BR102016008767A2 - Foundry sand - Google Patents

Abstract

areia de fundição uma areia de fundição compreende uma mistura que inclui uma areia de sílica e um agregado de zircão. o agregado de zircão exibe um aumento acentuado no coeficiente de expansão térmica linear em uma faixa de temperatura acima de 1200°c. um método de fundição de um artigo em metal fundido a uma temperatura acima de 1200°c inclui a formação de uma única ou multipeça do molde para o artigo a partir da areia de fundição acima descrita, admitindo-se metal fundido no molde a uma temperatura tal que, pelo menos, uma ou mais regiões da areia de fundição em contato com o metal admitido são aquecidas a uma temperatura dentro da faixa de temperatura, e o arrefecimento do molde e do metal para se obter um artigo fundido.

Description

AREIA DE FUNDIÇÃO

CAMPO DE INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se, genericamente, a areias de fundição e, em particular, a uma areia de fundição da mistura de silica aperfeiçoada e a um método de fundição que emprega a areia de fundição aperfeiçoada.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

[002] A areia de silica é o agregado mais amplamente utilizado na indústria de fundição. Seu baixo custo, devido a sua abundância, o torna uma opção atraente para os rodízios de metal. No entanto, fundições de aço e ferro em moldes de areia de silica tendem a exibir defeitos, tais como, formação de nervuras, barbatanas e imprecisão dimensional. Esta é, em parte, devido à grande expansão térmica da areia de silica. Estudos anteriores sobre as propriedades de alta temperatura de areia de silica têm abordado a face de fundições de metal de limitações técnicas enquanto usam moldes de areia de silica ou núcleos. Areia de silica sofre várias transições de fase enquanto está sendo aquecida a altas temperaturas. Uma vez passada a transição de fase alfa-beta em cerca de 570°C (1058 °F), a areia de silica experimenta uma contração constante até a transição de fase de cristobalite a 1470°C (2678 °F) . Vários aditivos de areia, tais como óxido de ferro ou Aditivos de Areia para Construção (ESA) são utilizados na indústria de fundição de metal, quer induzir uma transição de tridimite que leva a uma expansão secundária, ou induzir a transição de cristobalite a uma temperatura inferior o que provoca uma grande expansão secundária. Estes aditivos causam grandes alterações no volume de areia ligada.

[003] Os defeitos de formação de nervuras em areia de silica são causados pela perda da resistência sobre a superfície dos núcleos, o que leva a uma rede de fissuras decorrentes da elevada expansão térmica da areia. Estas fissuras são, em seguida, preenchidas pelo metal líquido, as quais arrancam, desse modo, formando as formações de nervuras sobre a superfície da fundição. Certos aditivos promovem a sinterização da superfície do núcleo e formam uma superfície parcialmente fundida. Isto provoca um aumento na rigidez da superfície devido ao aumento na viscosidade da superfície sinterizada. O aumento na viscosidade, a temperaturas mais elevadas, conduz à resistência mais elevada sobre a superfície do núcleo, o que resulta em distorção de núcleo reduzida. A transição alfa-beta em areia de silica está associada a uma alta expansão de pico que provoca imprecisão dimensional em fundições de aço. A precisão dimensional das fundições depende de vários fatores, tais como espessura de corte da fundição, a temperatura e a expansão e não exibem uma tendência linear conforme a norma patternmaker, [004] Devido às limitações acima mencionadas de areia de silica, certos agregados especiais, tais como zircão ou cromita são usados como materiais de núcleo para a fundição de aço. Ambos destes agregados têm baixa expansão térmica quando em comparação com areia de silica. Os mesmos também têm valores refratários mais elevados. Estas propriedades resultam em uma distorção do núcleo menor, levando desse modo a fundições mais dimensionalmente precisas. Uma limitação importante, no entanto, sobre o uso de agregados especiais é o seu custo relativamente maior, e seu uso é assim geralmente confinado a certas aplicações de fundição que requerem inevitavelmente o uso de 100% de areias especiais. Para a maioria das outras aplicações, uma pequena melhoria nas propriedades de alta temperatura de areia de sílica irá resultar em boa qualidade de fundição e precisão dimensional.

