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Areia de Moldagem a Verde:
Tipos, Composições, Matérias-Primas e Variáveis de Processo.
( * ) Arnaldo Romanus
Introdução
Geralmente existe muita confusão quanto à escolha do tipo mais adequado de
areia a verde a ser empregado pelas fundições, tanto em razão da liga metálica a ser
produzida quanto visando solucionar determinados problemas, independente do
misturador utilizado.
Outro aspecto que chama atenção é o fato de, muitas vezes, o fundidor acreditar
que o emprego de areia de faceamento poderá resolver todos os problemas que
normalmente teria se esse material não fosse utilizado, sendo que essa não apenas é uma
alternativa cara como ainda poderá ocasionar outros defeitos de moldagem.
Diante disso, o presente trabalho abordará desde os tipos e as composições das
areias de moldagem a verde até as matérias-primas e as variáveis de processo
envolvidas, visando reduzir drasticamente os defeitos e os problemas geralmente
atribuíveis à mesma na maioria das fundições.
1. Tipos de areia a verde
Quem possui moldagem manual geralmente utiliza areias de faceamento e de
enchimento, o mesmo ocorrendo em boa parte das fundições que já adotam linhas
mecanizadas. Todavia, ao partir para o uso de linhas automatizadas, a fundição somente
conseguirá atingir a maior produtividade possível nas máquinas de moldar caso deixe de
empregar faceamento, ou seja, se puder trabalhar com uma areia geral, mais conhecida
por areia de sistema.
Assim sendo, pode-se afirmar que é possível ter três tipos de areia de moldagem
a verde:
faceamento;
enchimento;
sistema.
1.1 – Areia de faceamento
Trata-se de uma areia que tem por finalidade cobrir o modelo, isto é, acaba por
entrar em contato direto com o metal, motivo pelo qual deverá ter uma qualidade
adequada não só para resistir ao seu ataque, mas também à extração do modelo, à
colocação de machos, ao fechamento do molde e ao seu transporte até a linha de
vazamento.
1.2 – Areia de enchimento
Embora haja fundições que preparem esta areia tão bem quanto o faceamento,
em grande parte dos casos somente se adiciona água à mesma e, muitas vezes, a sua
preparação nem sequer é efetuada em misturador, e sim, diretamente no chão mediante
o seu simples revolvimento com trator ou até mesmo com enxada, sendo que
normalmente não se dá a devida atenção ao enchimento justamente pelo fato de se
julgar que esta areia não entrará em contato com o metal.
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( * ) Engenheiro metalurgista. Diretor e sócio da Foundry Cursos e Orientação Ltda. e
da Romanus Tecnologia e Representações Ltda.
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Efetivamente, cobrindo-se o modelo com uma camada adequada de areia de
faceamento, dificilmente a região do molde que irá compor a peça terá a presença da
areia de enchimento. No entanto, não se deve esquecer que é praticamente impossível
envolver o canal de descida e o funil ou a bacia de vazamento completamente com a
areia de faceamento; conseqüentemente, logo de imediato o metal acaba mesmo é
atingindo a areia de enchimento, provocando a sua erosão (arraste; lavagem) e a sua
posterior inclusão na peça e o aparecimento de outros defeitos na mesma.
Além disso, se não houver uma adequada preparação do enchimento, somente
será possível ter uma areia de faceamento com qualidade razoável se esta for feita com
100 % de areia base (muitas vezes denominada “areia nova”), porém isto irá gerar um
excessivo descarte de areia de retorno.
Portanto, o enchimento deveria ter a mesma composição do faceamento,
podendo-se apenas reduzir um pouco o seu tempo de mistura, a fim de não haver falta
de areia na linha de moldagem.
1.3 – Areia de sistema
A partir do momento em que se pretende partir para a implantação de máquinas
de moldar automatizadas, independente de serem de alta, média ou baixa pressão, deve-
se obrigatoriamente utilizar apenas um tipo de areia em todo o molde, motivo pelo qual
esta acaba sendo conhecida por areia geral, areia única ou areia de sistema.
2. Composições das areias de moldagem
2.1 – Areia de faceamento
Considerando que, às vezes, há fundições trabalhando com areia de faceamento
totalmente nova e outras com areia mista ou com areia usada e ainda levando em conta
o fato de que as empresas que utilizam faceamento geralmente empregam misturadores
convencionais em sua preparação, a seguir serão sugeridas composições para cada caso:
a) areia nova (os pesos dos aditivos / aglomerantes são calculados sobre o peso da areia
base)
a.1) para peças de ferro
100 % de areia base do tipo 60/70 AFS
6 – 8 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina de
milho
2 – 3 % de pó de carvão mineral ou 0,7 – 1,0 % de pó de carvão aditivado
máx. 0,4 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 50 – 60 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com o seguinte ciclo de mistura:
areia + ~ 75 % da água: ~ 30”
bentonita + pó de carvão (+ dextrina): ~ 6’
restante da água: mín. 4’.
