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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
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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
2
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
3
ABSTRACT
The current work, the study of the influence that the addition of inert fines and of the
exhaustion can bring to the properties of a green sand. The fines were collected in
exhaustion system and during the grain size test from various green sand, after were
added both in mixtures using pattern sand, in this case the addition was varied of fine
between 0 and 10%, as in a system sand of a foundry where it was added more 6% of
fine besides the ones that were already present in the used sand. The influence of this
addition was evaluated through the moisture, permeability, green compressive strength,
humid tensile strength and green tensile strength. Trough the obtained results it was
observed that the properties that are more affected, with the fine addition are the
moisture, the permeability, the green compressive strength and the green tensile
strength, and the humid tensile strength didn’t present significant variation with the fine
addition.
Keywords: green sand, fines tenor, properties
4
LISTA DE FIGURAS
1 Forças Adesivas e Coesivas.............................................................................................. .... 17
2 Esquema do Ensaio de Resistência a Tração à Úmido ....................................................... 24
3 Exemplo de Sistema de Areia a Verde ............................................................................... 29
4 Vazamento em molde de Areia a Verde............................................................................. 31
5 Molde em Areia a Verde com Metal em Alta Temperatura ................................................ 31
6 Exemplo de Desmoldagem ................................................................................................ 32
7 Influência da Argila Oolitizada no Teor de Umidade ......................................................... 37
8 Influência da Argila Oolitizada na Resistência a Compressão a Verde ............................... 38
9 Influência da Argila Oolitizada na Permeabilidade ............................................................ 39
10 Matérias Primas utilizadas nas Misturas .......................................................................... 43
11 Misturador de areia, de laboratório do tipo mós verticais ................................................. 45
12 Martelete Mecânico para Compactabilidade .................................................................... 47
13Lâmpada Infra-Vermelha para Ensaio de Umidade ........................................................... 47
14Permeâmetro............................................................................ ........................................... 48
15 Máquina Universal de Ensaios...................................................................................... ...... 48
16 Máquina de RTU ............................................................................................................. 49
17 Máquina de RTV ............................................................................................................. 49
18 Influência do Teor de Finos na Umidade ......................................................................... 52
19 Influência do Teor de Finos na Permeabilidade ............................................................... 53
20 Influência do Teor de Finos na RCV ............................................................................... 55
21 Influência do Teor de Finos na RTU................................................................................ 56
22 Influência do Teor de Finos na RTV................................................................................ 58
23 Influência do Teor de Finos na Umidade ......................................................................... 59
24 Influência do Teor de Finos na Permeabilidade ............................................................... 60
25 Influência do Teor de Finos na RCV ............................................................................... 61
26 Influência do Teor de Finos na RTU................................................................................ 62
27 Influência do Teor de Finos na RTV................................................................................ 63
5
LISTA DE TABELAS
1 Condições Específicas da Areia Padrão........................................................................... ..... 16
2 Composição dos Finos ...................................................................................................... 34
3 Composição das Misturas Realizadas com Areia Padrão CEMP ........................................ 44
4 Composição das Misturas com Areia a Verde de Sistema .................................................. 46
5 Composição dos Finos Utilizados na Experiência .............................................................. 50
6 Influência dos Finos na Umidade ...................................................................................... 52
7 Influência dos Finos na Permeabilidade............................................................................. 53
8 Influência dos Finos na RCV............................................................................................. 54
9 Influência dos Finos na RTU ............................................................................................. 56
10 Influência dos Finos na RTV ........................................................................................... 57
11 Influência dos Finos na Umidade .................................................................................... 59
12 Influência dos Finos na Permeabilidade .......................................................................... .60
13 Influência dos Finos na RCV ........................................................................................... 61
14 Influência dos Finos na RTU ........................................................................................... 62
15 Influência dos Finos na RTV ........................................................................................... 63
6
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO...................................................................................................................... 12
1 MOLDAGEM EM AREIA A VERDE ........................................................................... 14
1.1 COMPONENTES DA MISTURA ................................................................................. 14
1.1.1 Areia Base ................................................................................................................... 14
1.1.2 Argila .......................................................................................................................... 16
1.1.3 Água ........................................................................................................................... 17
1.1.4 Aditivos...... ................................................................................................................. 18
1.1.5 Areia de Retorno ......................................................................................................... 19
1.2 PREPARAÇÃO DA MISTURA .................................................................................... 19
1.2.1 Ordem da Adição dos Componentes ............................................................................ 20
1.2.2 Tempo de Mistura ....................................................................................................... 21
2 PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS DA MISTURA ................................................. 22
2.1 COMPACTABILIDADE............................................................................ ...................... 22
2.2 RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO A VERDE (RCV)............................................... ..... 23
2.3 PERMEABILIDADE A VERDE ................................................................................... 23
2.4 RESISTÊNCIA A TRAÇÃO A ÚMIDO (RTU) ............................................................ 24
2.5 RESISTÊNCIA A TRAÇÃO A VERDE (RTV) ............................................................. 25
2.6 UMIDADE .................................................................................................................... 25
3 VARIÁVEIS DO PROCESSO ....................................................................................... 27
4 FORMAÇÃO DOS FINOS EM UM SISTEMA DE MOLDAGEM ............................. 28
4.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS ........................................................................................ 28
4.2 FINOS DA MOLDAGEM ............................................................................................. 29
4.3 FINOS DO VAZAMENTO ............................................................................................ 30
4.4 FINOS DA DESMOLDAGEM ...................................................................................... 31
4.5 FINOS GERADOS EM OUTROS PONTOS ................................................................. 32
5 FORMA DOS FINOS INERTES PRESENTES NA AREIA ........................................ 33
5.1 COMPOSIÇÃO DOS FINOS ......................................................................................... 34
7
6 INFLUÊNCIA DOS FINOS DE EXAUSTÃO/INERTES SOBRE AS
CARACTERÍSTICAS DA AREIA ................................................................................... 36
6.1 INFLUÊNCIA DOS FINOS NA UMIDADE ................................................................. 36
6.2 INFLUÊNCIA DOS FINOS NA RCV ........................................................................... 37
6.3 INFLUÊNCIA DOS FINOS NA RTV............................................................................ 38
6.4 INFLUÊNCIA DOS FINOS NA RTU............................................................................ 39
6.5 INFLUÊNCIA DOS FINOS NA PERMEABILIDADE.................................................. 39
7 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ......................................................................... 40
7.1 MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E ACESSÓRIOS UTILIZADOS .............................. 40
7.1.1 Materiais ..................................................................................................................... 40
7.1.2 Equipamentos .............................................................................................................. 40
7.1.3 Acessórios ................................................................................................................... 41
7.2 COLETA DOS FINOS ................................................................................................... 41
7.3 PREPARAÇÃO DAS MISTURAS ................................................................................ 42
8 RESULTADOS E DISCUSÕES ..................................................................................... 50
8.1 COMPOSIÇÃO DOS FINOS UTILIZADOS ................................................................. 50
8.2 MISTURAS COM AREIA PADRÃO ............................................................................ 51
8.2.1 Umidade...................................................................................................................... 51
8.2.2 Permeabilidade ............................................................................................................ 52
8.2.3 Resistência a Compressão a Verde .............................................................................. 54
8.2.4 Resistência a Tração a Úmido...................................................................................... 55
8.2.5 Resistência a Tração a Verde ....................................................................................... 57
8.3 MISTURAS COM AREIA DE SISTEMA ..................................................................... 58
8.3.1 Umidade...................................................................................................................... 59
8.3.2 Permeabilidade ............................................................................................................ 60
8.3.3 Resistência a Compressão a Verde .............................................................................. 61
8.3.4 Resistência a Tração a Úmido...................................................................................... 62
8.3.5 Resistência a Tração a Verde ....................................................................................... 63
CONCLUSÃO .................................................................................................................... 64
SUGESTÕES PARA NOVOS TRABALHOS ................................................................. 66
REFERÊNCIAS ................................................................................................................ 67
8
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.
