Areia de Moldagem. Seguem abaixo, as propriedades da areia de moldagem recomendada pela DISA para sistemas de moldagem Disamatic.

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1 Areia de Moldagem Comparado com outros métodos de moldagem de areia usando aglomerantes químicos, o custo da areia ligada com argila (bentonita) é muito baixo e a produtividade e qualidade do fundido resultante é tão boa ou melhor. A fim de conseguir máxima eficiência em uma fundição de moldagem automática, é crucial estabelecer um eficiente controle de processo para o resfriamento, para mistura e arejamento da areia. O controle da areia representa uma importante parte no controle do processo. Mantendo uma checagem contínua das propriedades da areia, prevenirá: Redução de refugo, Melhoria da padronização, Alta eficiência de moldagem, Redução no custo de material de moldagem, Redução no custo e tempo de rebarbação. Seguem abaixo, as propriedades da areia de moldagem recomendada pela DISA para sistemas de moldagem Disamatic. Características da Areia de Moldagem Orientativo p/ DISA máquinas 2013 Padrão Tecumseh Tamanho médio do grão de areia 0,14-0,20 DIN AFS AFS Distribuição do tamanho de grão 3-4 Peneiras 80% - 3 Peneiras RCV p/cm psi g/cm 2 Resistência a Fissuração > 300 p/cm 2 > 4,3 psi p/cm 2 RTU > 20 p/cm 2 > 0,3 psi g/cm 2 Permeabilidade Acima 50 Acima 50 Acima 65 Compactabilidade 40 % ± 2 40 % ± AFS Teor de Umidade Ajustado até quando uma compactabilidade de 40% ± 2 é obtida Teor de Argila AFS % % 9-13 % Teor de Argila Ativa > 7 % > 7 % 6-8,5 % Combustíveis 3,5 7,5 % 3,5-7,5 % 1,8-2,5 % Voláteis 1,5 3,0 % 1,5-3,0 % 1,7-2,3 % 1

2 1 - Tamanho Médio de Grão Areia de Moldagem Não há um rigoroso tamanho médio de grão (módulo da areia) requerido a respeito da areia para Disamatic. De qualquer modo, é um fato bem conhecido, também de outros processos de moldagem, que a probabilidade de penetração de metal ( casquinha ou talhadeira ) entre grãos de areia aumenta com o crescimento médio do tamanho do grão. Como a alta pressão metalostática está variando no molde, é recomendado usar um tamanho médio de grão entre 0,14 e 0,20 mm (AFS ) para máq MK4 e LP. O diagrama da figura abaixo mostra a linha de divisão entre a área onde penetra o metal, combinado com o tamanho médio de grão, e onde presume-se que a estrutura do molde de areia é suficientemente compacta para resistir a influência da alta pressão metalostática em questão. Os grãos de areia devem ser distribuídas ( concentrados ) por 3 a 4 peneiras para suficiente uniformidade no empacotamento da estrutura. Altura da pressão metalostática mm Provável que a penetração de metal seja influenciada pelo tamanho de grão Improvável que a penetração de metal seja influenciada pelo tamanho de grão Tamanho Médio de Grão mm Relação entre tamanho médio do grão e altura da pressão metalostática do fundido no molde no princípio de penetração do metal. 2

3 2 - Resistência da Areia de Moldagem A resistência da areia de moldagem depende: Quantidade de Bentonita ativa, A qualidade da Bentonita, Umidade, Quantidade de finos inativos (material inativo menor que 0,020mm), Eficiência na mistura, Temperatura da areia Quantidade Ideal de Bentonita Ativa A quantidade ideal de Bentonita ativa na areia de moldagem é tão importante quanto escolher o tipo correto de Bentonita. Abaixo são mencionadas as razões porque é importante usar a quantidade correta de Bentonita ativa na moldagem de areia: Obter alta resistência a compressão a verde a fim de conseguir produzir moldes mais fortes que são mais fáceis para transportar, para evitar a deformação dos moldes na linha de partição. Manter uma alta resistência a tração a verde, para evitar quebrar na extração do molde ou quebra do bolo nas cavidades do molde. Obter a mais alta resistência a tração a úmido para evitar incrustação no molde na zona de condensação de água e defeitos de expansão da areia ( rechupe ). Assegurar boa plasticidade da areia para evitar inchamento e que a areia comece a fluir através da ranhura de injeção e desça dentro da câmara de moldagem para a operação de tiro. Estabilizando a cavidade do molde para evitar semelhantes defeitos de fundição como rechupe e outras porosidades, expansão de fundidos, erosão e inclusão de areia. A quantidade recomendada de bentonita ativa medida por meio de teste azul de metileno deve ser acima de 7% para Disa`s