[005] É um objetivo da presente invenção consistir em resolver as dificuldades encontradas com as areias de sílica como uma areia de fundição de uma maneira que alcança as fundições aperfeiçoadas a um custo aceitável.

[006] Tal como aqui utilizado, exceto quando o contexto requer de outra forma, o termo "compreende" e variações do termo, tais como "compreendendo", "compreende" e "compreendido/a", não são destinados a excluir outros aditivos, componentes, números inteiros ou etapas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] A presente invenção começa a partir de uma realização de que certos agregados de zircão, ao contrário de outros agregados de zircão, exibem um aumento acentuado no coeficiente de expansão térmica linear em uma faixa de temperatura acima de 1200°C, e que uma mistura de areia de fundição de areia de sílica e uma proporção de tais agregados de zircão dão origem a fundições de metal de qualidade aperfeiçoada em comparação às fundidas em areia de sílica sozinha.

[008] A invenção proporciona, desta maneira, em um primeiro aspecto, uma areia de fundição que compreende uma mistura que inclui uma areia de sílica e um agregado de zircão, o agregado de zircão que exibe um aumento acentuado no coeficiente de expansão térmica linear em uma faixa de temperatura acima de 1200°C.

[009] Em um segundo aspecto, a invenção proporciona um método de fundir um artigo em metal fundido a uma temperatura acima de 1200°C, que compreende: formar uma única ou multipeça do molde para o artigo a partir de uma areia de fundição que compreende uma mistura que inclui uma areia de silica e um agregado de zircão, o agregado de zircão que exibe um aumento acentuado no coeficiente de expansão térmica linear em uma faixa de temperatura acima de 1200°C; admitir metal fundido no molde a uma temperatura tal que, pelo menos, uma ou mais regiões da areia de fundição em contato com o metal admitido são aquecidas a uma temperatura dentro da referida faixa de temperatura; e arrefecer o molde e o metal para se obter um artigo fundido.

[0010] Em um terceiro aspecto, a invenção proporciona um método de fundir um artigo de metal fundido a uma temperatura acima de 1200°C, que compreende: abastecer e/ou fornecer um agregado de zircão que exibe um aumento acentuado no coeficiente de expansão térmica linear em uma faixa de temperatura acima de 1200°C; formar uma única ou multipeça do molde para o artigo a partir de uma areia de fundição que compreende uma mistura que inclui uma areia de silica e o referido agregado de zircão; admitir metal fundido no molde a uma temperatura tal que, pelo menos, uma ou mais regiões da areia de fundição em contato com o metal admitido são aquecidas a uma temperatura dentro da referida faixa de temperatura; e arrefecer o molde e o metal para se obter um artigo fundido.

[0011] Com vantagem, a banda de temperatura acima referida inclui inicio do aumento acentuado no coeficiente de expansão térmica linear do agregado de zircão a uma temperatura entre 1300°C e 1500°C, por exemplo, entre 1325°C e 1450°C.

[0012] De preferência, o agregado de zircão exibe um aumento na expansão térmica linear a partir de, substancialmente, zero a, pelo menos, cerca de 0,010 pol/pol (cm/cm), mais de preferência, entre 0,020 e 0,030 pol/pol (cm/cm).

[0013] De preferência, o agregado de zircão é tal que a mistura de areia de fundição exibe uma magnitude reduzida do coeficiente de expansão térmica linear na transição de fase de alfa-beta silica e/ou a transição de fase de silica cristobalite inicia a uma temperatura inferior, em ambos os casos em comparação com a areia de fundição de silica.

[0014] A redução da magnitude do coeficiente de expansão térmica linear na transição de fase de alfa-beta silica é, de preferência de, pelo menos, 30%.

[0015] A temperatura à qual a transição de fase de silica cristobalite inicia é, de preferência, reduzida de cerca de 1470°C a abaixo de 1300°C, mais de preferência, abaixo de 1270°C.