Nota (válida também para todas as demais composições): sempre que for necessário
empregar um aditivo para aumentar a plasticidade e/ou para reduzir a friabilidade da
areia a verde, deve-se lançar mão de dextrina de milho, que possui uma elevadíssima
solubilidade em água e não resulta em pelotas na areia preparada ao se efetuar a adição
de água previamente, ao contrário do amido de milho, o qual, por ter uma baixa
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solubilidade em água, não apenas exigiria a realização preliminar de uma mistura a seco
para não resultar em muitas pelotas úmidas na areia a verde, mas também teria o
inconveniente de necessitar uma adição substancialmente maior que a dextrina para
poder gerar valores semelhantes para essas duas características, porém isso poderia
causar ou piorar a formação de pinholes e bolhas de gás, entre outros defeitos; o ideal,
todavia, seria utilizar uma bentonita já aditivada com dextrina de milho durante a sua
fase de industrialização.
a.2) para peças de aço
100 % de areia base do tipo 60/70 AFS
7 – 9 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina de
milho
máx. 0,5 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 50 – 60 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.a.1).
Nota: no tocante ao pó de carvão, ou se utiliza 2,5 – 3,5 % desse componente (ou 0,8 –
1,2 % de pó de carvão aditivado) ou se suspende o seu emprego, neste último caso, no
entanto, devendo-se aplicar ao molde uma pintura adequada ao tipo de aço a ser vazado
no mesmo.
a.3) para ligas de cobre
100 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS
5,5 – 7,5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina
de milho
1,5 – 2,5 % de pó de carvão mineral ou 0,5 – 0,8 % de pó de carvão aditivado
máx. 0,3 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 50 – 60 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.a.1).
a.4) para peças de alumínio
100 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS
5 – 7 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina de
milho
1 – 2 % de pó de carvão mineral ou 0,3 – 0,7 % de pó de carvão aditivado
máx. 0,3 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 50 – 60 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.a.1).
b) areia mista (os pesos dos aditivos / aglomerantes são calculados sobre o peso total
das areias)
b.1) para peças de ferro
50 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 – 5 mm de abertura)
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50 % de areia base do tipo 60/70 AFS
4 – 5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina de
milho
1 – 2 % de pó de carvão mineral ou 0,3 – 0,7 % de pó de carvão aditivado
máx. 0,3 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 45 – 55 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com o seguinte ciclo de mistura:
areias + ~ 75 % da água: ~ 30”
bentonita + pó de carvão (+ dextrina): ~ 5’
restante da água: mín. 3’.
b.2) para peças de aço
50 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 – 5 mm de abertura)
50 % de areia base do tipo 60/70 AFS
4,5 – 5,5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina
de milho
máx. 0,4 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 45 – 55 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.b.1).
Nota: no tocante ao pó de carvão, ou se utiliza 1,5 – 2,5 % desse componente (ou 0,5 –
0,8 % de pó de carvão aditivado) ou se suspende o seu emprego, neste último caso, no
entanto, devendo-se aplicar ao molde uma pintura adequada ao tipo de aço a ser vazado
no mesmo.
b.3) para ligas de cobre
50 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 – 5 mm de abertura)
50 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS
3,5 – 4,5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina
de milho
1,0 – 1,5 % de pó de carvão mineral ou 0,3 – 0,5 % de pó de carvão aditivado
máx. 0,2 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 45 – 55 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.b.1).
b.4) para ligas de alumínio
50 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 – 5 mm de abertura)
50 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS
3 – 4 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina de
milho
0,5 – 1 % de pó de carvão mineral ou 0,15 – 0,35 % de pó de carvão aditivado
máx. 0,2 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
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água (suficiente para obter 45 – 55 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.b.1).
c) areia usada (os pesos de todos os componentes são calculados sobre o peso da areia
de retorno)
c.1) para peças de ferro
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 – 5 mm de
abertura)
10 % de areia base do tipo 60/70 AFS
1 – 2 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina de
milho
0,5 – 1 % de pó de carvão mineral ou 0,15 – 0,35 % de pó de carvão aditivado
máx. 0,2 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 45 – 55 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com o seguinte ciclo de mistura:
areias + ~ 75 % da água: ~ 30”
bentonita + pó de carvão (+ dextrina): ~ 5’
restante da água: mín. 3’.
c.2) para peças de aço
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 – 5 mm de
abertura)
10 % de areia base do tipo 60/70 AFS
1,5 – 2,5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina
de milho
máx. 0,3 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 45 – 55 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.c.1).
