Subido por KLEVER RONALDO GAROFALO PALAGUCHAY

7.1 Arenas de Fundición

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PROCESOS TÉRMICOS
ARENAS DE
FUNDICIÓN
Ing. Gino Guevara
INTRODUCCIÓN
Las arenas de moldeo o fundición, son cuerpos complejos que se encuentran en numerosas canteras
resultantes de la disgregación (separación) de las rocas graníticas, arrastradas por las aguas y depositadas en
el fondo por orden de densidad.
Las arenas se definen como partículas granulares de la desintegración o la molienda de rocas o escorias. La
arena es un material agregado que consiste esencialmente de pequeños granos minerales, o de rocas, cuyas
dimensiones extremas están comprendidas entre, 2,2mm y 0,06mm.
Arena es cualquier mineral granulado, tales como: la zircinita, la olivina, la cromita, los minerales cerámicos, el
granito y otros feldespatos cola condición de que su estado de agregación se mantenga dentro del rango de
dimensiones señalado en el párrafo anterior
ORIGEN
Las arenas de fundición tienen un origen común. La roca madre de la cual se derivan el granito, compuesto de
feldespato, cuarzo y mica .
Los feldespatos son un grupo de minerales formados por silicatos dobles de aluminio y de calcio,
sodio, potasio, algunas veces de bario o mezclas de esas bases. Es de la familia de los
tectosilicatos.
Forman el grupo más importante de la corteza terrestre ya que constituyen el 60% de esta.
Es un material no plástico.
El cuarzo es un compuesto químico que consiste en una parte de silicio y dos partes
de oxígeno. Es dióxido de silicio (SiO2). Es el mineral más abundante que se
encuentra en la superficie de la Tierra y sus propiedades únicas lo convierten en una
de las sustancias naturales más útiles.
Las micas son uno de los minerales más abundantes, y generalmente se
encuentran en rocas ígneas y metamórficas. Son aluminosilicatos potásicos
hidratados, con sodio, litio, hierro o magnesio, dependiendo de las variedades.
Pertenecen al subgrupo de los filosilicatos, láminas de tetraedros unidos entre sí
con enlaces débiles. Su exfoliación es perfecta, con láminas finas y flexibles
separadas.
CARACTERISTICAS QUE DEBEN POSSER LAS
ARENAS PARA FUNDICIÓN
Permeabilidad
Definición:
Capacidad de absorción de fluido en un tiempo dado
Aplicación:
En este caso la porosidad de la arena es la que permite la
permeabilidad, y el escape de los gases y vapores formados
en el molde
Resistencia
La arena debe ser cohesiva hasta el grado de que
tenga suficiente unión, tanto el contenido de agua
como el de arcilla, afecta la propiedad de la
cohesion.
CARACTERISTICAS QUE DEBEN POSSER LAS
ARENAS PARA FUNDICIÓN
Plasticidad
Refractariedad
Las arcillas son eminentemente plásticas, esta propiedad se
debe a que el agua forma una envuelta sobre las partículas
laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el
deslizamiento de unas partículas sobre otras.
Es la cualidad que presenta la arena de resistir, las
temperaturas elevadas de los metales colados.
CARACTERISTICAS QUE DEBEN POSSER LAS
ARENAS PARA FUNDICIÓN
Deformabilidad
La capacidad de arenas para variar de formas, la que
depende del contenido de arcilla, de la humedad y la forma
de los granos. La más alta deformabilidad está dada para las
arenas de granos angulares, con mayor contenido de arcilla.
Fluencia
Es la facilidad de la arena de transmitir, a través de su masa
las presiones aplicadas en la superficie. Una buena fluencia
permite un molde con durezas uniformes en los distintos
puntos de él. Esta propiedad es de mucha importancia
cuando se moldea a máquina ya que la presión de la
superficie libre de del molde libre del molde se transmite
mejor cuando hay más alta fluencia.
Cohesión.
Cohesión es la propiedad de la arena que le da
resistencia mecánica frente a los esfuerzos que le
producen las aleaciones durante la colada.
Los esfuerzos a que está sometida la arena son a
la compresión al cizalle y a la traición.
FACTORES QUE DETERMINA LAS PROPIEDADES
ARENAS PARA FUNDICIÓN
a) Composición química
b) Forma tamaño y distribución del grano
c) Tipo y cantidad de aglomerante
d) Cantidad de agua
e) Tipo y cantidad de impurezas
f) Calidad de mezclado
g) Cantidad de apisonado
CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS PARA FUNDICIÓN
Las arenas de moldeo se pueden clasificar de acuerdo a diferentes criterios.