[0016] Embora a mistura de areia de fundição apresente uma contração marcada, a partir da transição de fase alfabeta para a transição de fase de cristobalite, uma vez que a transição de fase de cristobalite está ocorrendo a uma temperatura substancialmente inferior, por exemplo, a cerca de 1200 °C, a grande expansão secundária ocorre a uma temperatura inferior, negando assim a deformação sobre a superfície do núcleo para as altas temperaturas, por exemplo, visto em fundições de aço. Isto proporciona um aumento secundário na resistência sobre a superfície do núcleo, impedindo fissuras a partir da formação sobre a superfície e, portanto, reduzindo os defeitos de formação de nervuras no artigo fundido.

[0017] De preferência, a proporção do agregado de zircão na mistura está na faixa de 5 a 40%, mais de preferência, 5 a 25%, mais de preferência, 5 a 15%.

[0018] A proporção ótima do agregado de zircão é dependente de um equilíbrio entre o aumento do custo de uma proporção mais elevada e o grau de benefício aumentado. Por exemplo, aumentando de forma constante agregado de zircão reduz a temperatura à qual a transição de fase de cristobalite inicia, mas o aumento do custo pode produzir apenas benefício marginal. Na verdade, verificou-se que tendências de formação de nervuras e penetração são ambas ligeiramente maiores a 20% ou 30% de agregado de zircão do que 10% de agregado de zircão, principalmente em para as seções de fundição mais espessas: isto sugere que a proporção ótima de agregado de zircão pode variar de acordo com a forma e/ou dimensões do artigo a serem fundidas.

[0019] Pensa-se que o aumento acentuado observado no coeficiente de expansão térmica linear do agregado de zircão selecionado em uma faixa de temperatura acima de 1200°C pode ser relacionado a uma proporção relativamente mais elevada observada de uma combinação do teor de Fe203, T1O2 e AI2O3, por exemplo, 2,0-4,0% em p/p.

[0020] Um agregado de zircão adequado para a mistura e método da invenção é um agregado de zircão diferenciado a partir de Iluka Resources Limited, grau de zircão F ou P, ou um agregado da faixa de composição estabelecido abaixo na Tabela 2.

[0021] A presente invenção é aplicável à fundição de uma ampla faixa e variedades de metais incluindo ferro, aço, outras ligas de ferro e alumínio. O termo "fundição" é aqui empregado em um sentido amplo e engloba, por exemplo, a aplicação de areia de fundição para a impressão 3dimensional.

[0022] A invenção ainda fornece um artigo fundido em um molde formado a partir de uma areia de fundição, de acordo com o primeiro aspecto da invenção, ou fundido através de um método de acordo com o segundo ou terceiro aspecto. EXEMPLO 1 [0023] Uma faixa de agregados especiais listados na Tabela 1 foi avaliada para o coeficiente de expansão térmica linear.

Tabela 1 Agregados Especiais Avaliados ]_ zircão da Flórida 2 zircão da África do Sul 3 zircão grau F de Iluka 4 zircão C80 5 zircão grau P de Iluka g Carbo Accucast ID50-K 7 Spherichrome g Areia Hevi [0024] Um sistema aglutinante Furan comercial foi utilizado para a preparação do núcleo de areia para todos os testes.

[0025] Uma batelada de areia de silica (3000 g) foi colocada em um misturador adicional de cozinha. 0 co-reagente foi primeiro adicionado para a areia e misturado durante 60 segundos, após o qual, a resina foi adicionada e misturada durante mais 60 segundos. A areia foi, em seguida, embalada em respectivas caixas centrais e permitida à cura durante a verificação de tempo de trabalho e faixa de tempo. Após a faixa de tempo ser alcançada, os núcleos foram colocados em uma prateleira e deixados curar durante 24 horas antes do ensaio. Um teor de resina de 1% com base no teor de areia e co-reagente de 30% com base na resina foi usado para todos os núcleos.

[0026] A Universidade de Northern Iowa Dilatometer (ver Exemplo 2 para detalhes) foi usada para realizar os testes de expansão linear. Os testes foram realizados a partir da temperatura ambiente até 1600°C a uma taxa de 15°C por minuto. Os resultados da Viscosidade da Superfície foram obtidos a partir da expansão linear utilizando uma carga constante de 23,2 gramas na amostra. É uma medida do movimento dos grãos de areia individuais sobre a superfície da amostra e é um bom indicador de transições de fase de alta temperatura, especialmente em areia de silica.

