Lab Proc Fabr - Fundicao

8/12/2019 Lab Proc Fabr - Fundicao

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Universidade Federal de Minas GeraisEscola de Engenharia

Departamento de Engenharia Mecnica

PRTICAS DE AREIALaboratrio de Fundio (Departamento de Eng. Metalrgica)

PROCESSOS PRIMRIOS DE FABRICAO(Aulas Prt icas)

Juan Carlos Campos RubioWagner Alves Nogueira

Belo Hor izonte 2000


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1 - Areias-base

A areia-base o constituinte presente em maior proporo nas areias de fundio. Nesteitem, apresentam-se as principais caractersticas fsicas e qumicas das areias-base deslica (quartzo).

1.1 - Estrutura e polimorfismo

Do ponto de vista estrutural, a slica formada pela reunio de tetraedros de facesequilaterais, com um tomo de oxignio em cada vrtice e um de silcio ao centro,donde a frmula SiO4. Entretanto, os tetraedros so interligados atravs de uma dasarestas e todos os tomos de oxignio so comuns a dois tetraedros, o que conduz frmula qumica SiO2.

1.2 - Caractersticas fsicas e qumicas

Quimicamente, a slica (SiO2) comporta-se como um cido muito fraco. praticamenteinsolvel em gua, no atacada pelos cidos, exceto pelo fluordrico e pelo fosfrico.As solues alcalinas a dissolvem e ela reage facilmente com os carbonatos alcalinos ealcalinos terrosos.

Alguns metais reagem com a slica a altas temperaturas (o magnsio um deles). Oferro no reage com a slica, a no ser quando oxidado; neste caso, pode haver umareao intensa, pois o xido de ferro escorifica a slica, formando um silicato de ferro de

baixo ponto de fuso e facilitando a penetrao do metal lquido entre os gros de areia.Certos elementos de liga presentes no ferro tambm podem apresentar a mesmatendncia de oxidao e reao com a slica, o que em alguns casos pode fazer com quea utilizao de areia de slica seja desaconselhada.

As caractersticas da slica variam conforme a sua formao geolgica e a jazida da qual extrada. As areias em geral, e particularmente as de slica, provm da desagregaode rochas principalmente pelo intemperismo. A constituio da rocha original, o tipo deintemperismo sofrido at a formao do depsito de areia e as condies a que odepsito for submetido at a extrao so fatores que determinam a constituio daareia, a sua pureza e as caractersticas de seus gros.

As areias de rio apresentam, geralmente, grande proporo de gros angulares, enquanto

que as areias de praia, submetidas durante longos perodos a movimentos de grandeamplitude, e as areias de deserto, expostas ao dos ventos, so constitudas, emgrande parte, por gros mais arredondados.

Nos depsitos de areia, o tamanho dos gros e o teor em impurezas variam conforme ascamadas, particularmente nos depsitos de pequena extenso. Quando os depsitos socorretamente explorados, as areias obtidas apresentam boa uniformidade durante longos

perodos de tempo. Porm, medida que a extrao progride ocorrem modificaestanto na granulometria quanto na constituio mineral, que podem ser detectadas atravsde controles peridicos.


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As rochas que do origem s areias silicosas so:

arenitos e quartzitos, que se transformam sob certas influncias, ao longo dostempos geolgicos, originando os depsitos de areia ou formaes de quartzito;

silex, que tem uma estrutura amorfa e geralmente de menor pureza que os minerais

anteriores.

1.3 - Aspecto higinico

Uma desvantagem do uso de slica como areia-base, alm de sua elevada expansotrmica e sua reatividade com alguns metais e ligas, o perigo da silicose.

A silicose uma doena do pulmo do pulmo causada pela inalao do p de slica,principalmente das partculas de dimenses menores que 10 mcrons.

2 - Aglomerante

O aglomerante o produto que permite ligar entre si os gros da areia-base, de maneiraa constituir uma mistura prpria para uso em fundio.

Neste caso, o aglomerante a argila, que representa aproximadamente 10% da areiapreparada e desenvolve suas propriedades em presena da gua, que o constituinteindispensvel.

Neste item apresentam-se algumas caractersticas das argilas, em particular daquelasmais usadas em fundio e alguns aspectos do seu comportamento em presena de gua,que praticamente forma com a argila o par aglomerante argila mais gua.

2.1 - Constituio fsico-qumica das argilas

As argilas so silicatos de alumina hidratados em cuja constituio entram,principalmente, os seguintes elementos: silcio, alumnio, ferro, clcio, magnsio,potssio e sdio. Elas se caracterizam por sua estrutura em lamelas que atingem umcomprimento mximo da ordem de dois mcrons e uma espessura de apenas algunsangstrms (1 A = 10-8cm).

2.2 - Argilas utilizadas em fundio

As mais utilizadas so as argilas refratrias e as bentonitas.

a) Argilas refratrias

As argilas refratrias so constitudas principalmente por argilo-minerais do grupo dacaulinita, como a caulinita, haloisita e a methaloisita.

As argilas refratrias so utilizadas principalmente na fabricao de produtos refratrios.Entretanto, algumas delas so utilizadas na preparao de areias sintticas especiais, queapresentam algumas caractersticas das areias naturais associadas a outras das areias

comuns;b) Bentonitas


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Entretanto, a grande maioria das propriedades medida ou determinada em corpos-de-prova feitos em laboratrios e, portanto, sem considerar as condies de utilizao daareia na fundio.

Por esta razo, deve-se ter muita prudncia no uso dos valores das diversas propriedades

de uma areia, para avaliar o comportamento dos moldes com ela confeccionados. necessrio basear-se, ao mesmo tempo, em conhecimentos adquiridos atravs da prticadesde que esta seja suficiente para gerar um volume de informaes e dados realmenterepresentativos.

