( * ) Engenheiro metalurgista. Diretor e sócio da Foundry Cursos e Orientação Ltda. e da Romanus Tecnologia e Representações Ltda.

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1 Areia de Moldagem a Verde: Tipos, Composições, Matérias-Primas e Variáveis de Processo. (Parte I / III) ( * ) Arnaldo Romanus Introdução Geralmente há muita confusão, nas fundições, quanto à escolha do tipo mais adequado de areia a verde a ser empregado, tanto em função da liga metálica a ser produzida como visando solucionar determinados problemas, independente do misturador utilizado. Outro aspecto que chama a atenção é o fato de, muitas vezes, o fundidor acreditar que o emprego de areia de faceamento poderá resolver todos os problemas que normalmente teria se esse material não fosse utilizado, sendo que essa não apenas é uma alternativa cara como ainda poderá ocasionar outros defeitos de moldagem. Diante disso, o presente trabalho será dividido em 3 partes, conforme segue: Parte I: tipos e composições das areias de moldagem; Parte II: matérias-primas para areia a verde; Parte III: variáveis do processo de areia de moldagem a verde. 1. Tipos de areia a verde Quem tem moldagem manual geralmente utiliza areias de faceamento e de enchimento, o mesmo ocorrendo em boa parte das fundições que já possuem linhas mecanizadas. Todavia, ao partir para o uso de linhas automatizadas, a fundição somente conseguirá atingir a maior produtividade possível nas máquinas de moldar caso deixe de empregar faceamento, ou seja, se puder trabalhar com uma areia geral, mais conhecida por areia de sistema. Assim sendo, pode-se afirmar que é possível ter três tipos de areia de moldagem a verde: faceamento; enchimento; sistema. 1.1 Areia de faceamento Trata-se de uma areia que tem por finalidade cobrir o modelo, isto é, acaba por entrar em contato direto com o metal, motivo pelo qual deverá ter uma qualidade adequada não só para resistir ao seu ataque, mas também à extração do modelo, à colocação de machos, ao fechamento do molde e ao seu transporte até a linha de vazamento. 1.2 Areia de enchimento Embora haja fundições que preparem esta areia tão bem quanto o faceamento, em grande parte dos casos somente se adiciona água à mesma e, muitas vezes, a sua preparação nem sequer é efetuada em misturador, e sim, diretamente no chão mediante o seu simples revolvimento com trator ou até mesmo com enxada, sendo que normalmente não se dá a devida atenção ao enchimento justamente pelo fato de se julgar que esta areia não entrará em contato com o metal ( * ) Engenheiro metalurgista. Diretor e sócio da Foundry Cursos e Orientação Ltda. e da Romanus Tecnologia e Representações Ltda. 1

2 Efetivamente, cobrindo-se o modelo com uma camada adequada de areia de faceamento, dificilmente a região do molde que irá compor a peça terá a presença da areia de enchimento. No entanto, não se deve esquecer que praticamente é impossível envolver o canal de descida e o funil ou a bacia de vazamento completamente com a areia de faceamento; conseqüentemente, logo de imediato o metal acaba mesmo é atingindo a areia de enchimento, provocando a sua erosão (arraste; lavagem) e a sua conseqüente inclusão na peça e o aparecimento de outros defeitos na mesma. Além disso, se não houver uma adequada preparação do enchimento, somente será possível ter uma areia de faceamento com qualidade razoável se esta for feita com 100 % de areia base (muitas vezes denominada areia nova ), porém isto irá gerar um excessivo descarte de areia de retorno. Portanto, o enchimento deveria ter a mesma composição do faceamento, podendo-se apenas reduzir um pouco o seu tempo de mistura, a fim de não haver falta de areia na linha de moldagem. 1.3 Areia de sistema A partir do momento em que se pretende partir para a implantação de máquinas de moldar automatizadas, independente de serem de alta, média ou baixa pressão, devese obrigatoriamente utilizar apenas um tipo de areia em todo o molde, motivo pelo qual esta acaba sendo conhecida por areia geral, areia única ou areia de sistema. 2. Composições das areias de moldagem 2.1 Areia de faceamento Considerando que, às vezes, há fundições trabalhando com areia de faceamento totalmente nova e outras com areia mista ou com areia usada e ainda levando em conta o fato de que as empresas que utilizam faceamento geralmente empregam misturadores convencionais em sua preparação, a seguir serão sugeridas composições para cada caso: a) areia nova (os pesos dos aditivos / aglomerantes são calculados sobre o peso da areia base) a.1) para peças de ferro 100 % de areia base do tipo 60/70 AFS 6 8 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina de 2 3 % de pó de carvão mineral ou 0,7 1,0 % de pó de carvão aditivado máx. 0,4 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com o seguinte ciclo de mistura: areia + ~ 75 % da água: ~ 30 bentonita + pó de carvão (+ dextrina): ~ 6 restante da água: mín. 4 Nota (válida também para todas as demais composições): sempre que for necessário empregar um aditivo para aumentar a plasticidade e/ou para reduzir a friabilidade da areia a verde, deve-se lançar mão de dextrina, que possui uma elevadíssima solubilidade em água e não resulta em pelotas na areia preparada ao se efetuar a adição de água previamente, ao contrário do amido, o qual, por ter uma baixa 2

