SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA
INSTITUTO SUPERIOR TUPY
TECNOLOGIA EM MATERIAIS
INFLUÊNCIA DO TEOR DE FINOS NAS PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS
DA AREIA A VERDE
BIANCA BAUMER
PROFESSOR ORIENTADOR: MAX HERMANN
PROJETO FINAL
JOINVILLE
2004
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Guias e Dicas
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Encontrar documentos
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Pesquisar documentos Store
Os melhores documentos à venda: Trabalhos de alunos formados
Videoaulas
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Quiz
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Comunidade
Pergunte à comunidade
Peça ajuda à comunidade e tire suas dúvidas relacionadas ao estudo
Ranking universidades
Descubra as melhores universidades em seu país de acordo com os usuários da Docsity
Guias grátis
Os eBooks que salvam estudantes!
Baixe gratuitamente nossos guias de estudo, métodos para diminuir a ansiedade, dicas de TCC preparadas pelos professores da Docsity
Efeitos dos finos inertes na moldagem a verde, Transcrições de Fundição
Um estudo sobre a adição de finos inertes em misturas utilizando areia padrão e areia de sistema, e a verificação do efeito que este acréscimo pode ter nas propriedades das areias. O estudo aborda a quantidade correta de água, a temperatura da areia, a permeabilidade, a resistência à compressão a verde, a resistência à tração a úmido e a resistência à tração a verde, entre outras propriedades. O objetivo é avaliar a presença do teor de finos na areia a verde.
Tipologia: Transcrições
2014
1 / 45
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
Documentos relacionados
Pré-visualização parcial do texto
Baixe Efeitos dos finos inertes na moldagem a verde e outras Transcrições em PDF para Fundição, somente na Docsity!
SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA
INSTITUTO SUPERIOR TUPY
TECNOLOGIA EM MATERIAIS
INFLUÊNCIA DO TEOR DE FINOS NAS PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS
DA AREIA A VERDE
BIANCA BAUMER
PROFESSOR ORIENTADOR: MAX HERMANN
PROJETO FINAL
JOINVILLE
RESUMO
O presente trabalho aborda o estudo da influência que a adição de finos inertes e de exaustão pode trazer às propriedades de uma areia a verde. Os finos foram coletados em um sistema de exaustão e durante o ensaio de granulometria de diversas areias a verde, após foram adicionados tanto em misturas utilizando areia padrão, neste caso variou-se a adição de finos entre 0 e 10%, como em uma areia de sistema de uma fundição, onde adicionou-se até 6% de finos além dos que já estavam presentes na areia utilizada.A influência desta adição foi avaliada através dos ensaios de umidade, permeabilidade, resistência à compressão a verde, resistência à tração a úmido e resistência à tração a verde. Através dos resultados obtidos observou-se que as características que são mais afetadas com a adição dos finos são a umidade, a permeabilidade, a resistência a compressão a verde e a resistência a tração a verde, sendo que a resistência a tração a úmido não apresentou variação significativa com a adição de finos.
Palavras-Chave: areia a verde, teor de finos, propriedades
LISTA DE FIGURAS
- 1 Forças Adesivas e Coesivas..............................................................................................
- 2 Esquema do Ensaio de Resistência a Tração à Úmido
- 3 Exemplo de Sistema de Areia a Verde
- 4 Vazamento em molde de Areia a Verde.............................................................................
- 5 Molde em Areia a Verde com Metal em Alta Temperatura
- 6 Exemplo de Desmoldagem
- 7 Influência da Argila Oolitizada no Teor de Umidade
- 8 Influência da Argila Oolitizada na Resistência a Compressão a Verde
- 9 Influência da Argila Oolitizada na Permeabilidade
- 10 Matérias Primas utilizadas nas Misturas
- 11 Misturador de areia, de laboratório do tipo mós verticais
- 12 Martelete Mecânico para Compactabilidade
- 13Lâmpada Infra-Vermelha para Ensaio de Umidade
- 14Permeâmetro............................................................................