Nota: no tocante ao pó de carvão, ou se ou se utiliza 0,7 – 1,2 % desse componente (ou
0,2 – 0,4 % de pó de carvão aditivado) ou se suspende o seu emprego, neste último
caso, no entanto, devendo-se aplicar ao molde uma pintura adequada ao tipo de aço a
ser vazado no mesmo.
c.3) para ligas de cobre
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 – 5 mm de
abertura)
10 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS
0,8 – 1,5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina
de milho
0,3 – 0,8 % de pó de carvão mineral ou 0,10 – 0,25 % de pó de carvão aditivado
máx. 0,1 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
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água (suficiente para obter 45 – 55 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.c.1).
c.4) para peças de alumínio
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha com 3 – 5 mm de
abertura)
10 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS
0,5 – 1,0 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina
de milho
0,2 – 0,5 % de pó de carvão mineral ou 0,05 – 0,15 % de pó de carvão aditivado
máx. 0,1 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 45 – 55 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.1.c.1).
2.2 – Areia de enchimento (os pesos de todos os componentes são calculados sobre o
peso da areia de retorno)
Como uma boa parte da areia base necessária à renovação da areia de retorno já
é incorporada ao sistema via faceamento e considerando que este, dependendo do tipo a
ser utilizado, pode ter porcentagens distintas de areia base, a adição desta ao enchimento
deveria levar este fato em consideração, ou seja, a sua participação teria quer ser menor
no caso de se utilizar faceamento novo e maior em se tratando de faceamento feito com
areia usada, conforme segue (os demais componentes, em princípio, também
necessitariam obedecer a esta orientação):
a.1) para peças de ferro
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha inferior a 10 mm de
abertura)
0 – 10 % de areia base do tipo 60/70 AFS
0,5 – 1,5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina
de milho
0,2 – 0,8 % de pó de carvão mineral ou 0,05 – 0,25 % de pó de carvão aditivado
máx. 0,05 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 42 – 52 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com o seguinte ciclo de mistura:
areia (s) + ~ 75 % da água: ~ 30”
bentonita + pó de carvão (+ dextrina): ~ 2’30”
restante da água: mín. 1’30”.
b) para peças de aço
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha inferior a 10 mm de
abertura)
0 – 10 % de areia base do tipo 60/70 AFS
0,8 – 2 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina de
milho
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máx. 0,1 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 42 – 52 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.2.a.1).
Nota: no tocante ao pó de carvão, ou se utiliza 0,3 – 0,8 % desse componente (ou 0,10 –
0,25 % de pó de carvão aditivado) ou se suspende o seu emprego, neste último caso, no
entanto, devendo-se aplicar ao molde uma pintura adequada ao tipo de aço a ser vazado
no mesmo.
c) para ligas de cobre
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha inferior a 10 mm de
abertura)
0 – 10 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS
0,3 – 1,2 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina
de milho
0,1 – 0,6 % de pó de carvão mineral ou 0,03 – 0,15 % de pó de carvão aditivado
máx. 0,05 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 42 – 52 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.2.a.1).
d) para peças de alumínio
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha inferior a 10 mm de
abertura)
0 – 10 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS
0,2 – 0,8 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina
de milho
0,05 – 0,4 % de pó de carvão mineral ou 0,02 – 0,10 % de pó de carvão
aditivado
máx. 0,03 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 42 – 52 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.2.a.1).
2.3 – areia de sistema (os pesos de todos os componentes são calculados sobre o peso da
areia de retorno)
Neste caso deverá ser feita uma distinção entre a areia a verde destinada à
moldagem convencional (mecanizada ou até mesmo manual) e a utilizada na moldagem
de alta produtividade, visto que no segundo caso torna-se necessário reduzir a umidade
sem perda excessiva da compactabilidade e isso, em princípio, é mais facilmente
alcançado mediante o uso de uma maior adição de areia base, o emprego (pelo menos
parcial) de bentonita sódica natural e a utilização de um maior tempo de mistura, motivo
pelo qual a composição será subdividida conforme segue:
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a) moldagem convencional
a.1) para peças de ferro
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha inferior a 10 mm de
abertura)
2 – 5 % de areia base do tipo 60/70 AFS
0,6 – 1,2 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina
de milho
0,2 – 0,6 % de pó de carvão mineral ou 0,05 – 0,15 % de pó de carvão aditivado
máx. 0,05 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 42 – 52 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com o seguinte ciclo de mistura em se tratando de misturador convencional:
areias + ~ 75 % da água: ~ 30”
bentonita + pó de carvão (+ dextrina): ~ 3’30”
restante da água: mín. 1’30”,
o qual poderá ser reduzido para um tempo efetivo de preparação de 90” – 120” se for
empregado misturador intensivo.
a.2) para peças de aço
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha inferior a 10 mm de
abertura)
3 – 6 % de areia base do tipo 60/70 AFS
0,8 – 1,5 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina
de milho
máx. 0,1 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 42 – 52 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.3.a.1).
