Arena de moldeo:tipos y constituyentes | Casting | Metalurgia

En este artículo discutiremos sobre:​​1. Definición de arena de moldeo 2. Tipos de arena de moldeo 3. Componentes principales.

Definición de Arena para moldear :

La principal materia prima utilizada en el moldeado es la arena de moldeado porque proporciona varias características importantes que pueden no obtenerse de otros materiales. La arena de moldeo se define como las partículas granulares que resultan de la descomposición de las rocas, debido a la acción de fuerzas naturales, como las heladas, el viento, la lluvia, el calor y las corrientes de agua. Las rocas tienen una composición compleja y la arena contiene la mayoría de los elementos de las rocas.

Por esta razón, la arena de moldeo difiere considerablemente en diferentes partes del mundo. En la naturaleza, se encuentra en el fondo y orillas de ríos y lagos. La arena de moldeo se clasifica en diferentes categorías según la naturaleza de su origen.

Los componentes principales de las arenas de moldeo son los siguientes:

i. Sílice (SiO ₂ ) —86 a 90%,

ii. Alúmina (Al ₂ O ₃ ) —4 a 8%,

iii. Óxido de hierro (Fe ₂ O ₃ ) —2 a 5% con cantidades más pequeñas de óxidos de Ti,

iv. Mn

v. Ca y algunos compuestos alcalinos.

Arena natural:

También se le llama arena verde y se recolecta de recursos naturales. Contiene agua como único aglutinante. Tiene la ventaja de mantener el contenido de humedad durante mucho tiempo, tener un amplio rango de trabajo de contenido de humedad, lo que permite un fácil parcheo y acabado de los moldes.

Arena sintética:

Es una arena artificial que se obtiene mezclando arena relativamente libre de arcilla, aglutinante (agua y bentonita) y otros materiales según sea necesario. Es una mejor arena de moldeo ya que sus propiedades se pueden controlar fácilmente variando el contenido de la mezcla.

La composición de la arena sintética verde para fundiciones de acero es la siguiente.

Arena de sílice nueva - 25%, arena vieja - 70%, bentonita - 1,5%, dextrina - 0,25% y humedad - 3 a 3,5%.

La composición de la arena sintética seca para fundición de acero es la siguiente.

Arena de sílice neta - 15%, arena vieja 84%, bentonita - 0,5% y humedad - 0,5%.

Además, existen ciertas variedades de arenas especiales como Zirconita, Olivin, etc. Estas arenas especiales son más caras que la sílice y, por lo tanto, solo se usan donde su uso está justificado.

Tipos de arena de moldeo:

Las arenas de moldeo pueden clasificarse, según su uso, como se indica a continuación:

(i) Arena verde:

Cuando la arena está en su estado natural (más o menos húmedo), se la denomina arena verde. Es una mezcla de arena de sílice, con 18 a 30% de arcilla y 6 a 8% de agua. La arcilla y el agua dan fuerza de unión a la arena verde.

Es fino, suave, ligero y poroso. Al estar húmedo, conserva la forma que se le da bajo presión durante el exprimido.

A medida que el moho se vuelve denso al embestir, la estructura se vuelve porosa al ventilar. Los bordes afilados se evitan en las molduras de arena verde porque, al ser débiles, se rompen cuando se vierte el metal caliente.

La arena verde se usa generalmente para moldear moldes de tamaño pequeño o mediano. Se puede obtener una producción mayor de un espacio de piso dado, ya que se ahorra el costo y la demora involucrados en el secado de los moldes. El polvo de carbón se mezcla con arena verde para evitar defectos en las piezas fundidas.

(ii) Arena seca:

El moldeado de arena seca se emplea para piezas de fundición grandes. Los moldes preparados en arena verde se secan o se cuecen al horno para quitar, casi, toda la humedad de la arena húmeda. La estructura en las cajas de moldeo después del secado se vuelve más fuerte y compacta. Por lo tanto, la ventilación es necesaria pero no en esa medida, como en el caso del moho de arena verde. Para mohos más grandes y pesados, se mezclan estiércol de vaca, estiércol de caballo, etc. con la arena de los granos más gruesos.

