SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA

INSTITUTO SUPERIOR TUPY

ENGENHARIA DE FUNDIÇÃO

PROCESSO AREIA A VERDE

ADITIVOS

Iberê Roberto Duarte

AGOSTO/2003JOINVILLESUMÁRIO

1- Aditivos...............................................................................................................................31.1- Pó de carvão.....................................................................................................................31.1.1- Pó De Carvão E Os Defeitos........................................................................................31.1.2- Efeitos Indesejáveis......................................................................................................41.1.3- Dosagem Na Areia........................................................................................................51.1.4- Características Pó De Carvão Mineral..........................................................................51.2- Produtos Amiláceos.........................................................................................................51.2.1- Classificação.................................................................................................................51.2.2- Dosagem Na Areia........................................................................................................61.2.3- Efeitos Gerais................................................................................................................61.2.4- Característica Amido De Milho Pré-Gelatinizado........................................................61.3- Produtos Celulósicos.......................................................................................................71.3.1- Características Farinha De Madeira..............................................................................71.3.2- Dosagem Na Areia........................................................................................................71.3.3- Efeitos Gerais................................................................................................................7

1-Aditivos

1.1-Pó de carvão

Considerações Gerais: são produtos carbonáceos, adicionados à areia verde com a finalidade principal de gerar carbono vítreo durante o vazamento do metal, que, pôr sua vez, evita principalmente a sinterização de areia e melhora o acabamento superficial das peças, sendo que o pó de carvão mineral (tipo Cardiff) é o mais utilizado nas fundições brasileiras(1).

Os carvões são materiais orgânicos que se decompõem por ação do calor em vários produtos gasosos, líquidos e sólidos. A fração líquida, que contém o alcatrão, é aparentemente a mais importante por conter compostos ricos em carbono, como o benzeno, tolueno, xileno e naftaleno.

Existem quatro teorias que explicam os mecanismos de atuação do pó de carvão(8):

a)Colchão de gás: formação de um colchão de gás proveniente dos voláteis gerados pelo pó de carvão.

b)Filme de carbono: um filme de carbono produzido a partir do amolecimento do pó de carvão.

c)Atmosfera redutora: os voláteis oriundos da decomposição térmica do pó de carvão “Cardiff”, reduzem o teor de oxigênio pela formação de uma atmosfera redutora.

d)Carbono vítreo: na superfície dos grãos de areia forma-se um filme de carbono grafítico vítreo, resultante da decomposição de hidrocarbonetos mais pesados. Ele funciona como uma barreira física entre o metal e o molde, de forma a inibir as reações do metal com a areia.

1.1.1-Pó De Carvão E Os Defeitos

Apresenta-se os defeitos que podem ser reduzidos ou eliminados com o uso de pó de carvão do tipo cardiff(8).

a)Expansão da sílicaCom o amolecimento do pó de carvão e perda de voláteis ocorre uma absorção da

expansão da sílica, que é crítica entre 300 e 575oC.

b)Penetração metálicaA presença do pó de carvão que preenche os poros, a formação do carbono vítreo e

a atmosfera redutora que impede a formação de óxidos, geradores de escórias de baixo ponto de fusão, evita a penetração de metal nos poros do molde.

c)PinholesA formação do pinholes está associada à formação de vapor de água. Na interface

metal molde molde ocorre a seguinte reação: H2O + Fe 2H + FeO,

onde o hidrogênio vai para o metal, enriquece-se com o hidrogênio já dissolvido e reage com o FeO para formar bolhas de vapor de água.

Outra combinação é: C (dissolvido) + FeO Fe + CO, onde o monóxido de carbono forma bolhas de gás. O carvão “Cardiff” reduz o oxigênio, através dos voláteis inflamáveis e inibe a reação de oxidação do ferro.

d)SinterizaçãoÉ notório o desempenho do “Cardiff” no combate a este tipo de defeito. Ele inibe a

formação da faialita (silicato de ferro), responsável pela aderência de areia e conseqüente sinterização.

e)Movimentação das paredes do moldeApesar da formação da zona de condensação ocorrer em temperaturas da ordem de

100oC e o pó de carvão sofrer alterações na faixa de 300 a 450oC, na prática o efeito do “Cardiff” é benéfico.

f) Gases (Blow holes)Adições excessivas podem gerar uma pressão de gases superior à pressão

metalostática.

1.1.2-Efeitos Indesejáveis

a)Formação de coqueb)Introdução de enxofrec)Acumulação de cinzasd)Impermeabilização dos filmes de argila por parte dos voláteis do pó de carvãoe)Formação de fumos e fuligem no ambiente da fundição, durante o vazamento, resfriamento e desmoldagem.

Os efeitos indesejáveis podem ser minimizados com a adição de areia nova com exceção do do último(2).

1.1.3-Dosagem Na Areia

Não há indicativos precisos, abaixo temos valores indicados em diversas situações(3):a)Sanders – adições normais de 2 a 3% se o aditivo for fino e peça leve, até 10% se o aditivo for grosso em peças com espessura superior a 50mm e peso considerável.b)Levelink e al – para evitar aderência de areia à peça usar de 1 a 1,5%, sendo a perda ao fogo da mistura em torno de 4 a 6%.c)Boenisch – adição normal de 4 a 8% em areia de faceamento.

d)Pieske e al – para evitar pinholes de hidrogênio cerca de 5% é suficiente.e)Romanus – após levantamento em mais de 100 fundições no Brasil conclui que é uma boa prática usar a proporção de 50% de pó de carvão sobre a quantidade de bentonita.

