Arena cromada en sistemas de unión a resina y carpetas inorgánicas para castizables
African Pegmatite es un proveedor líder de minerales de alta calidad para una gran cantidad de aplicaciones, incluyendo arena cromada que se utiliza en moldes de alta calidad para producir fundiciones de precisión cuando se mantienen unidas utilizando aglutinantes orgánicos de resina o de tipo inorgánico , entre muchos otros casos de uso.
¿Qué es Chrome Sand?
La arena cromada es cromita molida, un mineral natural que consiste en óxidos de hierro y cromo. Como mineral, la cromita es el mineral líder para la producción de cromo. Como arena cromada, es un polvo negro casi brillante, contiene cromo principalmente en el estado de oxidación +3 (y no el estado de oxidación altamente tóxico +6). La arena cromado tiene un punto de fusión de 2.040 °C, por lo que es altamente adecuado para la fundición de metal, y es "casi químicamente inerte"(1). La cromita ha encontrado uso como material refractario por ejemplo en la fundición de arena verde, además de ser un componente en Refractarios cemento, con su alto contenido en cromía asegurando un material altamente estable que es en gran parte resistente a la humectación(2). Aquí, veremos la aplicación de arena cromada con sistemas unidos de resina para aplicaciones de fundición de metal fundido.
Sistemas unidos a resina
Los sistemas unidos de resina se refieren casi exclusivamente, en términos de arena cromada, cuando la arena cromada se utiliza como componente en la producción de moldes de fundición para metales, y siempre se utiliza con algún tipo de resina como aglutinante. El tercer componente principal es un endurector, para fijar la resina y solidificar la unión. A menudo se afirma que aproximadamente 18 de todas las cromitas extraídas se utilizan con fines refractarios(3). En estos escenarios, la arena cromada es venerada por su tolerancia a altas temperaturas. Los encuadernadores, en muchos casos, son de base orgánica y suelen ser resinas. Hay algunos casos en los que se han empleado aglutinantes inorgánicos, por lo general para alcanzar una propiedad muy específica en el molde, la fundición o la eliminación del yeso. Como regla general, la concentración de Cr2O7 en arena de cromita/cromo para aplicaciones refractarias y de
fundición
no debe ser inferior a 36. A pesar de lo que se discute a continuación, algunos investigadores han declarado que el rendimiento a largo plazo a altas temperaturas de resinas, tanto orgánicas como inorgánicas, necesita más investigación(4).
La función del aglutinante es mantener físicamente el agregado unido (en este caso arena cromada, o una mezcla de arena cromada y arena de sílice convencional), la formación de enlaces químicos proporciona estabilidad a largo plazo del molde incluso a alta temperatura. Los primeros moldes de fundición emplearon aceite de núcleo para unir la arena, que finalmente fue reemplazada por aglutinantes de tipo fenol/uretano en las décadas de 1960 y 1970 para muchos tipos de metales, y aglutinantes de tipo furano principalmente para metales ferrosos solamente(5).
Hay en general dos procesos que utilizan resinas orgánicas en la fabricación de moldes de fundición; caja fría y moldeo sin hornear. El moldeo de caja fría es el proceso por el cual se deja la mezcla de arena cromada y aglutinante para curar a temperatura ambiente, produciendo el moho. El moldeo sin hornear, como el moldeo de cajas frías, no usa calor para curar. La diferencia es que en el moldeo sin hornear, la resina utilizada es un ajuste rápido y se utiliza a menudo un catalizador. Las resinas se unen químicamente al agregado, proporcionando resistencia. Estos métodos contrastan con el moldeo de arena verde en que no se utiliza arcilla, y tampoco hay antracita. También son beneficiosos para su uso para grandes fundiciones desde un punto de vista económico, ya que no es necesario asignar recursos a los procesos de calefacción. Por lo general, los moldes unidos a resina que contienen arena cromada están reservados para cuando se requiere la fundición de la más alta calidad / precisión, debido al costo general más alto que el uso de fundición de arena verde convencional - ya que la arena cromada es considerablemente más cara que la sílice / arena convencional. Un ejemplo clásico de un aglutinante de resina orgánica en sistemas de arena cromado es el furan. Se conoce la capacidad de transferencia de calor de las arenas de moldeo y las plantas modernas pueden cambiar de arena de cuarzo o sílice a arenas cromadas para obtener una mejor transferencia de calor, sin necesidad de cambiar otros aspectos de la producción como la identidad del aglutinante o la resina(6).
Cabe destacar el hecho de que los sistemas unidos a resina de arena cromada no son necesariamente sistemas de arena verde. Chrome en fundición de arena verde se trata en otra parte de este sitio web y se basa principalmente en las excelentes propiedades del cromo como material refractario.