4 2.2 - Qualidade da Bentonita O uso de argila (bentonita) de ótima qualidade em um sistema de moldagem automática é uma das mais importantes exigências. Normalmente, as seguintes qualidades são esperadas para se ter uma bentonita de boa qualidade. Deve desenvolver um bom poder aglomerante (propriedades) quando misturadas com areia e água na correta proporção. Deve poder resistir a uma influência razoável de calor, de modo que a força de coesão e plasticidade sejam mantidas. Deve dar a areia de moldagem a correta moldabilidade, o que confere a areia, ser possível ser transportada, armazenada e manuseada no correto caminho durante o processo. Deve possibilitar a areia de moldagem estabilizar a expansão térmica dos grãos de sílica, o qual causam defeitos de expansão nos fundidos ( Inchamento ). Deve dar a areia de moldagem a estabilidade e a plasticidade correta, para que a moldagem a ser feita das placas modelo possa ser efetuada ( Evitar quebra de bolo ). Deve ser possível para a areia resistir a influência do choque térmico e que ainda seja econômico reutilizar a areia de moldagem. Nas misturas de areia de moldagem deve manter suficientes propriedades aglomerantes da areia em condições quentes e secas, o metal pode ser vazado sem nenhum risco de defeitos de fundidos, e que os moldes vazados possam ser corretamente transportados, e ainda deve ser econômico, reutilizando areia de retorno. A mistura de areia deve desmoronar facilmente ao ser desmoldada e reutilizada. Deve ser econômica em termos de preço, transporte, distribuição e armazenagem. 3 - Características do Uso de Bentonita A DISA recomenda que a Bentonita empregada para sistemas automáticos de moldagens de alta densidade deve ter as seguintes propriedades para uso: Obtenção da propriedade aglomerante em condições úmidas depois de ser misturada com água: 4

5 Tão rapidamente quanto possível, formar um filme de argila / água ao redor dos grãos com um mínimo de água requerida. Requerendo a mais baixa adição de argila para obter resistência aglomerante. Se uma grande quantidade de argila for adicionada para obter a resistência aglomerante, a água requerida da areia de moldagem aumenta e a permeabilidade diminui. Assegurar suficiente estabilidade térmica: Que uma quantidade mínima de argila inativa seja gerada. Uma alta porcentagem de argila inativa reduz a plasticidade da areia de moldagem e aumenta a água requerida. (Índice de Estabilidade Térmica). Que aumente a resistência com o acréscimo de temperatura, o qual evitará vários defeitos em fundidos, tal como penetração de metal, defeitos de expansão, rabo de rato, etc. Deve colapsibilizar facilmente no desmoldador Tipos de Bentonita Há dois tipos de argila, cada qual com suas propriedade específicas. Isto as fazem mais ou menos proveitosas como materiais aglomerantes: argila caulinítica e Montimorilonita (argila). Argila Caulinítica não é adequada para moldagem de alta densidade, primeiro é principalmente por causa da baixa resistência aglomerante, baixa durabilidade quando estando aquecida e baixa plasticidade. Consequentemente a Argila Caulítica pode somente ser utilizada quando existe em areia de moldagem semi natural e deve ser enriquecida com Montimorilonita. Bentonita é uma argila que contém um mínimo de 75% Montimorilonita. A DISA recomenda o uso desta bentonita para a moldagem automática de alta densidade. In Natura há dois tipos de Bentonita: Bentonita Sódica a qual predominantemente contém ions NA + e bentonita cálcica a qual principalmente consiste de íons Ca ++. Apesar da grande diferença entre os dois tipos de bentonita, uma não pode ser mais preferida do que a outra, sem levar em consideração o tipo de fundido em questão. Não será escolhida uma bentonita Cálcica para fundidos em aço, onde a carga térmica na areia é muito 5

6 grande, ou usar uma bentonita Sódica pura para fundidos com parede fina. Pela mesma razão a bentonita Sódica não é usada para fundidos de alumínio, o qual deve ser acrescentado em grandes quantidades para a produção de fundidos de ferro de parede grossa. É normalmente recomendado usar ambas bentonitas Cálcica e Sódica em uma proporção correspondente para as condições de produção, então a correta estabilidade do molde é obtida, bem como a correta consistência da areia, resistência a verde e resistência a seco, além da colapsibilidade na desmoldagem. Alguns fabricantes de bentonita tratam bentonita Cálcica com soda caústica. Por este caminho o montante de Na - íons são incrementados, e a bentonita ganha alguma das boas propriedades da bentonita Sódica, tal como a durabilidade quando afetada pelo calor, resistência a seco e resistência a defeitos de expansão. Ao mesmo tempo elas mantém alguma boas propriedades da bentonita Calcica, tal como a alta resistência a compressão a verde, alta colapsibilidade e desmoldagem do bolo e boa misturabilidade. A bentonita Cálcica pode ser ativada pela soda, em solução de água no estado seco Principais Dados de Qualidade para a Bentonita Quantidade de Montimorilonita: min. 70% Índice de Inchamento: Bentonita Cálcica 6 10 ml Bentonita Sódica mín 35 ml Bentonita Sódica Ativada mín 30 ml Umidade: máx. 12% Valor PH: mín. 9,0% 6