3.1 - Conceito das diversas propriedades

Visando um melhor conhecimento da qualidade das areias aglomeradas com argila,indica-se uma srie de propriedades ou atributos destas areias que sero conceituados ecomentados nos tpicos seguintes:

aptido moldao; resistncia mecnica; permeabilidade; difusividade trmica; estabilidade trmica dimensional; tendncia ao desprendimento de gases; sinterabilidade.

3.2 - Aptido moldao

Denomina-se aptido moldao a capacidade que tem a areia de reproduzir as formasdo modelo sob um determinado esforo de compactao, permitindo a confeco demoldes.

Uma areia com mxima aptido moldao reproduz, sob esse esforo, os menoresdetalhes da superfcie do modelo. Alm disso, o molde confeccionado com tal areiaapresenta densidade dureza constantes em todas as suas partes. Por outro lado, a areiaque necessitasse de um processo sofisticado e grande energia de compactao parachegar a reproduzir todas as formas do modelo teria baixo valor de aptido moldao.

Um dos aspectos importantes desta propriedade a capacidade dos gro da areia

preparada de escorregarem uns em relao aos outros, sob ao de foras externas, demodo a reproduzir as formas do modelo conferindo homogeneidade de compactao atodo o molde. Este aspecto da aptido moldao permite indicar, usando-se umaanalogia simples, que a escoabilidade mxima corresponderia capacidade da areia decorrer em torno do modelo e atingir todos os seus detalhes com a mesma facilidade deum lquido.

3.3 - Resistncia mecnica

Aps a socagem, a areia adquire uma certa coeso ou resistncia mecnica que resultada ao conjunta dos gros da areia-base, da argila, da umidade e das caractersticas da

compactao. Esta coeso, tambm chamada consistncia, traduz-se por uma resistnciaaos esforos mecnicos que o molde deve suportar para no se deformar ou quebrar na


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extrao do modelo, no manejo, na colocao dos machos, no lastramento e, finalmente,no momento do vazamento, sob os esforos dinmicos e estticos do metal lquido.

Conforme a sua origem e os pontos do molde onde se aplicam, as diversas forasatuantes sobre a areia exigem que esta possua vrios tipos de resistncia mecnica,

como por exemplo, resistncia compresso, ao cisalhamento ou dureza.

3.3.1 - Resistncia compresso e ao cisalhamento

A realizao destes ensaios feita utilizando-se corpos de prova cilndricos, preparadoscom martelete (fig.1) e um aparelho denominado mquina universal de resistncia(fig.2) que existe nos mais variados tipos e modelos.

Fig. 1 Fig. 2

As resistncias compresso e ao cisalhamento representam a relao entre a foracapaz de provocar a ruptura do corpo de prova e a seo resistente deste corpo. Podemser expressas em diversas unidades como N/cm2, g/cm2, kgf/cm2, conforme o aparelhoou sistema utilizado.

Para determinar os diferentes tipos de resistncia, basta trocar as placas do aparelho ou aposio do corpo de prova.

Os ensaios de resistncia compresso ou ao cisalhamento so habitualmente realizadossobre corpos de prova de areia verde. Podem, no entanto ser realizados aps estufagemdos mesmos, como ocorre na moldao com areias a seco.

3.4 - Permeabilidade

A permeabilidade a capacidade que a areia tem de se deixar atravessar pelos gases

formados quando do vazamento do metal lquido, quente, no molde.


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K - constante de cada tipo de permemetroP - presso de ar sob o corpo de prova em cm de coluna d'guat - tempo de passagem do volume total de ar do permemetro, em minutos e centsimos

de minuto, cronometrado durante o ensaio.

Alguns permemetros permitem a leitura direta do ndice de permeabilidade em ummostrador.

A figura abaixo mostra um dos tipos mais comuns de permemetro, o de campnula e afigura seguinte, o sistema de encaixe e vedao do tubo metlico com o corpo de prova.

3.5 - Difusividade trmica

Esta propriedade corresponde capacidade que deve ter a areia que constitui os moldesde transmitir calor dos pontos mais quentes, como a superfcie em contato com o metal,

para reas mais frias, sob um regime transiente de transmisso de calor, ou seja, em

condies de gradientes trmicos variveis.

Essa transmisso necessria para que se obtenha resfriamento da liga vazada e,consequentemente, peas metlicas slidas.

A transmisso de calor ocorre sob um regime transiente, como foi citado, porque atemperatura na face interna do molde vai diminuindo medida que se vai reduzindo ocalor contido na liga. No se tem portanto, um regime permanente ou fluxo constante decalor.

Nestas condies, a capacidade de transmisso de calor do molde depende de suadifusividade trmica ou de calor, que pode ser definida pelo produto das trs seguintescaractersticas do material do molde: densidade, condutividade trmica e capacidadetrmica. Estas caractersticas so exatamente alguns dos fatores de variao desta

propriedade - a difusividade trmica. Mas, outro aspecto a ser considerado atransmisso de calor atravs dos gases e vapores formados quando do vazamento, queescoando atravs dos vazios entre gros de areia, carregam consigo parte do calor dometal. Uma parcela importante deste calor consumida na vaporizao oudecomposio de alguns constituintes da areia e no aquecimento dos gases e vaporesformados. Observa-se, assim, que a difusividade de calor depende tambm doescoamento de gases para o exterior do molde, onde entra justamente uma propriedade

j citada que a permeabilidade.A estrutura das ligas solidificadas grandemente condicionada pela velocidade deextrao do calor do metal lquido, uma vez que ela determina a sua velocidade desolidificao. Estruturas formadas por gros mais finos, obtidas com maioresvelocidades de solidificao, correspondem geralmente a melhores propriedadesmecnicas. No caso de algumas ligas, como os ferros fundidos, os prprios constituintesda microestrutura bruta de fuso dependem desta velocidade.

