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Tecnología de la fundiciónU2- Mezclas de moldeo
División Metalurgia - INTEMAArea Metalurgia - Dep. Mecánica
FI - UNMDP
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Diagrama de flujo ciclo total
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•
Resistencia en verde
•
Resistencia en seco
•
Resistencia en caliente
•
Conductibilidad térmica
•
Refractariedad
•
Granulometría
•
Permeabilidad
•
Fluidez
•
Deformabilidad
•
Vida de banco
•
Colapsabilidad
•
Durabilidad o vida útil de la arena
•
Reactividad química; volátiles; reacciones molde/metal
•
Costo y disponibilidad
Propiedades mezclas de moldeo Arenas + Ligantes
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Tf= 1728°C; ρ= 2,6 gr/cm3.Cuarzo α
desde Tamb hasta 573°C.Cuarzo β
desde 573°C hasta 867°C.Tridimita desde 867°C hasta 1470°C.Cristobalita desde 1470°C hasta Tf.
Con Mg y FeO, a > 600°C →
silicato de hierro →
penetración.Permeabilidad (f) de granulometría.Rugosidad superficial (f) de granulometría.Penetración (f) de granulometría.
Arenas silíceas
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Arenas silíceas →
Fases vs T
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Variables de partícula
Modo de degradación
Tamaño de partículas ydureza Mohs
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Formas
Variables de partícula
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Formas
Variables de partícula
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Variables de partícula
Arenas redondeadas
• ↓↓
relación S/V ⇒ ↓↓ % ligante• facilidad para ser recubiertas• mayor permeabilidad• ↑↑
terminación superficial• ↓↓
abrasividad sobre el modelo• ↓↓
densidad de puntos de unión entre granos
Arenas angulares
• ↑↑
% de ligante• menor permeabilidad• ↑↑
abrasividad sobre el modelo• frágiles ⇒ ↑↑ presencia de finos
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FormasVariables de partícula
Comercialización
Bolsas de 40 kgBolsones de 1 Tn
A granel
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ZIRCONIO →
Zirconita, ZrO2-SiO2(67,2%-32,8%)Tf= 2550°C; ρ= 4,7 gr/cm3Alta conductibilidad térmica (‘chill’
4x silice)Baja reactividadGranos redondeados →
menor cantidad de liganteMayor estabilidad dimensional
→
fund. aceros y precisión
OLIVINAS →
base forsterita SiO4Mg2, color verdeTf= 1800°C; ρ= 3,4 gr/cm3 Angulosa →
abrasiva y alto % de liganteAlta estabilidad dimensional. Frágil, baja recuperación
CROMITAS →
Zirconita, ZrO2-SiO2(67,2%-32,8%)Tf= 2180°C; ρ= 4,5 gr/cm3Angulosa, de baja expansión térmicaAlta refractariedad, no reactiva
CHAMOTE →
Silice de baja calidad y muy alta granulometríaSolo se utilizan como arenas de respaldo
Arenas
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Aluminosilicatos en láminas chatas, entre 0,1 –
1 μmHidratados → ↑↑ plasticidad; al secarse → ↑↑ contracción ↑
% humedad al óptimo → ↓ Resist. en verde; → ↑ Resist. secoAdición respecto de arena: 5-15% ligante; 1-5% agua
CAOLINITAS -
‘Fireclay’
Al2O3, de alta refractariedadDeshidratación irreversible entre 400-650°C → ↓↓ recuperaciónDe baja ligadura, necesita entre 10-20% de adición
ILITICAS -
mica erosionadaDeshidratación irreversible entre 500-550°C
MONTMORILLONITAS –
‘Bentonita’Alta absorción de agua, excelente ligadura, se adiciona 3-5%Se las puede combinar (sódica + cálcica)Sódica: alta durabilidad, admiten varias rehidrataciones.Baja velocidad de absorción de agua → ↑ Tiempo mezcla.Cálcica: Baja contracción, ↑
Resist. arena a Tamb, ↓
Resist. arena a > Tmolde (favorece el desmoldeado).Alta fluidez → ↑ compactación con ↓
esfuerzos.
