Avaliação da deformação a quente em núcleos de areia para fundição utilizando escória de forno cubilô como aditivo

Santos, Elder Gregol dos; Plaine, Athos Henrique

doi:10.1590/1517-7076-RMAT-2023-0117

Elder Gregol dos Santos

Universidade do Estado de Santa Catarina, Centro de Ciência Tecnológicas, Joinville, SC, Brasil.

https://orcid.org/0009-0009-5497-0372

Athos Henrique Plaine

Universidade do Estado de Santa Catarina, Centro de Ciência Tecnológicas, Joinville, SC, Brasil.

e-mail: elder.gregol@gmail.com, athos.plaine@udesc.br

Autor Responsável:

Elder Gregol dos Santos

Figuras (12)
Tabelas (5)

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Figura 1:
Misturador de mós verticais utilizado para ajustar a granulometria das escórias.

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Figura 2:
Configuração típica do dispositivo para o ensaio de distorção a quente [¹⁸[18] GYARMATI, G., BUDAVÁRI, I., FEGYVERNEKI, G., et al., “The effect of sand quality on the bending strength and thermal distortion of chemically bonded sand cores”, Heliyon, v. 7, n. 7, pp. e07624, 2021. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07624. PubMed PMID: 34355104.
https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e... ].

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Figura 3:
Dimensão (em mm) do corpo-de-prova para os ensaios de resistência [¹⁹[19] COMISSÃO DE ESTUDOS DE MATÉRIAS PRIMAS, “Corpos de Prova- Formas e Tipos de Ensaios” CEMP, v. E-11, pp. 1–17, São Paulo.Nov. 2015.].

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Figura 2:
Configuração típica do dispositivo para o ensaio de distorção a quente [¹⁸[18] GYARMATI, G., BUDAVÁRI, I., FEGYVERNEKI, G., et al., “The effect of sand quality on the bending strength and thermal distortion of chemically bonded sand cores”, Heliyon, v. 7, n. 7, pp. e07624, 2021. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07624. PubMed PMID: 34355104.
https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e... ].

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Figura 3:
Dimensão (em mm) do corpo-de-prova para os ensaios de resistência [¹⁹[19] COMISSÃO DE ESTUDOS DE MATÉRIAS PRIMAS, “Corpos de Prova- Formas e Tipos de Ensaios” CEMP, v. E-11, pp. 1–17, São Paulo.Nov. 2015.].

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Figura 4:
Distribuição granulométrica por peneira e acumulada para areia base e cada tipo de escória utilizada nas misturas.

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Figura 5:
Aspecto granulométrico das escórias utilizadas nas misturas com areia base. Aumento 20 e 40× (estereoscópio) e 50 e 100× (microscópio ótico).

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Figura 6:
Resistência a tração imediata para cada tipo e quantidade de escória.

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Figura 7:
Resistência a imediata após 30 minutos de areia preparada para cada tipo e quantidade de escória.

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Figura 8:
Curva típica do ensaio de distorção à quente [¹⁷[17] BUDAVÁRY, I., VARGA, L., “The effect of coremaking parameters on the thermal distortion behaviour on resin-coated sand”, Materials Science and Engineering, v. 45, n. 1, pp. 37–49, 2020.].

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Figura 9:
Gráfico com as curvas de deformação pelo tempo obtidos pelo ensaio de deformação à quente para as misturas com a) escória cinza, b) escória verde e c) escória preta.

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Figura 10:
Detalhe da Região I (deflexão superior) da curva obtido no ensaio de distorção à quente para as misturas com a) escória cinza, b) escória verde e c) escória preta.

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Figura 11:
Gráfico comparativo da redução da deformação para cada quantidade e tipo de escória.

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Figura 12:
Detalhe da região II das curvas de deformação pelo tempo obtidos pelo ensaio de deformação à quente para as misturas com a) escória cinza, b) escória verde e c) escória preta.

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Tabela 1:
Composição em óxidos das escórias utilizadas como aditivo.

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Tabela 2:
Características das escórias utilizadas como aditivo e da areia de silica base.

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Tabela 3:
Influência de algumas propriedades nas regiões da curva do ensaio de distorção à quente [¹⁴[14] TILCH, W., MARTIN, M., “Properties and applications of alternative moulding sand of lightweight casting”, Moulding Material, n. 3, pp. 18–31, 2006.].

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Tabela 4:
Deformação máxima no ensaio de deformação a quente para cada tipo de escória e mistura.

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Tabela 5:
Taxa de deformação a quente para cada tipo de escória e mistura.

ESCÓRIA	Al₂O₃	FeO	MgO	MnO	CaO	SiO₂	Fe METÁLICO
Cinza	12,9%	0,9%	6,4%	0,3%	27,6%	46,2%	0,18%
Verde	6,1%	1,8%	4,9%	1,6%	29,4%	51,0%	0,28%
Preta	7,7%	4,2%	3,3%	1,3%	31,5%	51,1%	0,40%

CARACTERÍSTICA	AREIA BASE	ESCÓRIA CINZA	ESCÓRIA VERDE	ESCÓRIA PRETA
Módulo de Finura (AFS)	53,4	35,9	33,5	34,0
Finos (%)	0,08%	0,58%	0,30%	0,64%
Argila AFS (%)	0,06%	0,26%	0,18%	0,80%
Densidade bulk (g/cm³)	1,52	1,53	1,52	1,54
Permeabilidade (AFS)	130	220	208	256
Perda ao fogo (%)	0,10%	–0,01%	–0,28%	–0,04%
pH	7,04	8,16	6,93	7,78

REGIÃO 1 DEFLEXÃO SUPERIOR	REGIÃO 2 PLASTICIDADE	REGIÃO 3 TERMO ENDURECIMENTO	REGIÃO 4 - FRATURA
Distribuição da areia base	Tipo de resina	Velocidade de cura	Densidade do corpo de prova
Tipo e forma da areia base	Grau de cura	Grau de cura	Colapsibilidade
Expansão térmica da areia	Estabilidade dimensional	Tipo de resina	Teor de resina
Densidade do Copo de prova	Tendência à veiamento ou a trinca à quente		Resistência a quente

DEFORMAÇÃO MÁXIMA (mm)	AREIA DE SILICA 50/57	92% AREIA 50/57 + 8% ESCÓRIA	88% AREIA 50/57 + 12% ESCÓRIA	80% AREIA 50/57 + 20% ESCÓRIA	60% AREIA 50/57 + 40% ESCÓRIA	30% AREIA 50/57 + 70% ESCÓRIA
Escória cinza	0,75	0,61	0,65	0,68	0,59	0,49
Escória verde	0,76	0,73	0,70	0,60	0,54	0,43
Escória preta	0,68	0,64	0,74	0,55	0,44	0,35

TAXA DE DEFORMAÇÃO (mm/s)	AREIA DE SÍLICA 50/57	92% AREIA 50/57 + 8% ESCÓRIA	88% AREIA 50/57 + 12% ESCÓRIA	80% AREIA 50/57 + 20% ESCÓRIA	60% AREIA 50/57 + 40% ESCÓRIA	30% AREIA 50/57 + 70% ESCÓRIA
Escória cinza	0,058	0,051	0,046	0,052	0,042	0,031
Escória verde	0,069	0,061	0,054	0,046	0,041	0,029
Escória preta	0,053	0,053	0,059	0,046	0,027	0,022

[1] e-mail: elder.gregol@gmail.com, athos.plaine@udesc.br

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Avaliação da deformação a quente em núcleos de areia para fundição utilizando escória de forno cubilô como aditivo

Evaluation of hot deformation in foundry core sand using cupola furnace slag as additive

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