Castizables con resina (RBC)
Los RBR se caracterizan por la resina utilizada junto a la arena, la arena cromada y otros aditivos. Son casi exclusivamente orgánicos en la naturaleza - es decir, se componen de carbono, hidrógeno y oxígeno, sin metales presentes. Los glóbulos rojos se utilizan ampliamente en toda la industria del casting. Las resinas a menudo se basan en estructuras de fenol o furano, o uretanos. Estas resinas en fundición de arena cromada han sido viables para la producción de productos fundidos a partir de aleaciones de magnesio fundido(6), titanio(7) además del hierro y acero de uso común. Las resinas orgánicas se añaden típicamente a los moldes de arena cromados en proporciones de no más de 10 en peso, con cantidades mayores que esto contribuyendo a hacer que el molde sea difícil de formar en primera instancia debido a la viscosidad, y más difícil de eliminar después de la fundición, y ciertamente no reciclable(8).
Algunos de los tipos comunes de glóbulos rojos orgánicos se describen a continuación.
Resinas fenólicas alcalinas endurecidas por éster
En este colector de RBC, el aglutinante es una resina fenólica altamente básica de baja viscosidad, combinada con un éster orgánico líquido como endurecente. Tan solo 1.4 resina en masa se puede utilizar con arena cromada. La capacidad de fundición de este método se caracteriza por un acabado "como fundido" en el metal - es decir, no se observa ninguna humectación o formación de púas rugosas de metal o arena disuelta(10). Las resinas fenólicas curadas ester han sido descritas en la literatura como excelentes en términos de consideraciones operativas, de seguridad y ambientales.
Resinas fenólicas-uretano-amina
Normalmente se utiliza con arenas de sílice puras, este proceso se puede utilizar con éxito con arenas cromadas, y es particularmente eficaz cuando se utiliza una arena mixta de sílice/cromo. Esta resina también es alcalina.
Resinas fenólicas alcalinas con dióxido de carbono
Una resina alcalina a base de fenol se utiliza con un agente de acoplamiento, que junto con la arena cromada se coloca en la caja alrededor del patrón. El dióxido de carbono sopla a través del material que causa el endurecimiento de la resina a través de una reducción del pH.
Carpetas inorgánicas
Hasta el año 2000, la gran mayoría de las aplicaciones de fundición ligadas a resina dependían únicamente de aglutinantes orgánicos sobre las inorgánicas. Las razones de esto incluyen una mejor productividad, mayor fiabilidad del proceso y mejores propiedades mecánicas en general , además de un nivel inigualable de familiaridad(11). Más frecuentes en la fundición de metales no ferrosos como el aluminio, los aglutinantes inorgánicos se han utilizado de forma rutinaria desde entonces debido a las condiciones ambientales favorables en la
fundición
y un proceso menos complejo con aluminio.
Uno de los aglutinantes inorgánicos más populares en las castas de arena cromada es el silicato de sodio, también conocido como vidrio de agua(12). El silicato de sodio tiene la clara ventaja de ser relativamente fácil de fabricar, y tiene el beneficio de ser completamente bien entendido como un aglutinante en sistemas de arena de resina, donde actúa formando un gel precipitado que actúa como un enlace adhesivo(13).
Las ventajas a menudo citadas de los aglutinantes inorgánicos son la falta de emisiones nocivas durante la fundición (en comparación con una resina orgánica, como fenólica, que se descompone al calentar) y menos mantenimiento. Por otro lado, los núcleos producidos que contienen aglutinantes inorgánicos son conocidos por su afinidad con el agua, por lo que deben almacenarse adecuadamente y debe excluirse la humedad. A diferencia de las resinas que contienen aglutinantes orgánicos, los castables de arena cromada que contienen aglutinantes inorgánicos pueden ser tratados térmicamente antes de su uso. Dicha calefacción se asocia con una mayor resistencia compresiva y mecánica en la moldeable, pero no hay cambios de resistencia apreciables en los enlaces formados entre resina y arena en un estudio no calentado frente a calentado(14). El calentamiento se puede realizar a través de un horno convencional o utilizando aparatos de calentamiento de microondas(15) y tiene un efecto de endurecimiento general - los moldes duros y de alta resistencia a menudo se asocian con mejores acabados superficiales. Un ejemplo típico de una resina aglutinante inorgánica emplearía la resina entre un 40 y un 70% en peso, junto con otros aditivos(16); con la cantidad total de aglutinante en el módulo de fundición de arena cromado no superior al 5% en peso.