9
1 MOLDAGEM EM AREIA A VERDE
A moldagem em areia a verde é um processo de confecção de moldes utilizando
mistura preparada com areia de retorno, areia base, argila, os aditivos necessários e
água, devidamente balanceados para atender às aplicações específicas. [1]
1.1 COMPONENTES DA MISTURA
Abaixo tem-se a descrição de cada componente utilizado na mistura da areia a
verde.
1.1.1 Areia Base
A areia base é um componente refratário e geralmente utiliza-se areia de sílica,
devido a sua maior disponibilidade e menor custo. Esta areia deve apresentar algumas
características básicas como:
- Módulo de Finura: 50 – 70 AFS
- Teor de Finos: máx 1,0%
- Argila AFS: máx.0,5%
- Ponto de fusão: min 1400°C
- Umidade: máx. 0,5% para areia seca
- Temperatura: máx. 40°C
- Formato de grãos: sub-angular e/ou arredondado
- Teor de Si02: min.98% [1]
A areia base tem influência direta nas propriedades, conforme pode ser visto
abaixo.
Quanto maior o módulo de finura:
- Menor a refratariedade devido a menor massa
- Menor a permeabilidade devido ao menor tamanho do grão
- Melhor o acabamento porque os espaços entre os grãos são menores evitando a
penetração do metal
Quanto maior o teor de finos:
- Menor a refratariedade devido à massa ser menor
- Menor a permeabilidade, porque dificulta a saída dos gases devido ao menor
espaço entre os grãos
- Melhor é o acabamento devido aos menores espaços entre os grãos [2]
Além da areia base utilizada nas fundições como renovação do sistema, existe
uma areia utilizada para realizar ensaios de laboratório conhecida como areia
padrão. Esta areia possui todas as suas características controladas e é beneficiada
conforme a norma CEMP E01. [3] Esta areia deve possuir as seguintes
características:
10
Tabela 1 - Condições específicas da areia padrão [3]
Características Valores
Teor de Umidade (%) máx. 0,10
Teor de SiO2 (%) min. 99,00
Teor de Argila Total (%) máx. 0,10
Superfície específica teórica (cm2/g) 95 - 107
Tamanho do grão médio (mm) 0,230 - 0,260
Coeficiente de angularidade 1,20 - 1,40
Módulo de finura 55 - 61
Teor de Finos ( % ) máx. 0,1
Valor da demanda de ácido (ml NaOH - 0,1N/50g de areia a pH2) máx. 3,0
Permeabilidade base (AFS) 110 - 140
Número específico teórico de grãos (104 unidades/g) 7,0 - 10,0
Diâmetro representativo (mm) 0,188 - 0,211
Grau de afastamento (%) 10,0 - 13,0
PH 6,0 - 7,0 Fonte: Recomendação CEMP E01
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
11
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 O2 contido na cavidade do molde (ar, poros
de areia e umidade) formando FeO. O FeO reage com SiO2 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 O2 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
12
recircular no sistema por um tempo pré-estabelecido pela fundição que a utiliza,
reforçando que esta areia deve ser renovada a cada ciclo, ou seja deve-se realizar-se
novas adições de areia base, bentonita, aditivos e água, pois a cada ciclo a areia é
exposta a altas temperaturas e situações que envolvem o impacto, fazendo com que seus
componentes sejam sacrificados, ou seja, a bentonita e aditivos calcinados, a areia base
tem seus grãos quebrados, por isso a necessidade da renovação, para que a nova mistura
a ser utilizada forneça as propriedades necessárias para a obtenção de um molde que
resulte em um produto final de boa qualidade.
1.2 PREPARAÇÃO DA MISTURA
As areias de moldagem a verde são preparadas em misturadores que tem a
função de comprimir, amassar, cisalhar e misturar os componentes da mistura. É o
equipamento básico para homogeneizar os componentes da mistura. Os tipos mais
usuais são com mós verticais ou horizontais, ou ainda, agitadores de alta rotação, podem
ser também contínuo ou intermitente, sendo os dois primeiros os mais utilizados no
momento.
Uma areia deve ser muito bem preparada, o ideal é ter uma mistura eficiente, ou
seja, uma areia de moldagem com as propriedades ideais para obtenção de um molde
resistente às condições a que serão expostos. Esta preparação é influenciada pelo tempo
de mistura, ordem de adição dos componentes, carga do misturador e tipo e estado de
manutenção do misturador [1]. O grau de preparação da areia de moldagem afeta
praticamente todas as suas principais características, areias mal preparadas conferem à
mistura:
- Baixa resistência mecânica
- Baixa resistência na zona de condensação
- Baixa capacidade para acomodação da expansão térmica dos grãos
- Alta formação de argila latente [2]
Na preparação da mistura deseja-se que a bentonita seja dispersada sobre os
grãos de areia, e que a umidade seja distribuída homogeneamente na bentonita.
