Areia de Moldagem Explicada: Composição, Usos e Benefícios na Fundição em Areia

É usada no processo de fundição em areia para preparar a cavidade do molde. Comumente chamada areia verde é um agregado de areia, argila bentonita, pó de carvão e água. Seu principal uso é na fabricação de moldes de fundição de metal. A maior parte do agregado é sempre areia, que frequentemente é uma mistura homogênea de forma de sílica.

Existem muitas receitas para proporções de argila, mas todas equilibram moldabilidade, acabamento superficial e a capacidade do metal fundido quente de desgasificar. Carvão, geralmente referido como carbono marinho, presente em quantidade inferior a 5%, queima parcialmente na superfície do metal fundido, levando à desgasificação de vapores orgânicos.

A fundição em areia é uma das formas mais antigas de fundição praticada devido à simplicidade dos materiais usados. Devido à mesma simplicidade, ainda permanece um dos métodos mais baratos de fundição de metal.

Outros métodos de fundição, como aqueles usando coquilha, têm acabamento superficial de maior qualidade mas têm custo mais alto. Areia verde (como outras areias de fundição) é geralmente armazenada em fundições conhecidas como "flasks", que nada mais são que caixas sem fundo ou tampa.

A caixa é dividida em duas metades que são empilhadas juntas para uso. As metades são chamadas de tampa e frasco de moldagem, respectivamente.

Um recipiente especializado de bronze é vertido na Areia Verde que é uma forma oca contínua no molde. Aquilo abaixo pode ser preenchido com material fundido e transformado em uma fundição acabada. Nem toda areia verde é realmente verde. Mas considerada "verde" no sentido de que é usada quando úmida (semelhante à madeira verde).

Segundo algumas fontes online, outros métodos de fundição são secagem a quente da areia moldada antes de verter o metal fundido. Este processo de fundição seca resulta em um molde mais rígido, melhor adequado a fundições mais pesadas.

Qual é a História da Areia de Moldagem

Não há registros explícitos na história que atribuam a primeira fundição de metal e o uso de areia de fundição, mas artefatos e escritos antigos datam de cerca de 3200 a.C. na Mesopotâmia antiga. A história da areia de moldagem é difícil de estudar pois muitas dessas práticas datam da pré-escrita.

A areia de moldagem foi usada exclusivamente para fundições de bronze pioneiras pelos antigos chineses. Outro avanço importante ocorreu na Índia em 500 a.C. quando aço de cadinho foi criado. Eventualmente Sir Humphrey Davy fez as primeiras fundições de alumínio na Grã-Bretanha por volta de 1808.

Atualmente, a capacidade de produção nos Estados Unidos é de mais de 8 milhões de toneladas de fundição de ferro, 1,4 milhão de toneladas de fundição de aço, 1,7 milhão de toneladas de fundição de alumínio e 321.000 toneladas de fundição de cobre.

Grande parte da indústria moderna de metal inovou devido ao enorme aumento na qualidade da areia devido a ferramentas melhores, bem como metalurgia e melhor compreensão das propriedades dos metais.

Fontes de Areia de Moldagem

As fontes gerais de recebimento de areias de moldagem são praias, rios, lagos, desertos e elementos rochosos granulares. Areias de moldagem podem ser divididas principalmente em dois tipos: natural ou sintética.

Compostos de moldagem naturais contêm quantidade suficiente de aglutinante. Por outro lado, areias de moldagem sintéticas são preparadas artificialmente com o uso de ingredientes básicos de moldagem (areia de quartzo 85-91%, aglutinante 6-11%, teor de água ou umidade 2-8%) e outros aditivos em proporções de peso apropriadas com mistura e moagem adequadas com equipamento apropriado.

Ingredientes da Areia de Moldagem

Os principais componentes da areia de moldagem são areia de quartzo, aglutinante, teor de umidade e aditivos. Areia de quartzo granular sílica é o principal componente de areia de fundição com refratariedade suficiente para impartir resistência, estabilidade e permeabilidade à areia de moldagem e areia de núcleo.

Mas junto com sílica, pequenas quantidades de óxido de ferro, alumina, calcário (CaCO3), óxido de magnésio, soda e potássio estão presentes como impurezas. A composição química da areia de quartzo dá uma ideia das impurezas presentes, como cal, óxido de magnésio, álcalis etc.