Ligantes –
Arcillas
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Ligantes –
Arcillas
Bentonita Sódica
BentonitaCálcica
Caolinita
Color Gris-Azul Gris-Amarillo Gris- CaféSuperficie [m2/gr] 80-800 15-50p.H. 8-10 7-10 4-5Volátiles a 480°C 1-3 2-5 1-3Volátiles a 980°C 5-6 6-8 9-10% Orgánicos <1.0 <1.0 APROX 1.0T deshidratación [ºC] 650-820 320-370 320-540T fusión [ºC] 1040-1320 1650-1700
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Ligantes –
Arcillas
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Seco
↑% de humedad mejora laresistencia en seco
Verde
↑
% de humedad facilita elmezclado
↑
% de humedad disminuyeresistencia en verde
Resistencia en verde
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Resistencia en verde
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Resistencia en verde
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Resistencia en verde, en seco y en calientepara mezclas de arcillas
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CEREALES –
ALMIDONES -
DEXTRINASAditivo para la mezcla arena/ligante↑
Plasticidad en verde; ↑
Resist. en seco; ↓
Exp. térm. arena↑
retención de humedad ⇒
aumenta vida de bancoSe suele usar:polvos de cascara de arroz
polvos de cascara de avenapolvos de marlo de maíz (Mogul)
POLVO DE MADERAHarinas de madera y NO aserrín (todo por debajo de 50 MeshBajo punto de ignición (250°C), forma atmósfera reductora↑
hinchamiento con agua, ↓↓
la expansión térmica de la sílice
CARBON MOLIDOEvitan adherencia de arena a la pieza fundidaEvitan penetraciones de metal líquido al molde ⇒
disminuyen dartas, cicatrices, colas de rata, etc.
Capa vítrea negra lustrosa sobre pieza y moldeContaminan la arena con S, ↓↓↓
vida de la bentonitaAlta presencia de humos en la colada
Aditivos para arcillas
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Resinas
Ligantes orgánicos →
base resinas termorrígidasAgregado por mezcla o por recubrimientoDesde 0,7 hasta 4 % respecto de la arena
Arenas 50 Mesh →
2%Arenas 120 Mesh →
≥
3,5%
Mezclas de moldeo sin problemas respecto vida de banco.
Resinas →
acotada vida (envejecimiento)
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Resinas no horneadas
Las mas utilizadas →
catalizado a temperatura ambienteSeparados en partes: resina, catalizador y aceleradorAlta velocidad de polimerizado, menos de 5’.Concepto resistencia en verde, permite desmodelar.
Furánicas, 0,9-2% resina/arena y 20-50% cat/resina, alta estabilidad dimensional y muy alta descomposición.
Fenólicas, castaño rojizo, para noyería, baja estabilidad dimensional si vida de banco ≥
a 6 meses. Como liberan agua, secado natural o estufados.
Fenólicas alcalinas, extremadamente rígidas y excelentes resistencias a la erosión. Las de mayor utilización. Arenas clasificadas y lavadas.
Poliéster -
uretanos, poliol -
isocianato y otras.
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Mezcla de resina y arena + polimerización por gas o vaporBajos % para aleaciones no ferrosas ≤
1%Ventaja →
bajos tiempos de gaseado + estacionado→
muy alta colapsabilidadDesventaja →
arenas ≤
25ºC →
difícil en arenas recicladas
Furánicas + catalizado por CO2
Epoxi -
acrílicos o furánicas + catalizado por SO2
Resinas curadas en caja fría
![Page 23: Diapositivas - U2.1.1 - Fundición. Mezclas de moldeo](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060113/5571fb25497959916994123c/html5/thumbnails/23.jpg)
Shell -
Cáscara –
Croning →
arenas revestidas c/res. FenólicasPolimerizan en molde y/o modelo precalentados a 150-350°C.Alta terminación superficial y para todo tipo de aleaciones.Utilizada para ‘soplado’
de noyos, curado entre 10”-30”.
Caja caliente →
resinas furánicas y/o fenólicasSopladas contra modelo y luego estufado de polimerización
Lino cure: aceites linaza + agua + aditivoBuena resistencia inicial en verde que permite desmodeladoPosterior estufado por aire caliente de circulación forzada
Resinas curadas con calor
Todosa la vez
1. Cereal2. Lino3. Agua
1. Cereal2. Agua3. Lino
1. Lino2. Cereal3. Agua
1. Lino2. Agua3. Cereal
1. Agua2. Lino
3. Cereal
1. Agua2. Cereal3. Lino
R verde [kPa] 6,9 2,0 10,3 3,4 4,1 3,4 7,6H rayado, índ. 89 80 97 84 84 86 91
Tabla I. Arena de río + 1% Lino + 1% Cereal + 1,5 % Agua y estufado 200ºC - 90 min,su comportamiento en función a la secuencia de mezclado.