3 solubilidade em água, não apenas exigiria a realização preliminar de uma mistura a seco para não resultar em muitas pelotas úmidas na areia a verde, mas também teria o inconveniente de necessitar uma adição substancialmente maior que a dextrina para poder gerar valores semelhantes para essas duas características, porém isso poderia causar ou piorar a formação de pinholes e bolhas de gás, entre outros defeitos; o ideal, todavia, seria utilizar uma bentonita já aditivada com dextrina durante a sua fase de industrialização. a.2) para peças de aço 100 % de areia base do tipo 60/70 AFS 7 9 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina de máx. 0,5 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.a.1), sendo que, no tocante ao pó de carvão mineral, ou se utiliza 2,5 3,5 % desse componente (ou 0,8 1,2 % de pó de carvão aditivado) ou se suspende o seu emprego, neste último caso, no entanto, devendo-se aplicar ao molde uma pintura adequada ao tipo de aço a ser vazado no mesmo. a.3) para ligas de cobre 100 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS 5,5 7,5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina 1,5 2,5 % de pó de carvão mineral ou 0,5 0,8 % de pó de carvão aditivado máx. 0,3 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.a.1). a.4) para peças de alumínio 100 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS 5 7 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina de 1 2 % de pó de carvão mineral ou 0,3 0,7 % de pó de carvão aditivado máx. 0,3 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.a.1). b) areia mista (os pesos dos aditivos / aglomerantes são calculados sobre o peso total das areias) b.1) para peças de ferro 50 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 5 mm de 3

4 50 % de areia base do tipo 60/70 AFS 4 5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina de 1 2 % de pó de carvão mineral ou 0,3 0,7 % de pó de carvão aditivado máx. 0,3 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com o seguinte ciclo de mistura: areias + ~ 75 % da água: ~ 30 bentonita + pó de carvão (+ dextrina): ~ 5 restante da água: mín. 3. b.2) para peças de aço 50 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 5 mm de 50 % de areia base do tipo 60/70 AFS 4,5 5,5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina máx. 0,4 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.b.1), sendo que, no tocante ao pó de carvão mineral, ou se utiliza 1,5 2,5 % desse componente (ou 0,5 0,8 % de pó de carvão aditivado) ou se suspende o seu emprego, neste último caso, no entanto, devendo-se aplicar ao molde uma pintura adequada ao tipo de aço a ser vazado no mesmo. b.3) para ligas de cobre 50 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 5 mm de 50 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS 3,5 4,5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina 1,0 1,5 % de pó de carvão mineral ou 0,3 0,5 % de pó de carvão aditivado máx. 0,2 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.b.1). b.4) para ligas de alumínio 50 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 5 mm de 50 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS 3 4 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina de 0,5 1 % de pó de carvão mineral ou 0,15 0,35 % de pó de carvão aditivado máx. 0,2 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já 4