7 4 - Volume de Água A argila é o único material facilmente obtido que torna-se plástica quando misturada com água. No processo de fundição de areia a verde a mistura plástica argila/água é utilizada para aglomerar o grão de areia e o material não plástico, fazendo com que seja uma substância firme que pode ser transportada, armazenada, moldada e ser capaz de resistir a influência do calor do metal depois de vazado. Ao mesmo tempo a substância deve ser reutilizável. Entretanto o volume de água na areia de moldagem deve ser mantida tão baixa quanto possível para assegurar alta propriedade aglomerante. Todas as propriedades de resistência caem drasticamente quando o volume de água é muito alto. Uma baixa resistência a tração a verde dá uma ineficiente extração do modelo do molde. Uma RCV baixa significa problemas de manuseio do molde e uma instável moldagem. Uma RTU baixa conduz para desintegração do molde na zona de condensação de água e assim uma alta probabilidade de defeitos por expansão de areia. Otimizar a fluidez da areia de moldagem : Deve ser possível para a areia preencher todos os espaços e moldar rebaixos quando flui de dentro do silo para a câmara de moldagem, então aquela máxima densidade é obtida já antes da compressão e a necessidade por pressão de compressão é portanto reduzida para um mínimo. Ao mesmo tempo proporciona uma densidade uniforme do molde. Obter a plasticidade ideal da areia de moldagem : A plasticidade da areia cai com o excesso de água. Alta plasticidade significa moldes mais estáveis, portanto prevenindo vários defeitos no fundido como rechupe, porosidade e defeitos dimensionais. Uma alta plasticidade é também necessária para conter a expansão dos grãos de sílica e os defeitos de fundidos. A melhor mistura plástica água/argila é a que melhor pode absorver a movimentação interna do molde. Finalmente, um volume tão alto de água faz a areia pegajosa. A areia grudenta aderirá facilmente no transportador tão bem quanto nas paredes do silo de areia e causar entupimento. 7

8 Evitando moldes tão comprimidos: A taxa de compressão da areia aumenta com o incremento de água. A areia muito úmida precede moldes duros. Moldes muito duros dificultam a quebra dos mesmos na desmoldagem. Reduz geração de vapor depois do vazamento: O volume total de gás emitido da areia antes e depois do vazamento moldagem é diretamente proporcional ao volume de água da areia. Muitos defeitos bem conhecidos de fundidos são causados pela alta geração de vapor, assim como molde incompleto. Há outro tipo de defeito o qual é chamado penetração por explosão, conforme figura abaixo: Areia de Moldagem Penetração de Metal Metal Fundido Vapor de água 8

9 O vapor d agua desenvolvido por uma velocidade de explosão na face metal / areia pressiona o ferro para entre os grãos de areia, causando penetração de metal. Muita umidade na areia significa que a água caminha do fundido para o molde, influenciada pela peça fundida e é condensada na região mais fria do molde. O vapor excessivo pode condensar no lado de baixo do molde o qual tem uma tendência a grudar no AMC. 5 - Quantidade de Finos Inertes Finos inativos consiste de todas as partículas menores que 0,02mm, o qual quando misturado com água, não participa da resistência ou plasticidade da areia, pelo contrário, elas servem para piorar as condições da areia. Finos inativos são normalmente compostos por: Bentonita inativa. Partículas de carvão menores que 0,02mm. Carvão inativo (coke, cinzas). Finos da areia base (quebra do grão de areia ou desgaste). Fragmentos de grãos de sílica (quebra mecânica ou térmica). Compactabilidade ( % Teor Total de Finos Teor da Umidade 9