[0027] As curvas obtidas de expansão linear térmica são mostradas na Figura 1. Com exceção de grau de Iluka F, zircão grau P de Iluka e C80, os resultados de expansão lineares de outros agregados foram como esperado. Os valores baixos de expansão linear térmica foram obtidos para estes agregados. 0 zircão grau F de Iluka mostra um aumento repentino na expansão em 1400°C, enquanto zircão grau P de Iluka e C80 apresenta o mesmo comportamento em ~ 1340°C. As expansões observadas para estes três agregados eram incomuns e, para verificar a repetibilidade, uma destas três amostras foi testada novamente. Foi obtida uma boa repetibilidade.

[0028] A viscosidade da superfície foi medida a partir dos resultados de expansão linear. Como mencionado anteriormente, é uma medida do movimento dos grãos de areia individuais sobre a superfície da amostra e é um bom indicador de transições de fase de alta temperatura e pontos de sinterização.

[0029] Verificou-se que todos os agregados apresentaram um aumento inicial na viscosidade de cerca de 100-150°C. Este fenômeno deve-se à resina no agregado, levando a um aumento inicial na resistência do agregado ligado até certo ponto. Com a excepção de Carbo ID50-K, a viscosidade em seguida diminuiu nos outros agregados com a temperatura estabilizando a cerca de 600-650°C, por, quando o aglutinante é queimado. Após este ponto, a viscosidade é constante até a faixa de temperatura elevada, quando a areia sinteriza e a viscosidade diminui posteriormente.

[0030] O grau F de Iluka, zircão grau P de Iluka e C80 exibiram uma queda súbita na viscosidade a - 1400°C. Carbo ID50-K também teve uma rápida diminuição na viscosidade a partir de 1100°C a 1550°C. A viscosidade da superfície de agregados conhecidos tipicamente diminui lentamente com a temperatura.

[0031] A Tabela 2 apresenta uma análise do agregado de zircão C80. 0 agregado é um produto pós-tratado, altamente separado e diferenciado a partir de Iluka Resources Limited. Uma característica deste agregado de zircão é a sua proporção relativamente mais elevada de uma combinação de FeaCb, Ti02 e AI2O3. A maioria dos agregados de zircão não contém mais do que 2,0% em p/p de combinação de Fe2Ü3, Ti02 e AI2O3.

Tabela 2: Análises de agregado de zircão C80 EXEMPLO 2 [0032] Uma série de testes foi realizada para avaliar o efeito da mistura de um agregado de zircão selecionado com areia de sílica em várias proporções. O agregado de zircão selecionado foi zircão C80 do Exemplo 1. Os testes foram realizados para avaliar as propriedades físicas de alta temperatura das misturas. As fundições de cone-etapa de teste foram vertidas para analisar os defeitos. Estas fundições foram medidas para avaliar a precisão dimensional e os resultados foram representados graficamente para fora. Os defeitos de formação de nervuras e penetração foram analisados e classificados de acordo com um método desenvolvido na Universidade de Northern Iowa.

[0033] As amostras foram feitas a partir de areia de sílica de linha de base e areia de sílica contendo misturas de zircão C80. Todas as amostras foram testadas quanto à expansão linear térmica e viscosidade, a capacidade de calor especifica e a qualidade de fundição. As várias amostras de mistura de areia testadas são mostradas na Tabela 3.