1.2.1 Ordem de Adição dos Componentes
Para preparar-se uma areia de moldagem a verde deve-se seguir uma ordem no
momento de adicionar todos os componentes presentes na mistura, portanto deve-se
realizar a mistura na seguinte ordem:
1º areia de retorno e/ou areia base
2º cerca de 50% da água supostamente necessária
3º argila e outros aditivos
4º restante da água [1]
A adição dos componentes é realizada desta forma para que ocorra uma
distribuição prévia da água sobre cada grão, diminuindo a evolução de poeira e a argila
ao ser distribuída vai encontrando sobre cada grão a quantidade ideal de umidade, além
do fato de que a bentonita tem grande facilidade de formar pelotas se for adicionada
primeiramente.
13
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.
14
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].
15
2.4 RESISTÊNCIA A TRAÇÃO A ÚMIDO (RTU)
É a resistência na camada de condensação de água. Se esta camada possui baixos
valores, poderão ocorrer defeitos de expansão [4]. O ensaio em si tem como finalidade
determinar a menor resistência possível de ser encontrada num molde de areia a verde,
sendo que esta ocorre na zona de condensação a umidade. Esta propriedade pode ser
encarada como uma medida quantitativa da força de adesão da camada da areia. Além
disso, esta característica fornece dados numéricos a respeito do grau de ativação, da
estabilidade térmica e da superfície ativa da bentonita.
Este ensaio é um indicador bastante apropriado para verificar a tendência do
molde a defeitos como escama e rabo de rato. A RTU deve ser suficientemente elevada
para evitar escamas de expansão, principalmente. Na figura 2 [5], tem-se um esquema
do ensaio de RTU.
Figura 2 – Esquema do Ensaio de Resistência a Tração a Úmido [5]
Fonte: Operation and Control of Greensand Systems - BCIRA
2.5 RESISTÊNCIA A TRAÇÃO À VERDE (RTV)
Este ensaio tem correlação direta com problemas de quebra de bolo de areia e
recentemente foi desenvolvido um equipamento que faz especificamente este ensaio. A
resistência à tração a verde é um índice valioso do comportamento da areia ao se efetuar
a extração do modelo. Serve para avaliar a efetividade de compactação das máquinas de
moldagem e as variáveis de composição da areia de moldagem a verde. Valores
elevados de RTV provocam defeitos de trincas, expansão e bolhas. Valores baixos
provocam defeitos de inchamento, quebra de bolo, inclusão de areia e rugosidade [2]
16
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.
17
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.
18
4 FORMAÇÃO DOS FINOS EM UM SISTEMA DE MOLDAGEM
4.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS
Na central de preparação de areias há a formação de finos, que são succionados
pelo sistema de exaustão que, por sua vez, geralmente os conduz a uma decantação em
água, formando uma lama. A extração dos finos de exaustão também pode ser realizada
sem a decantação em água, tendo como produto final desta sucção um material seco.
Esses finos contem boa parte da bentonita e do pó de carvão que continuam ativos; mas
deve-se ter uma série de cuidados para reutilizar este material, visto que, em grande
parte dos casos, a maioria dos componentes da lama ou resíduos de exaustão está sob a
forma inerte, calcinada. Uma fundição que não possui um sistema de exaustão tem na
sua areia de retorno todos estes finos aglomerados, tanto a parte que ainda pode
colaborar (um pouco de argila ativa e pó de carvão) quanto a parte que pode ser
prejudicial ao sistema. Além de serem gerados na própria preparação de areia, também
são obtidos em outros processos, conforme será visto nos próximos tópicos [6].
Na figura 3, tem-se um esquema de um sistema de moldagem completo com os
principais pontos onde pode ocorrer a formação dos finos inertes.
Figura 3 – Exemplo de Sistema de Areia a Verde [7]
Fonte: Catálogo Disamatic Foundry Systems – Disa – George Fischer - 1996
Os principais pontos de geração e coleta de finos, podem ser visualizados na
figura 3 e estão identificados conforme legenda abaixo:
1 – Peneiramento e Armazenagem de Areia de Retorno
2 – Misturador de Areia
3 – Máquina de Moldar
4 – Vazamento
5 – Desmoldagem
6 – Coletor de Pó
4.2 FINOS DA MOLDAGEM
19
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
20
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]
5 FORMA DOS FINOS INERTES PRESENTES NA AREIA
21
Os finos inertes podem estar presentes na areia sob as mais variadas formas,
conforme abaixo:
a) pelotas de material inerte úmido, que reduz a porcentagem de vazios da areia, mas
não aumenta a resistência a seco;
b) pelotas compostas por uma mistura de material inerte e argila ativa, que podem
reduzir a porcentagem de vazios, dependendo se as pelotas se formam nos vazios ou
entre as áreas de contato dos grãos de areia;
c) podem estar misturados uniformemente à argila ativa que recobre os grãos de areia
fazendo com que a porcentagem de vazios diminua, devido ao aumento da área de
contato [6].
Geralmente a distribuição dos finos na areia depende da forma física com que
são misturados à água e à argila ativa. Em geral, estes materiais situam-se em três
classes:
a) sob forma de materiais granulares insolúveis em água ou que não absorvem água; são
eles: argila inerte, pó de sílica, pó de carvão, piche e grafite;
b) sob forma de materiais solúveis em água ou que absorvem água: dextrina e amido de
milho;
c) materiais fibrosos: pó de madeira e sabugo de milho.
Atualmente utiliza-se nas misturas de areia a verde somente argila, pó de carvão
e em alguns casos amido de milho ou dextrina.
5.1 COMPOSIÇÃO DOS FINOS
Em fundições de ferro que utilizam areia a verde, tem-se a formação de 75 a 100
kg de pó para cada tonelada de peças fundidas, isto é, cerca de 1% do total de areia
utilizada na fundição. Normalmente os finos de exaustão compõem-se de argila ativa,
argila inerte e partículas finas de areia; no caso das fundições de ferro, tem-se também a
presença de pó de carvão ativo e inerte ou de substitutos do pó de carvão.