10 Uma moldagem com alta porcentagem de finos requer maior quantidade de água para obter um mesmo valor de compactabilidade (para compensar os finos existentes). Quanto mais alta a porcentagem de finos inertes, maior será o consumo de água e a fragilidade da areia de moldagem e reduz a permeabilidade. Com excessivo volume de finos inativos, a força de coesão cai passo a passo. O incremento de água conduz a penetração por explosão e resulta péssimo acabamento do fundido. Isto demanda longos tempos de jateamento. Os finos inertes devem ser reduzidos. Um método fácil para determinar finos inativos é comparar RCV com a RTU. Quando há um excessivo montante de finos inativos combinado com um alto volume de água a RCV permanece fixa, enquanto que a RTU cai drasticamente. Entretanto, qualquer areia tem a necessidade de finos inativos para fechar os poros no molde, reduzindo assim a possibilidade de penetração do metal, melhorando o acabamento superficial. Uma certa quantidade de finos é necessária para reduzir a sensibilidade da areia devido as flutuações na adição de água, absorvendo parte da água excedente. Por esta razão, o volume de finos ótimo é um assunto como muitos outros fatores no processo de fundição. Os finos devem estar entre 2,5 e 4%. A porcentagem de finos inertes mais a porcentagem de bentonita ativa formam o total de finos da areia. Total de Finos = % Finos Inertes + % Argila Ativa 6 - Eficiência da Mistura Os componentes da areia não atingirão suas propriedades se não houver uma mistura adequada. Durante a preparação, a argila deve ser devidamente misturada com água formando uma massa plástica água/argila. A massa plástica deve ser distribuída uniformemente sobre a superfície dos grãos de areia, então esse filme aglomerante dará resistência ao material após a compactação. Uma mistura eficiente nos diz como o atual sistema de areia, mistura a areia em relação de como poderia ter sido misturado com a mesma composição, mas com um extenso período de mistura. 10

11 A eficiência de mistura pode ser medida testando: RTU ou compactabilidade no sistema de areia diretamente e depois de um período de 5 minutos de mistura adicional. Usando a fórmula com RTU: Eficiência Mistura = RTU (diretamente) RTU (após 5 min.) É possível efetuar a medição sem levar em consideração pequeno o volume de água alterado durante a mistura adicional. Quando usa a fórmula com compactabilidade: Eficiência da Mistura = Compactabilidade (diretamente) Compactabilidade (após 5 min.) Deve ser garantido que o volume de água foi constante antes e depois da mistura extra, ou a perda de água (fator) deve ser introduzido. Um resultado entre 0,65 0,70 : mistura ruim Um resultado entre 0,90 0,95 : ótima mistura O teste determinando as condições de mistura é uma boa indicação se os aditivos são utilizados durante a mistura e se o tempo de mistura empregado é ótimo. 11

12 7 - Temperatura da Areia A temperatura não pode exceder 40 C. A areia muito quente pode causar: Propriedades não uniformes na areia especialmente resistência e permeabilidade. Incremento de viscosidade, reduz fluidez da areia. Decréscimo da resistência causando defeitos de erosão. Deslocamento do ponto de umidade ótimo ou aumento de água requerida. Baixa plasticidade, causando um aumento na adição de argila. Decréscimo do grau de preparação de mistura. Esfarelamento da superfície do molde (areia seca). 8 - Resistência a Tração a Verde e Fissuração (Spalling) Nem todos os testes de resistência permitem medir diretamente a RTU, com o trabalho experimental do Dr. Boenish é possível testar a resistência tração verde (δ t ) testando a resistência a fissura (δ s ), usando a máquina de teste de areia padrão, colocando o cp perpendicular a posição usada para teste de resistência a compressão. Resistência Spalling p/cm 2 RTV p/cm 2 Interrelação da Resistência Tração a Verde e Fissuração (Spalling). 12

13 δ t (B). Posicionando o corpo de prova na máquina padrão de teste A e a inter relação entre δ s e δ t pode ser facilmente calculada quando δ s é conhecida usando a equação: δ t = 0,65 δ S. 9 - Resistência a Tração a Úmido RTU é crucial para resistência da areia a incrustação e outros defeitos de expansão. Os defeitos de expansão ocorrem na face do metal/areia depois de vazado. A água da areia próxima do fundido, movimenta-se para longe da superfície do fundido, desse modo criando uma zona de condensação de água entre as camadas seca e úmida da areia (Fig. abaixo). A casca de areia seca ( 0,25 0,30mm) é separada do resto da areia na zona de condensação, devido a expansão dos grãos de areia de sílica pelo calor e estrutura de areia enfraquecida na camada entre a areia úmida (condensada) e a areia seca. A pressão do metal fundido ocupa o espaço assim formado, e deste modo uma penetração de metal é criado no fundido. A resistência da areia na camada de água condensada é chamada RTU (Fig. 1.09). Quanto maior a argila ativa, especialmente Bentonita Sódica que há na areia, maior será a camada de areia úmida e mais plástica a camada de areia seca. A plasticidade da camada de areia seca neutraliza os movimentos de expansão da areia de sílica. A RTU é uma excelente medida de como a argila ativa contribui para a quantidade total de teor de finos (todas a partículas com um diâmetro menor que 0,02 mm) da areia. RTU dá-nos uma boa informação sobre a qualidade da bentonita usada. 13