Nota: no tocante ao pó de carvão, ou se utiliza 0,3 – 0,8 % desse componente (ou 0,10 –
0,20 % de pó de carvão aditivado) ou se suspende o seu emprego, neste último caso, no
entanto, devendo-se aplicar ao molde uma pintura adequada ao tipo de aço a ser vazado
no mesmo.
a.3) para ligas de cobre
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha inferior a 10 mm de
abertura)
1 – 3 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS
0,2 – 0,8 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina
de milho
0,1 – 0,2 % de pó de carvão mineral ou 0,03 – 0,07 % de pó de carvão aditivado
máx. 0,05 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 42 – 52 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.3.a.1).
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a.4) para peças de alumínio
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha inferior a 10 mm de
abertura)
0,5 – 1,5 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS
0,1 – 0,8 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina
de milho
0,02 – 0,06 % de pó de carvão mineral ou 0,01 – 0,02 % de pó de carvão
aditivado
máx. 0,03 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 42 – 52 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.3.a.1).
b) moldagem automatizada
b.1) para peças de ferro
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha inferior a 10 mm de
abertura)
3 – 8 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS
0,5 – 1,2 % de bentonita (50 – 70 % de sódica ativada convencional ou aditivada
com dextrina de milho e o complemento de sódica natural)
0,2 – 0,6 % de pó de carvão mineral ou 0,07 – 0,15 % de pó de carvão aditivado
máx. 0,05 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 40 – 48 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com o seguinte ciclo de mistura em se tratando de misturador convencional:
areias + ~ 75 % da água: ~ 30”
bentonitas + pó de carvão: ~ 4’
restante da água: mín. 2’,
o qual poderá ser reduzido para um tempo efetivo de preparação de 100” – 135” se for
empregado um misturador intensivo.
b.2) para peças de aço
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha inferior a 10 mm de
abertura)
4 – 10 % de areia base do tipo 60/70 AFS
0,7 – 1,5 % de bentonita (50 – 70 % de sódica ativada convencional ou aditivada
com dextrina de milho e o complemento de sódica natural)
máx. 0,08 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 40 – 48 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.3.b.1).
Nota: no tocante ao pó de carvão, ou se utiliza 0,3 – 0,8 % desse componente (ou 0,10 –
0,20 % de pó de carvão aditivado) ou se suspende o seu emprego, neste último caso, no
entanto, devendo-se aplicar ao molde uma pintura adequada ao tipo de aço a ser vazado
no mesmo.
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b.3) para ligas de cobre
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha inferior a 10 mm de
abertura)
1,5 – 2,5 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS
0,1 – 0,6 % de bentonita (poderá ser utilizado no máximo 30 % de sódica
natural, com o complemento sendo de sódica ativada convencional ou aditivada
com dextrina de milho)
0,05 – 0,15 % de pó de carvão mineral ou 0,02 – 0,05 % de pó de carvão
aditivado
máx. 0,03 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 40 – 48 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.3.b.1).
b.4) para peças de alumínio
100 % de areia de retorno (peneirada através de malha inferior a 10 mm de
abertura)
0,8 – 1,5 % de areia base do tipo 60/70 AFS ou 70/80 AFS
0,1 – 0,6 % de bentonita sódica ativada convencional ou aditivada com dextrina
de milho
0,01 – 0,05 % de pó de carvão mineral ou 0,007 – 0,010 % de pó de carvão
aditivado
máx. 0,02 % de dextrina de milho (seu uso deverá ser suspenso se a bentonita já
for aditivada com esse componente)
água (suficiente para obter 40 – 48 % de compactabilidade no momento do uso
da areia preparada),
com um ciclo de mistura semelhante ao empregado para peças de ferro (item 2.3.b.1).
3. Matérias-primas
Considerando que o ideal seria utilizar a dextrina de milho já incorporada à
bentonita sódica ativada pelo próprio produtor do último material, visando aumentar a
plasticidade da areia a verde, reduzir a sua friabilidade e manter a resistência à tração a
úmido (RTU) em valores bastante elevados, o primeiro aditivo não será abordado sob o
ponto de vista puro.
Assim sendo, o presente capítulo tratará dos seguintes componentes da areia a
verde:
areia base;
bentonita convencional (sódica ativada e sódica natural);
bentonita aditivada com dextrina de milho;
pó de carvão mineral (tipo Cardiff);
pó de carvão aditivado (PCA);
água.
3.1 – Areia base
Normalmente se emprega areia de sílica, extraída de barrancos ou de leitos de
rios, a qual, antes de ser utilizada pela fundição, passa por um processo de lavagem e de
classificação granulométrica.
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A fim de evitar a ocorrência de bolhas de gás e de pinholes, há fundições que
acabam utilizando areia base excessivamente grossa, do tipo 50/60 AFS ou até mesmo
40/50 AFS, às vezes só na macharia e em outras ocasiões também na moldagem.