(iii) Arena franca:

Es una mezcla de arcilla y arena molida con agua hasta obtener una pasta plástica fina, a partir de la cual se construyen moldes sobre un respaldo de ladrillos blandos.

La arena franca contiene hasta un 50% de arcilla y se seca con fuerza. También contiene arcilla refractaria. Debe ser suficientemente adhesivo para sujetar las superficies verticales de la estructura rugosa del molde. El estiércol y el estiércol picado se utilizan comúnmente para ayudar a atar. El contenido de humedad es del 18 al 20%.

La marga se seca muy lenta y completamente antes de que esté lista para el vaciado. Se utiliza para fundir piezas de fundición más grandes de forma regular, como recipientes para productos químicos, tambores, etc.

(iv) Frente a la arena:

Se utiliza directamente junto a la superficie del patrón y entra en contacto con el metal fundido. Dado que está sujeto a las condiciones más severas, debe poseer una alta resistencia y refractariedad. Está hecho de arena de sílice y arcilla, sin la adición de arena usada.

Se utilizan diferentes formas de carbono conocidas como materiales de revestimiento (por ejemplo, polvo de plumbago, plomo de ceilán o grafito) para evitar que el metal se queme en la arena. A veces se mezclan con arena de moldeo fina de 6 a 15 veces para hacer revestimientos de moldes.

Capa de arena de revestimiento en un molde, por lo general varía de 20 a 30 mm. La arena de revestimiento comprende del 10 al 15% de la cantidad total de arena de molde.

(v) Arena de respaldo:

La arena de moldeo vieja, usada repetidamente, de color negro debido a la adición de polvo de carbón y al quemarse o al entrar en contacto con metal fundido, se conoce como arena de respaldo o arena de piso o arena negra. Se utiliza para rellenar el molde en la parte posterior de la capa de revestimiento. Tiene una fuerza de unión débil porque los bordes afilados del grano de arena se redondean debido a la alta temperatura del metal fundido y la combustión del contenido de arcilla.

(vi) Arena del sistema:

Se utiliza en el moldeado a máquina para llenar todo el matraz. Su fuerza, permeabilidad y refractariedad deben ser mayores que las de la arena de respaldo.

(vii) Arena de partición:

Las cajas de molduras se separan para que no se adhieran entre sí mediante la extensión de una arena seca fina y afilada llamada "arena de partición". La arena de partición también se usa para evitar que la arena verde se adhiera al patrón. Es arena de sílice limpia sin arcilla. También se podría utilizar arena de núcleo quemada para este propósito.

(viii) Arena de núcleo:

Se utiliza para hacer núcleos. Es arena de sílice mezclada con aceite de núcleo (aceite de linaza, colofonia, aceite mineral ligero y otros aglutinantes). En aras de la economía, se puede usar brea o harina y agua como arena para núcleos para núcleos grandes.

(ix) CO ₂ -Arena:

En CO ₂ arena, los granos de sílice, en lugar de estar recubiertos con arcilla natural, se recubren con silicato de sodio. Esta mezcla se empaqueta primero alrededor del patrón y luego se endurece pasando CO ₂ a través de los intersticios durante aproximadamente un minuto. Por tanto, la arena se endurece y produce un moho fuerte.

(x) Arenas de concha:

Las arenas de concha son arenas sintéticas recubiertas con resinas de fenol o urea-formaldehído y curadas contra un patrón calentado para producir una capa delgada y muy fuerte. No se requiere arena de respaldo para soportar el peso de la pieza fundida. Dado que las aleaciones solidifican a altas temperaturas, las resinas no se disocian. Pero los moldes se desintegran cuando la fundición se solidifica debido a la ruptura del enlace químico por el calor de la fundición solidificada.

(xi) Arenas orientadas:

Por lo general, la arena de revestimiento se aplica primero en el patrón, de modo que solo entre en contacto con el metal fundido. Esta arena es lo suficientemente refractaria como para no fundirse y quemarse al entrar en contacto con el metal.