- 15 Máquina Universal de Ensaios......................................................................................
- 16 Máquina de RTU.............................................................................................................
- 17 Máquina de RTV.............................................................................................................
- 18 Influência do Teor de Finos na Umidade
- 19 Influência do Teor de Finos na Permeabilidade
- 20 Influência do Teor de Finos na RCV
- 21 Influência do Teor de Finos na RTU................................................................................
- 2 2 Influência do Teor de Finos na RTV................................................................................
- 23 Influência do Teor de Finos na Umidade
- 24 Influência do Teor de Finos na Permeabilidade
- 25 Influência do Teor de Finos na RCV
- 26 Influência do Teor de Finos na RTU................................................................................
- 27 Influência do Teor de Finos na RTV................................................................................
- 1 Condições Específicas da Areia Padrão........................................................................... LISTA DE TABELAS
- 2 Composição dos Finos
- 3 Composição das Misturas Realizadas com Areia Padrão CEMP
- 4 Composição das Misturas com Areia a Verde de Sistema
- 5 Composição dos Finos Utilizados na Experiência
- 6 Influência dos Finos na Umidade
- 7 Influência dos Finos na Permeabilidade.............................................................................
- 8 Influência dos Finos na RCV.............................................................................................
- 9 Influência dos Finos na RTU
- 10 Influência dos Finos na RTV
- 11 Influência dos Finos na Umidade
- 12 Influência dos Finos na Permeabilidade .6
- 13 Influência dos Finos na RCV
- 14 Influência dos Finos na RTU
- 15 Influência dos Finos na RTV
- INTRODUÇÃO...................................................................................................................... SUMÁRIO
- 1 MOLDAGEM EM AREIA A VERDE
- 1.1 COMPONENTES DA MISTURA
- 1.1.1 Areia Base
- 1.1.2 Argila
- 1.1.3 Água
- 1.1.4 Aditivos.......................................................................................................................
- 1.1.5 Areia de Retorno
- 1.2 PREPARAÇÃO DA MISTURA
- 1.2.1 Ordem da Adição dos Componentes
- 1.2.2 Tempo de Mistura
- 2 PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS DA MISTURA
- 2.1 COMPACTABILIDADE............................................................................
- 2.2 RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO A VERDE (RCV)...............................................
- 2.3 PERMEABILIDADE A VERDE
- 2.4 RESISTÊNCIA A TRAÇÃO A ÚMIDO (RTU)
- 2.5 RESISTÊNCIA A TRAÇÃO A VERDE (RTV)
- 2.6 UMIDADE
- 3 VARIÁVEIS DO PROCESSO
- 4 FORMAÇÃO DOS FINOS EM UM SISTEMA DE MOLDAGEM
- 4.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS
- 4.2 FINOS DA MOLDAGEM
- 4.3 FINOS DO VAZAMENTO
- 4.4 FINOS DA DESMOLDAGEM
- 4.5 FINOS GERADOS EM OUTROS PONTOS
- 5 FORMA DOS FINOS INERTES PRESENTES NA AREIA
- 5.1 COMPOSIÇÃO DOS FINOS
- CARACTERÍSTICAS DA AREIA 6 INFLUÊNCIA DOS FINOS DE EXAUSTÃO/INERTES SOBRE AS
- 6.1 INFLUÊNCIA DOS FINOS NA UMIDADE
- 6.2 INFLUÊNCIA DOS FINOS NA RCV
- 6.3 INFLUÊNCIA DOS FINOS NA RTV............................................................................
- 6.4 INFLUÊNCIA DOS FINOS NA RTU............................................................................
- 6.5 INFLUÊNCIA DOS FINOS NA PERMEABILIDADE..................................................
- 7 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
- 7.1 MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E ACESSÓRIOS UTILIZADOS
- 7.1.1 Materiais
- 7.1.2 Equipamentos..............................................................................................................