Segundo o CIATF apud ROMANUS, na lama de exaustão geralmente tem-se
cerca de 10 a 20% de sólidos, cuja análise, após secagem, apresentou os seguintes
resultados médios em uma série de fundições estudadas [6]:
Tabela 2 – Composição dos Finos [6]
Composição Material de Exaustão (%) Lama do Coletor (%)
Teor de Sólidos (%) 15,1 20,3
Teor de Voláteis (%) 11,9 10,2
Argila Ativa (%) 8,9 7,6
Perda ao Fogo (%) 32,3 33,4 Fonte: Areias de Moldagem a Verde – Arnaldo Romanus
É importante ressaltar que a sucção na exaustão deve ser controlada para não
retirar do sistema de areias as partículas que podem contribuir na próxima mistura a ser
realizada, ou seja, esta exaustão não pode retirar a bentonita, o pó de carvão que não
calcinaram e ainda tem poder aglomerante no molde. Caso estes materiais ativos sejam
retirados, no momento de realizar uma nova mistura, a quantidade de bentonita e pó de
carvão a serem adicionados será bem superior.
22
Pelo fato da argila ser um colóide, a mesma não sedimenta e não pode ser
removida pelo processo normalmente utilizado na remoção de materiais decantados. À
medida que a argila vai engrossando a água proveniente da exaustão, começa a haver
uma suspensão de outras partículas finas. A fim de diminuir a quantidade de argila ativa
presente na lama, recomenda-se:
a) trabalhar com a menor pressão de sucção possível;
b) não ter sucção elevada nas proximidades de quedas da areia de retorno;
c) reduzir tanto quanto possível a formação de finos entre a desmoldagem e os silos da
areia de retorno, através da adição de água à areia imediatamente após a desmoldagem;
d) não efetuar injeção de ar para resfriamento da areia de retorno no momento em que
esta sofrer adição de bentonita e de pó de carvão [6].
6 INFLUÊNCIA DOS FINOS DE EXAUSTÃO/INERTES SOBRE AS
CARACTERÍSTICAS DA AREIA
23
Os finos presentes em uma areia de moldagem a verde podem proporcionar
alguns efeitos colaterais sobre as propriedades desta areia. Quando se trata da
abordagem destes efeitos colaterais, ou até mesmo da reutilização dos finos de exaustão
tem-se nas conclusões muitas controvérsias. Desta forma podem-se citar algumas das
influências, segundo a literatura.
6.1 INFLUÊNCIA DOS FINOS NA UMIDADE
Pesquisas demonstraram que a argila inerte absorve água com mais facilidade do
que a própria argila ativa, sem, no entanto, melhorar a resistência a verde da areia. Além
disso, verificou ainda que, havendo presença de uma quantidade significativa de argila
inerte na areia, somente consegue-se uma boa moldabilidade quando tiver sido
adicionado até 15-20% de água em relação à quantidade de argila inerte existente na
areia. Neste trabalho, afirma-se que aparentemente não é a granulometria mais fina da
argila inerte a causa dessa absorção de água, e sim, que a mesma é porosa e absorve
água por efeito da capilaridade.
Já em outro trabalho do mesmo autor tem-se a afirmação de que o aumento da
quantidade de água necessária para se obter uma areia facilmente moldável é devido ao
fato das partículas de argila inerte serem extremamente finas, o que ocasiona um forte
aumento da superfície específica a ser umedecida pela mistura argila ativa-água; este
trabalho cita que, para misturadores convencionais, geralmente é necessário adicionar-
se 0,25% de água para cada 1% de argila inerte existente no sistema, a fim de se
alcançar a moldabilidade ideal [6].
Na figura 7, pode-se notar que quanto maior o teor de argila oolitizada (fino
resultante da bentonita calcinada no molde após o vazamento do metal líquido) maior é
a umidade da mistura, o que comprova a facilidade de absorção de água pelos finos [8].
Figura 7 – Influência da Argila Oolitizada no Teor de Umidade [8] Fonte: AFS Transactions
6.2 INFLUÊNCIA DOS FINOS NA RCV
Bentonita Sódica
Bentonita Cálcica
Argila Oolitizada (%)
Um
ida
de (
%)
24
Nesta propriedade tem-se muitas controvérsias quanto ao real efeito colateral do
teor de finos, pois três pesquisadores diferentes tem opiniões distintas.
Na opinião de Dietert et aL apud ROMANUS, a resistência à compressão a
verde pode ser afetada pela presença de finos inertes [6].
Boenisch apud ROMANUS, em contrapartida, afirma que a argila inerte
praticamente não afeta a RCV enquanto que Parkes apud ROMANUS concluiu que a
presença desse componente aumenta essa propriedade [6].
Em outra pesquisa realizada (figura 8) pode-se observar que a resistência a
compressão a verde tem um leve aumento com o acréscimo de argila oolitizada, que
também é um tipo de finos na areia de moldagem, como já citado anteriormente [8].
Figura 8 – Influência da Argila Oolitizada na Resistência a Compressão a Verde [8]
Fonte: AFS Transactions
6.3 INFLUÊNCIA DOS FINOS NA RTV
Sobre a resistência a tração a verde, pesquisas revelaram que esta propriedade
pode ser fortemente prejudicada pela presença de argila inerte na areia de moldagem
[6].
6.4 INFLUÊNCIA DOS FINOS NA RTU
Várias pesquisas realizadas, afirmam que a presença de argila inerte na areia de
moldagem diminui a resistência à tração a úmido. Isto ocorre porque as ligações entre as
partículas de argila não são mantidas, ocorrendo a quebra do molde [3].
6.5 INFLUÊNCIA DOS FINOS NA PERMEABILIDADE
Sabe-se que quanto maior o teor de finos, menor é a permeabilidade do molde,
como pode-se verificar na figura 9. [8]
Bentonita Sódica
Bentonita Cálcica
Argila Oolitizada (%)
Resi
stên
cia
a
Co
mp
ress
ão
a V
erd
e
(N/c
m²)
25
Figura 9 – Influência da Argila Oolitizada na Permeabilidade [8] Fonte: AFS Transactions
Argila Oolitizada (%) P
erm
ea
bil
ida
de (
AF
S)
Bentonita Sódica
Bentonita Cálcica
26
7 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Para a realização deste trabalho e a execução da parte experimental utilizou-se os
equipamentos e procedimentos descritos abaixo.
