ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJERCITO

TECNOLOGÍA DE MATERIALESFUNDICIÓN

Mezclas de Moldeo

Ing. Gabriel Orozco T. 19/10/2014

Composición de la Mezcla de MoldeoPRINCIPALES1.- Arena base (Base refractaria o arena de moldeo)Es un material mineral generalmente de Sílice (SiO2) en granos de tamaño variable de 0.05 a 2 mm. Se la encuentra en minas o a orillas de los rios.

2.- Aglomerantes y/o Aglutinantes:2.a.- Aglomerante. Son materiales que sirven para unir (pegar) los granos de arena, dando a la mezcla de moldeo así formada, resistencia en seco, por lo que para aglomerarse requieren sufrir un cambio termoquímico (fraguado, gaseo o estufado).2.b.- Aglutinante. Son materiales que sirven para unir los granos de arena, dando a la formada mezcla de moldeo, inmediata resistencia conservando esa resistencia en "verde" y en "seco".

3.- Agua. Elemento de activación de los aglutinantes

SECUNDARIOS1.- Aditivos. Son materiales que sirven para dar a la mezcla de moldeo características predeterminadas.

PROPIEDADES DE LA MEZCLA DE MOLDEO

a) Plasticidad al moldearb) Resistencia mecánica al transportarse y colarc) Refractariedadd) Poder gasógenoe) Permeabilidad (penetrabilidad del gas)f) Homogeneidad.g) Higroscopicidad.h) Durabilidad.i) Resistencia al desmoldeo (Colapsibilidad).

Arena BaseArenas base.- Este elemento es el que da a la arena de moldeo la característica de refractariedad e influye en todas las propiedades de la mezcla de moldeo. Se encuentra principalmente a las orillas de los ríos en forma de granos, mezclado o no con arcillas e impurezas.Las principales arenas bases son:a).- Arena cuarzosa: SiO2 presente en un 70% d = 2.8 gr/cm3. Tv = 1713 ⁰C.

b).- Arena de zirconio: ZrSiO₄ (Tf = 2400⁰C);

c).- Cromita: FeO.Cr₂O₃ (Tf = 1450 - 1850⁰C);

d).- Chamota: 3Al₂O₃.SiO₂

Propiedades de la Arena Base1.- Refractariedad2.- Composición química3.- Forma, tamaño y distribución del grano.

1.- Refractariedad. Es la propiedad de soportar altas temperaturas sin mostrar índice de fusión (reblandecimiento) o de descomposición. La refractariedad está íntimamente ligada con la composición química, por lo que una arena que contenga un 99,8% de SiO2 o más, se considera altamente estable y altamente refractaria. La presencia de pequeñas cantidades de óxido de hierro, aluminio, magnesio o calcio, son causa fundamental para bajar la temperatura de fusión de la arena y por lo tanto son causa de menor refractariedad. De manera tentativa se puede establecer que:

SiO₂ (%) T. Fusión(⁰C) l00 1750 99 1650 90 1350

2.- Composición Química. Lo que más interesa es la cantidad de arcilla

2.- Aglutinantes y AglomerantesSe denominan así a los materiales utilizados para ligar los granos de arena y obtener mejores características de la mezcla para moldeo. Es el segundo constituyente principal de una mezcla de moldeo.2.a.- AglutinantesLos aglutinantes se introducen en las mezclas de moldeo y para machos con el objetivo de ligar los granos de arena y darles resistencia en estado húmedo y seco. Los aglutinantes son sustancias arcillosas que para producir su efecto requieren de un cierto porcentaje de agua.

Caolinita.- Es un silicato acuoso de aluminio con una temperatura de fusión de 1750 - 1787⁰C. Su fórmula es Al₂O₃. 2SiO₂.2H₂O.