Otras consideraciones
La viscosidad es uno de los parámetros clave a la hora de diseñar un sistema de resina de arena cromada. Si la mezcla necesita ser compactada, embisteada o forzada a través de un extrusor, las mezclas altamente viscosas serían subóptimas. Además, cualquier mezcla debe ser fluida en la cámara de fundición alrededor del patrón. Las resinas a menudo son el mayor contribuyente a la viscosidad(17). Como parte del equilibrio general de selección de resinas para moldes de arena cromada, es importante tener en cuenta que la permeabilidad de la resina a granel tendrá un impacto en la porosidad general de la fundición - que debe ser monitoreada para asegurar que no se alcancen niveles excesivos de porosidad(18). Además, además de la resina, los rellenos y aditivos en la mezcla de molde de arena juegan un papel, especialmente en lo que respecta a la viscosidad y la densidad general(19).
La expansión térmica es más preocupante con los aglutinantes inorgánicos debido a su naturaleza termoplástica, donde el núcleo de arena en el sistema de unión puede colapsar bajo el intenso calor y la presión ejercido por el metal fundido. Esto se puede evitar en gran medida mediante el uso de recubrimientos disponibles comercialmente para dispersar el calor de manera más eficiente(20). La investigación también ha demostrado que la expansión térmica en los sistemas unidos a resina influye activamente en el comportamiento de distorsión en caliente del sistema, tal vez intuitivamente, pero la expansión térmica general depende en gran medida de la identidad y química del material de aglutinante que se ha utilizado(21). La expansión térmica del sistema de arena y resina es un factor clave tenido en cuenta por los fundidores en todos los aspectos del proceso, desde el diseño del molde (y por lo tanto del producto) hasta la solidificación del metal líquido. Cualquier deformación potencial en el molde puede dar lugar a productos deformados, una fundición desigual o niveles significativos de defectos superficiales que necesitan ser eliminados manualmente más adelante. Fenómenos como la humectación pueden convertirse en una posibilidad más si hay una expansión térmica significativa con ciertos tipos de arena unida a la resina. Es notable, sin embargo, que como las resinas y aglutinantes no son las únicas inclusiones en una arena, otros como los materiales altamente carbonaceosos pueden estar presentes (como la antracita) que pueden pirolitos para reducir el impacto de efectos como la humectación - hasta cierto punto.
Como regla general, las propiedades mecánicas de los sistemas de moldeo de resina de arena se incrementan con una mayor cantidad de aglutinante utilizado(22), a pesar del hecho de que la mayor parte de la resina no puede ser aglutinante, por supuesto. Es posible realizar más optimizaciones en el proceso de fundición general, como mantener una distribución uniforme de los tamaños de las partículas, curar las temperaturas y otros medios(23). Se han realizado estudios computacionales para predecir las propiedades mecánicas y físicas de una fundición a base de resina cromática, optimizando para propiedades como dureza, plegable y resistencia al calor. Los autores tenían como objetivo proporcionar un método mediante el cual se pueden determinar cantidades óptimas de aglutinante, cromo y otros materiales para lograr una vía de fundición mejor adaptada.
Además de las técnicas normales de moldeo tipo caja, los investigadores han demostrado en una revisión que la impresión 3D se puede utilizar para crear moldes para procesos de fundición de arena cromada(24). Esta innovación puede producir moldes muy específicos para la fundición a precios bajos, en un proceso llamado "embarcadero de aglutinante". Una preocupación con la impresión 3D de dicha arena cromada que contiene moldes - y otros moldes - es que el exceso de niveles de agente de curado ampliará la distribución del tamaño a través de la arena que puede conducir a la formación de mesoestructuras de gran tamaño(25), que es proporcional a una disminución en la capacidad general de rodamientos de moho de arena. Las relaciones óptimas para arena cromado, aglutinantes y otros parámetros para aplicaciones de fundición se pueden determinar computacionalmente, lo que permite una mayor eficiencia en el sector en su conjunto(26). Los aglutinantes tipo furan son presuntos carcinógenos y su uso está en consideración a ser eliminados gradualmente en todo el mundo - a pesar de ser los ejemplos clásicos y más utilizados de aglutinantes de tipo resina en aplicaciones de fundición de arena.
Un inconveniente menor en el uso de arenas de cromo en el espacio fundido de fundición de acero es la formación potencial de 'corteza cromática'. Este efecto es causado por la mezcla de arena cromada, metal fundido y cualquier tipo de escoria carbonácea o gaseosa que se ha permitido mezclar debido a un molde mal curado(27). Garantizar un curado completo (tal vez por el secado del aire del ventilador) ayudará en gran parte a prevenir este defecto superficial, pero esto significa que las "resinas autocurantes" sólo podrían ser una buena opción si dicho secado está disponible. Otros fenómenos que pueden causar curado incompleto o descomposición parcial del molde incluyen la fundición en sí (debe ser capaz de soportar presiones que pueden alcanzar momentáneamente más de 10 MPa). La mala selección de resinas, aglutinantes, arenas y el equipo de fundición física puede dar lugar a una mala operación de fundición y vidas cortas para la arena misma(28).