7.1 MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E ACESSÓRIOS UTILIZADOS
7.1.1 Materiais
- Areia Padrão CEMP
- Bentonita Sódica Ativada
- Pó de Carvão, tipo Cardiff
- Água
- Finos de Exaustão e de Granulometria
7.1.2 Equipamentos
- Misturador de Mós de Laboratório (ML 07) – Capacidade 7,0 kg – Fabricante:
GF
- Balança semi-Analítica
- Martelete Mecânico – Fabricante: Tecnofund
- Máquina Universal de Ensaios (determinação da RCV) – Fabricante: GF
(equipamento manual e analógico)
- Lâmpada Infra-vermelha – Fabricante: Tecnofund
- Permeâmetro – Fabricante: GF (equipamento analógico)
- Máquina para determinação da RTU – Fabricante: Tecnofund (equipamento
digital)
- Máquina para determinação da RTV – Fabricante: Tecnofund (equipamento
digital)
- Aparelho Granulométrico – Fabricante: Bertel
- Kit manual para determinação da Argila AFS (argila total)
- Conjunto de Peneiras para Granulometria
- Aparelho determinador de Argila Ativa
- Mufla Microprocessada – Fabricante: EDG
7.1.3 Acessórios
- Cronômetro
- Embalagens para acondicionar a areia preparada
- Funil e Peneira
- Cilindros para Compactabilidade, RCV, RTU e RTV
- Proveta graduada
27
7.2 COLETA DOS FINOS
Os finos utilizados nesta experiência foram coletados de duas maneiras:
retirados do sistema de exaustão de uma fundição de areia a verde e, coletados da
própria análise de granulometria das areias a verde, ou seja, após efetuar a lavagem da
areia e ensaio de granulometria, guardou-se o material retido nas duas últimas peneiras e
no prato do conjunto de análise granulométrica. Todos estes finos coletados foram
misturados e homogeneizados.
Após serem homogeneizados retirou-se uma amostra representativa dos finos
obtidos e realizou-se as análises de teor de voláteis, perda ao fogo e argila ativa, para
ter-se uma noção da composição do material utilizado nas misturas. Estas análises
foram realizadas conforme recomendações CEMP 141 (Materiais para Fundição –
Determinação do Teor de Matérias Voláteis) [9], 120 (Materiais para Fundição –
Determinação do Teor da Perda ao Fogo) [10] e 197 (Areias para Fundição –
Determinação do Teor de Argila Ativa pelo Método da Curva de Regressão e da
Adsorção). [11]
7.3 PREPARAÇÃO DAS MISTURAS
Utilizou-se dois tipos de areia na preparação das misturas. Em primeira instância
realizou-se as misturas utilizando areia padrão (conforme especificação técnica CEMP
E01), esta areia foi utilizada para que não ocorresse variação de granulometria e até
mesmo da quantidade de finos proveniente da areia base. A principal variável neste caso
foi a quantidade de finos adicionada a cada mistura. Desta forma a quantidade de
bentonita foi mantida em 7% e a de pó de carvão em 3% para cada mistura (figura 10).
Outra variável nestas misturas foi a quantidade de água adicionada, pois desejava-se em
todas as misturas uma compactabilidade de 45 + 1%, para que esta propriedade não
influenciasse as demais. Variou-se a quantidade de finos de 0 a 10%. Todas as misturas
foram realizadas conforme recomendação CEMP 068 – Preparação da Mistura Padrão
de Bentonitas para Fundição [12]. Como o misturador utilizado (figura 11) possui 40
RPM de rotação, o tempo total de cada mistura foi de 18,5 minutos. As composições de
cada mistura podem ser visualizadas na tabela 3.
Figura 10 – Matérias-primas utilizadas nas misturas.
Areia Padrão
Finos Inertes Pó de Carvão
Bentonita Sódica Ativada
Água
28
Tabela 3 – Composição das Misturas Realizadas com Areia Padrão CEMP.
Componentes
Mistruras Realizadas (Quantidade Componentes Utilizados)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
% Peso
(g)
% Peso
(g)
% Peso
(g)
% Peso
(g)
% Peso
(g)
% Peso
(g)
% Peso
(g)
% Peso
(g)
% Peso
(g)
% Peso
(g)
% Peso
(g)
Areia Padrão 100 4200 100 4200 100 4200 100 4200 100 4200 100 4200 100 4200 100 4200 100 4200 100 4200 100 4200
Bentonita 7 294 7 294 7 294 7 294 7 294 7 294 7 294 7 294 7 294 7 294 7 294
Pó de Carvão 2 84 2 84 2 84 2 84 2 84 2 84 2 84 2 84 2 84 2 84 2 84
Água (mL)* 50 54 55 55 80 90 95 98 106 113 119
Finos 0 0 1 42 2 84 3 126 4 168 5 210 6 252 7 294 8 336 9 378 10 420
*Quantidade de água adicionada para obtenção de compactabilidade de 45 + 1%.
29
Figura 11 – Misturador de areia de laboratório do tipo mós verticais.
Posteriormente, foram realizadas misturas em uma areia a verde de sistema
utilizada em uma fundição da região. Antes de realizar as misturas homogeneizou-se a
areia utilizada e retirou-se uma amostra representativa para determinar-se a quantidade
de finos existente nesta areia, esta análise foi realizada conforme recomendações CEMP
082 – Areia Base para Fundição – Determinação do teor de Argila pelo Método do
Sifonamento [13] e 081 – Materiais Granulares usados em Fundição – Determinação da
Distribuição Granulométrica e Módulo de Finura [14]. Após a obtenção deste resultado,
decidiu-se acrescentar mais 3,0 e 6,0 % de finos, para ver qual a influência que teriam
em uma areia de real utilização nas fundições. Antes de adicionar os finos, corrigiu-se a
umidade desta areia e determinou-se as propriedades com o teor de finos já presente na
areia de sistema (1,80%). Após realizou-se duas novas misturas adicionando mais finos.