Tabela 3: Amostras de Areia Testadas Preparação do Núcleo [0034] Os núcleos de expansão e de etapa de cone foram preparados utilizando o sistema aglutinante Caixa Fria de Fenólico Uretano. As amostras de mistura de areia foram divididas usando um divisor de areia de 16 maneiras para obter uma distribuição do grão representativa. A areia de silica dividida foi colocada em um misturador Adicional de Cozinha. O agregado de zircão C80 foi, em seguida, adicionado ao misturador e a mistura misturada durante 30 segundos. A resina de Parte I foi, em seguida, adicionada e misturada durante um minuto. A taça de mistura foi, em seguida, removida e a areia foi invertida para assegurar o mesmo revestimento. A resina de Parte II foi, em seguida, adicionada e o mesmo procedimento foi repetido. A mistura final foi, em seguida, colocada nas respectivas caixas de núcleo e foi gaseificada em uma câmara de gaseificação Redford de caixa fria. Uma pressão de gaseificação e pressão de purgamento de 20 psi (137,8 Pa) e 40 psi (275,6 Pa) foram usadas, respectivamente.

[0035] Os núcleos de expansão foram gaseificados durante 0,5 minutos e purgados durante 7 segundos, enquanto núcleos da etapa de cone foram gaseificados durante 5 segundos e purgados durante 30 segundos. Os núcleos resultantes foram permitidos a descansar durante 24 horas antes de mais testes.

Testes [0036] Os testes de expansão linear térmica foram realizados através da Universidade de Iowa de dilatômetro de agregadao alta temperatura. O dilatômetro tem um projeto biela única e pode ser realizado sob atmosfera controlada. Esta unidade é capaz de atingir uma temperatura máxima de 1650°C. Os núcleos de expansão foram feitos cilíndricos em forma com uma altura de 3,81-4,06 cm e um diâmetro de 2,8 cm. As amostras foram aquecidas a 1650°C a uma taxa de aquecimento de 15°C por minuto em um suporte de amostra de cerâmica e a deformação resultante foi gravada. Todos os testes foram realizados em uma atmosfera neutra.

[0037] A viscosidade da superfície foi calculada a partir da deformação registrada a partir do dilatômetro e é útil para descrever as características de sinterização de um agregado. 0 método para calcular a viscosidade da superfície foi primeiro apresentado por Gabriel Tardos et al, a partir do Departamento de Engenharia Química, Faculdade da cidade de Nova York (G. Tardos, D. Mazzone, R. Pfeffer, Measurement of Surface Viscocities using a dilatometer, The Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 62, P884-888). Os grãos de areia serão inicialmente expandidos com a temperatura, mas irão entrar em contato posteriormente a temperaturas elevadas devido ao amolecimento e sinterização sobre a superfície sob carga nos pontos de contato intergranulares. As partículas de areia macia podem ser assumidas para se comportar como um fluido Newtoniano, com base no qual uma viscosidade de superfície pode ser definida. A viscosidade de superfície foi calculada à temperatura de sinterização para cada amostra de areia.

Fundições da Etapa de Cone Experimentais [0038] Este teste foi realizado vertindo metal contra um núcleo da etapa de cone. 0 núcleo da etapa de cone que consiste em 6 seções diferentes com etapas a partir de 1,5 polegada (3,81 cm) a 4 polegadas (10,16 cm) em incrementos de 0,5 polegada (1,27 cm). As diferentes etapas são representativas de diferentes espessuras de seção da fundição de metal e, portanto, fornecem uma boa compreensão do papel de diferentes taxas de arrefecimento do metal na qualidade de fundição e defeitos. O molde é produzido com menos frascos utilizando um sistema aglutxnante similar, mas não afeta as tendências de formação de nervuras, penetração ou precisão dimensional da fundição de teste. As fundições de teste foram vertidas a partir de uma variedade de metais incluindo ferro cinzento, aço e ligas à base de cobre. Os tempos vertidos por moldes são cerca de 10-12 segundos. Uma vez que as fundições foram arrefecidas à temperatura ambiente, as mesmas foram removidas e os portões divididos juntamente com areia solta. As fundições foram fio escovado e areia jateada para remover qualquer areia solta sobre a superfície e foram, em seguida, testadas para a precisão dimensional. Depois disso, as mesmas foram divididas e avaliadas para defeitos de penetração e de formação de nervuras.