Percebe-se assim, que pode ser importante conhecer a difusividade trmica das areiasusadas na confeco dos moldes. Entretanto, o seu clculo complexo e s vezes, deve

se basear em coeficientes mal definidos ou insuficientemente conhecidos para que sepossa confiar nos resultados.


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desta propriedade como: caractersticas das areias-base, resistncia da zona saturada degua, tendncia formao de defeitos devidos dilatao da areia.

3.6.1 - Dilatao da areia-base

possvel estudar a variao do coeficiente de dilatao das areias-base em funo datemperatura, utilizando-se um dilatmetro.

As curvas obtidas so bem caractersticas e permitem estudar as anomalias de dilataoda diversas areias-base.

A figura 5 apresenta curvas obtidas nestas condies, para trs materiais usados nasareias aglomeradas com argila: quartzo, olivina e zirconita.

Fig. 5

Pode-se perceber que o quartzo, que a forma mais comum de slica, apresenta osmaiores valores e irregularidades de dilatao.

4 - Variao das propriedades

4.1 - Variao da aptido moldao

Como j indicado anteriormente, esta propriedade apresenta mais de um aspecto, demaneira que o estudo de sua variao pode ser feito sobre um aspecto de cada vez.Vrios fatores tm influncia sobre a variao desta propriedade e nos tpicos seguintesindicam-se princpios dos mtodos de caracterizao de alguns destes fatores, assimcomo suas influncias sobre a propriedade em questo.

4.1.1 - Caractersticas geomtricas dos gros de areia-base

Por caractersticas geomtricas dos gros de areia entende-se sua forma, sua dimenso esua distribuio granulomtrica.

A forma dos gros de areia-base mais comumente determinada atravs de exame pormeio de um microscpio estereoscpio ou uma lupa.


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Quanto sua forma, os gros de areia podem ser arredondados, subangulares ouangulares (fig. 6)

Arredondados Subangulares Angulares

Fig. 6

O exame ao microscpio permite, tambm, a observao da textura ou estrutura dosgros que podem ser compactos ou aglomerados.

Gros compactos Gros aglomerados

Fig. 7

A forma dos gros pode tambm ser definida de um modo menos subjetivo, atravs deum coeficiente de angularidade. Para a determinao deste coeficiente. necessrio oconhecimento da superfcie especfica da areia em questo.

A superfcie especfica representa a soma das superfcies dos gros contidos numvolume de areia de peso equivalente unidade. possvel compreender que a superfcieespecfica aumenta medida que diminuem as dimenses dos gros de areia e, para umdado tamanho de gro, a superfcie especfica aumenta medida que os gros so maisangulares.

Atribuindo-se a forma esfrica, que corresponde menor superfcie especfica entretodos os slidos, um coeficiente de angularidade igual a 1, calcula-se o coeficiente deangularidade das areias atravs da seguinte relao:

Superfcie especfica da areia ensaiada ..Superfcie especfica de gros esfricos de mesma dimenso


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Observa-se que quanto mais angulares forem os gros, maior ser o seu coeficiente deangularidade.

Os coeficientes aproximados correspondentes s trs formas comuns de gros de areiaso:

Forma arredondada - < 1,25 Forma subangular - 1,25 1,64 Forma angular - > 1,65

A determinao da superfcie especfica da areia ensaiada, ou superfcie especifica real, feita atravs de um aparelho chamado permemetro de Blaine. A superfcie especficade gros esfricos de mesma dimenso ou superfcie especfica terica calculada a

partir da distribuio granulomtrica da areia em ensaio.

A dimenso dos gros de areias-base determinada em laboratrio e para express-lautiliza-se o mdulo de finura que corresponde aproximadamente media ponderada dostamanhos de gros observados em uma areia, visto que as areias so geralmenteconstitudas de gros de diversas dimenses.

Para a determinao do mdulo de finura de uma areia, faz-se o peneiramento de umaamostra da mesma em um aparelho que contm uma srie padro de peneiras dediversas aberturas de malhas (fig. 7). Conhecendo-se o peso retido em cada uma e a suaabertura, pode-se calcular a mdia ponderada que corresponde ao mdulo de finuraAFS.

Fig.7

O valor correspondente ao mdulo de finura inversamente proporcional dimensodos gros de areia, ou seja quanto maior o mdulo de finura, mais fina a areia.

A distribuio granulomtrica pode ser determinada simultaneamente com seu mdulo

de finura. Ela expressa atravs das porcentagens ponderais de gros retidos em cadapeneira da srie padro, com relao ao peso da amostra ensaiada.


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Geralmente, os resultados obtidos so transpostos para um grfico que d uma visomais completa da distribuio dos gros de uma dada areia conforme as suas dimenses.

Conhecendo-se o princpio dos mtodos de determinao das caractersticasgeomtricas dos gros de areia, pode-se comentar a sua influncia sobre a aptido

moldao.

A escoabilidade da areia aumenta quando diminui o nmero de pontos de contato entreos seus gros. Deduz-se que a escoabilidade aumenta quando:

Os gros so mais arredondados ou o coeficiente de angularidade diminui; O tamanho dos gros aumenta; A distribuio granulomtrica mais concentrada, isto , o nmero de peneiras que

apresentam partculas retidas menor.

No caso de areias constitudas de gros de mesmo tamanho a escoabilidade diminuiquando aumenta o coeficiente de angularidade.

4.2 - Variao da resistncia mecnica

A resistncia mecnica de uma areia aglomerada com argila influenciada por umasrie de fatores, abordam-se aqui, alguns destes fatores e suas influncias sobre avariao desta propriedade.

4.2.1 - Composio da areia preparada

O elemento da composio das areias que tem mais influncia sobre o conjunto daspropriedades a gua. A variao do teor em gua de uma areia provoca uma srie dealteraes no seu comportamento e, consequentemente, na qualidade apresentada para autilizao.