14 Fig Defeito por expansão ( acima ) - RTU ( abaixo ). Expansão da Sílica Areia Moldagem Zona Condensação Água Areia Moldagem Seca Irradiação do calor Penetração do Metal no Molde Metal Fundido Zona de Umidade 10 -Resistência a Compressão a Verde RCV cresce rápido como toda propriedade de resistência com o aumento do teor de argila ativa. Mas algumas das argilas ativas tornam os finos inertes após o vazamento por perder parte da água de cristalização, a qual é responsável pelas propriedades plásticas da argila. Muita argila inativa causa perda de resistência. Geralmente mais água é adicionada causando a perda da resistência e da plasticidade. Aumentar RCV e manter constante é o ideal, porém, dificuldades aparecerão, desde que a RCV sozinha não nos dá um correto quadro das propriedades da areia. Entretanto uma comparação entre RCV e RTU mostrará que enquanto a RCV mantém constante, a RTU poderá cair consideravelmente quando muita argila inerte (finos inativos) estiver presente na areia, um falso quadro da areia será obtido, ou seja, uma boa RCV e uma péssima RTU. O fato é que mesmo que o total de finos seja mantido não há garantia que a areia contenha a quantidade certa de argila ativa, devemos avaliar a argila ativa e a inativa no teste do volume total de finos (argila AFS). 14

15 11 - Permeabilidade Diminuição do tamanho médio do grão implica numa redução da permeabilidade e da fluidez da areia. A permeabilidade deve ser vista em relação a quantidade de gás produzido no molde (água, materiais carbônicos, etc.) tanto quanto bem o grau de compactação é suficientemente alto a temperatura do ferro. Por outro lado, permeabilidade não é dependente do tamanho de grão médio mas também do volume total de finos ( grãos abaixo 0,02mm) bem como distribuição do grão de areia e tamanho médio do grão. Normalmente, permeabilidade acima de 50 é suficiente para ventilação adequada do molde Compactabilidade A medida da compactabilidade é uma prática decisiva e importante a fim de estabelecer o comportamento das modernas máquinas automáticas de moldagem. Sendo estritamente volumétrico o teste de compactação é independente do peso da areia. A influência do grau de umidade ótima da mistura é mais importante que a pressão de compressão, um controle o qual, tem muito mais em comum com moldabilidade. Compactabilidade é um teste que dá uma boa indicação do grau da mistura ótima, independente da composição da areia. O teste de compactabilidade permite uma acurada adaptação da areia para as características de compactação dadas em um máquina de moldagem. Mais que isto, oferece uma boa base de referência quando o atual teor de umidade é substituído pelo percentual de compactabilidade graficando os dados da areia. A água requerida pela areia é considerada e pode se medida tão bem quanto a intensidade de mistura. Esse teste elimina a subjetividade da velha moda teste da mão, o qual é realizado por poucas pessoas, sendo que o teste de compactabilidade pode ser realizado por qualquer um. O teste dá uma grande acuracidade, reproduzibilidade e determinação da possibilidade objetiva por meios de experimentos, da quantidade de umidade da areia, e consequentemente a condição da areia verde. Graças ao ensaio de compactabilidade é possível a qualquer hora reproduzir a condição específica da umidade independentemente da água requerida. Uma especificação da areia a verde, significa uma especificação da umidade e da compactabilidade. 15

16 Fator de Compressibilidade Da simples observação de que cada vez que a DISA produz um molde, acarreta um teste de compactabilidade na câmara de moldagem, pode-se concluir que a máquina de moldagem dá informação sobre a qualidade da compressão da areia. Em termos de valor da porcentagem, o fator de compressibilidade na câmara é uma redução da espessura do molde do estado prévio para o estado após operação de compressão. A compressibilidade pode ser calculada na seguinte equação: % Compressibilidade = Largura da câmara inicial (c) espessura do molde (T) x 100 Largura da câmara inicial (c) 16

17 Onde a largura da câmara inicial é a distância atual entre as faces das duas placas modelo antes da operação de compressão e a espessura do molde pode ser periodicamente medida pelo operador da máquina. O fator de compressibilidade determina se a energia de compactabilidade disponível da Disamatic é utilizada da melhor maneira possível, ou em outras palavras, se a consistência da areia satisfaz a característica da máquina de moldagem. Se a areia tem um correto teor de mistura, a compressibilidade deveria ser: 18 a 24% independente do modelo da Disamatic e parâmetros da máquina como pressão de sopro, tempo de sopro, pressão de compressão, tempo de compressão, arejamento da areia, etc. RCV p/cm 2 Resistência Resistência Água Absorvida Pouca Água Muita Água % mais umida do que a Resistência Máxima Ponto ótimo de Teor de Umidade ( % ) Faixa para o ponto ótimo de mistura A dependencia da Resistência da Areia de Moldagem no teor de umidade ou ponto de mistura ótima ( Exemplo ) A influência do grau de mistura no fator de compressibilidade é mais importante do que o sopro ou pressão de compressão. Entretanto, no julgamento da compressibilidade, a referência deve ser para os parâmetros atuais da máquina. O fator de compressibilidade pode ser aplicado como um método rápido de checagem da qualidade da areia de moldagem. A profundidade da câmara é sempre constante para um mesmo conjunto de placas modelo e deve ser indicado na folha de produção junto com todo o 17