5 água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.b.1). c) areia usada (os pesos de todos os componentes são calculados sobre o peso da areia de retorno) c.1) para peças de ferro 100 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 5 mm de 10 % de areia base do tipo 60/70 AFS 1 2 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina de 0,5 1 % de pó de carvão mineral ou 0,15 0,35 % de pó de carvão aditivado máx. 0,2 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com o seguinte ciclo de mistura: areias + ~ 75 % da água: ~ 30 bentonita + pó de carvão (+ dextrina): ~ 5 restante da água: mín. 3. c.2) para peças de aço 100 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 5 mm de 10 % de areia base do tipo 60/70 AFS 1,5 2,5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina máx. 0,3 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.c.1), sendo que, no tocante ao pó de carvão mineral, ou se utiliza 0,7 1,2 % desse componente (ou 0,2 0,4 % de pó de carvão aditivado) ou se suspende o seu emprego, neste último caso, no entanto, devendo-se aplicar ao molde uma pintura adequada ao tipo de aço a ser vazado no mesmo. c.3) para ligas de cobre 100 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 5 mm de 10 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS 0,8 1,5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina 0,3 0,8 % de pó de carvão mineral ou 0,10 0,25 % de pó de carvão aditivado máx. 0,1 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já 5

6 água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.c.1). c.4) para peças de alumínio 100 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 5 mm de 10 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS 0,5 1,0 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina 0,2 0,5 % de pó de carvão mineral ou 0,05 0,15 % de pó de carvão aditivado máx. 0,1 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.c.1). 2.2 Areia de enchimento (os pesos de todos os componentes são calculados sobre o peso da areia de retorno) Como uma boa parte da areia base necessária à renovação da areia de retorno já é incorporada ao sistema via faceamento e considerando que este, dependendo do tipo a ser utilizado, pode ter porcentagens distintas de areia base, a adição desta ao enchimento deveria levar este fato em consideração, ou seja, a sua participação teria quer ser menor no caso de se utilizar faceamento novo e maior em se tratando de faceamento feito com areia usada, conforme segue (os demais componentes, em princípio, também necessitariam obedecer a esta orientação): a.1) para peças de ferro 0 10 % de areia base do tipo 60/70 AFS 0,5 1,5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina 0,2 0,8 % de pó de carvão mineral ou 0,05 0,25 % de pó de carvão aditivado máx. 0,05 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já com o seguinte ciclo de mistura: areia (s) + ~ 75 % da água: ~ 30 bentonita + pó de carvão (+ dextrina): ~ 2 30 restante da água: mín b) para peças de aço 0 10 % de areia base do tipo 60/70 AFS 0,8 2 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina de 6

7 máx. 0,1 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.2.a.1), sendo que, no tocante ao pó de carvão mineral, ou se utiliza 0,3 0,8 % desse componente (ou 0,10 0,25 % de pó de carvão aditivado) ou se suspende o seu emprego, neste último caso, no entanto, devendo-se aplicar ao molde uma pintura adequada ao tipo de aço a ser vazado no mesmo. c) para ligas de cobre 0 10 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS 0,3 1,2 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina 0,1 0,6 % de pó de carvão mineral ou 0,03 0,15 % de pó de carvão aditivado máx. 0,05 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.2.a.1). d) para peças de alumínio 0 10 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS 0,2 0,8 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina 0,05 0,4 % de pó de carvão mineral ou 0,02 0,1 % de pó de carvão aditivado máx. 0,03 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.2.a.1). 2.3 areia de sistema (os pesos de todos os componentes são calculados sobre o peso da areia de retorno) Neste caso deverá ser feita uma distinção entre a areia a verde destinada à moldagem convencional (mecanizada ou até mesmo manual) e a utilizada na moldagem de alta produtividade, visto que no segundo caso torna-se necessário reduzir a umidade sem perda excessiva da compactabilidade e isto, em princípio, é mais facilmente alcançado mediante o uso de uma maior adição de areia base, do emprego (pelo menos parcial) de bentonita sódica natural e da utilização de um maior tempo de mistura, motivo pelo qual a composição será subdividida conforme segue: 7

