02 Sistemas Ligantes Para Macharia
-
Upload
jose-catharino -
Category
Documents
-
view
50 -
download
6
Transcript of 02 Sistemas Ligantes Para Macharia
Sistemas ligantes usados em macharia
Evolução dos processos que envolvem gasagem
Processo CO2 - ~1950 (silicato de sódio)
Processo Cold-Box Ashland - 1968 (uretânico)
Processo acetal (silicato de sódio)
Processo formiato de metila (silicato de sódio)
Processo resina fenólica CO2
Processo FRC - 1980 (polimerização através de radical com peróxido e SO2)
Processo SO2 / resina furânica (peróxido orgânico)
Processo SO2 / resina epoxi – 1982 ↑ escoabilidade vida > 24h ↑ reatividade cura rápida↓ teor de resina ↓ consumo de gás ↓ agressão ambiental zero formaldeídozero fenol ↓ carbono lustroso boa precisão dimensional boa estabilidade térmicamanuseio de peróxido gases a captar custo de fixação do SO2 excedentemais caro que outros processos com gasagem
Processo SO2 / resina epoxi sem solventes - 1992
Processo Resol-éster / resina fenólica - formiato de metila
Sistemas ligantes usados em macharia
Cura-a-frio Caixa fria Caixa-quente Cura em estufa
furânico / ácido epóxi - acrílico / SO2 hot-box furânico óleo secativoreação em meio fortemente
ácido; formação de águaFormação de ácido forte por oxidaçãoSO2 “gasado”; reação c/ ácido forte;
formação de água
reação em meio ácido (“ácido”latente liberado por calor); reação
ativada por calor
Secagem + oxidação +polimerização do óleo em
presença de ar + calor
fenólico / ácido furânico / SO2 hot-box fenólicoreação em meio fortemente
ácido; formação de águaFormação de ácido forte por oxidaçãoSO2 “gasado”; reação c/ ácido forte;
formação de água
reação em meio ácido (“ácido”latente liberado por calor); reação
ativada por calor
fenólico alcalino / éster fenólico - uretânico / aminareação c/ éster; formação de
sal de potássioReação resina fenólica + isocianatoem meio básico (amina “gasada”)
óleo - uretânico fenólico / éster shellformação de uretana +
oxidaçãoreação c/ éster (metil formiato“gasado”); formação de sal de
potássio
Condensação de moléculas deresina fenólica devido a
decomposição térmica de hexa
Poliol – uretânico fenólico / CO2
reação resina fenólica +isocianato em meio básico
(amina)
Reação c/ CO2 “gasado”; formação desal de potássio
Silicato / éster silicato / CO2
reações de saponificação edesidratação
desidratação + reação com ácido (CO2“gasado”)
Sistemas ligantes usados em macharia
Processos mais usadosAlemanha, 1995
Cold Box57%
Hot Box16%
Shell13%
Resol-éster (metilformiato)2%
Silicato/CO28%
Resol-CO22%
SO22%
Sistemas ligantes usados em macharia
Resinas para Cold Box
Poliol + Poliisocianato
• Poliol: resina fenol-formol (éter benzílico)
X
OH
CH2OCH2
OH OH
CH2 X
m n
Soma m + n ] 2 ; Relação m:n ] 1:1; X = H ou CH2OH
• Poliisocianato: 2,4’ e 4,4’ - difenilmetanoisocianato
NCO NCO NCO
n
CH2 CH2
n = 0, 1, 2, 3
Resinas para Cold BoxSOLVENTES
• Os solventes do Poliol e do Poliisocianato precisam ser mutuamente compatíveis
• Como o poliol e o poliisocianato são polares, as alternativas de solventes são reduzidas, usam-se– Solventes não-polares: misturas de hidrocarbonetos aromáticos
de alto ponto de ebulição
– Solventes polares: ésteres de alto ponto de ebulição
• Problema (ambiental)
Pirólise de aromáticos → benzol, toluol, xilol
• Alternativas (resinas mais recentes):– solventes com menores teores de aromáticos
– solventes derivados de vegetais (sem aromáticos)
Resinas para Cold BoxPIRÓLISE
• Principal emissão: benzeno
Testes de pirólise com gás inerte (N2) em 30 minutos
00,20,40,60,8
11,21,41,6
800 700 600 500 400
Temperatura, °C
Emis
são
de b
enze
no, m
g/4g
de
arei
a de
mac
ho
Sistema clássico