18 resto dos parâmetros de produção, incluindo os ajustes de máquina para este partícular conjunto de placas. O operador da máquina pode facilmente verificar a leve mudança superficial da compactabilidade da areia de moldagem por comparação da espessura do molde produzida com a espessura ótima do molde indicada na folha de Produção da placa modelo em questão. Qualquer desvio da umidade ótima da areia resultará em uma mudança na espessura do molde e consequentemente no fator de compressão. Um rápido feedback do operador da máquina para o operador do sistema de areia causará uma resposta rápida pela correção do teor da mistura para a próxima maçada de areia. O método descrito abaixo é muito praticado mas não pode absolutamente substituir a rotina de checagem das propriedades da areia de moldagem. A compactabilidade e os fatores compressibilidade indicam a consistência da areia de moldagem. De uma dada composição somente o correto teor de umidade acarretará uma ótima resistência e fluidez. Este teor de umidade é chamado Umidade Ótima Definição de Ponto Ótimo (Umidade Ótima) Uma areia é dito estar no Ponto Ótimo quando tem um teor de umidade que é % maior que aquela a qual dá a máxima RCV ou uma compactabilidade de 40 ± 2 AFS, dependendo da composição da areia. O excedente de 10 20% de água é destinado ao consumo de finos inativos, os quais estão sempre contidos na areia. Se a areia tivesse somente argila ativa, o Ponto Ótimo teria correspondência com a máxima RCV. Checar o teor de umidade é extremamente importante, e a variação nunca deveria exceder ± 0,25%. Portanto, a temperatura da areia não deveria exceder 40 C. Para manter esta variação ao mínimo, a adição de umidade no misturador de areia deveria ser controlada automaticamente. No retorno a areia deve ser resfriada para manter constante a relação areia/ umidade. Isto não é possível se a temperatura da areia é alta ou varia muito. 18

19 RCV Diminuindo a Resistência Compactabilidade Aumentando o Teor Total de Finos ( Bentonita Ativa Constante ) Teor de Umidade Incrementando a Argila Ativa incrementará a água requerida na Areia de Moldagem para manter a consistência ótima ( compactabilidade 40 ± 2 % ), isto é, o ponto ótimo muda para a direita. RCV Aumentando Resistência Compactabilidade Aumentando o teor de Bentonita Ativa ( Teor constante de Finos Inativos ) Teor de Umidade Aumentar o Teor Total de Finos para constante Bentonita ativa. Necessidade de umidade aumenta com decréscimo de RCV. 19

20 14 - Teor da Argila AFS (Teor total de finos) Finos são definidos como todas as partículas que são menores que 0,02 mm. Os seguintes ingredientes contribuem para o total teor de finos: Bentonita Ativa Finos ativos Bentonita Inativa Partículas de carvão Partículas de carvão inativas Finos naturais de areia base Finos inativos Ambos, finos ativos e inativos requerem água e esta é a razão porque um acréscimo do teor de finos também aumenta a umidade requerida na areia (acréscimo do ponto umidade ótima) para uma compactabilidade constante de 40% ± 2%. A figura da página anterior mostra que quanto maior o teor de bentonita ativa, mais alto será o RCV bem como o Ponto Ótimo (umidade requerida) para taxas constantes de finos inativos. A 2º figura da página anterior mostra que quanto mais alto o teor de finos total (constante teor bentonita ativa), mais alto será o teor de finos inativos e mais alta a umidade requerida e decréscimo da RCV. A DISA recomenda que a AFS (argila) teor total de finos deve ser mantido entre: % - para máquinas tipo Perda ao Fogo ( % Combustíveis) A perda ao fogo mostra como quanto material combustível há na areia. Durante o teste, os seguintes materiais são extraídos na ignição: Materiais Carbonáceos. Materiais Carbonáceos Inativos (coke). 20

21 Resina de areia de macho residual. Água de cristalização da bentonita ativa. Os valores teóricos ideais devem ser mantidos entre 3,5 a 7,5%, dependendo do programa de produção, do tipo da peça e prováveis refugos que possam ser gerados. Cada sistema de areia tem suas particularidades Voláteis O material volátil pode constituir de: Voláteis de materiais carbonáceos ativos Voláteis de resina residual do macho Água de cristalização de bentonita ativa Os valores ideais material volátil deve ser mantido entre 1,5 a 3% Materiais Carbonáceos Critério de qualidade principal: Teor de água máx. 1,5% Teor de cinzas máx. 12% Materiais Voláteis mín. 30% Teor de enxofre máx. 1,5% Tamanho do grão (AFS 40) até 10% (AFS 200) 45 65% (Prato) 30 60% 21