- 7.1.3 Acessórios
- 7.2 COLETA DOS FINOS
- 7.3 PREPARAÇÃO DAS MISTURAS
- 8 RESULTADOS E DISCUSÕES
- 8.1 COMPOSIÇÃO DOS FINOS UTILIZADOS
- 8.2 MISTURAS COM AREIA PADRÃO
- 8.2.1 Umidade......................................................................................................................
- 8.2.2 Permeabilidade
- 8.2.3 Resistência a Compressão a Verde
- 8.2.4 Resistência a Tração a Úmido......................................................................................
- 8.2.5 Resistência a Tração a Verde
- 8.3 MISTURAS COM AREIA DE SISTEMA
- 8.3.1 Umidade......................................................................................................................
- 8.3.2 Permeabilidade
- 8.3.3 Resistência a Compressão a Verde
- 8.3.4 Resistência a Tração a Úmido......................................................................................
- 8.3.5 Resistência a Tração a Verde
- CONCLUSÃO
- SUGESTÕES PARA NOVOS TRABALHOS
- REFERÊNCIAS
INTRODUÇÃO
A moldagem em areia a verde é um processo de confecção de moldes com uma mistura preparada com areia de retorno, areia base, argila, os aditivos necessários e água, devidamente balanceados para atender às aplicações específicas. Esta areia de moldagem passa por várias etapas de processamento para resultar em moldes onde se vazam o metal líquido para a obtenção de uma peça fundida. A areia a verde pode ser utilizada em diversos tipos de processos de moldagem, baixa, média ou alta pressão, sendo que os vários processos por onde esta passa acarreta na formação de partículas muito pequenas denominadas finos inertes ou finos de exaustão. Estes finos são formados desde a preparação da mistura até a desmoldagem das peças sólidas, ou seja, a cada ciclo em que a areia é reutilizada ocorre a formação destas partículas finas, que podem possuir na sua constituição, bentonita calcinada, bentonita ativa, pó de carvão calcinado, grãos de areia moídos, entre outras partículas finas existentes em uma fundição. Muitas fundições de pequeno e médio porte não possuem um sistema de exaustão, ou se possuem não atuam de forma eficiente, e consequentemente os finos formados no ciclo normal de reutilização da areia de sistema, estarão presentes nas misturas utilizadas para a obtenção de moldes. Como a maioria das fundições possuem este componente na constituição da areia de moldagem e não tem clareza dos seus reais efeitos, teve-se a proposta deste trabalho. O trabalho consta inicialmente de uma revisão bibliográfica, tratando da moldagem em areia a verde, outros assuntos são abordados nos demais capítulos, como: propriedades que uma areia verde deve possuir para garantir bons moldes, variáveis do processo, como os finos formam-se em uma areia de moldagem, a forma que os mesmos possuem em uma areia, a influência que exercem sobre as características da areia. Já no capítulo sete inicia a parte experimental do trabalho, desde os equipamentos até os métodos utilizados na realização do trabalho, sendo que o capítulo oito apresenta os resultados e discussões dos mesmos. Os ensaios realizados com o intuito de conhecer quais os efeitos destes finos incorporados a uma areia de moldagem a verde foram: umidade, permeabilidade, resistência à compressão a verde, resistência à tração a úmido, resistência à tração a verde, em misturas de areia, além da determinação de voláteis, perda ao fogo e argila ativa nos finos utilizados nas misturas. Este trabalho consiste na adição de finos inertes em misturas utilizando areia padrão e areia de sistema, e na verificação do que este acréscimo pode acarretar nas propriedades destas areias.