A figura 8 mostra de forma esquemtica, a variao da resistncia compresso ou aocisalhamento a verde em funo do teor em gua da areia, representada em coordenadaslogartmicas.


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Fig. 8Observe que existe um mximo de resistncia mecnica, representado pelo ponto Rquecorresponde a um teor rem gua.


A resistncia mecnica das areias aglomeradas com argila aumenta medida em quediminui o coeficiente de angularidade dos gros e medida que se espalha a distribuiogranulomtrica.

Ensaios foram realizados com trs areias de um mesmo mdulo de finura (150 AFS),mas apresentando gros de formas diferentes:

areia 1 - gros arredondados areia 2 - gros subangulares areia 3 - gros angulares

A distribuio granulomtrica foi concentrada em uma s faixa. As areias foramaglomeradas com 5% de bentonita e teores variveis de gua.

A figura 9 mostra as curvas de variao da resistncia mecnica em funo do teor emgua, para as areias testadas. Observando-se os maiores valores de resistncia compresso a verde para a areia de gros mais arredondados.

Fig. 9

Este fenmeno parece ser consequncia de uma distribuio mais homognea dos filmesargilosos ao redor dos gros arredondados e da sua melhor escoabilidade, que permiteuma compactao mais intensa sob uma determinada fora de socagem.

4.3 - Variao da permeabilidade

Neste tpico, trata-se de uma srie de fatores que fazem variar a permeabilidade das

areias aglomeradas com argila. A influncia de cada fator pode ser direta, podendo ser


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alvo de um estudo simples ou ento, atravs de seu efeito sobre outra propriedade destasareias.4.3.1 - Composio da areia preparada

Como a resistncia mecnica, a permeabilidade uma propriedade que varia muito em

funo da proporo em que se encontram os constituintes numa areia aglomerada comargila. A gua o constituinte que mais variaes provoca nas propriedades das areias e a sua influncia que tratada a seguir.

Ao absorver gua, a argila incha-se, ocupando, assim, um volume maior.Consequentemente, a massa volumtrica torna-se menor. Paralelamente, o dimetroaparente dos gros de areia aumenta, j que a camada de argila que os envolve aumentade volume. Finalmente, o volume dos vazios entre os gros aumenta tambm,facilitando a passagem dos gases; a permeabilidade aumenta (fig. 10)

Fig. 10

Este processo continua at que se atinja uma certa proporo de gua acima da qual oinchamento da argila tende a encher os vazios entre os gros; a permeabilidade diminuidepois de passar por um mximo.

A figura 11 mostra a variao da permeabilidade de uma areia com argila em funo doteor em gua, na curva 1, e para fins de comparao, a variao da resistncia compresso em funo do teor em gua, na curva 2.


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Fig. 11Pode-se observar que o mximo de permeabilidade P atingido com um teor em gua psuperior ao rcorrespondente ao mximo de resistncia compresso R.

A variao do teor em argila tem tambm sua influncia sobre a permeabilidade. O

aumento deste teor corresponde a um aumento dos filmes de aglomerante em torno dosgros de areia-base e entre estes gros, provocando uma reduo dos espaos vazios e,consequentemente, uma reduo da propriedade, desde que a compactao da areia sejamantida a nveis aproximadamente constantes.

A figura 12 apresenta, de forma esquemtica, curvas de variao da permeabilidade emfuno do teor em gua, ou umidade, para teores crescentes de argila.

Fig.12

Observa-se a reduo geral dos valores de permeabilidade e o deslocamento dosmximos das curvas para teores mais elevados de gua, medida que aumenta o teor emargila.


O tamanho mdio dos gros, que caracterizado pelo mdulo de finura da areia, temuma influncia direta sobre a permeabilidade. Quanto maiores so os gros de umaareia-base, maior a permeabilidade da areia com ela preparada, conforme mostra afigura 13.


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Fig. 13

Para um mesmo tamanho mdio dos gros, a permeabilidade varia em funo dadistribuio granulomtrica, sendo maior para areias concentradas em poucas faixasgranulomtricas e menor para areias distribudas em vrias faixas granulomtricas.

Um estudo realizado com duas areias diferentes ilustra esta variao.

As figuras 14 e 15 mostram a distribuio granulomtrica das duas areias que tinham asseguintes caractersticas:

Areia A, contendo gros de tamanhos variados e apresentando um mdulo de finura44 AFS (fig. 14);

Areia B, com gros relativamente concentrados em torno da peneira nmero 50 eapresentando um mdulo de finura 46 AFS (fig. 15).

Fig. 14 Fig. 15


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Tratava-se de duas areias naturais, com alto teor de argila, prximo de 14% e mdulosde finura das areias-base praticamente iguais, 44 e 46 AFS.

Entretanto, as curvas de variao da permeabilidade, em funo do teor em gua daareia, se apresentaram conforme a figura 16.

Fig.16

Observa-se que a permeabilidade da areia B, de distribuio granulomtrica maisconcentrada que a outra, bem mais elevada, sendo o seu mximo de permeabilidadeigual ao dobro do mximo registrado para a areia A.

A outra caracterstica geomtrica dos gros de areia-base a sua forma, mas a suainfluncia sobre a permeabilidade menos ntida que a dos fatores anteriores.

Um estudo realizado neste campo confirma a dificuldade de se relacionar a

permeabilidade com a forma dos gros.Prepararam-se trs areias de mesmo mdulo de finura, 50 AFS mas com gros deformas diferentes. As trs formas foram preparadas com o mesmo teor de bentonita, 5%.As curvas da figura 17 mostram a variao da permeabilidade em funo do teor emgua no caso de:

Curva 1 - gros arredondados Curva 2 - gros subangulares Curva 3 - gros angulares


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Fig. 17

Observa-se que no h continuidade entre a permeabilidade da forma arredondada e a

da forma angular. A nica concluso que se pode tirar destas curvas que os gros deforma nitidamente angular parecem reduzir a permeabilidade.