1.1.4-Características Pó De Carvão Mineral

Tabela 5 – Características Físico-químicas especificadas na CEMP(1).

Características TiposAA A B C

Voláteis (%)-mín. 34 30 25 20Carbono vítreo (%)-mín 10 9 6 4Cinzas (%)-máx 8 14 20 30Enxofre (%)-máx 1,5 1,5 1,8 3,0Umidade (%)-máx 1,5 1,5 1,5 1,5Densidade aparente (Kg/l) 0,5-0,7 0,5-0,7 0,5-0,7 0,5-0,7

Tabela 6 – Classificaçao definida na CEMP(1)

Peneira ABNT Retenção %no mm I II III40 0,42 0 máx. 3,0 máx. 8,0200 0,074 40 - 50 46 - 65 55 - 70

Nota: geralmente obtém-se os melhores resultados com o tipo A-II.

1.2-Produtos Amiláceos

1.2.1-Classificação

Basicamente dividem-se em 2 tipos(1):

a)amido de milho pré-gelatinizado (mais utilizado): é um aditivo orgânico, utilizado com a finalidade principal de fornecer plasticidade à mistura e de manter sua umidade;

b)dextrina (pouco utilizada): é um produto obtido pela conversão termoquímica do amido de milho, utilizando com a finalidade principal de fornecer maior resistência mecânica em moldes estufados e/ou secados superficialmente.

1.2.2-Dosagem Na Areia

Não há um teor ideal, devem ser encarados como um mal necessário. Algumas citações sugerem(3):

a)Wieser – 0,75% de dextrina ou amido pré-gelatinizado para aumentar a resistência a erosão.b)Middleton e Savage – 0,75% para retardar a formação de escamas de expansão.c)Winterhalter e Siefer – 1% evita a formação de veiamento.

1.2.3-Efeitos Gerais

São os seguintes os efeitos do amidos nas características da areia a verde(3).

a)Moldabilidade – reduz.

b)Fluxibilidade – reduz.

c)Umidade – aumenta a quantidade de água necessária para manter o nível de compactabilidade.

d)Vida útil da mistura – aumenta, pois retem a umidade.

e)Densidade do molde – reduz.

f)Índice de estilhaçamento – aumenta, aumenta a tenacidade do molde.

g)Friabilidade – existe muito controvérsia.

h)Dispersabilidade – piora, sendo necessário maior tempo de mistura.

i)Resistência a compressão a sêco – aumenta, formação de ligante gelatinoso com a água.

j)Resistência tração a úmido – Patterson e Boenisch afirmam que reduz, devido a acidificação ocorrida, a RTU pode sofrer queda muito superior a 50%. Yearly em seu artigo descreve que a RTU aumenta. É fato conhecido que o amido sofre processo de acidificação (fermentação) em meio úmido.

1.2.4-Característica Amido De Milho Pré-Gelatinizado

Tabela 7 – Característica definidas na CEMP(1)

Características(1) Especificação(1)Umidade original (*) máx. 10%Inchamento (*) mín. 20ml/2gPartículas grossas (+) --# 40 0%-# 200 30 – 50%Gelificação (*) Isento de água livreAbsorção de água (*) mín. 6ml/g

pH inicial (*) mín. 6,0Delta pH (*) máx. 1,2

(*)características mandatárias (+)características orientativa

1.3- Produtos Celulósicos

Considerações Gerais: nessa categoria utiliza-se quase que exclusivamente, farinha de madeira (serragem), que é um material orgânico de origem vegetal, geralmente obtido de madeira de araucária e pinus, sendo que seu uso na areia de moldagem visa reduzir a ocorrência de defeitos de expansão (escamas) e de sinterização de areia, bem como melhorar a colapsibilidade dos moldes(1).

1.3.1-Características Farinha De Madeira

Tabela 8 – Características definidas na CEMP(1)

Características EspecificaçãoCinzas máx. 0,6%Umidade 7-10%pH 4-6Densidade aparente 0,12-0,16Kg/lCor Amarelada

1.3.2-Dosagem Na Areia

Segundo Romanus(3), o fundidor brasileiro é propenso a acreditar que defeitos de expansão somente são eliminados com pó de madeira. O uso de bentonita com resistência tração a úmido(RTU) mínima de 0,30N/cm2 raramente produz este tipo de defeito, mas, caso seja necessário o uso de pó de madeira, normalmente basta utilizar cerca de 25% em sobre sobre o total de bentonita na areia.

1.3.3-Efeitos Gerais

a)Compactabilidade: sofre redução

b)Umidade: aumenta

c)Plasticidade: reduz

d)Resistência tração a verde: redução

e)Resistência tração a úmido: redução de até 30%, inclusive com a presença de componentes ácidos.

f)Argila ativa: ocorre redução, devido ao efeito de queima ser intensificado.