Processo de Fusão [0039] A composição de metal utilizada nos ensaios foi consistente com a química utilizada para produzir classe padrão de aço de baixa liga, O metal foi fundido em um forno de indução sem núcleo de alta frequência de 3401b que utiliza um revestimento refratário neutro. Após a fusão, a escória foi removida, uma amostra de análise térmica foi feita, e a temperatura do metal fundido foi aumentada para cerca de 1676°C, Os calores foram intercedidos em um vidro monolítico aquecido a 350 lb (158,7 kg) preaquecidos. O metal foi, em seguida, vertido para dentro dos moldes localizados sobre a linha de vertigem, utilizando uma temperatura vertida alvo de 1600°C. Um tempo vertido alvo total aproximado de 10 a 12 segundos foi usado.

Resultados [0040] Os resultados de expansão determinados da sílica de linha de base são mostrados na Figura 2. Pode ser visto que a areia de sílica sofre uma transição de fase alfa-beta de cerca de 570°C (1058 °F) . Isto leva a uma grande expansão de pico à mesma temperatura. A expansão de pico de 0,0115 pol/pol (cm/cm) foi registrada. Após a transição da fase alfa-beta, uma redução constante da areia pode ser vista até a transição de fase de cristobalite a 1470°C, onde o inicio de uma expansão secundária pode ser visto. Esta contração constante exerce uma deformação sobre a superfície do núcleo como as camadas da superfície de um contrato de núcleo, enquanto as subcamadas ainda estão em expansão para a transição alfa-beta. Isto leva à formação de fissuras, levando assim a defeitos de formação de nervuras. A expansão do pico elevado vista na transição alfa-beta leva à imprecisão dimensional de fundições.

[0041] A Figura 3 mostra os resultados de expansão para a sílica com as amostras de mistura de zircão. A expansão de pico para sílica com 10% de zircão é similar à \ areia de sílica de linha de base. No entanto, a partir de 20% de zircão em diante, uma redução na expansão de pico de transição de fase alfa-beta pode ser vista com sílica com 40% de zircão tendo o menor pico de 0,005 pol/pol (cm/cm), que é menor que a sílica de linha de base por 56%.

[0042] Outra tendência que pode ser vista na sílica com as amostras de zircão é que a transição de fase de cristobalite é induzida a uma temperatura inferior. Uma contração acentuada pode ser vista a partir da transição de fase alfa-beta para a transição de fase de cristobalite. No entanto, uma vez que a transição de fase de cristobalite está ocorrendo a aproximadamente 1200°C (2192 °F), a grande expansão secundária ocorre a uma temperatura inferior, negando assim a deformação sobre a superfície do núcleo às temperaturas elevadas vista nas fundições de aço.

[0043] Isto proporciona um aumento secundário na resistência sobre a superfície do núcleo, impedindo a formação de fissuras sobre a superfície e, portanto, reduzindo os defeitos de formação de nervuras.

[0044] A temperatura de sinterização e a viscosidade de pico a temperatura de sinterização para cada amostra são mostradas na Tabela 4, juntamente com a capacidade de calor específica associada a 1200°C. A sílica de linha de base tem uma temperatura de sinterização de 1437,4°C (2619,3 °F) com uma viscosidade de pico de 5,030 x 1Q8 Pa. s (5,03 x 1011 cP) . Pode ser visto que a temperatura de sinterização das misturas de zircão diminui com quantidades crescentes de agregados do zircão. No entanto, com as misturas de zircão, a viscosidade de pico aumenta com quantidades crescentes. Isto indica que a integridade do núcleo a temperaturas elevadas será maior para quantidades crescentes de zircão, assim, conduzindo à imprecisão dimensional inferior.

Tabela 4: Temperatura de Sinterização e Dados de Viscosidade de Pico Análises de Qualidade de Fundição [0045] A fundição de silica de linha de base obtida é mostrada na Figura 4. Pode ser visto que a fundição exibe várias formações de nervuras ao longo da superfície, a qual é típica de fundições de areia de silica. Nenhum defeito de penetração é visível. Mais formações de nervuras são formadas ao longo das seções mais espessas da fundição, onde o metal leva mais tempo a solidificar. Isto permitiría que os núcleos alcancem temperaturas mais elevadas enquanto que o metal está ainda na sua forma líquida.

