Sistemas ligantes usados em macharia

Evolução dos processos que envolvem gasagem

Processo CO2 - ~1950 (silicato de sódio)

Processo Cold-Box Ashland - 1968 (uretânico)

Processo acetal (silicato de sódio)

Processo formiato de metila (silicato de sódio)

Processo resina fenólica CO2

Processo FRC - 1980 (polimerização através de radical com peróxido e SO2)

Processo SO2 / resina furânica (peróxido orgânico)

Processo SO2 / resina epoxi – 1982 ↑ escoabilidade vida > 24h ↑ reatividade cura rápida↓ teor de resina ↓ consumo de gás ↓ agressão ambiental zero formaldeídozero fenol ↓ carbono lustroso boa precisão dimensional boa estabilidade térmicamanuseio de peróxido gases a captar custo de fixação do SO2 excedentemais caro que outros processos com gasagem

Processo SO2 / resina epoxi sem solventes - 1992

Processo Resol-éster / resina fenólica - formiato de metila

Sistemas ligantes usados em macharia

Cura-a-frio Caixa fria Caixa-quente Cura em estufa

furânico / ácido epóxi - acrílico / SO2 hot-box furânico óleo secativoreação em meio fortemente

ácido; formação de águaFormação de ácido forte por oxidaçãoSO2 “gasado”; reação c/ ácido forte;

formação de água

reação em meio ácido (“ácido”latente liberado por calor); reação

ativada por calor

Secagem + oxidação +polimerização do óleo em

presença de ar + calor

fenólico / ácido furânico / SO2 hot-box fenólicoreação em meio fortemente

ácido; formação de águaFormação de ácido forte por oxidaçãoSO2 “gasado”; reação c/ ácido forte;

formação de água

reação em meio ácido (“ácido”latente liberado por calor); reação

ativada por calor

fenólico alcalino / éster fenólico - uretânico / aminareação c/ éster; formação de

sal de potássioReação resina fenólica + isocianatoem meio básico (amina “gasada”)

óleo - uretânico fenólico / éster shellformação de uretana +

oxidaçãoreação c/ éster (metil formiato“gasado”); formação de sal de

potássio

Condensação de moléculas deresina fenólica devido a

decomposição térmica de hexa

Poliol – uretânico fenólico / CO2

reação resina fenólica +isocianato em meio básico

(amina)

Reação c/ CO2 “gasado”; formação desal de potássio

Silicato / éster silicato / CO2

reações de saponificação edesidratação

desidratação + reação com ácido (CO2“gasado”)

Sistemas ligantes usados em macharia

Processos mais usadosAlemanha, 1995

Cold Box57%

Hot Box16%

Shell13%

Resol-éster (metilformiato)2%

Silicato/CO28%

Resol-CO22%

SO22%

Sistemas ligantes usados em macharia

Resinas para Cold Box

Poliol + Poliisocianato

• Poliol: resina fenol-formol (éter benzílico)

X

OH

CH2OCH2

OH OH

CH2 X

m n

Soma m + n ] 2 ; Relação m:n ] 1:1; X = H ou CH2OH

• Poliisocianato: 2,4’ e 4,4’ - difenilmetanoisocianato

NCO NCO NCO

n

CH2 CH2

n = 0, 1, 2, 3

Resinas para Cold BoxSOLVENTES

• Os solventes do Poliol e do Poliisocianato precisam ser mutuamente compatíveis

• Como o poliol e o poliisocianato são polares, as alternativas de solventes são reduzidas, usam-se– Solventes não-polares: misturas de hidrocarbonetos aromáticos

de alto ponto de ebulição

– Solventes polares: ésteres de alto ponto de ebulição

• Problema (ambiental)

Pirólise de aromáticos → benzol, toluol, xilol

• Alternativas (resinas mais recentes):– solventes com menores teores de aromáticos

– solventes derivados de vegetais (sem aromáticos)

Resinas para Cold BoxPIRÓLISE

• Principal emissão: benzeno

Testes de pirólise com gás inerte (N2) em 30 minutos

00,20,40,60,8

11,21,41,6

800 700 600 500 400

Temperatura, °C

Emis

são

de b

enze

no, m

g/4g

de

arei

a de

mac

ho

Sistema clássico

Sistema com baixosteores de aromáticos

Sistema com solventesvegetais

Resinas para Cold BoxEMISSÕES

• Medições em fundiçõesEmissões medidas em fundição

0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4

Medição antes (1 e 2) e depois (3 e 4) de mudar sistema

Conc

entra

ção

em m

g / m

3 Benzol

Toluol

Xilol

Atributos exigidos das areias para machos (I)

Atributo Definição Observações

Vida de banca intervalo de tempo, contado a partir do preparo damistura, dentro do qual pode-se fabricar machos

com resistência mecânica maior ou igual a 80% daresistência obtida com areia compactada

imediatamente após o preparo

função da condições do ambiente e da areia(principalmente temperatura) e da composição da

mistura (teor de conversor ou catalisador)

Escoabilidade(Soprabilidade)

correlaciona o grau e a uniformidade decompactação da areia com a energia despendida

nessa operação

depende da areia base (facilidade deescorregamento 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 machosprecisam ser extraídos da caixa-de-macho para ser

curados em uma estufa

Plasticidade deformação da massa de areia compactada paraque o macho não se rompa durante a operação de

extração do interior da caixa-de-macho.

deformação predominantemente plástica quando aextração é feita antes da cura e predominantemente

elástica nos demais casos

Permeabilidade capacidade de permitir o livre escape dos gases evapores; em excesso produz peças muito rugosas

depende basicamente do tamanho médio dos porosintergranulares que, por sua vez, é determinado

pelas características geométricas da areia base epelo grau de adensamento do macho

Atributos exigidos das areias para machos (II)

Atributo Definição Observações

Estabilidade térmica dimensional capacidade de acomodar os efeitos da intensa ebrusca expansão térmica que sofrem os grãos de

areia próximos da interface metal-molde

função do tipo de areia (expansibilidade econdutividade térmicas), suas características

granulométricas, tipo e quantidade de ligantes e graude adensamento do macho

Difusividade térmica determina a velocidade de extração de calor dometal por parte do macho, importante por determinar

a estrutura de solidificação da liga fundida e aseqüência de solidificação da peça

função do tipo de areia (expansibilidade econdutividade térmicas), suas características

granulométricas, tipo e quantidade de ligantes e graude adensamento do macho

Inércia química em relação aometal fundido

evitar as reações entre o metal e o material domacho e/ou seus produtos de decomposição

(principalmente gases ou vapores)

fatores de influência: composições do metal e daareia 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 dadifusividade térmica do macho

Propriedades mecânicas atemperatura elevada

resistência mecânica a quente (inicialmente) eprogressiva perda de resistência em favor da

plasticidade a quente (capacidade de deformar-seplasticamente)

função principalmente do sistema ligante e do graude compactação do macho

Desmoldabilidade facilidade com que se pode retirar o macho dointerior da peça solidificada

função da resistência residual do ligante e/ou debaixa refratariedade da areia base

Refratariedade refere-se à areia base: ela não deve amolecer nemsofrer sinterização (ligação vítrea entre grãos)

refratariedade deficiente pode resultar emdeformações no macho, aderência de areia à peçafundida e dificuldades de limpeza e desmoldagem;

dificilmente ocorrerão na fundição de alumínio