• En función de su contenido de arcilla:
Arenas secas o tierras grasas, cuyo contenido de arcilla es superior al 18%. Tienen gran cohesión pero son poco
permeables, por lo que se secan en estufas para que aumente la porosidad de la arena. Se utilizan para piezas
grandes o que requieran precisión.
Arenas semigrasas, cuyo contenido de arcilla va del 8 al 18%. Arenas comunes, para piezas de tamaño medio sin
requerimientos especiales.
Arenas verdes o tierras magras, cuyo contenido de arcilla va del 5 al 8%. Tienen poca plasticidad, por lo que se
utilizan en verde. Se utilizan para piezas pequeñas. El vapor de agua puede producir sopladuras.
• En función de la forma del grano:
Arenas de grano esferoidal.
Arenas de grano angulado.
Arenas de grano compuesto.
CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS PARA FUNDICIÓN
• En función del tamaño del grano:
Arenas de grano grueso. A medida que aumenta el tamaño de las piezas a fundir conviene utilizar arena de
grano más grueso, de mayor resistencia y refracción.
Arenas de grano medio.
Arenas de grano fino, son las más recomendadas para la fundición de piezas cuya superficie deben
presentar buen aspecto sin necesidad de operaciones de acabado posteriores. Con este tipo de arena es
posible obtener mayor permeabilidad, lo que conlleva a una disminución de los defectos de la pieza.
• En función de su aplicación:
Arenas de revestimiento, son las que se utilizan en contacto con el metal fundido, por lo que son de buena calidad
y de grano fino.
Arenas de relleno, son arenas reutilizadas de moldeos anteriores, que se utilizan para completar el relleno de las
cajas de moldeo.
Arenas para machos, con alto contenido en sílice.
CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS PARA FUNDICIÓN
• En función de su procedencia:
Arenas de sílice (SiO2), se encuentra en muchos depósitos naturales, y es adecuada para moldeo ya
que puede resistir altas temperaturas sin descomponerse. Esta arena es de bajo costo, tiene gran duración y
se consigue en una gran variedad de tamaño y formas de grano. En contrapartida, presenta una expansión
elevada cuando está sometida al calor, así como cierta tendencia a fusionarse con el metal.
La arena sílica pura, no es conveniente para el trabajo de moldeo ya que carece de propiedades
aglomerantes, las cuales se consiguen añadiendo arcilla en un porcentaje de 8 al 16%. Los tres tipos de
arcilla comúnmente usados son, la Caolinita, Ilita y Bentonita (etsta ultima, la más usada, proviene de cenizas
volcánicas).
Arenas naturales (o semisintéticas), las cuales se han formado por la erosión de las rocas ígneas. Se mezclan
adecuadamente con arcillas al extraerlos en las canteras y solo se requiere agregarles agua para obtener una
arena conveniente para moldeos de piezas fundidas de hierro y metales no ferrosos.
La gran cantidad de materia orgánica encontrada en las arenas naturales impiden que sean lo
suficientemente refractarias para usos en temperaturas elevadas, tal y como en el modelo de metales y
aleaciones con alto punto de fusión.
Arenas sintéticas, son las que utilizan resinas sintéticas como aglutinante, y que curan (endurecen)
artificialmente tras moldear, consiguiendo así una mayor dureza de los moldes. Con las arenas sintéticas se
genera menos gas ya que se requiere menos del 5% de humedad para que desarrolle su resistencia
adecuada. Se emplean también para el confeccionamiento de machos o modelos.
CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS PARA FUNDICIÓN
ARENA DE SILICE
La arena de Sílice se compone de 1 átomo de sílice y 2 de Oxigeno, formando una molécula muy estable: Si O2. (Dióxido de
silicio)
•Esta molécula es insoluble en agua y es un mineral que es altamente resistente al calor, con un punto de fusión de 1650
grados centígrados (3002 grados Fahrenheit).
•El dióxido de silicio es el mineral más abundante en la corteza de la Tierra, y se encuentra en todo el mundo en diversas
formas.
Aplicaciones de la arena sílica
Por sus características y versatilidad, la arena sílica suele tener las siguientes aplicaciones:
•Fabricación de ladrillo refractario
•Agregado inerte en pozos de geotermia de altas temperaturas
•Fabricación de ferroaleaciones
•Fabricación de piezas de fundición
•Industria de resinas y vidrio
•Morteros para construcción
•Material filtrante en plantas de tratamiento y purificación
CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS PARA FUNDICIÓN
ARENA DE BENTONITA
Están compuestas por arena y arcilla, generalmente bentonita, que proporciona cohesión y plasticidad a la
mezcla, facilitando su moldeo y dándole resistencia suficiente para mantener la forma adquirida después de
retirar el moldeo y mientras se vierte el material fundido. La proporción de las bentonitas en la mezcla varia entre
el 5 y el 10 %, pudiendo ser ésta tanto sódica como cálcica, según el uso a que se destine el molde.