![Page 24: Diapositivas - U2.1.1 - Fundición. Mezclas de moldeo](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060113/5571fb25497959916994123c/html5/thumbnails/24.jpg)
Cemento (11% r/arena) + agua (6% r/arena)
• ↓
Resistencia en verde; luego del fraguado ↑
Resistencia en seco, ↑
permeabilidad y ↑
refractariedad
• Cemento →
curado irreversible → ↓ recuperación de arenas
Ligantes -
Cemento
![Page 25: Diapositivas - U2.1.1 - Fundición. Mezclas de moldeo](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060113/5571fb25497959916994123c/html5/thumbnails/25.jpg)
Molino
Aireador
Moldeo
Colada
Desmoldeo
Metalfundido
Piezacolada
Separadormagnético
Desterronador
Tamizado
Despolvado
Arenasrecicladas
Arenasnuevas
Ligante
Descarte
Ciclo de arenas
Enfriador
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Mezcladoras
Molino chileno / Simpson simple
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Mezcladoras
Simpson doble
![Page 28: Diapositivas - U2.1.1 - Fundición. Mezclas de moldeo](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060113/5571fb25497959916994123c/html5/thumbnails/28.jpg)
• Rápidas y homogeneas, ciclos de 30 a 60 s.
• Aptas para mezclas en verde o ligantes orgánicos
• Máquina sencilla• Rápida carga y
descarga• Sencilla de limpiar• Capacidad de mezcla:
de 30 a 800 kg
Mezcladoras
![Page 29: Diapositivas - U2.1.1 - Fundición. Mezclas de moldeo](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060113/5571fb25497959916994123c/html5/thumbnails/29.jpg)
Mezcladoras
Resistencias vs. Tiempo de mezcla
![Page 30: Diapositivas - U2.1.1 - Fundición. Mezclas de moldeo](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060113/5571fb25497959916994123c/html5/thumbnails/30.jpg)
Mezclador + Dosificador
MDR-1 MDR-2 MDR-3
Capacidad [kg] 25-100 50-200 75-300
RPM pala mezcla 46/93 46/93 46/93
Tiempo/ciclo [s] 60-70 65-75 70-80
Potencia motor [HP] 10 15 20
Peso equipo [kg] 700 950 1400
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Enfriador Desempolvador
Sistemas 100% verdes
↓
reciclabilidad > 95%
![Page 32: Diapositivas - U2.1.1 - Fundición. Mezclas de moldeo](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060113/5571fb25497959916994123c/html5/thumbnails/32.jpg)
Enfriador Desempolvador
![Page 33: Diapositivas - U2.1.1 - Fundición. Mezclas de moldeo](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060113/5571fb25497959916994123c/html5/thumbnails/33.jpg)
Enfriador
![Page 34: Diapositivas - U2.1.1 - Fundición. Mezclas de moldeo](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060113/5571fb25497959916994123c/html5/thumbnails/34.jpg)
Sistema arenas nuevas Sistema arenas recuperadas
Arenas nuevas 100 % Arenas nuevas 10 %
Arenas recuperadas 0 % Arenas recuperadas 90 %
Bentonita 4,0 % Bentonita 0,65 %
Cereal 0,5 % Cereal 0,15 %
Humedad 4,0 % Humedad 4,3 %
Permeabilidad, unidades 150 Permeabilidad, unidades 130
Resistencia en verde 48 kN/m2 Resistencia en verde 45 kN/m2
Resistencia en seco 690 kN/m2 Resistencia en seco 690 kN/m2
Comparación sistemas mezclas
![Page 35: Diapositivas - U2.1.1 - Fundición. Mezclas de moldeo](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060113/5571fb25497959916994123c/html5/thumbnails/35.jpg)
•
Resistencia a la compresión en verde y en seco•
Resistencia a la tracción en verde y en seco•
Resistencia al corte•
Permeabilidad•
Dureza•
Fluidez•
Deformación y tenacidad•
Colapsabilidad / Desmoronamiento•
Refractariedad / Propiedades a altas temperaturas•
Expansión por dilatación térmica•
Humedad•
Granulometría
Ensayos
Probetas
![Page 36: Diapositivas - U2.1.1 - Fundición. Mezclas de moldeo](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060113/5571fb25497959916994123c/html5/thumbnails/36.jpg)
Resistencia a la tracción
Equipo ensayo
Probetas en verde
Probetas resinas en frío
CO2 gaseado
![Page 37: Diapositivas - U2.1.1 - Fundición. Mezclas de moldeo](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060113/5571fb25497959916994123c/html5/thumbnails/37.jpg)
Resistencia a la compresión
![Page 38: Diapositivas - U2.1.1 - Fundición. Mezclas de moldeo](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022060113/5571fb25497959916994123c/html5/thumbnails/38.jpg)
Compactador –
Durómetro Permeámetro
Compactador normalizado
Permeámetro
Durómetro