É importante ressaltar que nesta areia de sistema foi apenas corrigida a umidade e
adicionado finos, não sendo acrescentado bentonita e pó de carvão, pois os mesmo já
estão constituídos na mistura. As misturas também foram realizadas conforme
recomendação CEMP 068 e, podem ser visualizadas na tabela 4.
Tabela 4 – Composição das Misturas com Areia a Verde de Sistema.
Componentes
Misturas
1 2 3
% Peso
(g)
% Peso
(g)
% Peso
(g)
Areia de
Sistema 100 4200 100 4200 100 4200
Finos 1,80% 3 126 6 252
Água* 10 mL 28 mL 39 mL
*Quantidade de água adicionada para obtenção de compactabilidade de 45 + 1%.
Na metade do tempo de cada mistura (aproximadamente 9 minutos) determinou-
se a compactabilidade (figura 12) conforme recomendação CEMP 065 – Bentonitas
para Fundição – Determinação da Compactabilidade da Mistura Padrão [15]. Através
desta análise, checou-se se esta característica encontrava-se dentro do desejado, quando
a mesma encontrava-se abaixo, adicionava-se mais água e quando acima continuava-se
30
a mistura pois, no restante do tempo a areia perde um pouco da água, ou seja fica mais
seca. No final de cada mistura, novamente determinou-se esta propriedade, para poder
dar continuidade nos experimentos com esta característica dentro do especificado. Após
determinou-se as seguintes propriedades:
- Umidade - Figura 13
- Permeabilidade - Figura 14
- Resistência a Compressão a Verde (RCV) - Figura 15
- Resistência a Tração a Úmido (RTU) - Figura 16
- Resistência a Tração a Verde (RTV – este ensaio possui o mesmo princípio da
RTU, porém o equipamento não possui aquecimento e não ocorre a variação do
tempo de ensaio) - Figura 17.
Figura 12 – Martelete mecânico para Compactabilidade.
Figura 13 – Lâmpada Infra-vermelha para Ensaio de Umidade
31
Figura 14 – Permeâmetro
Figura 15 – Máquina Universal de Ensaios
32
Figura 16 – Máquina de RTU
Figura 17 – Máquina de RTV
8. RESULTADOS E DISCUSSÕES
33
Apresentam-se abaixo os resultados obtidos com a realização dos experimentos,
assim como as suas respectivas discussões.
8.1 COMPOSIÇÃO DOS FINOS UTILIZADOS
Através da tabela 5, tem-se a composição dos finos utilizados na experiência,
provenientes da exaustão e de análises granulométricas. Pode-se perceber que os
resultados obtidos de voláteis e perda ao fogo estão bem coerentes com o que a
literatura cita. Percebe-se através destas duas características que estes finos possuem
material carbonáceo, ou seja, possuem na sua constituição pó de carvão. Outra matéria
prima presente na composição, porém em pequena quantidade, é bentonita ativa, supõe-
se que esta quantidade presente na constituição dos finos não chegou a interferir nas
propriedades como a resistência a compressão a verde, justamente pelo teor de argila
ativa obtido ser baixo.
Tabela 5 – Composição dos Finos Utilizados na Experiência
Característica Resultado (%)
Teor de Voláteis (%) 8,73
Perda ao Fogo (%) 31,63
Argila Ativa (%) 1,40
8.2 MISTURAS COM AREIA PADRÃO
Conforme já comentado, a primeira propriedade determinada em cada mistura
foi a compactabilidade, pré-fixada em 45 + 1%. Através das análises das misturas,
obteve-se os resultados descritos abaixo.
8.2.1 Umidade
O ensaio de umidade foi realizado conforme recomendação CEMP 105 –
Materiais para Fundição – Determinação do Teor de Umidade [16]. Para cada ensaio
utilizou-se 20 gramas da areia preparada e deixou-se secar por 20 minutos em lâmpada
infravermelha.
Através do ensaio de umidade constatou-se que adicionando finos na areia,
aumenta-se a esta propriedade, conforme pode ser visto na tabela 6 e figura 18. Isto
pode ser explicado pelo fato de que as partículas finas possuem uma maior capacidade
de absorver água e esta absorção ocorre por um efeito de capilaridade que os finos
possuem.
Este resultado obtido confirma o que a literatura cita, que conforme o aumento
dos finos tem-se um aumento da umidade.
34
Tabela 6 – Influência dos Finos na Umidade
Teor de Finos (%) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Umidade (%) 1,5 2,0 2,5 3,0 3,0 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 4,0
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
Teor de FInos (%)
Um
idad
e (
%)
Figura 18 – Influência do Teor de Finos na Umidade
8.2.2 – Permeabilidade
A análise de permeabilidade foi realizada conforme especificação técnica CEMP
061 – Aglomerantes para Fundição – Determinação da Permeabilidade da Mistura
Padrão [17]. Foram realizadas análises em três corpos de prova padrão para cada
percentual de finos adicionados, para que fosse possível a obtenção de resultados
representativos.
Desta forma constatou-se que a permeabilidade também é afetada pelo
acréscimo do teor de finos, como pode ser observado na tabela 7 e figura 19.
Aumentando-se o teor de finos tem-se um decréscimo na permeabilidade, pois se tem
uma diminuição na granulometria da areia, ou seja, um aumento de grãos pequenos na
mistura, dificultando a passagem de ar entre os grãos de areia.
Tabela 7 – Influência dos Finos na Permeabilidade
Teor de Finos (%) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Permeabilidade (AFS) 236 225 206 200 200 200 190 183 150 130 116
35
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
Teor de Finos (%)
Perm
eab
ilid
ad
e (
AF
S)
Figura 19 – Influência do Teor de Finos na Permeabilidade
8.2.3 – Resistência a Compressão a Verde
A RCV foi determinada conforme recomendação CEMP 060 – Bentonitas para
Fundição – Determinação da Resistência a Compressão a Verde da Mistura Padrão [18],
sendo que foram rompidos três corpos de prova padrão para a obtenção de um resultado
representativo. Este ensaio foi realizado em uma máquina de ensaios universal
analógica e manual.