22 18 - Areia Base A maioria da fundições usam areia de moldagem sintética, onde o sistema de areia é produzido pela adição de argila montimorilonita, materiais carbonáceos e água. A fim de poder manter o teor total de finos de areia no nível correto, o teor de finos na areia base não deve exceder 0,5%. A alcalinidade na areia nova não deve ser menor que PH = 8,5. Para o tamanho médio do grão e distribuição ver especificação de areia de moldagem. Componentes Bentonita inativa Grãos de Sílica destruídos Finos da areia base Cinza Testes Bentonita Ativa Teste de Azul de Metileno Coke solto Parte da Argila Ativa Materiais Carbonáceos ativos Gas Carbônico Água de cristalização Perda a ignição Teor Total de Finos Material fixado para os grãos de Sílica Coke aderente aos grãos de areia Ligante para areia de macho Chamote Sílica dividida Análise de Peneiras Composição da areia de moldagem com indicação dos testes padrões utilizados para determinação dos componentes em questão. 22

23 Água Argila Inativa Água Residual Argila Ativa Água Argila Ativa Água Nova Nova Argila Nova Água Argila Inativa Suprimida Argila Ativa Argila Inativa Argila Ativa Água Residual Areia Areia Areia Areia Número de Vazamentos Antes 2nd Vazamento Após 1nd Vazamento Após Recuperação Após 2nd Vazamento A Bentonita Inativa pode ser partemente suprimida do sistema de areia pela adição de novos materiais Recondicionamento da Areia de Moldagem Se nós considerarmos uma nova massada de areia preparada com novos materiais e sujeito ao vazamento, alguns dos materiais serão mais ou menos diretamente expostos ao choque térmico, causando: 1. Destruição térmica dos grãos de sílica. 2. Queima dos grãos de bentonita. 3. Queima dos grãos de materiais carbonáceos. 4. Evaporação da água. 5. Formação de torrões. 6. Aquecimento da areia na mistura. O mencionado fenômeno faz a nova massada de areia mudar a composição exigindo a compensação para: 23

24 Materiais destruídos. Excessiva formação de finos inativos. Perda de umidade. Elevação na temperatura da areia. Torrões da areia. O ajuste tem que ser realizado a fim de trazer a areia de retorno a condições de moldabilidade. Pela adição de novos materiais na areia de retorno durante a mistura, compensado por ter sido destruído a areia de sílica, bentonita e carbonáceos e pela supressão de excessivos finos. Dependendo da relação metal/molde (areia), a geometria do fundido, qualidade de areia de moldagem, etc., o consumo de aditivos durante o processo de recondicionamento da areia varia conforme %: Bentonita 0,1 1,0% Carvão 0,1 0,5% Areia Nova 0,5 5,0% Nenhum material de areia de macho rejeitado deve ser considerado como areia nova (adição) para o sistema. A figura ao lado pode ser de grande ajuda para a determinação da adição de material novo recomendado a uma areia de moldagem com RCV de aproximadamente 2000 g/cm 2. Como mostrado no diagrama, necessariamente a nova bentonita e areia nova (adição) pode ser encontrada do teor de finos inorgânicos e relação areia/metal. O montante de novo carvão a ser adicionado é normalmente calculado como 60% da nova bentonita adicionada (não se aplica para materiais carbonáceos substituídos). Deve ser notado que o diagrama é verdadeiro somente para ligas de ferro. 24

25 Adição de Bentonita Nova ( % ) A nova adição de Carvão é calculada como 60 % da Bentonita nova. No caso materiais carbonicos sintéticos a adição de carvão novo deve ser feito de acordo com o Adição Total de Areia Nova ( % ) Diagrama para determinação de adição de novo material para recondicionamento da areia de moldagem com uma RCV de 2000 p/cm 2 ( somente para ligas ferrosas ) Controle Rotineiro da Areia Deve-se estabelecer uma checagem rotineira na areia de moldagem. As propriedades da areia testada são usadas para: Diagnósticos dos defeitos do fundido. Controle de qualidade da areia. O controle da areia de moldagem consiste em dois passos: 1. Controle da mistura, areia nova, bentonita e adição de material carbonáceo para uma quantidade predeterminada de areia de retorno durante o processo de mistura da areia a fim de obter uma exata constancia predefinida. 2. Controlar a composição da areia de moldagem e resistência. 25