Embora esse artifício possa sanar ou pelo menos atenuar esses defeitos em
função da maior permeabilidade que isso gera na areia a verde, como efeito colateral se
tem a piora do acabamento das peças e, freqüentemente, um considerável aumento do
refugo por inclusões de areia, neste caso resultantes de uma maior tendência à erosão
(arraste; lavagem) do molde pelo metal líquido.
No entanto, desde que a fundição utilize bentonita e aditivos carbonáceos
adequados e tenha um bom grau de preparação da mistura, entre outras variáveis a
serem mantidas sob controle, seguramente é viável utilizar areia base do tipo 60/70 AFS
(granulometria média) até mesmo em moldagem de alta pressão.
Assim sendo, a seguir será fornecida uma especificação que poderia ser adotada
para o tipo de areia base sugerido (60/70 AFS):
módulo de finura: 60 – 70 AFS
teor de finos: máx. 1,5 %
permeabilidade: 80 – 110 AFS
teor de argila AFS: máx. 0,5 %.
Ainda convém salientar que, desde que a fundição receba a devida orientação
por parte de algum fornecedor de matéria-prima ou de pessoas especializadas em areia a
verde, é perfeitamente possível melhorar consideravelmente o acabamento das peças
mediante o uso de areia base fina (tipo 70/80 AFS), sem que isso resulte em
permeabilidade excessivamente baixa na areia preparada.
3.2 – Bentonita
É uma argila normalmente extraída a céu aberto, a qual, juntamente com a água,
fornece ao molde a resistência suficiente para o mesmo suportar a pressão do metal
durante o vazamento e a sua solidificação.
Embora, para misturadores que possuam mós, geralmente bentonitas de maior
inchamento resultem numa melhor eficiência de mistura, bem como na conseqüente
economia dessa matéria-prima e na obtenção de ótimas propriedades da areia a verde,
em se tratando de misturadores providos de agitadores esse tipo de produto nem sempre
tem um bom comportamento, pelo fato de fazer a areia “crescer” demais dentro do
equipamento e exigir, conseqüentemente, um maior teor de umidade para se obter a
compactabilidade desejada na areia preparada, não por culpa desse tipo específico de
misturador, e sim, pelo fato de que as bentonitas sódicas ativadas brasileiras próprias
para sistemas de moldagem de alta produtividade possuem inchamento bem maior que
as de muitos outros países.
Além disso, embora, em moldagem convencional, seja perfeitamente viável
trabalhar com 100 % de bentonita sódica ativada, o mesmo não ocorre com processos de
areia a verde voltados para máquinas de moldar de alta produtividade, que necessitam
operar com areia preparada em baixos níveis de umidade para se poder obter uma boa
fluidez da mistura, porém com compactabilidade suficientemente elevada para não
haver problemas de quebras de moldes durante a extração dos modelos.
Assim sendo, a seguir será apresentada uma sugestão de especificação para
ambos os tipos de bentonitas, com uma faixa de inchamento variável em função do
misturador em uso na fundição:
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características sódica ativada sódica natural
umidade (%) 8 – 13 8 – 13
inchamento (ml / 2 g) 35 – 50 30 – 40
retenção na malha 200 ( %) máx. 15 máx. 15
AAM (ml / 0,5 g) mín. 50 mín. 52
RCV (N/cm2) mín. 12 mín. 11
RTU (N/cm2) mín. 0,30 mín. 0,28
onde:
AAM = adsorção de azul de metileno
RCV = resistência à compressão a verde
RTU = resistência à tração a úmido.
Embora, aparentemente, a bentonita sódica natural possua resistências (RCV e
RTU) mais baixas que a sódica ativada no teste de recebimento feito com 15 minutos de
mistura, na prática da moldagem ocorre o contrário, visto que numa areia de sistema se
tem um tempo de mistura acumulado geralmente variável na faixa de 2 – 8 horas em
função de seu grau de renovação e do próprio tempo efetivo de mistura empregado,
sendo que essa diferença de comportamento é decorrente das distintas dispersabilidades
de ambos os tipos de bentonitas, ou seja, a sódica natural demora mais tempo para
desenvolver as suas características, motivo pelo qual, inclusive, o seu uso seria
totalmente desaconselhável na preparação de areia de faceamento nova.
Considerando, todavia, que tanto as bentonitas sódicas ativadas convencionais
brasileiras quanto as sódicas naturais argentinas passaram a ter uma nítida piora de seu
comportamento quanto à manutenção principalmente de um bom valor de RTU
(resistência à tração a úmido) na areia a verde, a qual, muitas vezes, ainda apresenta
uma queda considerável de sua plasticidade e um aumento acentuado de sua
friabilidade, já há alguns anos diversas fundições partiram para o emprego de bentonita
brasileira aditivada com dextrina de milho, desenvolvida pelo próprio autor do presente
trabalho.
