Características y propiedades de las arenas La arena es un conjunto de partículas de rocas disgregadas. En geología se denomina arena al material compuesto de partículas cuyo tamaño varía entre 0,063 y 2 milímetros (mm). Las arenas de moldeo llevan a cabo un estudio, ya que con estas se fabrican moldes que conllevan a un desarrollo efectivo de piezas fundidas con excelentes propiedades, que garanticen un buen llenado del molde y un eficiente acabado superficial. Las características que se estudian sobre las arenas son:
La granulometría de la arena Forma de los granos de arena Porcentaje de humedad Densidad aparente Contenido de arcilla.
La granulometría constituye una de las principales propiedades físicas de las arenas de moldeo que impacta directamente sobre la resistencia y el producto final fundido, a esto se le suma la forma del grano, ya que se encuentran clasificadas dentro de algunos parámetros impuestos por el comité de la división de arenas AFS. La humedad por su parte es una característica muy importante a la hora de realizar el proceso de moldeo, debido a que esta es la que se encarga de definir las variables que rigen el comportamiento del molde a la hora de realizar la colada. La humedad excesiva provoca en la pieza oxidación y mala evacuación de gases, mientras que el otro extremo no alcanza la resistencia necesaria para que la arena se compacte. La densidad aparente de una arena se relaciona con la compactibilidad de las arenas, e indica cuanto es capaz la arena de reducir su nivel y está relacionada directamente con la humedad de la pieza. El contenido de arcilla es fundamental a la hora de estudiar la resistencia en verde, es decir antes de la colada, por ello a mayor contenido de arcilla, mayor capacidad tendrá la arena de formar un molde.
Clasificación de la arena Según su composición química de la arena podemos clasificarlo como:
Arena silica El más común de los minerales utilizados en la fundición para producir o moldes y corazones da la silica, su forma más común el mineral de cuarzo, algunas de las razones de la popularidad de su uso son las siguientes: La más abundante en la naturaleza. De fácil extracción y universal localización. Bajo costo de producción. Dureza y resistencia a la absorción satisfactoria. Disponible en una amplia variedad de tamaño de grano y forma. Resistencia al metal y al ataque acido de la escoria adecuado. Conocida como un excelente refractario y excelente resistencia al calor. Arena de olivina Existe en Estados Unidos. En Washington y carolina del norte, su material o madre es el mineral forsterita (mg2sio4) y fayalita (fe2sio4), para uso de fundición se selecciona e mineral con mayor porcentaje deforsterita, después es pasada a través de un lavado para pulir las aristas. Menor expansión térmica que la silica. Mayor conductividad térmica que la silica. Arena de zirconio: o Aunque su localización es a nivel mundial, esta se encuentra en pequeñas proporciones, los depósitos comerciales están localizados en florida y Australia: Altamente refractaria. Alta conductividad térmica. Alta densidad. Baja expansión térmica. Arena cromita: o Los depósitos comerciales están local izados principalmente en Sudáfrica y requiere de largos procesos para poder ser utilizada en fundición: Alta densidad. Alta refractariedad. Difícil de humectar por el metal. Muy estable y difícil de romper o descomponerse. Baja expansión térmica.
Otro tipo de arenas para moldeo según estas clasificaciones:
Arena Verde: Es una arena húmeda, es decir, que se ha secado. o Arena seca: Es aquella a la que se le ha eliminado toda la humedad antes de efectuar o la colada, mediante el secado de enfurtas. La arena seca es una mezcla de arena de sílice seca, fijada con otros materiales que no sea la arcilla usando adhesivos de curado rápido. Antes de la colada, el molde se seca a elevada temperatura (entre 200 y 300ºC). De este modo se incrementa la rigidez del molde, lo que permite fundir piezas de mayor tamaño, geometrías más complejas y con mayor precisión dimensional y mejor acabado superficial. Arenas de revestimiento o de contacto: o Es la que se apisona contra la cara del moldeo y una vez extraído este, formará la capa interna del molde. Arena de relleno: o Procede de los moldes ya colados y vuelve nuevamente a utilizarse después de preparada para rellenar el molde durante el moldeado.
Prueba de Propiedades de las arenas 1. Humedad 2. Contenido de arcilla 3. Permeabilidad 4. Resistencia 5. Refractariedad 6. Dureza
Preparación de muestras
A) Tomar tres paladas. B) Formar un monto de arena y homogenizar. C) Aplastar la arena con el revés de la pala y dividirla en cuatro partes. D) Eliminar dos de las partes del montón. E) Repetir B, C y D hasta obtener una cantidad necesaria para las mediciones.
Preparación de probetas Es de forma cilíndrica: 2” de diámetro y de longitud
Se obtiene por medio de un apisonador. El cual contiene un pinzón que comprime la arena contenida dentro de un recipiente cilíndrico, el cual consiste en un pinzón que comprime la arena contenida dentro de un recipiente cilíndrico. Instrumento para apisonar la probeta de norma AFS
Componente tubular para comprimir la probeta de norma AFS .
2”
2”
Dimensiones de la probeta
Análisis granulométrico
Los tamices mantienen una relación fija. Se utiliza 50 gramos secos. Se agita aprox. 15 minutos.
Tamaño de la muestra: 50 gramos Contenido en arcilla AFS 5,9 gamos ó 11,3% Granos de arena: 44.1 gramos ó 88,2% Núm. equiv. de la serie E.U.A. 6 12 20 30 40 50 70 100 140 200 270 Charola Total
Cantidad de la muestra de 50 gramos retenida en el tamiz Gramos Por ciento ninguno 0 ninguno 0 ninguno 0 ninguno 0 0,2 0,4 0,65 1,3 1,2 2,4 2,25 4,5 8,55 17,1 11,05 22,1 10,9 21,8 9,3 18,6 44,1
68,2
Multiplicador 3 5 10 20 30 40 50 70 100 140 200 300
Producto 0 0 0 0 12 52 120 315 1,71 3,094 4,36 5,58 15,243
Número de finura de grano AFS=Producto total / Porcentaje total=15,243/88,2=173
Determinación de la arcilla
1. Tomar 50 gramos, se seca. 2. Mezcla con 47 cc de agua + 25 cc de NaOH. 3. Se lleva a un agitador eléctrico. Se realiza un lavado: 1. Agitar 5 min y eliminar la solución utilizando un sifón (hasta 1”). 2. Agregar agua destilada hasta 6” y agitar 5 min. 3. Dejar asentar y eliminar agua utilizando el sifón. 4. Repetir 2 y 3 hasta que el agua salga clara. 5. Se seca, se pesa y se obtiene el % de arcilla.
Permeabilidad
- Probeta normal
Muestra Sellos de mercurio
- Presión 10 gr/cm 2 - 2000 cc de aire Se toma el tiempo
P P
P
v.h p . a .t 50.1
2
gr / cm presiòn min . 300
2
gr / cm presionseg
Entrada de aire
Dureza
Prueba Brinell Una carga de 237 gramos aplicada al indentador debe mover el indicador libremente a 100. una carga de 100 gramos debe indicar 1.27 mm (0.05 pulgadas) o una dureza de 50. El instrumento que se muestra a continuación tiene un indentador con un radio de 12.5 mm. Se requiere una carga total de 980 gramos para mover el indentador 2.54 mm.
TIPO DE MOLDE
DUREZA
Muy blando
20-40
Blando
40-50
Mediano
50-70
Duro
70-85
Muy Duro
85-100
Resistencia
Sistema de resorte Tornillo
Probeta de arena
Manivela
Tuerca fija
Resorte
Mordaza fija