Sistema com baixosteores de aromáticos
Sistema com solventesvegetais
Resinas para Cold BoxEMISSÕES
• Medições em fundiçõesEmissões medidas em fundição
0
2
4
6
8
10
12
14
1 2 3 4
Medição antes (1 e 2) e depois (3 e 4) de mudar sistema
Conc
entra
ção
em m
g / m
3 Benzol
Toluol
Xilol
Atributos exigidos das areias para machos (I)
Atributo Definição Observações
Vida de banca intervalo de tempo, contado a partir do preparo damistura, dentro do qual pode-se fabricar machos
com resistência mecânica maior ou igual a 80% daresistência obtida com areia compactada
imediatamente após o preparo
função da condições do ambiente e da areia(principalmente temperatura) e da composição da
mistura (teor de conversor ou catalisador)
Escoabilidade(Soprabilidade)
correlaciona o grau e a uniformidade decompactação da areia com a energia despendida
nessa operação
depende da areia base (facilidade deescorregamento mútuo dos grãos) e do filme de
ligante (quantidade, viscosidade)
Consistência (no estado cru) capacidade de retenção da forma antes da cura final tem interesse nos casos em que os machosprecisam ser extraídos da caixa-de-macho para ser
curados em uma estufa
Plasticidade deformação da massa de areia compactada paraque o macho não se rompa durante a operação de
extração do interior da caixa-de-macho.
deformação predominantemente plástica quando aextração é feita antes da cura e predominantemente
elástica nos demais casos
Permeabilidade capacidade de permitir o livre escape dos gases evapores; em excesso produz peças muito rugosas
depende basicamente do tamanho médio dos porosintergranulares que, por sua vez, é determinado
pelas características geométricas da areia base epelo grau de adensamento do macho
Atributos exigidos das areias para machos (II)
Atributo Definição Observações
Estabilidade térmica dimensional capacidade de acomodar os efeitos da intensa ebrusca expansão térmica que sofrem os grãos de
areia próximos da interface metal-molde
função do tipo de areia (expansibilidade econdutividade térmicas), suas características
granulométricas, tipo e quantidade de ligantes e graude adensamento do macho
Difusividade térmica determina a velocidade de extração de calor dometal por parte do macho, importante por determinar
a estrutura de solidificação da liga fundida e aseqüência de solidificação da peça
função do tipo de areia (expansibilidade econdutividade térmicas), suas características
granulométricas, tipo e quantidade de ligantes e graude adensamento do macho
Inércia química em relação aometal fundido
evitar as reações entre o metal e o material domacho e/ou seus produtos de decomposição
(principalmente gases ou vapores)
fatores de influência: composições do metal e daareia de macho (e seus produtos de decomposição),
grau de contato metal-molde (pressão do metal),temperatura local, pressão dos gases; estes últimos
dependem também da permeabilidade e e dadifusividade térmica do macho
Propriedades mecânicas atemperatura elevada
resistência mecânica a quente (inicialmente) eprogressiva perda de resistência em favor da
plasticidade a quente (capacidade de deformar-seplasticamente)
função principalmente do sistema ligante e do graude compactação do macho
Desmoldabilidade facilidade com que se pode retirar o macho dointerior da peça solidificada
função da resistência residual do ligante e/ou debaixa refratariedade da areia base
Refratariedade refere-se à areia base: ela não deve amolecer nemsofrer sinterização (ligação vítrea entre grãos)
refratariedade deficiente pode resultar emdeformações no macho, aderência de areia à peçafundida e dificuldades de limpeza e desmoldagem;
dificilmente ocorrerão na fundição de alumínio