[0046] Silica com 10% de zircão (Figura 5) não apresenta quaisquer defeitos de penetração ou de formação de nervuras, Embora a expansão de pico de transição alfabeta para silica com 10% de zircão é similar à silica de linha de base, a indução inicial da transição de cristobalite, a expansão secundária e maior viscosidade à temperatura de sinterização conduzem a menor deformação sobre a superfície do núcleo, reduzindo assim o defeito de formação de nervuras.

[0047] No entanto, silica cora 20%, 30% e 40% de zircão apresenta defeitos de penetração e de formação de nervuras ligeiros em seções de fundição mais espessas como pode ser visto nas Figuras 6, 7 e 8.

[0048] A Tabela 5 apresenta a classificação de penetração e de formação de nervuras para a silica de linha de base e as várias misturas. Pode ser visto que um teor mais baixo dos agregados especiais apresenta um melhor desempenho quando em comparação com o teor mais elevado. A silica de linha de base tem um índice de formação de nervuras elevado, conforme o esperado. Silica com 10% de zircão apresenta nenhuma indicação de defeitos de penetração e de formação de nervuras.

Tabela 5 Penetração e Classificação de Formação de Nervuras [0049] Tem sido demonstrado que tão pouco quanto 10% do agregado de zircão selecionado pode aperfeiçoar a qualidade da fundição final, através da redução da extensão dos defeitos de penetração e de formação de nervuras e criando uma relação dimensional mais linear entre a cavidade de molde e as dimensões de fundição finais. Deve notar-se, em geral, que o efeito da mistura de areia de silica e de areias especiais é altamente dependente da entrada térmica do metal e a massa do molde que determina a taxa de aquecimento do molde e velocidade de arrefecimento associada da fundição. A reação quimica entre a base de areia e a areia especial deve ser determinada com precisão, como foi o caso com misturas de areia de silica. As entradas de calor mais elevadas nas seções de metal maiores causaram a fundição da mistura causando os defeitos de fundição.

REIVINDICAÇÕES

Claims (24)

1. Areia de fundição caracterizada por compreender uma mistura que inclui uma areia de silica e um agregado de zircão, o agregado de zircão exibindo um aumento acentuado no coeficiente de expansão térmica linear em uma faixa de temperatura acima de 1200°C.

2. Areia de fundição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a faixa de temperatura acima referida inclui inicio de aumento acentuado no coeficiente de expansão térmica linear do agregado de zircão a uma temperatura entre 1300°C e 1500°C, de preferência, entre 1325°C e 1450°C.

3. Areia de fundição, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o agregado de zircão exibe um aumento no coeficiente de expansão térmica linear a partir de, substancialmente, zero a, pelo menos, cerca de 0,010 pol/pol (cm/cm), de preferência, entre 0,020 e 0,030 pol/pol (cm/cm).

4. Areia de fundição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o agregado de zircão é tal que a mistura de areia de fundição apresenta uma magnitude reduzida do coeficiente de expansão térmica linear na transição de fase de alfa-beta silica, em comparação com areia de fundição de silica.

5. Areia de fundição, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a redução da magnitude do coeficiente de expansão térmica linear na transição de fase de alfa-beta silica é, pelo menos, 30%.

6. Areia de fundição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o agregado de zircão é tal que a mistura de areia de fundição exibe transição de fase de silica cristobalite inicial a uma temperatura inferior, em comparação com a areia de fundição de silica.

7. Areia de fundição, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a temperatura à qual a transição de fase de silica cristobalite inicial é reduzida de cerca de 1470°C a abaixo de 1300°C.

8. Areia de fundição, de acordo com qualquer um das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a proporção da areia de zircão na mistura está na faixa de 5 a 40%, de preferência, na faixa de 5 a 25%, mais de preferência, na faixa de 5 a 15%.