Segundo os resultados obtidos, que podem ser visualizados na tabela 8 e figura
20, a adição dos finos prejudica esta propriedade. Observa-se que a maior queda na
propriedade ocorre a partir da adição de 6% de finos. O interessante nesta característica
é que os resultados encontrados na experiência são contraditórios a duas citações da
literatura: uma que diz que os finos não afetam a RCV e outra que comenta que a RCV
aumenta com a adição destes componentes.
Tabela 8 – Influência dos Finos na RCV
Teor de Finos (%) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
RCV (N/cm²) 18,7 18,3 18,3 17,9 17,8 17,7 17,4 15,5 14,7 14,2 13,8
36
12,0
12,5
13,0
13,5
14,0
14,5
15,0
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
18,0
18,5
19,0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
Teor de Finos (%)
RC
V (
N/c
m²)
Figura 20 – Influência do Teor de Finos na RCV
8.2.4 – Resistência a Tração a Úmido
A RTU foi determinada através da recomendação CEMP 062 – Bentonitas para
Fundição – Determinação da Resistência a Tração a Úmido da Mistura Padrão [019], a
uma temperatura de 310º C, em diversos tempos, variando-os de 5 à 35 segundos.
Esta propriedade não foi afetada pela adição de finos (conforme tabela 9 e figura
21). Os resultados dos corpos de prova com a adição de 10% de finos não foram
adicionados ao trabalho, pois, nesta porcentagem, tiveram-se dificuldades em encaixar o
corpo de prova na base da máquina, pois o mesmo rompia antes mesmo de acionar-se a
tração, desta forma não conseguiu-se obter nenhum resultado.
Os resultados constantes desta propriedade não foram os esperados, já que
esperava-se a diminuição da RTU com o acréscimo de finos, pois segundo a literatura, o
aumento dos finos diminui as ligações entre as partículas de argila não são mantidas,
ocorrendo a quebra do molde.
Supõe-se que tal fato tenha ocorrido por conseqüência dos finos presentes na
mistura absorverem toda a água presente, ou seja, a água na zona de condensação não
ficou na forma livre, pois os finos a absorvem pela sua porosidade, por efeito de
capilaridade, e por isto esta propriedade pode não ter sido afetada.
Tabela 9 – Influência dos Finos na RTU
Teor de Finos (%) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
RTU (N/cm²) 0,23 0,22 0,22 0,21 0,22 0,22 0,22 0,22 0,22 0,22 --
37
0,20
0,21
0,22
0,23
0,24
0,25
0,26
0,27
0,28
0,29
0,30
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
Teor de Finos (%)
RT
U (
N/c
m²)
Figura 21– Influência do Teor de Finos na RTU.
8.2.5 – Resistência a Tração a Verde
Este é um novo ensaio introduzido nas fundições para controle de areia a verde,
extremamente importante para empresas que trabalham com bolo de areia suspenso.
Possui o mesmo principio que o ensaio de RTU, porém não possui aquecimento e não
ocorre a variação no tempo de ruptura dos corpos de prova. Realizaram-se três analises
em cada porcentagem de finos para a obtenção de resultados representativos.
Esta propriedade foi bastante influenciada, já que a partir de 4% de finos, teve-se
uma queda nos resultados (tabela 10 e figura 22). Esta influência pode ser explicada
pelo fato de que os finos adicionados à areia alteram as ligações das forças adesivas e
coesivas, principalmente entre as lâminas de bentonita ligadas pelas forças coesivas,
fragilizando assim o conjunto quando tracionado.
Tabela 10 – Influência dos Finos na RTV
Teor de Finos (%) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
RTV (N/cm²) 2,80 2,97 2,88 2,93 2,88 2,75 2,72 2,35 1,99 1,74 1,60
38
1,50
1,60
1,70
1,80
1,90
2,00
2,10
2,20
2,30
2,40
2,50
2,60
2,70
2,80
2,90
3,00
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
Teor de Finos (%)
RT
V (
N/c
m²)
Figura 22 – Influência do Teor de Finos na RTV.
8.3 MISTURAS COM AREIA DE SISTEMA
Estas misturas foram realizadas com areia de sistema. Neste caso, também
utilizou-se a compactabilidade de 45 + 1% como constante para a realização dos demais
ensaios. Todas as análises foram realizadas conforme as recomendações CEMP já
citadas anteriormente. Obteve-se os seguintes resultados:
8.3.1 Umidade
Conforme pode ser observado na tabela 11 e figura 23, o aumento do teor de
finos acarretou em um aumento da umidade da mistura de areia de sistema, o que ocorre
pelo mesmo fato citado anteriormente na areia padrão.
Tabela 11 – Influência dos Finos na Umidade
Teor de Finos (%) 1,80 4,80 7,80
Umidade (%) 3,00 3,50 3,50
39
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
1,8 4,8 7,8
Teor de Finos (%)
Um
idad
e (
%)
Figura 23 – Influência do Teor de Finos na Umidade
8.3.2 Permeabilidade
A permeabilidade teve um decréscimo com o aumento dos finos, conforme
tabela 12 e figura 24, este mesmo fato ocorreu com a areia padrão. Na areia de sistema
também ocorre um decréscimo dos espaços vazios entre os grãos de areia, dificultando a
passagem de ar entre os grãos.
Tabela 12 – Influência dos Finos na Permeabilidade
Teor de Finos (%) 1,80 4,80 7,80
Permeabilidade (AFS) 80 80 70
40
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
1,8 4,8 7,8
Teor de Finos (%)
Perm
eab
ilid
ad
e (
AF
S)
Figura 24 – Influência do Teor de Finos na Permeabilidade
8.3.3 Resistência a Compressão a Verde
A RCV não apresentou grandes variações na areia de sistema, porém pode-se
perceber que com o aumento dos finos ocorreu uma leve queda nesta propriedade, como
o que aconteceu na areia padrão. Abaixo na tabela 13 e figura 25 pode-se perceber este
resultado.
Tabela 13 – Influência dos Finos na RCV
Teor de Finos (%) 1,80 4,80 7,80
RCV (N/cm²) 18,8 18,5 17,5
41
13,0
13,4
13,8
14,2
14,6
15,0
15,4
15,8
16,2
16,6
17,0
17,4
17,8
18,2
18,6
19,0
1,8 4,8 7,8
Teor de Finos (%)
RC
V (
N/c
m²)
Figura 25 – Influência do Teor de Finos na RCV
8.3.4 Resistência a Tração a Úmido
Para a areia de sistema, a RTU obtida também não foi o que esperava-se (tabela
14, figura 26), os resultados são constantes com a adição de finos, assim como
aconteceu com a areia padrão.
