O ferro fundido, o aço fundido, as ligas de alumínio e as ligas de cobre estão entre os metais mais frequentemente utilizados na fundição em areia. Cada um oferece propriedades diferentes para peças como bases de máquinas, caixas de bombas, corpos de válvulas e suportes leves. Para além do próprio metal, o processo também depende de areia, ligantes e outros materiais de moldagem para dar forma à peça e resistir ao vazamento.
Metais comuns utilizados na fundição em areia
A fundição em areia permite trabalhar com uma vasta gama de metais ferrosos e não ferrosos, incluindo ferro fundido, aço fundido, ligas de alumínio e ligas de cobre. O magnésio, o zinco e certas ligas à base de níquel e de titânio também podem ser fundidos em areia, embora alguns exijam materiais de molde especializados, equipamento de fusão e controlos de processo específicos.
Ferro fundido
O ferro fundido é amplamente utilizado na fundição em areia devido à sua facilidade de fundição, amortecimento de vibrações e usinabilidade. As aplicações típicas incluem bases de máquinas, corpos de bombas, caixas de velocidades e suportes mecânicos. Os tipos mais comuns incluem ferro cinzento, ferro dúctil, ferro maleável e ferro com grafite compactada. As classes representativas incluem a ASTM A48 Classe 30 e a ASTM A536 65-45-12.
Aço fundido
O aço fundido oferece resistência e tenacidade para componentes mecânicos expostos a cargas pesadas e impactos. A fundição em areia é utilizada para produzir corpos de válvulas industriais, suportes para maquinaria pesada, conectores de suporte de carga e peças fundidas estruturais de grandes dimensões. As categorias mais comuns incluem o aço ao carbono, o aço de baixa liga, o aço inoxidável e o aço resistente ao calor. As classes representativas incluem a ASTM A216 WCB e a ASTM A27 Grau 70-36.
Ligas de alumínio
As ligas de alumínio combinam baixa densidade com boa resistência à corrosão e boa usinabilidade, tornando-as adequadas para componentes industriais leves. A fundição em areia permite produzir caixas de equipamentos, carcaças de bombas, suportes estruturais e peças com passagens internas complexas. Os grupos de ligas mais comuns incluem as ligas de alumínio-silício, alumínio-cobre e alumínio-magnésio. As classes representativas incluem A356.0, 319.0 e 356.0.
Ligas de cobre
As ligas de cobre oferecem boa resistência à corrosão, enquanto certas classes também proporcionam resistência ao desgaste, condutividade térmica e propriedades mecânicas úteis. Os produtos típicos moldados em areia incluem corpos de válvulas, corpos de bombas, buchas, rolamentos e outros componentes industriais. As categorias mais comuns incluem o bronze estanhado, o bronze de alumínio e o latão. As classes representativas incluem C83600, C95400 e C87500.
Ligas de magnésio
As ligas de magnésio apresentam baixa densidade e uma elevada relação resistência/peso, o que as torna adequadas para caixas e componentes estruturais leves. A fundição em areia é utilizada para caixas de equipamentos aeroespaciais, suportes mecânicos e outras peças em que o peso é um fator determinante, mas requer medidas específicas de proteção da massa fundida. Os grupos de ligas mais comuns incluem as ligas de magnésio-alumínio-zinco, magnésio-zinco-terras raras e magnésio-terras raras. As classes representativas incluem a AZ91E, a ZE41A e a WE43.
Ligas de zinco
As ligas de zinco apresentam temperaturas de fusão relativamente baixas, boa fluidez e boa usinabilidade. Embora sejam utilizadas principalmente na fundição sob pressão, algumas ligas específicas também podem ser moldadas em areia para a produção de componentes mecânicos, peças decorativas e pequenas séries de produção. As categorias mais comuns incluem as ligas de zinco-alumínio e de zinco-alumínio-cobre. Certas ligas ZA, incluindo a ZA-12 e a ZA-27, são adequadas para fundição em areia.
Ligas à base de níquel
As ligas à base de níquel proporcionam resistência ao calor, à corrosão e à oxidação para o processamento químico, equipamentos energéticos e outras aplicações industriais exigentes. Algumas ligas podem ser moldadas em areia para a produção de corpos de bombas, corpos de válvulas e componentes estruturais resistentes ao calor, mas exigem um controlo cuidadoso das condições de fusão e dos materiais do molde. Os grupos mais comuns incluem as ligas de níquel-crómio, níquel-crómio-molibdénio e níquel-cobre. A ASTM A494 CW-12MW é uma das classes de fundição mais representativas.
Ligas de titânio
As ligas de titânio oferecem uma elevada relação resistência/peso e boa resistência à corrosão para aplicações nos setores aeroespacial, de processamento químico e de equipamento industrial especializado. Algumas ligas podem ser fundidas para formar corpos de bombas, corpos de válvulas e componentes estruturais complexos, utilizando processos especializados de moldagem em areia. Estes processos requerem materiais refratários específicos para os moldes e equipamento de fusão a vácuo ou em atmosfera controlada. As categorias mais comuns incluem as ligas de titânio alfa, alfa-beta e beta, sendo a Ti-6Al-4V uma liga representativa.
Que materiais são necessários para a fundição em areia?