A fim de que a bentonita aditivada com dextrina de milho tenha plenas
condições de evitar a ocorrência de quebras de moldes, bem como de inclusões de areia
e de defeitos de expansão nas peças, esse produto necessita atender às seguintes
características:
umidade: 8 – 13 %
inchamento: mín. 40 ml / 2 g
retenção na # 40: máx. 15 %
AAM: mín. 50 ml / 0,5 g
RCV: mín. 12 N/cm2
RTU: mín. 0,30 N/cm2.
3.3 – Aditivos carbonáceos
3.3.1 – Pó de carvão mineral
Também chamado de pó Cardiff, esse produto é obtido a partir da extração e do
beneficiamento de carvão mineral e é utilizado na areia a verde principalmente com o
objetivo de melhorar o acabamento das peças e de reduzir o seu tempo de limpeza.
A maior dificuldade existente com essa matéria-prima seria a definição da sua
granulometria ideal, sendo que isso somente deveria ser feito mediante um trabalho em
conjunto entre a fundição e o fornecedor desse produto e desde que pelo menos uma das
duas empresas tenha um laboratório em condições adequadas para detectar, na areia a
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verde, o ponto de equilíbrio entre as granulometrias da areia base e do pó de carvão
mineral em desenvolvimento.
Assim sendo, seria preferível generalizar apenas a especificação relativa às
demais características, sugerindo-se:
voláteis: mín. 30 %
carbono vítreo: mín. 9,0 %
cinzas: máx. 15 %
enxofre: máx. 1,5 %
umidade: máx. 3,0 %.
3.3.2- Pó de carvão aditivado
Mais conhecido por PCA e desenvolvido pelo autor deste trabalho, esse produto
visa substituir o pó de carvão mineral sem os efeitos colaterais que este último produto
muitas vezes acaba gerando na areia a verde.
Além de se poder alterar a granulometria do PCA de acordo com a relação
areia/metal média em uso pela fundição, a principal vantagem desse aditivo reside no
fato de que cada empresa poderá dispor de um tipo que atenda às suas necessidades
específicas num dado momento.
Diante disso, a especificação do PCA acaba sendo muito variável, sendo que os
tipos mais tradicionais normalmente se enquadram nos seguintes valores:
voláteis: 50 – 75 %
carbono vítreo: 10 – 18 %
cinzas: máx. 10 %
enxofre: máx. 1,1 %
umidade: máx. 5,0 %.
3.4 – Água
Embora, aparentemente, a água somente sirva para “molhar” a areia de
moldagem, na prática a sua adição à mistura deverá ser feita de um modo bastante
controlado no sentido de se obter simultaneamente a umidade e a compactabilidade
desejadas na areia a verde.
Além disso, a qualidade da água a ser utilizada deverá ser a melhor possível,
visto que há sais que podem reduzir tanto a resistência à tração a úmido (RTU) como o
ponto de fusão da areia a verde, no primeiro caso podendo-se vir a ter o aparecimento
de defeitos de expansão (escamas e rabos de rato) e, no segundo caso, problemas de
sinterização de areia às peças.
De um modo geral, costuma-se classificar a qualidade da água industrial em
função da quantidade de resíduo sólido contido na mesma, conforme segue:
até 100 mg/l: poderá ser utilizada sem maiores problemas;
de 100 – 200 mg/l: normalmente exige a utilização de uma maior proporção de
bentonita sódica natural e um maior teor de aditivo carbonáceo na areia a verde;
acima de 200 mg/l: geralmente ocasiona um excesso de defeitos de moldagem.
4. Variáveis de processo
Um dos maiores problemas que se observa em grande parte das fundições é o
desconhecimento quase que total das principais variáveis que afetam a performance da
areia a verde, destacando-se as seguintes:
grau de preparação;
composição;
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finos inertes;
temperatura.
4.1 – Grau de preparação da mistura
Sem sombra de dúvida, esta é a variável que mais afeta a qualidade da areia a
verde, pelo fato de poder prejudicar características tais como a RCV (resistência à
compressão a verde), a RTU (resistência à tração a úmido), a plasticidade e a
permeabilidade e por permitir que, na areia preparada, se tenha “água livre”, ou seja, um
excesso de umidade não devidamente aproveitado pela bentonita, que acaba resultando
ou acentuando praticamente todos os problemas atribuíveis à areia a verde, isto é:
quebra de moldes, sinterização, pinholes, bolhas de gás, penetração por explosão,
penetração metálica (também conhecida por “entranhamento”), variação dimensional e
mau acabamento das peças, entre outros.
Portanto, não apenas se deverá manter o misturador devidamente regulado,
como é necessário escolher o ciclo de mistura correto e a bentonita mais adequada ao
misturador em uso.
4.2 – Composição da mistura
Uma das piores coisas que uma fundição poderá fazer é adquirir matérias-primas
destinadas à areia a verde pelo seu preço direto e não com base no custo final do
fundido, sendo que, sem sombra de dúvida, um componente inadequado acabará
resultando em seríssimos problemas tanto na moldagem quanto nas peças.