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PRTICAS DE LABORATRIO

1. Generalidades

A moldagem em areia, apesar de sua origem remota, ainda hoje o processo maisamplamente empregado para a obteno de peas fundidas. A versatilidade e economiadeste processo, permite a sua liderana em confronto com os demais processosexistentes.

Est claro que no decorrer do tempo, tanto o preparo da areia de moldagem como osprocessos de moldagem vem sendo intensamente mecanizados de modo a seenquadrarem s condies atuais de economia e tecnologia.

Designa-se como areia de moldagem ao material que constitui o molde. Este materialheterogneo constituido essencialmente por uma base de um elemento granular

refratrio (geralmente areia silicosa) e um elementoaglomerante mineral, como aargila e o cimento, ou orgnicos como leos e resinas.

Atravs da homogenizao da mistura dos componentes (geralmente areia, aglomerantee umidade) obtido um envolvimento dos gros de areia pelo aglomerante, sob a formade um filme adesivo. A adio da pasta aglomerante a superfcie dos gros processa-sedevido ao fenmeno da absoro. O elemento aglomerante tem por funo condicionara estrutura da areia atravs da variao de seu volume especfico.

A areia de moldagem destina-se a confeco tanto de moldes como de machos para

fundio. Assim, tanto o molde como o macho de areia produzido dever atenderdiversas caractersticas, entre as quais podemos destacar as seguintes:

a) ser plstico,

b) ter coeso e resistncia, com o objetivo de poder reproduzir e conservar aforma do modelo,

c) resistir ao das temperaturas elevadas, isto , ser refratrio,

d) permitir a evacuao rpida do ar contido no molde e os gases que so

produzidos pela ao do calor no ato do vazado, isto , devem terpermeabilidade suficiente.

e) Desagregar-se facilmente para permitir a extrao e o polimento da pea.

2. Areia de Fundio

A areia ou terra de fundio usada na confeco dos moldes um material constituidode:

1. Substncia granular refratria; areia base em geral silicosa podendo sertambm aluminosa ou zirconticas.


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2.2 Caractersticas da Areia

Plasticidade e consistncia ligada ao tipo de aglomerante empregado,

Moldabilidade capacidade de reproduzir detalhes do modelo com pequeno esforo,

Dureza e resistncia resistir aos esforos estticos e de movimento do metal,

Permeabilidade propriedade de se deixar atravessar pelos gases gerados e o ar contidono molde (maior quanto maior a quantidade de vazios entre osgros), depende da granulometria, quantidade de aglomerante,umidade e adensamento do molde,

Refratariedade - resistir fuso ou amolecimento pelo calor trazido pelo metal(sinterizao do gro): gro maiores, menor quantidade de argila e

impurezas maior a refratariedade,

Variao DimensionalouExpanso Trmica deformao pela ao do calor.

3. Propriedades das Areias para Fundio

Certas propriedades das areias para fundio devem ser cuidadosamente avaliadas noLaboratrio de Areia. Uma vez que, desta avaliao criteriosa da areia dependerdiretamente o sucesso do processo defundio.

Os resultados numricos dos testes de avaliao permitiro realizar as modificaesnecessrias para o desenvolvimento e adaptao das propriedades estudadas sexigncias e requerimentos do processo de produo de peas fundidas.

De maneira geral, as propriedades objeto de estudo so as seguintes:

a) Contedo de Argila Inerte AFS (American Foundrymans Society);

b) Granulometria: determinao do M.F. (Mdulo de Finura);

c) Classificao dos gro de areia quanto a sua forma;

d) Preparao de Areia Sinttica: determinao da umidade e resistncia.

e) Determinao da Permeabilidade e da Faixa de Trabalho de uma areia parafundio.


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A - CLASSIFICAO DOS GROS QUANTO A SUA FORMA:

1 - Fundamento do Mtodo de Ensaio

O ensaio baseado na amostragem da poro de areia retida em cada peneira no ensaiode anlise granulomtrica.

O critrio de amostragem ficar a cargo do aluno podendo ser tanto aleatria, alternadaou contnua.

2 - Aparelhagem

Microscpio tico com suporte. Vidro de relgio. Papel quadriculado.

3 - Mtodo de Ensaio

A areia pode se apresentar com seus gros de maneira bastante homognia em uma dasformas acima classificadas, ou ser constituda de mistura de gros de vrias formas.Para se determinar a porcentagem de cada forma de gro de areia, proceder da seguinteforma:

Examinar em microcpio a poro de areia retida em cada peneira no ensaio de

anlise granulomtrica; Calcular as porcentagens aproximadas de cada forma nas vrias peneiras e tirar amdia.

B - DETERMINAO DO TEOR EM ARGILA AFS:


A lei de Stokes, que permite avaliar a velocidade de queda das partculas em um fludo,

pode ser expressa analiticamente por:

V = K (d1- d2)

Onde K uma constante que depende da viscosidade do fludo; o dimetro dapartcula suposta esfrica; d1 a densidade da partcula; d2 a densidade do meio

fludo.

Nas condies do ensaio, d2 aproximadamente 1 (densidade da gua), e d1 da rdem

de 2,5 que a rdem das densidades do quartzo e das argilas. Deduz-se pois, da

expresso analtica, que a queda das partculas em gua, a uma velocidade maior que


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uma polegada por minuto, corresponder dimenso das partculas superior a vintemicrons de dimetro.

No ensaio sinfonado de cinco em cinco minutos, o material em suspenso na camadade cinco polegadas, a partir do nvel da superfcie do lquido. As partculas portanto,

que carem com velocidade superior a uma polegada por minuto, no sero sinfonadas econstituiro o resduo denominado "parte areia", que conter somente partculas dedimenso superior a vinte microns (0,02mm).