Tabela 1 - Condições específicas da areia padrão [3]
Características Valores Teor de Umidade (%) máx. 0, Teor de SiO 2 (%) min. 99, Teor de Argila Total (%) máx. 0, Superfície específica teórica (cm^2 /g) 95 - 107 Tamanho do grão médio (mm) 0,230 - 0, Coeficiente de angularidade 1,20 - 1, Módulo de finura 55 - 61 Teor de Finos ( % ) máx. 0,
Valor da demanda de ácido (ml NaOH - 0,1N/50g de areia a pH2) máx. 3, Permeabilidade base (AFS) 110 - 140 Número específico teórico de grãos (10^4 unidades/g) 7,0 - 10, Diâmetro representativo (mm) 0,188 - 0, Grau de afastamento (%) 10,0 - 13, PH 6,0 - 7, Fonte: Recomendação CEMP E
Esta será a areia utilizada neste trabalho, pois não há variação de módulo de finura e outras características. Esta areia é isenta de materiais orgânicos e outras partículas estranhas e já é fornecida na quantidade ideal para a mistura a ser preparada
1.1.2 Argila
É um material lamelar, composto essencialmente de silicato de alumínio hidratado, utilizado como aglomerante da mistura, sendo mais utilizado o tipo montmorilonítico. Utiliza-se a bentonita que, misturada com a água desenvolve propriedades adesivas e coesivas. A adesividade permite que a argila envolva o grão de areia, estabelecendo uma forte ligação entre as superfícies dos grãos de areia e as pequenas partículas de argila, enquanto que a coesividade é a característica que proporciona a resistência ao filme de argila, conforme pode ser visto na figura 1. [2]
Figura 1 – Forças Adesivas e Coesivas [2] Fonte: Areias de Moldagem a Verde – Maria Inêz Reinert
A bentonita pode ser do tipo sódica natural, sódica ativada ou cálcica, mas as que são mais utilizadas na preparação da areia de moldagem são as sódicas naturais e ativadas, normalmente utilizadas em conjunto.
1.1.3 Água
A água afeta significativamente a maioria das principais propriedades da areia e exerce grande influência nas ligações areia-argila. A água industrial contem grandes quantidades de sais prejudiciais que afetam as características das bentonitas, a qualidade do acabamento superficial das peças e a resistência a tração a úmido da areias [2]. É desejável que esta água possua um teor de sais (resíduo) de no máximo 0,2g/L [1]. O teor de água adicionado à uma areia de moldagem não deve ser excessivo, pois este excesso fica na forma livre e isto aumenta a compactabilidade prejudicando principalmente sistemas de alta pressão, além de água livre ser tendiosa a gerar gases. Uma deficiência de água pode causar moldes trincados ou parcialmente quebrados, bem como cantos friáveis, podendo gerar erosão e inclusão de areia. A quantidade correta de água depende da compactabilidade desejada na areia, do tipo e a quantidade de argila e de outros aditivos presentes na areia, bem como do tamanho, formato e da densidade da areia base utilizada e da temperatura da areia do sistema. Outro fator que interfere na quantidade de água adicionada é a geometria do molde e as características do equipamento de moldagem.
1.1.4 Aditivos
Todo componente adicionado à mistura que não seja areia, água ou argila é denominado aditivo. Um dos mais utilizado é o pó de carvão que é um produto carbonáceo, adicionado com a finalidade principal de gerar carbono vítreo durante o vazamento do metal, evitando a sinterização da areia e melhorando o acabamento superficial das peças, pois a aproximadamente 450º C amolece, permitindo rearranjo dos grãos, evitando a penetração. Outro fator importante é a atmosfera redutora, onde o ferro líquido reage exotermicamente com o O 2 contido na cavidade do molde (ar, poros de areia e umidade) formando FeO. O FeO reage com SiO 2 para formar silicato de baixo ponto de fusão (fayalita), baixando a viscosidade, a tensão superficial, gerando defeitos. A atmosfera redutora do pó de carvão propicia reação com O 2 inibindo as reações de oxidação. A deposição de carbono vítreo é uma barreira para as interações metal/molde [2]. O tipo mais utilizado é o pó de carvão mineral (Cardiff). Existem ainda outros aditivos utilizados como, por exemplo, o amido de milho, a dextrina entre outros.