8 a) moldagem convencional a.1) para peças de ferro 2 5 % de areia base do tipo 60/70 AFS 0,6 1,2 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina 0,2 0,6 % de pó de carvão mineral ou 0,05 0,15 % de pó de carvão aditivado máx. 0,05 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já com o seguinte ciclo de mistura em se tratando de misturador convencional: areias + ~ 75 % da água: ~ 30 bentonita + pó de carvão (+ dextrina): ~ 3 30 restante da água: mín. 1 30, o qual poderá ser reduzido para um tempo efetivo de preparação de se for empregado misturador intensivo. a.2) para peças de aço 3 6 % de areia base do tipo 60/70 AFS 0,8 1,5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina máx. 0,1 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.3.a.1), sendo que, no tocante ao pó de carvão mineral, ou se utiliza 0,3 0,8 % desse componente (ou 0,1 0,2 % de pó de carvão aditivado) ou se suspende o seu emprego, neste último caso, no entanto, devendo-se aplicar ao molde uma pintura adequada ao tipo de aço a ser vazado no mesmo. a.3) para ligas de cobre 1 3 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS 0,2 0,8 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina 0,1 0,2 % de pó de carvão mineral ou 0,03 0,07 % de pó de carvão aditivado máx. 0,05 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.3.a.1). 8

9 a.4) para peças de alumínio 0,5 1,5 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS 0,1 0,8 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina 0,02 0,06 % de pó de carvão mineral ou 0,005 0,02 % de pó de carvão aditivado máx. 0,03 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.3.a.1). b) moldagem automatizada b.1) para peças de ferro 3 8 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS 0,5 1,2 % de bentonita (50 70 % de sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina e o complemento de sódica natural) 0,2 0,6 % de pó de carvão mineral ou 0,07 0,15 % de pó de carvão aditivado máx. 0,05 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com o seguinte ciclo de mistura em se tratando de misturador convencional: areias + ~ 75 % da água: ~ 30 bentonitas + pó de carvão: ~ 4 restante da água: mín. 2, o qual poderá ser reduzido para um tempo efetivo de preparação de se for empregado um misturador intensivo. b.2) para peças de aço 4 10 % de areia base do tipo 60/70 AFS 0,7 1,5 % de bentonita (50 70 % de sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina e o complemento de sódica natural) máx. 0,08 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.3.b.1), sendo que, no tocante ao pó de carvão mineral, ou se utiliza 0,3 0,8 % desse componente (ou 0,1 0,2 % de pó de carvão aditivado) ou se suspende o seu emprego, neste último caso, no entanto, devendo-se aplicar ao molde uma pintura adequada ao tipo de aço a ser vazado no mesmo. 9

10 b.3) para ligas de cobre 1,5 2,5 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS 0,1 0,6 % de bentonita (poderá ser utilizado no máximo 30 % de sódica natural, com o complemento sendo de sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina ) 0,05 0,15 % de pó de carvão mineral ou 0,02 0,05 % de pó de carvão aditivado máx. 0,03 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.3.b.1). b.4) para peças de alumínio 0,8 1,5 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS 0,1 0,6 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina 0,01 0,05 % de pó de carvão mineral ou 0,007 0,015 % de pó de carvão aditivado máx. 0,02 % de dextrina (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já água (suficiente para obter % de compactabilidade no momento do uso com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.3.b.1). Considerações finais Desde que sejam utilizadas matérias-primas com qualidade adequada às reais necessidades das fundições e na condição de que estas adotem uma composição correta para a liga metálica a ser vazada nos moldes e que proporcionem um ciclo de preparação aos componentes de acordo com o tipo de misturador em uso, é perfeitamente viável eliminar o emprego de areia de faceamento na produção da maioria das peças. Todavia, considerando que, às vezes, custa caro demais alterar radicalmente a composição da areia de sistema para solucionar problemas existentes em muitos poucos itens, nesta situação convém utilizar areia de faceamento, desde que sejam tomados os devidos cuidados na preparação da respectiva areia de enchimento. 10