Desenvolvimento dos processos endurecidos com gás

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1 Desenvolvimento dos processos endurecidos com gás Processo CO 2 - ~1950 (silicato de sódio) Processo Cold-Box Ashland (uretânico) Processo acetal (silicato de sódio) Processo formiato de metila (silicato de sódio) Processo resina fenólica CO 2 Processo FRC (polimerização através de radical com peróxido e SO 2 ) Processo SO 2 / resina furânica (peróxido orgãnico) Processo SO 2 / resina epoxi 1982 (alta escoabilidade, vida >24h, alta reatividade, cura rápida, reduzido teor de resina, reduzido consumo de gás, menor agressão ambiental, sem formaldeído, sem fenol, não forma carbono lustroso, boa precisão dimensional, boa estabilidade térmica; manuseio de peróxido, requer captação de gases, custo de fixação do SO 2 excedente, mais caro que outros processos com gasagem) Processo SO 2 / resina epoxi sem solventes

2 Sistemas ligantes usados em macharia Cura-a-frio Caixa fria Caixa-quente Cura em estufa furânico / ácido epóxi - acrílico / SO 2 hot-box furânico óleo secativo reação em meio fortemente ácido; formação de água Formação de ácido forte por oxidação SO 2 gasado ; reação c/ ácido forte; formação de água reação em meio ácido ( ácido latente liberado por calor); reação ativada por calor fenólico / ácido furânico / SO 2 hot-box fenólico reação em meio fortemente ácido; formação de água fenólico alcalino / éster reação c/ éster; formação de sal de potássio Formação de ácido forte por oxidação SO 2 gasado ; reação c/ ácido forte; formação de água fenólico - uretânico / amina Reação resina fenólica + isocianato em meio básico (amina gasada ) reação em meio ácido ( ácido latente liberado por calor); reação ativada por calor óleo - uretânico fenólico / éster shell formação de uretana + oxidação reação c/ éster (metil formiato gasado ); formação de sal de potássio Poliol uretânico fenólico / CO 2 reação resina fenólica + isocianato em meio básico (amina) Reação c/ CO 2 gasado ; formação de sal de potássio Silicato / éster silicato / CO 2 Condensação de moléculas de resina fenólica devido a decomposição térmica de hexa Secagem + oxidação + polimerização do óleo em presença de ar + calor reações de saponificação e desidratação desidratação + reação com ácido (CO 2 gasado )

3 Atributos exigidos das areias para machos - I Atributo Definição Observações Vida de banca Escoabilidade (Soprabilidade) intervalo de tempo, contado a partir do preparo da mistura, dentro do qual pode-se fabricar machos com resistência mecânica maior ou igual a 80% da resistência obtida com areia compactada imediatamente após o preparo correlaciona o grau e a uniformidade de compactação da areia com a energia despendida nessa operação função da condições do ambiente e da areia (principalmente temperatura) e da composição da mistura (teor de conversor ou catalisador) depende da areia base (facilidade de escorregamento mútuo dos grãos) e do filme de ligante (quantidade, viscosidade) Consistência (no estado cru) capacidade de retenção da forma antes da cura final tem interesse nos casos em que os machos precisam ser extraídos da caixa-de-macho para ser curados em uma estufa Plasticidade Permeabilidade deformação da massa de areia compactada para que o macho não se rompa durante a operação de extração do interior da caixa-de-macho. capacidade de permitir o livre escape dos gases e vapores; em excesso produz peças muito rugosas deformação predominantemente plástica quando a extração é feita antes da cura e predominantemente elástica nos demais casos depende basicamente do tamanho médio dos poros intergranulares que, por sua vez, é determinado pelas características geométricas da areia base e pelo grau de adensamento do macho

4 Atributos exigidos das areias para machos - II Atributo Definição Observações Estabilidade térmica dimensional capacidade de acomodar os efeitos da intensa e brusca expansão térmica que sofrem os grãos de areia próximos da interface metal-molde função do tipo de areia (expansibilidade e condutividade térmicas), suas características granulométricas, tipo e quantidade de ligantes e grau de adensamento do macho Difusividade térmica determina a velocidade de extração de calor do metal por parte do macho, importante por determinar a estrutura de solidificação da liga fundida e a seqüência de solidificação da peça função do tipo de areia (expansibilidade e condutividade térmicas), suas características granulométricas, tipo e quantidade de ligantes e grau de adensamento do macho Inércia química em relação ao metal fundido Propriedades mecânicas a temperatura elevada Desmoldabilidade Refratariedade evitar as reações entre o metal e o material do macho e/ou seus produtos de decomposição (principalmente gases ou vapores) resistência mecânica a quente (inicialmente) e progressiva perda de resistência em favor da plasticidade a quente (capacidade de deformar-se plasticamente) facilidade com que se pode retirar o macho do interior da peça solidificada refere-se à areia base: ela não deve amolecer nem sofrer sinterização (ligação vítrea entre grãos) fatores de influência: composições do metal e da areia de macho (e seus produtos de decomposição), grau de contato metal-molde (pressão do metal), temperatura local, pressão dos gases; estes últimos dependem também da permeabilidade e e da difusividade térmica do macho função principalmente do sistema ligante e do grau de compactação do macho função da resistência residual do ligante e/ou de baixa refratariedade da areia base refratariedade deficiente pode resultar em deformações no macho, aderência de areia à peça fundida e dificuldades de limpeza e desmoldagem; dificilmente ocorrerão na fundição de alumínio