2 - Aparelhagem

Balana com preciso de 0,01g. Copo de becker do tipo forma alta. Agitador mecnico de rotao superior a 7500 rpm. Soluo de hidrxido de sdio a 3% (NaOH 3%). Tubo de sinfonamento. secador de laboratrio.

3 - Descrio do Mtodo de Ensaio

3.1 - Tomar uma amostra seca de areia.3.2 - Pesar 50 gr e colocar no becker de 1000 ml.3.3 - Adicionar 400 ml de gua e 25 ml de NaOH 3%.3.4 - Levar ao agitador e agitar durante 5 minutos.3.5 - Aps agitao, lavar com pissete todos os gros que ficaram nas aletas e na hlice

do agitador para dentro do becker.

3.6 - Completar com gua at 5 polegadas a partir da boca do tubo de sinfonamento comcerta violncia, para se obter a agitao da amostra.3.7 - Esperar 10 minutos para decantao do material e sinfonar.3.8 - Adicionar novamente gua at 5 polegadas a partir da boca do tubo de

sinfonamento, com a mesma agitao anterior e deixar decantar por mais 10minutos.

3.9 - Sinfonar e adicionar, novamente, gua at 5 polegadas a partir da boca do tubo desinfonamento com a mesma agitao anterior.

3.10 - Decantar durante 5 minutos.3.11 - Esta ltima operao repetida at que o lquido fique claro.3.12 - Secar a amostra at que o peso fique constante.

4 - Resultado

A diferena entre o peso do resduo seco e o original, dada em porcentagem, representao teor do material em argila "AFS" dado pela frmula abaixo:

Argila AFS em % = Pi - Pf 100Pi

5 - Dados Indicativos Prticos

Boa porcentagem de argila AFS, at 1 %.


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Aceitvel porcentagem de argila AFS, at 3 %. Inaceitvel porcentagem de argila AFS, maior que 5 %.

C - GRANULOMETRIA: DETERMINAO DO MDULO DE FINURA:


O ensaio baseado na operao de peneiramento usando uma srie de peneirassobrepostas e cuja abertura de malha diminui gradativamente. Assim sendo, um grocuja menor dimenso estiver contida num intervalo de abertura de malha de duas

peneiras consecutivas, ficar retido na segunda.

Um aglomerado de gros que resistiu desagregao do ensaio de determinao deargila AFS ser classificado como gro nico retido na peneira de menor abertura de

malha do que sua menor dimenso.

2 - Aparelhagem

Peneirador mecnico. Srie de peneiras ABNT. Balana com preciso de 0,01 gr. Pincel. Folha de papel liso de cor clara.

3 - Descrio do Mtodo de Ensaio

O resduo do ensaio de determinao de argila AFS depois de seco e pesado, colocadona peneira superior (removida a tampa) que, juntamente com o conjunto das peneiras eo prato, colocado no peneirador. Coloca-se a tampa sobre a peneira superior e fixa-seo conjunto. Movimenta-se o peneirador pelo espao de tempo de 10 minutos. Emseguida pesa-se a quantidade de areia retida em cada peneira e anota-se em tabela, aolado do nmero da mesma.

NOTA 1: As peneiras devem ser manejadas com muito cuidado. Antes de iniciar oensaio devem ser limpas com um pincel de pelo rijo, mas flexvel.

NOTA 2: Os aglomerados de areia que no foram desfeitos durante o processo dedeterminao de argila AFS no devem ser triturados a mo durante o ensaiode granulometria. De outro modo no seria representativo em relao aocomportamento da areia na fundio.

4 - Indicao da Distribuio Granulomtrica


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A distribuio granulomtrica indicada percentualmente referindo-se a poro domaterial retido ao nmero da peneira correspondente.

Obtidos os resultados em cada peneira em gramas e dcimos de grama, suficientemultiplicar por dois (2) esses resultados para se expressar nova srie de valores em

porcentagem, porque o ensaio feito a partir de uma massa de 50 gr de material original

A soma do material retido e da poro argila AFS deve ser 100%. A forma maisilustrativa para se representar uma distribuio granulomtrca, atravs de grfico.

5 - Indicao da Granulao (Mdulo de Finura)

A granulao mdia medida pelo ndice que se denomina mdulo de "finura" que representativo do tamanho do gro ideal mdio, medido pelo nmero de malhas da

peneira cuja abertura de malha seria igual ao seu dimetro.

O mdulo de finura obtido partindo-se dos valores da distribuio granulomtrica.

O clculo do mdulo de finura feito do seguinte modo:

Multiplica-se as porcentagens retidas em cada peneira pelos coeficientes, (oscoeficientes so nmeros arbitrrios de valor aproximado ao nmero de malhas de

peneira contigua anterior). Somam-se as parcelas obtidas do produto de cada porcentagem retida pelo seu

coeficiente. Divide-se o resultado desta soma pela soma do material retido. O resultado, dado em

unidades, o mdulo de finura.6 - Porcentagem de Finos

a porcentagem de material que passa pela peneira de abertura de malha 0,10 mm (140da srie ABNT).

7 - Coeficiente da Ditribuio ou Concentrao

a maior soma das porcentagens retidas em trs peneiras consecutivas.

8 Classificao da areia quanto ao seu Mdulo de Finura

Areia grossa MF < 50 AFSAreia mdia MF entre 50 e 70 AFSAreia fina MF entre 70 e 100 AFSAreia muito fina MF entre 100 e 150 AFSAreia finssima MF > 150 AFS

D - PREPARAO DA AREIA SINTTICA: DETERMINAO DA UMIDADE E

DA RESISTNCIA.


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1 - Generalidades

Chama-se areia de moldagem a um aglomerado que contm basicamente trsconstituintes:

Material granular (areia); Material aglomerante, espcie de cimento que une os gros de areia; gua que desenvolve a ao do aglomerante.