1.1.5 Areia de Retorno
A areia de retorno é a que se utiliza várias vezes, ou seja, após a desmoldagem da peça, a areia do molde volta para o sistema para ser reaproveitada, incorporando novas adições de areia nova, argila, água e aditivos. Esta areia passa por alguns ciclos de utilização (varia de fundição para fundição), e deve ser descartada depois de
1.2.2 Tempo de Mistura
O tempo da mistura, que depende da composição e das propriedades desejadas, está diretamente ligado às características, regulagem e potência dos equipamentos. Maiores tempos de mistura promovem maiores resistências, porém tem-se o inconveniente da operacionalidade e prazo, já que nos dias atuais todas as fundições visam muita produtividade e por conseqüência necessitam das misturas prontas o mais rápido possível.
2 PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS DA MISTURA
Após a preparação a mistura da areia verde, conforme descrito acima existem algumas propriedades exigidas pelo processo de moldagem, que devem atender à configuração das peças e da liga metálica a ser vazada. Esta mistura de areia moldada deve, por exemplo, resistir à pressão do metal no interior do molde no momento do vazamento e solidificação. Abaixo tem-se uma descrição de cada propriedade.
2.1 COMPACTABILIDADE
A compactabilidade é o percentual de redução sofrida pela massa solta de areia após a compactação, sendo sensível à relação água/argila [4]. É importante que a compactabilidade esteja na faixa ideal, pois pode influenciar os resultados das demais propriedades da areia a verde. Esta característica depende da densidade da areia, é um indicativo da umidade ótima e da moldabilidade da areia. É uma das principais características, pois é uma função direta do tipo de moldagem empregado, sendo que os melhores resultados são obtidos com as seguintes faixas:
- moldagem manual e mecanizada de baixa pressão: 50- 55%
- moldagem por impacto e compressão, de média pressão: 45 - 50%
- alta produtividade (alta e média pressão): 40 - 45.% [1]
2.2 RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO A VERDE (RCV)
É a capacidade que a massa de areia deve ter para fornecer ao molde a resistência suficiente para que este não se deforme durante a retirada do modelo [4] e durante o vazamento do metal. A Resistência a Compressão a Verde, medida em laboratório, deve ser suficientemente elevada para que o molde possa resistir aos esforços durante seu fechamento, a movimentação bem como ao impacto e pressão inicial do metal vazado.
2.3 PERMEABILIDADE A VERDE
É a capacidade que deve ter a mistura de areia compactada de permitir o escape rápido dos gases e vapores. A permeabilidade é afetada pelo tamanho do grão e pela distribuição granulométrica da areia, o teor de finos, umidade e grau de compactação da areia [4]. Esta característica é diretamente afetada pelo adensamento dos grãos e pela configuração dos vazios. Este é o principal motivo pelo qual uma areia fina possui permeabilidade menor que uma areia mais grossa; ocorre que a areia fina, embora tenha maior porcentagem de vazios que a grossa, possui vazios de menor tamanho. Deve estar situada em níveis tais que não se venha a ter defeitos tais como pinholes, bolhas de gás e penetração por explosão, principalmente [1].
2.6 UMIDADE
O teor de umidade é uma das variáveis mais importantes de uma mistura de areia de moldagem porque afeta quase todas as propriedades físicas e, portanto, deve ser regularmente determinada. Cada composição de areia e aplicação demanda um teor específico de água para atingir as melhores propriedades. O teor correto está relacionado com o tamanho do grão da areia, o teor de argila ativa e o teor de outros materiais que absorvem água, como argila inerte e amidos presentes na mistura. A água é absorvida pela argila até certo limite e somente a água absorvida é que torna eficiente para desenvolver a resistência do aglomerante. Um excesso de água torna a areia mais plástica diminuindo a resistência. A compactabilidade é profundamente afetada pela umidade da mistura [2]. Deve sempre ser a mais baixa possível ao nível desejado de compactabilidade, a fim de evitar, entre outras, o aparecimento dos seguintes defeitos: penetração por explosão, sinterização, pinholes (bolhas de gás) e inchamento das peças [1]. Numa fundição bem controlada, ou seja, sabendo exatamente a compactabilidade ideal para a sua atividade, o valor percentual de umidade atualmente não tem mais nenhuma importância porque está interligado com a composição da mistura e da faixa ideal de compactabilidade, tornando-se apenas uma conseqüência natural.
