Otimização de parâmetros mecânicos e microestruturais dos moldes em areia de sílica ligados quimicamente pelo processo de cura a frio em fundição de aço

Surface defects on steel parts borne costs of smelting industries due to the need of rework. Sand molds are frequently used in foundry industries and largely responsible for providing surface defects. This study aims to optimize the levels of the molding process variables to minimize the occurrence of surface defects in steel castings in silica sand molds chemically linked by cold cure process. The methodology used the experimental design with split plot, being considered in the study the resin percentage factors in the mold formulation, addition of iron oxide, type of paint, the paint application method, amount of ink layers, use of hot air along the lines and waiting time of the mold before casting. They were analyzed as response variables erosion defects, sand inclusion, penetration, porosity and surface finish. Tensile strength tests were performed to evaluate the influence of factors on mechanical parameters and the microstructural parameters were carried out the analysis of X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM) and thermal analysis (TG / DSC / dilatometry). The results elucidate that for the faulty erosion, the only significant factor with a 95% confidence level was the type of ink and the ink alumina-based superior results obtained. For the sand inclusion of defect, there were three significant factors, with best results obtained with alumina-based paint and spray applied using hot air in the mold before casting the metal. For the defect penetration, there were four significant factors, the best results being achieved with 0.8% of resin and addition of iron oxide in the molding formulation, the paint being applied by brush and standby time of 24 hours before leak. For the defect porosity with a 95% confidence level, no significant factors. For the defect surface finish, the best results were achieved with the 0.8% formulation of the resin in the mold and application of the paint brush. To obtain the levels of the factors that optimize all defects simultaneously, we performed a weighted average of the results of each type of fault, concluding that the best levels of the factors were: 0.8% resin and addition of iron oxide in the formulation of the template, application of two coats of paint applied with a brush or spray, using hot air in the mold before casting and 24 hours of waiting ready the mold before casting. These levels of the optimized factors were used in an experiment to confirm that ratified the results, helping to reduce rework and consequently reducing costs of cast steel parts.

Defeitos superficiais em peças de aços oneram os custos das industrias de fundição devido a necessidade de retrabalhos. Os moldes de areia são os mais utilizados em industrias de fundição e um dos grandes responsáveis por proporcionar os defeitos superficiais. Este estudo tem como objetivo otimizar os níveis das variáveis do processo de moldagem visando minimizar a ocorrência de defeitos superficiais nas peças de aço fundidas em moldes de areia de sílica ligados quimicamente por processo de cura a frio. Na metodologia utilizou-se o planejamento de experimentos com parcelas subdivididas, sendo considerados no estudo os fatores de porcentagem de resina na formulação do molde, adição de óxido de ferro, tipo de tinta, método da aplicação de tinta, quantidade de camadas de tinta, utilização de ar quente nos moldes e tempo de espera do molde antes do vazamento. Foram analisados como variáveis respostas os defeitos de erosão, inclusão de areia, penetração, porosidade e acabamento superficial. Foram realizados ensaios de resistência à tração para avaliar a influência dos fatores nos parâmetros mecânicos e para os parâmetros microestruturais foram realizadas as análises de difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análises térmicas (TG/DSC/dilatometria). Os resultados elucidam que para o defeito de erosão, o único fator significativo, com nível de confiança de 95%, foi o tipo de tinta, sendo que a tinta à base de alumina obteve resultados superiores. Para o defeito de inclusão de areia, houve três fatores significativos, sendo os melhores resultados alcançados com a tinta à base de alumina aplicados com spray e a utilização de ar quente no molde antes do vazamento do metal. Para o defeito de penetração, houve quatro fatores significativos, sendo os melhores resultados alcançados com 0,8% de resina e adição de óxido de ferro na formulação do molde, com a tinta sendo aplicada com pincel e tempo de espera de 24 horas antes do vazamento. Para o defeito de porosidade, com nível de confiança de 95%, não houve fatores significativos. Para o defeito de acabamento superficial, os melhores resultados foram alcançados com 0,8% da resina na formulação do molde e aplicação da tinta com pincel. Visando obter os níveis dos fatores que otimizem todos os defeitos simultaneamente, efetuou-se uma média ponderada dos resultados de cada tipo de defeito, concluindo-se que os melhores níveis dos fatores foram: 0,8% de resina e adição de óxido de ferro na formulação da molde, aplicação de duas camadas de tinta aplicadas com pincel ou spray, com a utilização de ar quente no molde antes do vazamento e 24 horas de espera do molde pronto antes do vazamento. Esses níveis dos fatores otimizados foram utilizadas em um experimento de confirmação que ratificaram os resultados obtidos, auxiliando para a redução dos retrabalhos e consequentemente na redução dos custos das peças de aço fundidas.