Para além do metal a ser fundido, a fundição em areia requer modelos, areia de base, ligantes, aditivos e revestimentos de fundição. Os modelos definem a forma exterior da peça fundida, enquanto os moldes e núcleos de areia formam a cavidade que recebe o metal fundido. Os ligantes, aditivos e revestimentos ajudam a controlar o desempenho do molde e a qualidade da peça fundida.
Padrões e Núcleos
Os modelos formam a cavidade externa do molde na areia e são normalmente feitos de madeira, plástico ou metal. Os modelos de madeira são adequados para peças fundidas únicas e pequenas séries de produção; os modelos de plástico oferecem boa estabilidade dimensional; e os modelos de metal são adequados para a produção em série. As peças com passagens internas ou cavidades complexas também requerem núcleos de areia, que são geralmente fabricados a partir de areia e de um aglutinante, utilizando caixas de núcleo. Assim que os modelos e os núcleos estiverem prontos, o processo de fabrico de moldes por fundição em areia consiste em encher e compactar a areia, retirar o modelo, posicionar os núcleos e montar o molde.
Areia de base
A areia de base é o principal material utilizado na fabricação de moldes e núcleos. Deve apresentar características adequadas de refratariedade, permeabilidade e granulometria. A areia de sílica é a opção mais utilizada, uma vez que está facilmente disponível e é relativamente barata. As areias de cromita, zircónio e olivina são utilizadas nos casos em que requisitos específicos de refratariedade, expansão térmica ou resistência à penetração do metal justificam a sua utilização.
Pastas
Os aglutinantes mantêm os grãos de areia unidos, para que os moldes e os núcleos conservem resistência suficiente durante a moldagem, o manuseamento e o vazamento. Entre os ligantes mais comuns contam-se a bentonite, a resina de furano, a resina fenólica e o silicato de sódio. A bentonite é utilizada principalmente na areia verde, enquanto as resinas e o silicato de sódio são habitualmente utilizados em moldes e núcleos ligados quimicamente. Estes diferentes métodos de ligação constituem a base três sistemas comuns de moldagem em areia: areia verde, areia de silicato de sódio e areia com resina de furano.
Aditivos
Os aditivos modificam propriedades específicas da areia para ajudar a reduzir a aderência, melhorar as superfícies das peças fundidas ou ajustar o desempenho da moldagem. Exemplos comuns incluem pó de carvão, amido e materiais à base de celulose. O pó de carvão é utilizado principalmente para melhorar a qualidade da superfície das peças fundidas de ferro, enquanto os aditivos à base de amido e celulose podem melhorar propriedades como a tenacidade, a moldabilidade e a colapsabilidade, dependendo da formulação.
Revestimentos para fundição
Os revestimentos de fundição são aplicados nas superfícies dos moldes ou núcleos para criar uma barreira refratária que ajuda a reduzir a penetração do metal, a aderência por queima e outros defeitos superficiais. Os enchimentos refratários mais comuns incluem farinha de zircónio, alumina e grafite. A farinha de zircónio e a alumina proporcionam proteção refratária, enquanto a grafite oferece propriedades de desmoldagem úteis e é utilizada em determinados revestimentos de moldes para peças fundidas de ferro.
Aplicações da fundição em areia
A fundição em areia permite produzir peças em ferro fundido, aço fundido, ligas de alumínio e outros metais. Entre os produtos mais comuns contam-se blocos de motor, carcaças de bombas, corpos de válvulas e bases de máquinas. O processo é particularmente útil para peças de grandes dimensões, geometrias internas complexas e séries de produção mais pequenas.
- Automóvel e Transportes: Entre as peças típicas contam-se os blocos de motor, as cabeças de cilindro, as caixas de transmissão e os tambores de travão. Os núcleos de areia formam canais de arrefecimento, galerias de óleo e outras cavidades internas.
- Maquinaria industrial: Entre os produtos mais comuns contam-se as bases de máquinas, as bases de equipamentos, as caixas de velocidades e as caixas de rolamentos. As grandes bases e suportes em ferro fundido aproveitam as propriedades de amortecimento de vibrações do material para proporcionar um suporte estável aos equipamentos.
- Bombas e válvulas: A fundição em areia é utilizada para corpos de bombas, tampas de bombas, corpos de válvulas e impulsores. Permite a criação de canais de fluxo internos e carcaças complexas, sendo que as faces de vedação e os elementos de ligação são maquinados posteriormente.
- Equipamento energético e de energia: As aplicações incluem carcaças de turbinas, caixas de equipamentos de produção de energia e grandes componentes de suporte. A escolha do material depende da temperatura de funcionamento, das cargas e do meio de serviço.
- Maquinaria agrícola e de construção: As peças típicas incluem caixas de transmissão, cubos de roda, contrapesos e suportes, sendo os materiais selecionados de forma a cumprir os requisitos de resistência à carga, desgaste e dimensões.
Conclusão
A fundição em areia utiliza moldes e núcleos de areia para formar a forma externa e as cavidades internas de componentes como blocos de motor, caixas de bombas, corpos de válvulas e bases de máquinas. Este processo adapta-se a diferentes metais, tamanhos de peças e quantidades de produção, sendo que a qualidade da fundição depende do controlo ao longo de todas as etapas: moldagem, fabricação de núcleos, vazamento e arrefecimento. As peças com requisitos dimensionais mais rigorosos necessitam de margens de usinagem adequadas para que possam ser acabadas de acordo com as especificações do desenho.
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