COMPORTAMENTO NAS TEMPERATURAS DE

VAZAMENTO

Comportamento nas temperaturas de vazamento

Primeiros ligantes químicos em fundição (os óleos secativos?)– visavam alcançar resistências (à tração) → machos esbeltos e

geometricamente complexosHoje, uma das motivações (a principal?) para a evolução

contínua e emprego mais generalizado de ligantes químicos é a busca de moldes e machos cada vez mais confiáveis do ponto de vista dimensional– cura em contato com o modelo / caixa de macho

Precisão dimensional de moldes / machos– à temperatura ambiente, pode ser conseguida com qualquer

sistema ligante químico– a temperaturas elevadas, depende não só da areia base mas

também de propriedades / comportamento do ligante• resistência, plasticidade, decomposição, colapso ...

– é afetada, além disso, por vários fatores• preparação e adensamento da areia• aditivos• pinturas etc.

Como avaliar comportamento a alta temperatura ?

• Características medidas à temperatura ambiente têm pouca relação com comportamento em condições de vazamento

• Principais ensaios a altas temperaturas (p/ areias ligadas quimicamente):

Resistência à compressão a quentecarga de ruptura à temperatura T, após encharcamento

Expansão por choque térmicoregistro da variação dimensional ε = f [T (t) ]

Colapsibilidadetempo de colapso sob carga F, aplicada após encharcamento à

temperatura T

Distorção a quenteε = f (tempo) na extremidade de uma barra aquecida no centro,

em uma face

Ensaios a alta temperatura

Os ensaios de

Resistência à compressão a quente

Expansão por choque térmico e

Colapsibilidade

– são realizados em “dilatômetros”, a temperatura determinada

– usam c.p. não padronizados (Φ 1 1/4 x 2” ou mais esbelto)

Distorção a quente

– potência térmica ~ constante

– condições de ensaio mais reprodutíveis que anteriores

Em qualquer caso, atmosfera do ensaio não corresponde à do molde

– pode-se confinar os gases gerados no aquecimento do c.p. (“own atmosfere test”)

Distorção a quente

Desenvolvido pelo (antigo) BCIRA

queimador de gás

fixação do corpo de prova

posição inicial do corpo de prova frio

dispositivo de aplicação de carga

movimento medido e registradocorpo de prova de areia

aglomerada: 1”x¼”x4½”

0

Aex

pans

ão

(mov

imen

to p

ara

cim

a, c

ontra

a c

arga

)

term

opla

sstic

idad

e(m

ovim

ento

par

a ba

ixo)

C

tempo de colapso do corpo de prova

B

D

A = máxima expansãoAB = termoplasticidadeBC = termoendurecimento

secundárioC = fim do termoendurecimento,

predomina decomposição térmica do ligante

D = colapso

Distorção a quentecomportamento de alguns ligantes (1)

cura-a-frio cold box

estufado1/2 h, 220°C

Ligantes uretânicos (resinas fenólicas-isocianato-amina), tanto os de cura-a-frio (PepSet) como os usados em Cold Box, apresentam alta termoplasticidade (que pode ser reduzida por pós-cura em estufa). Também é possível aumentar a resistência superficial e a rigidez por pintura e secagem posterior. A plasticidade a quente destes ligantes os fazem bastante resistentes ao veiamento

Distorção a quentecomportamento de alguns ligantes (2)

UF-AF FF-UF-AF

FF-AF

Resinas para Hot Box: UF-AF (uréia formaldeído – álcool furfurílico): alta plasticidade a quente e rápido colapso → machos de ligas leves. FF-UF-AF (fenol formaldeído - uréia formaldeído – álcool furfurílico): pequena expansão com alguma plasticidade → tensões térmicas pouco severas no macho; tempo de colapso longo → aplicação típica: machos de camisa d’água. FF-AF (fenol formaldeído – álcool furfurílico): alta resistência a quente → machos intrincados, alta solicitação térmica (alta expansão das resinas precisa ser compensada na caixa de macho)

Distorção a quentecomportamento de alguns ligantes (3)

13 dias

7 dias

40 dias

resina de várias idades

duas granulometrias de óxido de ferro

normal

finamente moído

Hot Box: viscosidade das resinas aumenta com tempo de estocagem (ensaio de tração a frio pode não mostrar); aparece como aumento de expansão a quente e pode explicar súbitas ocorrências de veiamento. Adição de óxido de ferro visa, quase sempre, ↓ expansão e ↑ resistência a quente. Grau de moagem do óxido de ferro é importante: neste caso, óxido de ferro mais fino que o usual causou aumento da expansão, o inverso do desejado

Distorção a quentecomportamento de alguns ligantes (4)

tinta pouco penetrante

tinta com adição de tenso-

ativo

Hot Box, pintado por imersão: alteração da tinta (que ficou pouco penetrante) provocou aumento de distorção em macho de camisa d’água (2,5% resina furânica, 20% catalisador, 0,5% óxido de ferro) p/ bloco de motor diesel. A adição de tenso-ativo à tinta restaurou seu grau de penetração no macho, capacitando-a a formar uma capa mais forte na superfície do macho e reduzindo a plasticidade a quente

Distorção a quentecomportamento de alguns ligantes (5)

Cura-a-frio, conversor ácido: propriedades térmicas da areia recuperada são melhores que as da areia nova: o acúmulo de matéria orgânica (indesejado, quando em excesso, pela evolução de gases) é benéfico por eliminar o veiamento e aumentar o tempo de colapso (menor expansão térmica e maior plasticidade a quente)A variação de qualidade da areia recuperada pode causar apreciáveis variações dimensionais nas peças, principalmente se vazados após diferentes tempos de cura

24h

4h

2h1h

1/2h

areia novaP.F.= 1,9%

80% recupP.F.= 3,9%

1h

1/2h

2h

4h

24h

80% recupP.F.= 5,7%

1/2h 1h

2h

24h

Distorção a quentecomportamento de alguns ligantes (6)

sem pinturapintado

Shell Molding: é importante ter-se a alta resistência a quente e o colapso longo propiciado pelas resinas fenol formaldeido. As curvas de distorção a quente mostram que os corpos de prova mantêm resistência a quente por período longo, com expansão térmica e plasticidade a quente moderadas

Distorção a quentecomportamento de alguns ligantes (7)

gasado 18sgasado 35s

gasado 60s

Silicato 2,5:1, gasado com CO2 e estocado por 24 horas: Sabe-se que as propriedades a quente de areias ligadas com silicato-CO2 são influenciadas pelos tempos de gasagem e estocagem dos machos ou moldes. Com o aumento do tempo de gasagem, a expansão térmica diminui e a resistência a quente também. A elevada termoplasticidade do silicato é claramente demonstrada

Distorção a quentecomportamento de alguns ligantes (8)

15 min+ 1% óxido de

ferro

45 min

90 min

90 min

15 min

45 min

óleo de linhaça + amido, vários tempos de cura em estufa: Com o aumento do tempo de cura, aumenta a expansão térmica e diminui a plasticidade a quente. No exemplo, com cura de 15 minutos ter-se-ia distorção excessiva dos machos e de 90 minutos alta tendência a veiamento. A adição de óxido de ferro torna a areia menos susceptível aos efeitos de tempos de cura curtos ou longos