9. Método de fundição de um artigo em metal fundido a uma temperatura acima de 1200°C, caracterizado por compreender: formar uma única ou multipeça do molde para o artigo a partir de uma areia de fundição que compreende uma mistura que inclui uma areia de silica e um agregado de zircão, o agregado de zircão exibe um aumento acentuado no coeficiente de expansão térmica linear em uma faixa de temperatura acima de 1200°C; admitir metal fundido no molde a uma temperatura tal que, pelo menos, uma ou mais regiões da areia de fundição em contato com o metal admitido são aquecidas a uma temperatura dentro da referida faixa de temperatura; e arrefecer o molde e metal para se obter um artigo fundido.

10. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a faixa de temperatura acima referida inclui inicio do aumento acentuado no coeficiente de expansão térmica linear do agregado de zircão a uma temperatura entre 1300°C e 15Q0°C, de preferência, entre 1325 °C e 1450 °C.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o agregado de zircão exibe um aumento no coeficiente de expansão térmica linear a partir de, substancialmente, zero a, pelo menos, cerca de 0,010 pol/pol (cm/cm), de preferênia, entre 0,020 e 0,030 pol/pol (cm/cm).

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que o agregado de zircão é tal que a mistura de areia de fundição exibe uma magnitude reduzida do coeficiente de expansão térmica linear na transição de fase de alfa-beta silica, em comparação com areia de fundição de silica.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a redução da magnitude do coeficiente de expansão térmica linear na transição de fase de alfa-beta silica é de, pelo menos, 30%.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de que o agregado de zircão é tal que a mistura de areia de fundição exibe transição de fase de silica cristobalite inicial a uma temperatura inferior, em comparação com a areia de fundição de silica.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a temperatura à qual a transição de fase de silica cristobalite inicial é reduzida de cerca de 1470°C a abaixo de 1300°C.

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 15, caracterizado pelo fato de que a proporção da areia de zircão na mistura está na faixa de 5 a 40%, de preferência, na faixa de 5 a 25%, mais de preferência, na faixa de 5 a 15%.

17. Método de fundição de um artigo em metal fundido a uma temperatura acima de 1200°C, caracterizado por compreender: abastecer e/ou fornecer um agregado de zircão que exibe um aumento acentuado no coeficiente de expansão térmica linear em uma faixa de temperatura acima de 1200°C; formar uma única ou multipeça do molde para o artigo a partir de uma areia de fundição que compreende uma mistura que inclui uma areia de silica e o referido agregado de zircão; admitir metal fundido no molde a uma temperatura tal que, pelo menos, uma ou mais regiões da areia de fundição em contato com o metal admitido são aquecidas a uma temperatura dentro da referida faixa de temperatura; e arrefecer o molde e metal para obter um artigo fundido.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o agregado de zircão de origem e/ou fornecido é tal que a referida faixa de temperatura acima inclui inicio do aumento acentuado no coeficiente de expansão térmica linear do agregado de zircão a uma temperatura entre 1300°C e 1500°C, de preferência, entre 1325°C e 1450°C.

19. Método, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizado pelo fato de que o agregado de zircão de origem e/ou fornecido exibe um aumento no coeficiente de expansão térmica linear a partir de, substancialmente zero, a pelo menos, cerca de 0,010 pol/pol (cm/cm), de preferência, entre 0,020 e 0,030 pol/pol (cm/cm).

20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 19, caracterizado pelo fato de que o agregado de zircão de origem e/ou fornecido é tal que a mistura de areia de fundição exibe uma magnitude reduzida do coeficiente de expansão térmica linear na transição de fase de alfa-beta silica, em comparação com areia de fundição de silica.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a redução da magnitude do coeficiente de expansão térmica linear na transição de fase de alfa-beta silica é de, pelo menos, 30%.

22. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 21, caracterizado pelo fato de que o agregado de zircão é tal que a mistura de areia de fundição exibe transição de fase de silica cristobalite inicial inicial a uma temperatura inferior, em comparação com a areia de fundição de silica.

23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a temperatura à qual a transição de fase de silica cristobalite inicial é reduzida a partir, de cerca, de 1470°C a abaixo 1300°C.

24. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 23, caracterizado pelo fato de que a proporção da areia de zircão na mistura está na faixa de 5 a 40%, de preferência, na faixa de 5 a 25%, mais de preferência, na faixa de 5 a 15%.