suas partículas permanecerem juntas. É a resistência à tração da areia de moldagem. Esta propriedade é crítica para reter as formas intrincadas do molde. Resistência inadequada pode fazer com que as partículas do molde colapsem durante o manuseio, viramento ou fechamento. A adição de argila e bentonita melhora a coesividade.
6. Refratariedade :- A refratariedade da areia refere-se à sua capacidade de suportar altas temperaturas do metal fundido sem fusão ou amolecimento. Areias de moldagem com baixa refratariedade podem pegar fogo quando o metal fundido é vazado no molde. Moldes de areia devem normalmente suportar temperaturas de até 1650°C.
7. Resistência :- A resistência da areia que foi seca ou assada é chamada de resistência seca. Deve ter então resistência para suportar forças erosivas do metal fundido e manter sua forma.

Processo de Moldagem em Areia

A fundição em areia, também conhecida como moldagem em areia ou Processo de Moldagem em Areia, é um processo de fabricação baseado em fundição que usa um molde de areia. Itens e componentes metálicos de vários tamanhos e formas são feitos com ele. Para colocar sua prevalência em perspectiva, a fundição em areia responde por mais de 60% de todas as peças fundidas em metal. As seis fases principais da fundição em areia são descritas em detalhes abaixo.

Passo 1: Colocar o modelo no molde de areia

A colocação do modelo na areia é a etapa inicial na fundição em areia. O molde tem impacto direto no tamanho e forma da peça fundida. Como resultado, os fabricantes devem desenvolver novos moldes para produzir itens e componentes metálicos em tamanhos e formas específicas.

Passo 2: Estabelecer um Sistema de Alimentação

Um sistema de alimentação é usado em quase todos os processos de fundição, e a fundição em areia não é exceção. Ele canaliza o metal fundido para a cavidade do molde usando uma bacia de vazamento e túneis ou "gates" para o molde. As empresas de fabricação montam um sistema de alimentação como este após colocar o desenho do molde na areia.

Passo 3: Remover o Modelo

As empresas de fabricação podem então remover o modelo da areia após o sistema de alimentação estar no lugar. Neste momento, o modelo é irrelevante. A areia assume a forma do modelo quando este é colocado dentro dela. Como resultado, é possível remover o modelo.

Passo 4: Vazar metal fundido na cavidade do molde

Agora é hora de vazar o metal fundido na cavidade do molde. Ferro, aço, alumínio, bronze, magnésio, zinco e estanho são apenas alguns dos metais e ligas que podem ser fundidos em areia. As organizações de fabricação podem precisar aquecer metais ou ligas até 3.000 graus Fahrenheit, dependendo do metal ou liga exato empregado. O metal ou liga é vazado na cavidade do molde uma vez que tenha se transformado de sólido para líquido.

Passo 5: Aguardar o resfriamento do metal

As empresas de fabricação devem aguardar o resfriamento do metal fundido uma vez que tenha sido vazado na cavidade do molde. Novamente, diferentes tipos de metal requerem quantidades variadas de tempo de resfriamento. O metal fundido resfriará e passará de líquido para sólido.

Passo 6: Quebrar o Molde para Remover a Peça Fundida

Quebrar o molde para extrair a peça fundida recém-gerada é o sexto e último passo na fundição em areia. Modelos são geralmente reutilizáveis, mas os próprios moldes não são. Como resultado, cada vez que uma empresa de fabricação deseja produzir um novo produto ou componente metálico usando fundição em areia, deve desenvolver um novo molde.

Colapsibilidade da Areia de Moldagem

A colapsibilidade da areia de moldagem refere-se à capacidade da areia de ser facilmente removida da peça fundida após sua solidificação. Areias com baixa colapsibilidade grudam tenazmente na peça fundida. Uma areia com colapsibilidade ruim induzirá trincas e rasgaduras a quente em peças fundidas que flexionam muito durante o resfriamento ou têm longos intervalos de temperatura de congelamento. Para melhorar a colapsibilidade, certos aditivos podem ser introduzidos.

Questões de Múltipla Escolha

1. A permeabilidade pode ser definida como a propriedade da areia de moldagem

A. manter os grãos de areia unidos
B. permitir que os gases escapem facilmente do molde
C. suportar o calor do metal fundido sem mostrar qualquer sinal de amolecimento
D. nenhuma das anteriores

Resposta: Opção B

2. Por que a areia de moldagem deve ser porosa?

A. Para gases entrarem
B. Para água entrar
C. Para gases escaparem
D. Para água escapar

Resposta: Opção C
Explicação: Uma areia de moldagem é definida como uma areia que tem poros e pode conter uma certa quantidade de umidade. Um molde deve conter poros e ser poroso para que os gases possam escapar livremente.

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