Bentonita.- Al₂O₃.4SiO₂.nH₂O tiene la capacidad de ensancharse en la dirección de uno de sus ejes. Gracias a ello, la bentonita es capaz de hincharse hasta 16 veces su volumen. La temperatura de fusión es 1250 - 1300⁰C, pero la capacidad aglutinante es de 2 a 7 veces mayor que la arcilla corriente.El componente principal que asegura el poder refractario de la arcilla es el Al₂O₃.Los aglutinantes deben satisfacer las siguientes exigencias:1. Distribuirse uniformemente por la superficie de los granos de arena.2. Asegurar suficiente resistencia en estado húmedo y seco.2. Darle a la mezcla plasticidad para que ésta llene todas las cavidades del molde.4. No adherirse al modelo y tampoco a la caja de machos.5. No desprender muchos gases durante el secado y llenado de metal en el molde

Acción de unión electrostática

2.b.- AglomerantesSon sustancias orgánicas o inorgánicas que sirven para pegar y endurecer los granos de arena y que requieren de un proceso químico o termoquímico de fraguado o curado. Se los puede clasificar de la siguiente manera:

• Inorgánicos cementosos - Cemento Portland; Silicatos (El más empleado: Silicato de sodio (Na2O.nSiO2.mH2O)).

• Orgánicos: Aceites vegetales, linaza.

• Resinas Termoplásticas; termo endurecibles; auto fraguantes; furánicas; alquílicas, epóxicas, etc.

3. Agua Aproximadamente en un 6%, actúa como activador de aglutinantes, (Bentonita), permitiendo que estos crezcan (de acuerdo a su composición) de 8 a 14 veces su volumen; el agua en %s superiores al 14% puede ser nocivo para las piezas a obtener, ya que genera vapor de agua al momento de colar el metal.

SECUNDARIOS.

1.- AditivosSe agregan a las arenas de moldeo aditivos que mejoran algunas propiedades

específicas de las mismasEl grafito que mejora la refracteriedad de toda la arena, o de manera superficial,

de la arena que entrará en contacto con el metal líquido.Otro aditivo es la melaza que mejora la cohesión superficial de los granos de

arena, impidiendo su desmoronamiento y desgrane en el proceso de colado.En las arenas de noyos, cuando los noyos tienen formas complejas, que presentan

gran dificultad de extracción luego del colado, se aditiva la arena con harina, azúcar, ceniza, etc. Aditivos que luego del colado, permiten una fácil extracción de la arena de los noyos, ya que los fragilizan y los vuelven muy colapsibles al impacto.

Determinación del contenido de arcillaMétodo A.F.S.- Se seca una cantidad determinada de arena durante 30 mm a 105oC, luego se pesan 50 gr de arena seca. Los 50 gr se introducen en un vaso normalizado de 1 litro y se lava de acuerdo al procedimiento siguiente:1. Agregar 475 ml de agua destilada y 25 ml de una solución

de sosa caustica (concentración de 25 gr por litro.2. Se agita durante 5 minutos con un agitador mecánico. 3. Se diluye con agua destilada hasta una altura de 15,24 cm. 4. Sedimentar durante 10 min. 5. Se sifonea 12.7 cm de agua y se diluye nuevamente hasta

los 15,24 cm y se deja sedimentar por 5 minutos.6. Repetir el proceso por lo menos 4 veces de tal modo que

después de esperar 5 min el agua este clara y transparente.7. Sacar la arena, secar y pesar. Por la diferencia con el peso

original se deduce el porcentaje arcilloso de la arena.

3.- Forma, tamaño y distribución del grano.Tamaño de grano de la arena

Este parámetro es sumamente importante ya que las principales propiedades de la mezcla de moldeo están influenciadas por el tamaño de grano de la arena. Más aún, las propiedades de las piezas moldeadas dependen del tamaño de grano y de la uniformidad en la con la que los granos de arena están distribuidos. Por definición la arena tiene granos de tamaño variable entre 0.05 mm a 2 mm.

Una clasificación muy conocida es la siguiente:

Determinación del tamaño de grano

Ejemplo

Distribuciones de granulometría de la arena base, en mezclas de moldeo

Distribuciones no usables en procesos de moldeo

Distribuciones no usables en procesos de moldeo