(xii) Arenas de respaldo:

Estos se aplican como soporte mecánico de respaldo a la arena de revestimiento. Estos son permeables para permitir que los gases escapen.

(xiii) Lavados de molde:

Se trata de lechadas de finos granos de cerámica. Estos se aplican sobre las superficies del molde para minimizar la fusión de los granos de arena del revestimiento. Estos también producen una superficie más lisa en la fundición debido al llenado de los intersticios.

Principales componentes de la arena de moldeo :

La sílice, la arcilla (ligante) y la humedad son los tres componentes principales de la arena de moldeo. La sílice en forma de cuarzo granular (en sí misma una arena) es el componente principal de la arena de moldeo. La arena de sílice contiene de 80 a 90% de óxido de silicio y se caracteriza por una alta temperatura de ablandamiento y estabilidad térmica. Imparte refractariedad, resistividad química y permeabilidad a la arena.

Se especifica de acuerdo con el tamaño y la forma. Los granos de arena pueden ser finos, medianos o gruesos en cuanto a tamaño, y pueden ser redondeados, semiangulares o compuestos en cuanto a forma. La arena fina es deseable para piezas moldeadas pequeñas e intrincadas. Como los granos finos se encuentran cerca, la permeabilidad es pobre. La arena de tamaño mediano se utiliza en trabajos de banco y trabajos de suelo livianos. Las partículas gruesas se utilizan en piezas de fundición grandes para permitir que los gases escapen.

El tamaño del grano se determina pasando arena a través de pantallas de tamices. Los granos redondeados tienen menos contacto entre sí y carecen de fuerza; la permeabilidad es alta. Los granos subangulares son comparativamente menos permeables que los granos redondos. Los granos angulares que tienen bordes definidos dan más resistencia y menos permeabilidad. No se prefieren los granos compuestos que son grumos duros.

El óxido de silicio se obtiene a partir de rocas de cuarzo o por descomposición del granito (compuesto de cuarzo y feldespato).

El feldespato, cuando se descompone, se convierte en arcilla que imparte plasticidad a la arena de moldeo en estado húmedo, es decir, imparte la acción de unión necesaria y la fuerza en presencia de humedad y aumenta su resistencia después del secado. Normalmente, la cantidad de arcilla que se encuentra en la arena de sílice varía del 6 al 10%.

La arcilla en realidad consiste en limo fino (depósito mineral que no tiene propiedades de unión) y arcilla fina, que imparte la fuerza de unión necesaria a la arena del molde para que el molde no pierda su forma después del apisonamiento. Sin embargo, disminuye la permeabilidad. Demasiada arcilla provoca el agrietamiento del molde después del secado.

Los óxidos de hierro, magnesia, soda potasa, cal y agua son las otras sustancias que se encuentran en la arena de moldeo. Una buena arena de moldeo contiene impurezas por debajo del 2 por ciento. El moldeo de arena verde se realiza con arena de bajo contenido de humedad (3 a 5%). En el moldeado con arena seca, hay más agua al hacer el molde, ya que es beneficioso para promover la fuerza de unión en seco después del almacenamiento.

Muchas veces también se agrega polvo de carbón, lo que abre más la arena y ayuda a enfriar el molde después de verter el metal. Absorbe una cantidad bastante alta de calor, lo que evita que los granos de arena se sobrecalienten y se fusionen. También libera CO ₂ cuya película protectora ayuda a mantener el metal y la arena separados entre sí.

Fig. 3.17 muestra cuatro tipos de granos de arena. El éxito de un proceso de fundición depende en gran medida de la resistencia a la compresión, la permeabilidad (caudal de gas a través de muestras de arena bajo una presión diferencial especificada), la deformación, la capacidad de flujo (la capacidad de la arena para fluir alrededor y sobre el patrón durante la embestida ) y refractariedad de la arena de moldeo. La figura 3.18 muestra cómo el contenido de humedad en la arena de moldeo (para una relación arena-arcilla dada) afecta todas estas importantes propiedades de la arena de moldeo.