3 VARIÁVEIS DO PROCESSO
O processo de moldagem em areia a verde apresenta algumas variáveis, dentre as quais pode-se citar:
- o grau de preparação da mistura (já citado anteriormente)
- o balanço de massa (composição): é a adequação da composição da mistura ao processo de moldagem, à configuração da peça e à liga metálica a ser vazada, principalmente.
- finos inertes: são os produtos pulverulentos existentes na areia, que perderam seu poder ativo (bentonita, pó de carvão, etc...) e que devem ser retirados do sistema preferencialmente via exaustão ou então, de forma alternativa, via adição substancial de areia base como conseqüente descarte forçado de areia de retorno.
- temperatura da areia: recomenda-se que a temperatura da areia preparada esteja o mais próxima possível da temperatura ambiente, sendo que o ideal é não utilizar misturas com temperaturas superiores a 50°C [1] Como este trabalho tem por objetivo avaliar a presença do teor de finos na areia a verde, a seguir apresenta-se um estudo mais específico a respeito.
Existem várias maneiras para fabricar-se um molde de areia, pois existem diversos tipos de equipamentos para realizar a compactação deste molde. A diferença entre estes equipamentos está basicamente na pressão utilizada, na maneira em que a areia é adicionada à caixa, ou até mesmo, em alguns casos, a não utilização das caixas de moldar. Dentre os métodos pode-se citar: manual, impacto e compressão, alta pressão. Durante a moldagem pode-se ter alguma quebra dos grãos de areia durante o sopro, por exemplo, isto faz com que o tamanho das partículas sejam diminuídas gerando finos.
4.3 FINOS DO VAZAMENTO
Durante o vazamento do metal líquido (altas temperaturas) no interior dos moldes de areia, inicia uma queima dos componentes destes moldes, principalmente na interface metal/molde. Estes componentes queimados são a bentonita, o pó de carvão, outros aditivos e até mesmo a areia, já que se tem nesta mistura uma areia de retorno que já vem passando por este processo de vazamento por alguns ciclos. A bentonita calcinada torna-se argila inerte que não contribui em nada para a resistência da areia, apenas absorve água; esta queima da bentonita também é conhecida como oolitização. Outro problema no vazamento é que com a alta temperatura pode ocorrer um trincamento dos grãos por existir a expansão da sílica, o que acarreta na diminuição do tamanho dos mesmos. Após o vazamento do metal dentro do molde (figura 4), este permanece com o metal a alta temperatura por um certo tempo (figura 5), sendo neste tempo em que ocorre a queima dos constituintes da mistura de areia a verde.
Figura 4 – Vazamento em molde de areia a verde.
Figura 5 – Molde em areia a verde com metal em alta temperatura. 4.4 FINOS DA DESMOLDAGEM
A desmoldagem das peças após solidificação também é um foco gerador de finos, pois ocorrem impactos entre metal e areia durante a separação do molde da peça. A quantidade de finos aí gerada, depende do tipo de equipamento, intensidade de vibração ou rotação, bem como do tamanho das peças. Na figura 6, é apresentado um desmoldador rotativo típico, onde existe uma boa intensidade de impactos entre torrões de areia e peças e por conseqüência poderá ocorrer quebra dos grãos de areia e geração de finos
Figura 6 – Exemplo de Desmoldagem [7] Fonte: Catálogo Disamatic Foundry Systems – Disa – George Fischer - 1996
4.5 FINOS GERADOS EM OUTROS PONTOS
Além dos pontos geradores de finos que foram abordados pode-se ainda citar:
- peneiramento de areia de retorno
- separadores magnéticos
- silos de armazenamento da areia de retorno
- resfriadores de areia
- misturadores
- transportadores e pontos de transferência
- aeradores [6]