Chama-se areia natural ao aglomerado encontrado "in natura"(a terra de lisboa omelhor exemplo), composto dos trs constituintes bsicos em propores mais oumenos adequados e aos quais s falta ajustar a quantidade de gua no momento do seuemprego.Chama-se de areia sinttica, ao aglomerado preparado a partir de uma areia base comum aglomerante. Estes dois constituintes tm suas propriedades previamenteconhecidas. A preparao dos dois constituintes bsicos, e da gua que dever seradicionada, ser estabelecida em funo das propriedades que se deseja obter noaglomerado sinttico.

sempre aconselhvel que a mistura de uma areia sinttica seja feita em uma mquinamisturadora. As propriedades aglomerantes da mistura no se desenvolvemsatisfatoriamente pela ao da mistura manual. As dificuldades encontradas na misturamanual so:

Grande tempo de mistura; Dificuldade de envolvimento dos gros pelo aglomerante;

Dificuldade em obter distribuio uniforme nos diferentes pontos da mistura; Baixos resultados na resistncia da mistura pronta verde.

As misturas de areia sinttica devem ser verificadas no somente quanto aos vriosteores de umidade como quanto aos vrios teores de aglomerantes.

1.2 - Mtodo de Preparo de uma Areia Sinttica em Laboratrio

Secar ao menos 2000 gr de areia (quando a areia no seca pelo fornecedor). Aps asecagem e resfriamento at a temperatura ambiente, pesar as quantidades exatas deareias e aglomerantes, de acordo com a composio da mistura.

1.2.1 - Colocar a areia e o aglomerante secos no misturador;1.2.2 - Tampar o misturador e misturar durante 2 minutos;1.2.3 - Esperar 2 minutos para que as substncias pulverulentas em suspenso assentem;1.2.4 - Destampar o misturador e adicionar a quantidade gua lentamente, no tempo de

30 segundos suficiente para conseguir a umidade desejada desconsiderando aperda por evaporao durante a mistura;

1.2.5 - Misturar por um perodo adicional de 5 minutos;1.2.6 - Remover a areia do misturador to rapidamente quanto possvel, no perdendo

tempo em retirar os resduos do misturador;1.2.7 - Preparar os corpos de provas e ensai-los;

1.2.8 - Repetir a operao acima com diferentes teores de umidade,trabalhando semprecom a mesma areia.


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2 - Corpo de Prova Padro

2.1 - Generalidades

So padronizados dois corpos de provas pela American Foundryman's Society: o corpode prova cilndrico e o corpo de prova estrangulado.

O corpo de prova cilndrico usado para os seguintes ensaios:

Permeabilidade dos corpos de provas verdes e secos; Resistncia compresso dos corpos de provas verdes e secos; Resistncia ao cizalhamento dos corpos de provas verdes e secos; Deformao dos corpos de provas verdes.

O corpo de prova estrangulado usado para o ensaio de trao, mais especialmente nocaso de areias para machos estufados.

3 - Preparao do Corpo de Prova Padro

3.1 - Fundamento do Mtodo de Ensaio

A imitao da prtica de moldagem, em que a areia socada dentro de uma caixa demoldagem, isto , comprimida por percusses sucessivas, o corpo de prova obtidosocando-se determinada massa de areia em um molde cilndrico, mediante percusses

sucessivas.Para que os corpos de provas sejam socados igualmente e com compactao uniforme,nos seus diversos pontos, a energia de socamento padronizada por trs percussessucessivas e iguais, obtidas pela queda de um peso de determinada altura. A percussose faz sentir sobre um pisto, que distribui o socamento uniforme por toda seo docorpo de prova.

O peso do equipamento moldador (martelete) equivale a 6,3503 kg e a altura de queda de 5,08 cm (2 polegadas) ou 0,0508 m. Como o movimento guiado verticalmente,sendo o atrito das guias desprezvel, a energia de socamento pode ser igualada ao

trabalho executado por esse peso em queda livre, ou seja:

T = 6,3503 kg 0,0508 m = 0,322 kg .m

A trplice percusso representar um trabalho de 3 0,322 = 0,966 kg . m. Como o

volume do corpo de prova aproximadamente 100 cm3, o trabalho de socamento

normal de 1 dm3de areia ser de 9,66 kg .m.

3.2 - Aparelhagem

Molde padro.


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Suporte. Desmoldador. Martelete.

3.3 - Descrio Sumria do Mtodo de Preparao

3.4.1 - Corpo de Prova Cilindrico

3.4.1.1 - Pesar uma quantidade de areia entre 150 e 190 gr, determinada por tentativas,suficiente para conseguir um corpo de prova de duas polegadas de altura aps osocamento.

3.4.1.2 - Colocar a areia no cilindro moldador.3.4.1.3 - Colocar o conjunto sob a haste do martelete.3.4.1.4 - Abaixar a haste do martelete lentamente at que a parte mvel fique suportada

pela areia.3.4.1.5 - Dar trs percusses elevando-se lentamente o peso por meio da manivela.

3.4.1.6 - Verificar se o topo da haste coincide com a marcade tolerncia, padronizandoassim o corpo de prova com 5,08 cm (2).

3.4.1.7 - Remover o conjunto do martelete.3.4.1.8 - Extrair o corpo de prova do cilindro com ajuda do desmoldador.

- Caso no haja tal coincidncia, repetir os tens anteriores at conseguir um corpo deprova com 5,08 cm de altura.

3.4.2 - Corpo de Prova Estrangulado

3.4.2.1 - Montar as duas metades laterais da caixa de macho e a chapa de base.3.4.2.2 - Colocar dentro uma quantidade de areia necessria para que, aps o socamento,

produza o corpo padro de uma polegada, com uma tolerncia de 1/64.3.4.2.3 - Colocar o conjunto com a areia sob o martelete equipado com o soquete de

forma ajustvel ao perfil da seo horizontal do corpo de prova.3.4.2.4 - Dar trs percusses a fim de padronizar o corpo de prova com uma polegada de

altura.3.4.2.5 - Remover o conjunto e extrair o corpo de prova deixando-o sobre a placa de

base.