26 O primeiro passo é controlar manualmente a areia pelo operador do misturador ou por um sistema automático de controle da compactabilidade. O segundo passo é levar para o laboratório de areia de acordo com o programa especificado Controle da Consistência da Areia na Mistura Esta parte do controle de processamento da areia consiste em uma checagem regular para determinar se: a) Dosagem de novos materiais e areia de retorno dentro do misturador corresponde aos valores determinados. b) A areia de retorno contém o grau necessário de dispersão antes de entrar no misturador e durante a mistura. c) A quantidade de água adicionada durante a mistura resulta na consistência da areia predeterminada para uma dada composição da areia após o final do processo de mistura. O método de controle de dosagem depende do caminho ao qual os novos materiais são transportados e medidos quando introduzido dentro do misturador. O grau de dispersão da areia de moldagem depende do tipo de misturador e da manutenção apropriada do sistema de areia, especialmente do misturador de areia. A quantidade de umidade adicionada deve ser controlada por testes de consistência da areia. A DISA recomenda o controle da compactabilidade como o mais independente método. O operador do misturador deve checar a compactabilidade e o teor de água recentemente misturada na massada. Diferentes invenções (dispositivos) automáticos de controle da umidade da areia são utilizáveis. Mas é recomendado usar aqueles baseados na medição da consistência da areia (compactabilidade). 26

27 22 - Teste de Areia no Laboratório Um rápido controle das consistências da areia de moldagem é muito importante, mas nada pode substituir o teste laboratorial da composição e propriedades da resistência e moldabilidade da areia de moldagem. A DISA recomenda tirar uma amostra de aproximadamente 5 Kg, para ser colocada dentro de um recipiente fechado antes de cair areia no silo da DISA para determinar: RCV RTU Compactabilidade Permeabilidade Teor de água Teor de bentonita ativa Perda ao fogo Os testes do teor de finos total e distribuição dos grãos de areia devem ser realizadas pelo menos uma vez por semana. Um programa de testes deve ser suplementado com análise de peneiramento aproximadamente uma vez por semana. A lista dos equipamentos de testes aplicados pode também ser entendida como o mínimo equipamento requerido no laboratório de areia para teste de areia de moldagem para Disamatic. Os resultados dos testes serão reunidos em uma Folha de Controle Diária da Areia para análise e histórico Teste de Areia de Moldagem Amostragem: A amostragem da areia deve ser levada tão fechada quanto possível para os ensaios. Em outras palavras, uma amostra de areia para uma checagem rotineira de laboratório deve 27

28 ser levada antes de chegar a máquina de moldar, entretanto, uma amostra para o teste de teor residual de água da areia de retorno deve ser levada antes de carregar o misturador. A amostra deve ser mantida em um recipiente com tampa vedada para prevenir a evaporação da umidade Martelete para Corpo de Prova O martelete quer hidráulico ou mecânico, não é usado somente para a resistência, permeabilidade das amostras, mas também para medição de compactabilidade. Quando fizer um corpo de prova, tenha certeza de que a régua designada para a medição da compactabilidade está incluída. A régua pode ser feita por si mesma, mas note que o tubo para os corpos de prova são obtidos em dois tamanhos, 100mm e 120mm, a régua tem que se adequar ao requerido. Na medida de obter uniformidade e resultado consistente, o martelete deve ser montado em uma base própria Propriedades de Resistência Antes de proceder algum tipo de teste de resistência, tenha certeza que a máquina de teste é propriamente calibrada. Normalmente um calibrador especial é obtido como uma opção dos fabricantes das máquinas de teste. A existência de aparelhos para determinação de resistência faz-se possível medir a compressão a seco e a verde, resistência ao cizalhamento e spalling. Uma imediata determinação para Resistência a Tração requer equipamento especial, o qual não é sempre obtido. Entretanto o trabalho experimental do Dr. Boenisch s, tem mostrado que há um excelente método indireto na determinação da RTV, pelo uso da máquina padrão de teste de resistência transportado para um teste (ensaio) spalling (δ 5 ) como já mostrado. 28

29 RTU O ensaio RTU é uma das checagens auxiliares. Ele ajuda a determinar ( relativamente rápido) quanto a bentonita ativa contribui para o teor finos total (teor argila AFS). O ensaio de tração a úmido também dá um retrato da qualidade da betonita. Uma boa bentonita sódica e bentonita cálcica ativada por soda cáustica em solução fica por volta de 30g/cm 2. Uma bentonita cálcica ativada por soda cáustica rende entre 20-25g/cm 2, enquanto que uma bentonita cálcica pura fica por volta de 15g / cm Compactabilidade A areia é peneirada e colocada dentro de um cilindro deixado rente a borda do cilindro com uma régua e aplicado uma força de 10 Kgf/cm 2 (140 psi). Outro método é o chamado três golpes (método). A compactabilidade ideal (areia ideal) é aquela que atinge um valor de 40 ± 2%. 29