5 Areias de quartzo Areias base - I SiO 2 - mais abundantes mais baratas densidade: 2,65 dureza Mohs: 7 ponto de fusão: 1728 C impurezas predominantes: feldspatos (K 2 O.Al 2 O 3.6SiO 2 ) argilas óxidos de ferro (tais como limonita) rutilo (TiO 2 ) sais (nas areias de litoral) areia retirada do depósito natural requer lavagem e classificação p/ que fique em condições de ser utilizada em fundição praticamente inertes ao alumínio líquido e, mesmo que impuras, satisfazem amplamente as exigências de refratariedade da fundição de ligas de alumínio inversão do quartzo: quartzo α quartzo β - ocorre a 573 C acentuada expansão outras transformações alotrópicas do quartzo (não chegam a ocorrer em moldes para fundição de ligas de alumínio) quartzo β tridimita ocorre a 867 C tridimita cristobalita ocorre a 1470 C aspecto higiênico: se respirado habitualmente, ar contendo mais de de partículas de quartzo por pé cúbico (partículas essas menores que 10 micrômetros), causa silicose

6 Areias base - II Areias de zirconita ZrSiO 4 silicato de zircônio densidade: 4,7 ponto de fusão: 2550 C (mineral zirconita) ocorre na natureza na forma de areia (no Brasil, areia monazítica; zirconita é subproduto) alta capacidade de extração de calor baixo coeficiente de expansibilidade térmica Areias de cromita cromitas são soluções: cromita, FeO.Cr 2 O 3, picrocromita, MgO.Cr 2 O 3, e espinélio, MgO.Al 2 O 3 ganga de serpentina, olivina, quartzo, piroxênios areia obtida através da britagem, moagem e classificação granulométrica do minério densidade: 4 a 4,6 dureza Mohs: 5 ponto de fusão: > 2000 C expansão térmica moderada capacidade térmica elevada Areias de olivina solução sólida de ortossilicatos de magnésio: forsterita, Mg 2 SiO 4 e faialita, Fe 2 SiO 4 areia obtida através de britagem, moagem e classificação da rocha densidade próxima de 3,3 ponto de fusão: 1800 C para olivinas com ~ 90% de forsterita expansão térmica: ~ 30% menor que a do quartzo

7 Areias base - III Distribuição Granulométrica Peneira Nº prato abertura nominal, d i (mm) 3,35 1,70 0,85 0,595 0,42 0,30 0,21 0,15 0,105 0,074 0,053 0,020 m i s i (cm 2 /g) 9,0 17,8 31,3 44,6 62,9 88,8 126,1 178,3 253,0 356,6 620,3 n i (10 4 unid./g) 0,0045 0,035 0,191 0,551 1,545 4,346 12,46 35,18 100,53 281, ,1 Definindo-se g i = quantidade, em gramas, de material retido em uma dada peneira i, calcula-se: módulo de finura área específica teórica número específico de grãos teórico diâmetro representativo divergência no caso de areia de sílica: Σ ( g m ) M = i i Σ g i Σ ( g s ) S i i T =, em cm Σ g 2 /g i Σ ( g i n N i ) =, em unidades / g Σ g i S d = 10 T, em mm n N π ( S r S ) D = 100 T T n, em % S r T r 22,6415 S T = cm d 2 /g n

8 Areias base - IV Forma dos grãos observação visual com lupa grãos arredondados grãos sub-angulares grãos angulares área específica real dos grãos, S R. através de medida de permeabilidade utilizando o "permeâmetro de Blaine" coeficiente de angularidade relação entre os valores de área específica real e teórica S R /S T dá uma idéia quantitativa do desvio que a forma dos grãos de uma dada areia apresenta em relação à forma esférica correspondência aproximada entre as formas típicas (de observação visual) e valores de coeficiente de angularidade: Forma S R /S T arredondada < 1,25 sub-angular cerca de 1,50 angular > 1,65