Obs: Caso no obtenha um corpo de prova com uma polegada de altura, repetir os tensacima at que isso ocorra.

4 - Ensaio de Determinao de Umidade

4.1 - Fundamentos do Mtodo de Ensaio

O teor de umidade determinada pela diferena de pesos da amostra original quandomida (areia verde) e aps a secagem. As condies de secagem, temperatura e tempo,so relativas preciso do ensaio.


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A temperatura de ensaio deve ser inferior ao limite em que se inicia a perda da gua decomposio, sendo aconselhvel que se mantenha entre os limites 105 e 110C. Otempo deve ser suficiente para que se obtenha peso constante da amostra seca.

4.2 - Aparelhagem

Balana de preciso de 0,01gr. Secador de laboratrio. Esptula. Dessecador.

4.3 - Descrio do Mtodo de Ensaio

O mtodo aplicvel para todas as areias, exceto as que contm materiais volteis atemperaturas abaixo de 110C ou materiais oxidveis, tais como leos. Para estas areiasusa-se o mtodo do carbureto de clcio.

4.3.1 - Pesar na bandeja do secador rpido infra-vermelho, previamente tarada, entre 10e 50gr da amostra.

4.3.2 - Espalhar a amostra na bandeja.4.3.3 - Secar a amostra no secador rpido infra-vermelho.4.3.4 - Retirar a amostra e deix-la esfriar no dessecador at temperatura ambiente.4.3.5 - Pesar o resduo.4.3.6 - Repetir do ten 1.4.3 ao ten 1.4.5 at que a massa fique constante.

4.4 - Resultado do Ensaio

O resultado expresso em porcentagem e obtido atravs da seguinte frmula:

%U = MA - MR 100MA

Onde:

U = teor de umidade.MA = massa da amostra.MR = massa do resduo.

4.5 - Mtodo do do Carbureto de Clcio

Baseia-se na medida do volume do gs acetileno gerado pela reao da umidade da areiacom o carbureto de clcio. O volume de gs gerado pela reao proporcional quantidade contida na areia, uma vez que a areia e o carbureto de clcio tenha sido bemmisturados e que haja carbureto de clcio suficiente para reagir com toda a gua

presente. A reao tem lugar em um recipiente fechado, denominado speedy. A pressodo gs obviamente proporcional a quantidade de gua contida na areia. A presso dogs medida em um manmetro que j est calibrado para dar a leitura direta daumidade. O speedy muito prtico para trabalhos de campo.

5 - Ensaio de Determinao da Resistncia


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5.1 - Noes Preliminares

So realizados os seguintes tipos de ensaios:

Resistncia a compresso. Resistncia ao cizalhamento. Resistncia a trao. Resistncia a flexo.

Cada um dos ensaios responde caracterizao de um tipo de solicitao, entretanto,dentre eles, o que oferece preciso, isto , cujos valores resultantes apresentam menordisperso em relao mdia aritmtica o de resistncia compresso.

5.2 - Fundamentos do Mtodo de Ensaio

Por resistncia se entende o valor de carga especfica de ruptura do corpo de prova deareia de fundio submetida a carga aplicada progressivamente.

O valor final dever ser a mdia de trs ensaios consecutivos (cinco no caso deresistncia trao) e cujos resultados no apresentem uma disperso em relao amdia aritmtica superior a dez por cento; no caso dos ensaios de trao tolerada umadisperso de quinze por cento.

5.3 - Aparelhagem

Mquina universal de resistncia.

6 - Resultados

Sero mostrados e interpretados atravs de tabelas e grficos respectivamente. Para issodevemos preparar uma areia sinttica com determinada porcentagem de aglomerante edeterminar suas caractersticas com diferentes teores de umidade. Todos os ensaiosacima especificados devero ser efetuados simultaneamente, para no haver perda detempo.

E - DETERMINAO DA UMIDADE TIMA COM RELAO AO VOLUME

ESPECFICO.


A umidade tima corresponde ao ponto de saturao da gua de absoro e pode serdeterminada em laboratrio pelo ponto varivel no peso especfico da areia fofa.

A diferena de peso especfico da mistura em um mesmo volume com diversos teoresde umidade, e com teor constante de aglomerante, ir determinando peso menor, paracada adio de gua, at chegarmos ao ponto de saturao, ponto este em que o pesoaumenta novamente.


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P = permeabilidade (AFS).

v = volume de ar em cm3.h = altura do corpo de prova em cm.

p = presso do ar em gr/cm2.

a = seo do corpo de prova em cm2

.t - tempo em minutos.

Substituindo pelos valores padres do ensaio:

v = 2000 cm3h = 5,08 cm (2)

a = 20,268 cm2(dimetro = 2)Acha-se:

P = 501,2

p t

Conhecidos os valores de p e t, pode-se obter o valor da permeabilidade atravs dafrmula citada.

2.2 - Aparelhagem

permemetro

2.3 - Descrio do Mtodo de Ensaio

2.3.1 - Prepara um corpo de prova padro, conservando-o no cilindro padro.2.3.2 - Emborca o cilindro contendo o corpo de prova na base do permemetro.2.3.3 - Elevar o tambor flutuante at zero com a chave em "B".2.3.4 - Fazer a leitura diretamente no manmetro em unidades AFS.

Retirar o corpo de prova do molde pradro e determinar sua resistncia mecnica,conforme a prtica anterior.

Para cada ponto assinalado no ensaio de determinao de umidade tima, determinamosa permeabilidade, a umidade pelo mtodo do carbureto de clcio e a resistncia

mecnica da areia verde, o que feito simultaneamente.


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