Tecnología de la fundiciónU2- Mezclas de moldeo

División Metalurgia - INTEMAArea Metalurgia - Dep. Mecánica

FI - UNMDP

Diagrama de flujo ciclo total

•

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

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

Arenas silíceas →

Fases vs T

Variables de partícula

Modo de degradación

Tamaño de partículas ydureza Mohs

Formas

Variables de partícula

Formas

Variables de partícula

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

FormasVariables de partícula

Comercialización

Bolsas de 40 kgBolsones de 1 Tn

A granel

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

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

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

Ligantes –

Arcillas

Seco

↑% de humedad mejora laresistencia en seco

Verde

↑

% de humedad facilita elmezclado

↑

% de humedad disminuyeresistencia en verde

Resistencia en verde

Resistencia en verde

Resistencia en verde

Resistencia en verde, en seco y en calientepara mezclas de arcillas

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

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)

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.

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

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.

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

Molino

Aireador

Moldeo

Colada

Desmoldeo

Metalfundido

Piezacolada

Separadormagnético

Desterronador

Tamizado

Despolvado

Arenasrecicladas

Arenasnuevas

Ligante

Descarte

Ciclo de arenas

Enfriador

Mezcladoras

Molino chileno / Simpson simple

Mezcladoras

Simpson doble

• 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

Mezcladoras

Resistencias vs. Tiempo de mezcla

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

Enfriador Desempolvador

Sistemas 100% verdes

↓

reciclabilidad > 95%

Enfriador Desempolvador

Enfriador

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

•

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

Resistencia a la tracción

Equipo ensayo

Probetas en verde

Probetas resinas en frío

CO2 gaseado

Resistencia a la compresión

Compactador –

Durómetro Permeámetro

Compactador normalizado

Permeámetro

Durómetro