La bentonita sódica se usa en fundiciones de mayor temperatura que la cálcica por ser
más estable a altas temperaturas, suelen utilizarse en fundición de acero, hierro dúctil y
maleable y en menor medida en la gama de los metales no férreos. Por otro lado la
bentonita cálcica facilita la producción de moldes con más complicados detalles y se
utiliza, principalmente, en fundición de metales no férreos. El aumento de los costes de las
materias primas está forzando a las fundiciones a recuperar las mayores cantidades
posibles de mezclas de arenas para ser usadas de nuevo, si bien generalmente esto no
afecta de forma sensible al consumo de bentonita. El reciclado se ve favorecido al utilizar
bentonitas sodicas naturales dado que poseen una elevada estabilidad térmica.
Descripción: Montmorillonita de Sodio
Composición Química: Silicato hidratado de formula general (Na, CA); (Mg, Al)2
(OH)2Si4O19.11H2O, con impurezas de cuerazo, feldespatos y yeso.
CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS PARA FUNDICIÓN
ARENA DE OLIVINO
El Olivino es una combinación de ortosilicatos de magnesio y hierro. Como arena de moldeo, su principal interés
reside en que es un árido libre de sílice, por lo que se puede utilizar en la fabricación de moldes para aceros al
manganeso y también puede ser utilizada como arena de moldeo en metales no férricos.
Otras ventajas son su muy bajo coeficiente de expansión térmica, alta conductividad térmica y alto punto de
fusión. Gracias al bajo coeficiente de expansión térmica, las piezas moldeadas en arena de olivino se obtienen
con mejor control dimensional, mayor precisión y un mejor acabado superficial, lo que también conlleva
menores costes de acabado. Este bajo coeficiente de dilatación, reduce las deformaciones y movimientos
relativos del molde, y también la generación de fracturas en la pieza metálica.
La arena de olivino es perfecta para emplearse con sistemas de resina alcalinos. Proporciona un
muy buen acabado superficial en aceros moldeados con arena de olivino en la cara de
trabajo del molde.
El olivino también mejora la activación de la bentonita en sistemas de moldeo en verde,
aumenta el rendimiento de la unión entre áridos, con lo que finalmente se obtiene una mejor
economía en la realización de machos de moldeo, moldes y el resultado de los mismos.
CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS PARA FUNDICIÓN
ARENA DE OLIVINO
El Olivino es una combinación de ortosilicatos de magnesio y hierro. Como arena de moldeo, su principal interés
reside en que es un árido libre de sílice, por lo que se puede utilizar en la fabricación de moldes para aceros al
manganeso y también puede ser utilizada como arena de moldeo en metales no férricos.
Dentro de la fundición de no-ferreos, se emplea en las fundiciones más exigentes de
aluminio, que necesitan moldear sus piezas en arena. La rapidez en la disipación del
calor del olivino, permite obtener un grano más fino en la superficie de la pieza de
aluminio en contacto con el olivino.
Debido a la ausencia de sílice en el olivino, está cada vez ganando más adeptos y
sustituyendo a la arena de sílice en muchas aplicaciones, abrasivos, filtración,
acondicionador de terreno, etc.
CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS PARA FUNDICIÓN
ARENA DE CROMITA
La arena de Cromita es una arena especial con muy buenas propiedades a elevadas temperaturas, proporciona
una alta resistencia a la penetración del metal líquido, y comparativamente con otras arenas produce un
enfriamiento más rápido de la pieza fundida.
La dilatación térmica es mucho más baja que la arena de sílice con lo que se reducen también los problemas
derivados de la expansión de la arena.
La arena de cromita es compatible con todos los procesos químicos de confeccionamiento de moldes y machos.
Actualmente se utilizan grandes cantidades de arena de Cromita en la industria de la fundición para la fabricación
de moldes y machos.
La arena de Cromita es aplicable a todos los tipos de aceros y muy apropiada para las piezas de acero al cromo,
cromo-níquel y acero al manganeso.
CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS PARA FUNDICIÓN
ARENA DE CROMITA
La arena de Cromita es una arena especial con muy buenas propiedades a elevadas temperaturas, proporciona
una alta resistencia a la penetración del metal líquido, y comparativamente con otras arenas produce un
enfriamiento más rápido de la pieza fundida.
La dilatación térmica es mucho más baja que la arena de sílice con lo que se reducen también los problemas
derivados de la expansión de la arena.
La arena de cromita es compatible con todos los procesos químicos de confeccionamiento de moldes y machos.
Actualmente se utilizan grandes cantidades de arena de Cromita en la industria de la fundición para la fabricación
de moldes y machos.
La arena de Cromita es aplicable a todos los tipos de aceros y muy apropiada para las piezas de acero al cromo,
cromo-níquel y acero al manganeso.