Assim sendo, torna-se necessário sempre optar por matérias-primas de primeira
linha, de acordo com as sugestões apresentadas no capítulo 3 anterior.
Outro aspecto que acaba gerando muitos problemas é quanto à escolha do grau
de renovação adequado do sistema, visto que uma adição insuficiente de areia base às
misturas permite que a areia a verde fique demasiadamente contaminada com impurezas
tais como argila oolitizada, partículas de coque e condensados de resina, ao passo que
uma renovação excessiva implica não apenas num descarte desnecessariamente elevado
de areia de retorno, mas também num aumento do consumo de matérias-primas e
inclusive num incremento do tempo efetivo de mistura.
Diante disso, além de já terem sido apresentadas, no capítulo 2 deste trabalho,
sugestões quanto às faixas de adição de areia base em função da liga metálica produzida
e do tipo de areia a verde em uso, especificamente para ferros fundidos pode-se lançar
mão preferencialmente do balanço de massa da areia a verde (também denominado de
“composição técnica”), o qual, para ser devidamente aplicado mediante o emprego de
pó de carvão Cardiff, exige que inicialmente se tenha o conhecimento das seguintes
informações:
grau de incorporação de resíduos de machos (AM) à areia de retorno (em termos
de porcentagem), sendo que, quando a regeneração de machos é feita meramente
por atrito mecânico, também este produto deverá ser encarado como se fosse
areia de machos (AM);
relação areia/metal média (RAM) mensal (ou de um determinado período
específico), ou seja, divide-se o peso da areia a verde que de fato foi utilizada na
confecção dos moldes (descontando-se o peso dos moldes refugados e também o
peso da areia raspada dos moldes durante o seu processo de confecção) pelo
peso bruto de metal efetivamente vazado nos mesmos;
nível de componentes deletérios existentes na areia de retorno, levando-se em
consideração os seguintes aspectos:
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- se a fundição não utiliza machos na produção de suas peças e se simultaneamente
alcança uma ótima eficiência de mistura, se possui resfriador que permita obter no
máximo 45 oC na areia de retorno na entrada do misturador, se o sistema de exaustão de
“finos inertes” estiver funcionando a contento e se utilizar bentonita(s) de excelente
qualidade, então se poderá adotar o fator de renovação F = 10;
- se a fundição utilizar uma quantidade excessiva de machos “cold-box”, tiver uma
péssima eficiência de mistura, não possuir resfriador e nem tampouco sistema de
exaustão de “finos inertes” e se não empregar bentonita(s) de qualidade muito boa,
então se deverá utilizar um fator F = 30 (o qual poderá chegar a F = 50 quando houver
uma incidência excessiva de defeitos atribuíveis à areia a verde, principalmente pinholes
e penetração por explosão);
- se a fundição utilizar uma quantidade bastante grande de machos (principalmente
“cold-box”), porém se tiver uma boa eficiência de mistura, se conseguir resfriar a areia
de retorno até abaixo de 45 oC na entrada do misturador e se o sistema de exaustão
estiver funcionando a contento, recomenda-se iniciar o acerto da performance da areia a
verde geralmente com fator F = 25, o qual poderá ser gradativamente diminuído até
fator F = 15, neste caso desde que a(s) bentonita(s) em uso seja(m) de excelente
qualidade.
Partindo do princípio que uma dada fundição tenha:
- um grau médio de incorporação de machos AM = 3,0 %;
- uma relação areia/metal média RAM = 6 (ou seja, 6/1);
- uma eficiência de mistura relativamente boa (porém não excelente);
- um sistema de exaustão de “finos inertes” que não funcione a contento;
- um resfriador que nem sempre consiga fazer com que a areia de retorno fique com
temperatura inferior a 45 oC na entrada do misturador,
então inicialmente se poderia adotar um fator F = 30, mediante o qual se passaria a ter a
seguinte necessidade de adição de areia base (AB) às misturas de areia a verde:
AB = (F/RAM) – AM = (30/6) – 3,0 = 5,0 – 3,0 = 2,0 %,
ou seja, dever-se-ia adicionar 2,0 % de areia base em todas as misturas até se conseguir
reduzir substancialmente os defeitos/problemas atribuíveis à areia a verde, quando então
se poderia tentar diminuir aos poucos até F = 15 o grau de renovação do sistema (desde
que isso não resulte numa adição negativa de areia base às misturas, como acabaria
ocorrendo no caso do exemplo citado).
Já no tocante às adições de bentonita(s) e de pó de carvão Cardiff, uma vez
tendo-se definido o grau de renovação que se pretende ter no sistema de areia a verde
deve-se também estabelecer os teores de argila ativa e de voláteis com os quais se
deseja trabalhar, bem como a(s) bentonita(s) e o pó de carvão a serem utilizados durante
um período não inferior a 3 (três) meses consecutivos, para então se poder calcular os
graus de queima desses componentes em função dos teores estabelecidos para estas
características e dos resultados efetivamente alcançados na areia a verde.