Tabela 14 – Influência dos Finos na RTU
Teor de Finos (%) 1,80 4,80 7,80
RTU (N/cm²) 0,26 0,27 0,27
0,20
0,21
0,22
0,23
0,24
0,25
0,26
0,27
0,28
0,29
0,30
1,8 4,8 7,8
Teor de Finos (%)
RT
U (
N/c
m²)
Figura 26 – Influência do Teor de Finos na RTU.
8.3.5 Resistência a Tração a Verde
42
A quantidade de finos adicionado na areia de sistema acarretou em uma queda
desta propriedade, conforme tabela 15 e figura 27. Ocorreu o mesmo fato que na areia
padrão.
Tabela 15 – Influência dos Finos na RTV
Teor de Finos (%) 1,80 4,80 7,80
RTV (N/cm²) 2,59 2,55 2,52
1,50
1,60
1,70
1,80
1,90
2,00
2,10
2,20
2,30
2,40
2,50
2,60
2,70
2,80
2,90
3,00
1,8 4,8 7,8
Teor de Finos (%)
RT
V (
N/c
m²)
Figura 27 – Influência do Teor de Finos na RTV.
CONCLUSÃO
43
Através da adição dos finos em areia padrão e areia de sistema e da execução
dos ensaios de umidade, compactabilidade, permeabilidade, resistência à compressão a
verde, resistência à tração a úmido e resistência à tração a verde, conclui-se que a única
propriedade que praticamente não foi afetada pela adição de finos inertes foi a
resistência a tração à úmido, tanto para a mistura com areia padrão quanto para areia de
sistema.
O aumento da umidade para os dois tipos de areia utilizados deve-se ao fato de
que os finos inertes tendem a absorver mais água, já que possuem um efeito de
capilaridade, ou seja, tem extrema facilidade em absorver água, pois são porosos. Já o
decréscimo da permeabilidade pode ser explicado pela diminuição de espaços vazios
entre os grãos de areia da mistura, pois há um acréscimo de partículas finas, dificultando
a passagem de ar entre as mesmas. A resistência à tração a verde (RTV) tem um
decréscimo para ambas as areias utilizadas porque há uma alteração nas ligações entre
as forças adesivas e coesivas, ou seja, entre as lâminas de bentonita e os grãos de areia,
o que fragiliza o conjunto quando recebe o esforço de tração. A resistência a
compressão a verde (RCV) também diminuiu com o acréscimo dos finos, sendo que
estes resultados são contraditórios ao encontrado na literatura, uma cita que esta
característica não é afetada pela adição de finos, enquanto outra aborda o aumento da
propriedade com o acréscimo deste constituinte.
Como já citado anteriormente os resultados obtidos de resistência à tração a
úmido foram totalmente contrários dos que se esperava, ou seja, esperava-se um
decréscimo da propriedade com a adição de finos. Supõe-se que isto tenha ocorrido
porque os finos tendem a absorver toda a água presente na areia, desta forma esta água
não fica na forma livre na zona de condensação.
Pode-se dizer que os finos presentes na areia a verde podem prejudicar em muito
a qualidade desta areia, já que alteraram várias propriedades como: umidade,
permeabilidade, RCV e RTV, tanto para areia padrão quanto para areia de sistema.
Estas mudanças nas propriedades podem acarretar em problemas no produto final,
como: quebra de bolo suspenso em moldes com baixa resistência a tração a verde, ou
até mesmo, peças com defeito de gases por uma baixa permeabilidade do molde. Desta
forma, não recomenda-se utilizar uma areia a verde com um teor de finos maior de 6%,
pois acima desta porcentagem obteve-se a maior variação das propriedades.
REFERÊNCIAS
44
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Primas, São Paulo
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de Santa Catarina. 1997.
[3] ABIFA – CEMP E01. Areia Padrão para Ensaios em Fundição. São Paulo, 2003.
[4] KOERBER, V. Ensaios em Areia de Fundição. Joinville: Sociedade Educacional
de Santa Catarina - Escola Técnica Tupy. 1990.
[5] Operation and Control of Greensand Systems. BCIRA Merbership Services
[6] ROMANUS, A. Areias de Moldagem a Verde. 1. ed. Joinville: Sociedade
Educacional de Santa Catarina – Escola Técnica Tupy. 1991.
[7] Catálogo Disamatic Foundry Systems – Disa – George Fischer - 1996
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Casting Defects. American Foundry Society, 2001.
[9] ABIFA - CEMP 141. Materiais para Fundição – Determinação do Teor de
Matérias Voláteis. São Paulo, 2003
[10] ______ CEMP 120. Materiais para Fundição – Determinação da Perda ao
Fogo. São Paulo, 2003
[11] ______ CEMP 197. Areias para Fundição – Determinação do Teor de Argila
Ativa pelo Método da Curva de Regressão e da Adsorção. São Paulo, 2004
[12] ______ CEMP 068. Preparação da Mistura Padrão de Bentonitas para
Fundição. São Paulo, 2003
[13] ______ CEMP 082. Areia Base para Fundição – Determinação do Teor de
Argila pelo Método do Sifonamento. São Paulo, 2003
[14] ______ CEMP 081. Materiais Granulares Usados em Fundição –
Determinação da Distribuição Granulométrica e Módulo de Finura. São Paulo,
2003
[15] ______ CEMP 065. Bentonitas para Fundição – Determinação da
Compactabilidade da Mistura Padrão. São Paulo, 2003
[16] ______ CEMP 105. Materiais para Fundição – Determinação do teor de
Umidade. São Paulo, 2003
[17] ______ CEMP 061. Aglomerantes para Fundição – Determinação da
Permeabilidade da Mistura Padrão. São Paulo, 2003
[18] ______ CEMP 060. Bentonitas para Fundição – Determinação da Resistência a
Compressão a Verde da Mistura Padrão. São Paulo, 2003
45
[19] ______ CEMP 062. Bentonitas para Fundição – Determinação da Resistência a
Tração a Úmido da Mistura Padrão. São Paulo, 2003