Consultoría de óxido de manganeso
- La arena cromada se utiliza con resinas (tanto orgánicas/a base de resina como inorgánicas) para producir moldes de fundición de alta calidad para la producción de materiales fundidos de alta gama
- El método es aplicable a una variedad de metales ferrosos y no ferrosos
- Los aglutinantes orgánicos/resinosos son, con mucho, la clase de aglutinante más utilizada, siendo inorgánicos menos populares y reservados para aplicaciones no ferrosas
- Los aglutinantes a base de resina tienden a ser menos costosos en general, pero los aglutinantes inorgánicos tienen menos propiedades potencialmente dañinas asociadas a ellos
- Los encuadernadores trabajan manteniendo física y químicamente la arena cromada junto con cualquier otro aditivo
- La selección del aglutinante es sólo una parte de la historia en la creación de una mezcla de arena cromada optimizada, otros factores como la viscosidad, los aditivos y la manipulación física como la embestida deben tenerse en cuenta
La arena cromada es un mineral de cromo especialmente molido que se adapta a una amplia gama de aplicaciones refractarias, proporcionando aglutinantes vitales, rellenos y resinas para la fabricación de moldes y fundiciones de precisión. African Pegmatite es un productor y proveedor líder de arena cromada, con el fresado interno para proporcionar materiales superiores a cualquier especificación.
Referencias
1 J. O. Nriagu y E. Nieboer (eds.), Chromium in the Natural and Human Environments, Wiley-Interscience, Nueva York, 1988
2 N. McEwan et al., Chromite—A Cost-effective Refractory Raw For Refractories in various Metallurgical Applications in: Southern African Pyrometallurgy 2011, R. T. Jones and P. den Hoed (eds.), Johannesburgo, 2011
3 J. Barnhart, Reg. Toxicol. y Pharmacol., 1997, 26, 3
4 J. Thiel, Expansión Térmica de Arenas de Sílice Químicamente Enlazadas en: AFS Proceedings 2011, American Foundry Society, Schaumberg, Usa, 2011
5 D. Weiss, Advances in the Sand Casting of Aluminium Alloys en: Fundamentos de la Metalurgia del Aluminio, R. N. Lumley (ed.), Elsevier, Amsterdam, 2018
6 J. Zych et al., Arco. Metall. Mater., 2015, 60, 351
7 F. Liu et al., J. Manuf. Proc., 2017, 30, 313
8 R.M. Koch y J.M. Burns, Titanio de Moldeo en Olivine, Granate, Cromo y Zircon Rammed y Shell Molds, Departamento del Interior, Washington DC, 1979
9 R. H. Todd, D. K. Allen y L. Alting, Guía de Referencia de Procesos de Fabricación,Industrial Press Inc., Nueva York, 1994
10 J. R. Brown (ed.), Manual de Foseco Ferrous Foundryman,11º ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, 2000
11 H. Polzin, Aglutinantes Inorgánicos: para la producción de moldes y núcleos en la fundición,Schiele & Schön, Berlín, 2014
12 M. Stachowicz et al., Arco. Eng de fundición., 2017, 17, 95
13 Y. A. Owusu, Adv. Interf coloide. Sci., 1982,18, 57
14 Ł. , Arco. Metall. Mater., 2017, 62, 379
15 M. Stachowicz et al., Arco. Eng de fundición., 2016, 16, 79
16 Patente coreana KR101527909B1, 2004; y la patente canadiense CA1203966A, 1982, expiró
17 G. R. Chate et al., Silicio, 2018, 10, 1921
18 N. S. Reddy et al., J. Corea encontrada. Soc., 2014, 34, 23
19 O. S. Seidu y B. J. Kutelu, J. Min. Mater. Character Eng., 2014, 2, 507
20 F. Mück y C. Appelt, Planta de Fundición y Tecnología, 2018, 3, 12
21 J. Svidró et al., Arch. Metall. Mater., 2017, 62, 795
22 H. Khandelwal y B. Ravi, J. Manuf. Proc., 2016, 22, 127
23 A. Kumaravadivel y U. Nararajan, Int. J. Adv. Fabricante. Tecnología., 2012, 66, 695
24 T. Sivarupa et al,, J. Manuf. Proc., 2017, 29, 211
25 Z. Guo et al., Prototipado rápido. J., 2019, 26, 309
26 B. Surekha et al., Proc. Mater. Sci., 2014, 6, 919
27 A. Josan, Fenómenos de Estado Sólido, 2016, 254, 243
28 Z. Ignaszak, Arco. Eng de fundición., 2011, 11, 55
Debe estar conectado para enviar un comentario.