Em se tratando do PCA (pó de carvão aditivado), no entanto, existe a
possibilidade de se zerar a adição de areia base às misturas mesmo quando se tem uma
elevada incorporação de machos “cold-box” à areia de retorno, desde que sempre se
consiga alcançar uma boa eficiência de mistura, que se tenha uma exaustão adequada
dos “finos inertes”, que se obtenha uma temperatura da areia de retorno inferior a 45 oC
na entrada do misturador e que se utilize bentonita(s) de ótima qualidade.
4.3 – Finos inertes
Parcialmente os componentes queimados no molde durante e logo após o
vazamento do metal ficam aderidos à peça, sendo facilmente eliminados do sistema.
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No entanto, considerando que, para se poder reduzir o tempo de jateamento das
peças, se deveria ter uma menor quantidade de areia aderida às mesmas durante a sua
desmoldagem, automaticamente acaba-se incorporando um maior teor de partículas
queimadas à areia de retorno, que necessitam ser adequadamente eliminadas do sistema,
visto que uma quantidade indevida das mesmas causa sérios problemas.
Mediante uma renovação correta do sistema, feita por meio de areia base,
consegue-se remover tanto as impurezas mais grosseiras existentes na areia de retorno
como também grande parte das partículas mais finas nela existentes.
Todavia, como normalmente se tem uma excessiva formação de finos inertes
(queimados), além de se renovar o sistema se deveria também efetuar uma exaustão do
excesso desses componentes nocivos, caso contrário seria necessário adicionar uma
quantidade muito elevada de areia base às misturas, que não apenas exigiria um
aumento de seu tempo de preparação, mas também resultaria num maior descarte de
areia de retorno.
4.4 – Temperatura da areia de retorno
Embora normalmente se queira ter uma determinada temperatura na areia
preparada, o ideal mesmo seria que fosse a areia de retorno que devesse sofrer os
controles antes de ser transferida para o seu silo, visto que um excesso de temperatura
aliado a uma umidade relativamente elevada fazem com que se tenha um demasiado
afunilamento dessa areia no silo, podendo, eventualmente, resultar em sérios problemas
na moldagem e nas peças se houver a necessidade de efetuar alterações mais profundas
na composição da mistura e se futuramente ocorrer um “desbarrancamento” da areia de
retorno aderida às paredes do silo.
Além disso, não se deve esquecer que, quanto mais acentuado for o
afunilamento da areia de retorno no seu silo, mais rapidamente a mesma porção de areia
será reutilizada, o que poderá aumentar ainda mais a temperatura da areia a verde.
Especificamente no tocante à temperatura da areia preparada, pode-se esclarecer
o seguinte:
inferior a 45 ºC: a areia a verde está sob controle no tocante a eventuais
alterações das características resultantes de sua temperatura;
entre 45 ºC e 70 ºC: o sistema de areia a verde apresenta muitas oscilações,
porém ainda é possível trabalhar relativamente bem com a areia preparada
(talvez seja necessário adicionar dextrina de milho às misturas ou então utilizar
bentonita aditivada com esse produto);
superior a 70 ºC: as características da areia a verde ficam totalmente
descontroladas, resultando em sérios problemas na moldagem e nas peças. De um modo geral, é conveniente sempre utilizar água com temperatura tal na
preparação da areia a verde (e inclusive no resfriamento da areia de retorno) que se consiga
obter 30 – 40 ºC na areia preparada em sua saída do misturador.
Considerações finais
Desde que sejam utilizadas matérias-primas com qualidade adequada às reais
necessidades das fundições e na condição de que estas adotem uma composição correta
para a liga metálica a ser vazada nos moldes e que proporcionem um ciclo de
preparação aos componentes de acordo com o tipo de misturador em uso, é
perfeitamente viável eliminar o emprego de areia de faceamento na produção da maioria
das peças.
Todavia, considerando que, às vezes, custa caro demais alterar radicalmente a
composição da areia de sistema para solucionar problemas existentes em pouquíssimos
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itens, nesta situação convém utilizar areia de faceamento, desde que sejam tomados os
devidos cuidados na preparação da respectiva areia de enchimento.
A fim de se poder evitar a ocorrência de quebras de moldes e se alcançar um
baixo índice de refugo nas peças, é de suma importância que a fundição opte pelos tipos
de matérias-primas mais adequados à suas reais necessidades, cuja especificação sempre
deverá ser acertada de comum acordo com os seus fornecedores. Além disso, existe a necessidade de o fundidor conhecer ao menos o efeito das
principais variáveis que afetam a performance de sua areia a verde, ou seja, o grau de
preparação conferido às misturas, a composição das cargas, a remoção adequada dos finos
inertes de todo o circuito do sistema de moldagem e a temperatura da areia de retorno, caso
contrário não haverá condições de se manter o refugo sob controle.