Tiene la ventaja sobre la arena de sílice de que es menos reactiva con el
óxido de manganeso, reduciendo, de este modo, los problemas de
calcinación.
• Aplicaciones
La arena de Cromita es aplicable a todos los tipos de aceros y muy apropiada
para las piezas de acero al cromo, cromo-níquel y acero al manganeso. Tiene
la ventaja sobre la arena de sílice de que es menos reactiva con el óxido de
manganeso, reduciendo, de este modo, los problemas de calcinación.
CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS PARA FUNDICIÓN
ARENA DE ZIRCONIO
La arena de Zirconio presenta excelentes propiedades refractarias, baja
dilatación térmica y elevada conductividad térmica.
Su composición es Silicato de circonio (ZrSiO4) y tiene una densidad
aparente aproximada de 2,7 gr/c.c..
Se emplea en la fabricación de machos y moldes sometidos a altas
temperaturas como es el caso de piezas de acero y piezas masivas de
fundición.
Las propiedades de la arena de Zirconio permiten reducir o eliminar el
veining, evitar las reacciones metal/molde y aumentar la velocidad de
enfriamiento.
CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS PARA FUNDICIÓN
ARENA DE CERABEADS
Es una arena sintética cuya composición es Silicato de alúmina (3Al2O32SiO2), presenta
excelentes propiedades refractarias, una alta permeabilidad y dilatación térmica similar
a la arena de circonio.
La arena cerabeads es compatible con todos los procesos químicos de
confeccionamiento y muy es apropiada para piezas de acero aleado o machos
sometidos a altas solicitaciones térmicas como porejemplo pasos de aceite en motores
de combustión.
CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS PARA FUNDICIÓN
ARENA DE BAUXITA
La arena de Bauxita es un producto obtenido por fusión y que contiene aproximadamente un 75% de
Al2O3.
Esta arena sintética presenta excelentes propiedades refractarias, una alta permeabilidad y dilatación
térmica similar a la arena de cromita.
Se presenta en diferentes tamaños siendo el más habitual el de 65 AFA y tiene una densidad aparente
de 2 gr/c.c.
La arena de Bauxita se puede utilizar como sustituto de la arena de zirconio y gracias a sus propiedades
magnéticas es posible su separación de la arena de sílice.
Otra importante característica de la arena de bauxita son las altas resistencias mecánicas que se
obtienen en los moldes, hecho constatado en los procesos de Caja Fría, Caja caliente y sistema furánico
autofraguante
CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS PARA FUNDICIÓN
ARENA VERDE
La arena verde es la arena más barata y más utilizada para la fundición.
Esta se compone de 90 por ciento de arena de sílice, tres por ciento de
agua y siete por ciento arcilla.
La arena verde también se conoce como arena de agua, de acuerdo con
Casting Hobby, ya que utiliza agua para unir la arena y la arcilla. La
arcilla usada comúnmente es la bentonita, que se encuentra en arenas
verdes de pasatiempos y hogares de fundición. Aglutinantes se utilizan a
veces en lugar de arcilla para hacer la arena verde. Los ejemplos de
aglutinantes industriales incluyen resina y materiales a base de
colágeno.
El Término "arena verde" es conocido principalmente por el contenido de
humedad dentro de la arena. La arena se somete a un “moldeado /
mezclado”, proceso en el que varios tipos de arcilla y aditivos químicos
que actúan como aglutinantes se mezclan con la arena, el resultado es
un compuesto que es conveniente para el proceso de moldeo en arena.
https://youtu.be/1KNfuaavg7Q
AGLUTINANTES ARENAS PARA FUNDICIÓN
AGLOMERANTES PARA ARENAS PARA FUNDICIÓN
ADITIVOS PARA ARENAS PARA FUNDICIÓN
PREPARACIÓN DE ARENAS PARA FUNDICIÓN
CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES DE ARENAS DE
MOLDEO DE ACUERDO A SU EMPLEO
GRACIAS
Linkografía
https://ikastaroak.ulhi.net/edu/es/DFM/DMMF/DMMF04/es_DFM_DMMF04_Contenidos/website_31
2_moldes_desechables_arenas_de_moldeo_ii.html
https://es.slideshare.net/alycuellar/arenas-52229642
https://www.academia.edu/30210038/Tipos_de_arena_utilizadas_para_el_moldeo_de_piezas_de_fun
dicion
https://www.academia.edu/19030719/Tipos_de_Arena_Utilizados_en_la_Fundicion
http://tecnologiadelosmaterialesupel-ipb.blogspot.com/2013/10/guia-practica-de-ensayo-dearenas.html
https://www.academia.edu/21085687/ARENAS_DE_MOLDEO
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