A presença de quantidades excessivas de óxido de ferro, óxidos alcalinos e cal pode reduzir significativamente o ponto de fusão, o que é indesejável. Areia de quartzo pode ser determinada pelo tamanho de grão da areia e sua forma (angular, oblíqua e arredondada).

Aglutinante de Areias de Moldagem

Os aglutinantes podem ser substâncias inorgânicas ou orgânicas. Aglutinantes incluídos no grupo inorgânico são silicato de sódio argila, cimento Portland etc. Na fundição, a argila atua como aglutinante que pode ser caulinita, argila de bola, argila de fogo, limonita, terra de Fuller e bentonita.

Aglutinantes incluídos no grupo orgânico são dextrina, melaço, aglutinantes de cereais, óleo de linhaça e resinas como formaldeído fenol, formaldeído ureia etc. Aglutinantes do grupo orgânico são usados principalmente para fabricação de núcleos. Entre todos os aglutinantes acima, a variedade bentonita de argila é a mais comumente usada.

No entanto, esta argila sozinha não pode desenvolver ligações entre grãos de areia sem a presença de teor de umidade na areia de moldagem e areia de núcleo.

Teor de Umidade em Areias de Moldagem

O teor de umidade da areia de moldagem varia de 2 a 8%. Esta quantidade é adicionada à mistura de argila e areia de quartzo para induzir ligação. Esta é a quantidade de água necessária para preencher os poros entre as partículas de argila sem separá-las.

Esta quantidade de água é mantida rigidamente pela argila e é principalmente responsável por aumentar a resistência da areia. A ação da argila e água reduz a permeabilidade à medida que o teor de argila e umidade aumentam. A resistência à compressão no estado bruto primeiro aumenta com o aumento do teor de argila, mas começa a diminuir quando um certo valor é atingido.

Para melhorar as propriedades da areia de moldagem, outros aditivos, conhecidos como aditivos, são adicionados aos ingredientes básicos.

Aditivos e Pó de Carvão

Aditivos são materiais geralmente adicionados à mistura de areia de moldagem e areia de núcleo para obter propriedades especiais da areia. Alguns aditivos comumente usados para melhorar as propriedades de areia de moldagem e núcleo são: pó de carvão, fubá, dextrina, carvão marinho, alcatrão, farinha de madeira, farinha de quartzo.

Pó de carvão é adicionado principalmente para criar atmosfera redutora durante o processo de fundição. Esta atmosfera redutora faz com que qualquer oxigênio nos polos seja quimicamente ligado para que não possa oxidar o metal. Geralmente adicionado a areias de moldagem para fazer moldes para produção de ferro fundido cinzento e maleável.

Outros Aditivos para Areia de Moldagem

Fubá pertence à família de carboidratos amiláceos e é usado para aumentar a incidência de areia de moldagem e areia de núcleo. É completamente evaporado pelo calor em forma de areia, deixando um espaço entre os grãos de areia.

Isso permite que os grãos de areia se movam livremente, o que finalmente faz as paredes do molde se moverem e reduz a expansão do molde e, portanto, defeitos de fundição. Areia de milho adicionada a areia de moldagem e núcleo melhora muito a resistência do molde e núcleo.

Areia de Moldagem com Carvão Marinho

Carvão marinho é um pó fino de carvão betuminoso que coloca seu lugar nos poros dos grãos de areia de quartzo na areia de moldagem e núcleo. Quando aquecido, o carvão marinho vira coque que preenche os poros e é resistente à água.

Devido a isso, os grãos de areia tornam-se finitos e não podem se desenvolver em um padrão de empacotamento denso. Assim, o carbono marinho reduz o movimento das paredes do molde e a permeabilidade aos moldes e areia de núcleo, mantendo a superfície do molde e núcleo limpa e lisa.

Alcatrão é uma forma destilada de carvão mole. Pode ser adicionado de 0,02% a 2% na areia de moldagem e núcleo. Alcatrão aumenta a resistência a quente, acabamento superficial na superfície do molde e comporta-se exatamente da mesma forma que carvão marinho.