Il tuo primo stampo di sabbia verde si è sbriciolato quando hai provato a rimuovere il modello. La miscela di sabbia sembrava giusta – teneva insieme quando la schiacciavi – ma c'era qualcosa che non andava nella formula. Non sei sicuro di aver aggiunto troppa argilla, poca acqua o se la granulometria della sabbia di base è sbagliata.
La sabbia verde è composta da quattro componenti essenziali: sabbia silicea (75-85%), argilla bentonitica (5-11%), acqua (2-4%) e polvere di carbone o antracite (<1%). Ogni ingrediente svolge una funzione specifica e un rapporto errato può causare stampi difettosi, fusioni grezze o difetti di penetrazione del metallo.
La sabbia verde è una miscela di stampaggio non indurita che rimane umida durante il processo di fusione del metallo, utilizzando leganti argillosi attivati dall'umidità per tenere insieme i granelli di sabbia senza richiedere la polimerizzazione a caldo o l'indurimento chimico.
Il termine "verde" non si riferisce al colore. Descrive lo stato di umidità della sabbia, in modo simile a come "legno verde" indica il legname appena tagliato e non ancora essiccato. La sabbia verde rimane umida grazie alla miscelazione attraverso la rimozione dei motivi, mantenendo la sua resistenza alla modellazione grazie ai legami argilla-acqua.
La miscela deve soddisfare tre requisiti contrastanti. Deve essere sufficientemente resistente da mantenere la forma durante la manipolazione dello stampo. Deve essere sufficientemente permeabile da consentire la fuoriuscita dei gas di combustione durante la colata. Deve essere sufficientemente refrattaria da resistere alle temperature del metallo fuso senza sinterizzare o fondersi con la superficie di colata.
Sbagliando la composizione, lo vedrete immediatamente nei vostri getti. Troppa argilla conferisce un'elevata resistenza a crudo, ma chiude i pori: i gas di combustione non possono fuoriuscire, creando sfiatatoi e porosità. Troppa poca argilla fa sì che lo stampo si sfaldi durante la manipolazione o si sposti durante la colata, causando problemi dimensionali.
La sabbia verde combina quattro materiali distinti, ognuno dei quali svolge un ruolo fondamentale nella creazione di stampi che resistono alle temperature del metallo fuso, producendo al contempo getti puliti con valori accettabili finitura superficiale.
La sabbia silicea (SiO₂) costituisce lo scheletro strutturale della miscela di sabbia verde, fornendo la massa refrattaria che mantiene la sua forma a temperature di fusione fino a 1,600 °C, mantenendo al contempo la permeabilità necessaria per la fuoriuscita del gas.
La sabbia di base fa il grosso del lavoro. Fornisce la massa volumica, la massa termica e la struttura di base. Tutto il resto – argilla, acqua e additivi – serve a far sì che questi granelli di sabbia si attacchino tra loro e funzionino meglio.
La dimensione della grana determina la finitura superficiale del getto:
La sabbia fine (AFS 70-100, granulometria 150-220 μm) produce getti lisci con un'eccellente definizione superficiale. La utilizzerete per pezzi piccoli e complessi in cui la qualità della finitura è importante. Tuttavia, la sabbia fine richiede una maggiore quantità di legante, a volte fino al 9-11% di bentonite, perché si tratta di rivestire una superficie più ampia.
La sabbia media (AFS 50-70, granulometria 220-335 μm) bilancia la finitura superficiale con la permeabilità e la richiesta di legante. Questa è la granulometria ideale per la fusione di ghisa e acciaio in generale. La maggior parte delle fonderie opera in questo intervallo perché gestisce qualsiasi cosa, dalle piccole staffe ai componenti di motori di medie dimensioni.
La sabbia grossolana (AFS 40-50, granulometria 335-425 μm) offre la massima permeabilità con requisiti minimi di legante. Otterrete una finitura superficiale più ruvida, ma potrete cavarvela con solo il 5-7% di bentonite. La sabbia grossolana è ideale per getti grandi e pesanti, in cui è più importante una buona ventilazione dei gas che superfici lisce.
Quando utilizzare sabbie speciali al posto della silice:
| Tipo di sabbia | Dimensione del grano | Dilatazione termica | refrattarietà | Ideale per | Costo vs Silice |
|---|---|---|---|---|---|
| Silica | 150-425 μm | Alta (1.2-1.5%) | 1,650 ° C | Fusione generale di ghisa/alluminio | 1× (linea di base) |
| Olivina | 200-400 μm | Molto basso (0.3%) | 1,800 ° C | Fusione di acciaio, controllo termico | 2-3× |
| cromite | 180-350 μm | Basso (0.5%) | 2,150 ° C | Punti caldi, sabbia di fronte all'acciaio | 4-6× |
| Zircon | 150-300 μm | Molto basso (0.4%) | 2,200 ° C | Grandi getti in acciaio/acciaio inossidabile | 8-12× |
L'argilla bentonitica agisce come adesivo che tiene insieme i granelli di sabbia, formando ponti di argilla microscopici tra le particelle quando viene attivata dall'acqua, per creare la resistenza verde di cui lo stampo ha bisogno per essere maneggiato e versato.
Senza argilla, avresti un mucchio di sabbia sciolta che si sgretola nel momento in cui provi a rimuovere il motivo. L'argilla è ciò che rende la sabbia verde "verde": è il principio attivo che conferisce forza coesiva e modellabile senza bisogno di calore.
Due tipi di bentonite hanno prestazioni molto diverse:
| Immobili | Bentonite di sodio (occidentale) | Bentonite di calcio (meridionale) |
|---|---|---|
| Assorbimento dell'acqua | Alto (200-300% in peso) | Moderato (100-150% in peso) |
| Capacità di gonfiaggio | Alta viscosità, elevato rigonfiamento | Minore viscosità, minore rigonfiamento |
| Forza verde | Adeguata | Maggiore |
| Resistenza a secco | Maggiore | Abbassare |
| Forza calda | Più alto (critico per l'acciaio) | Abbassare |
| Facilità di riflessione | Richiede più lavoro | Più facile da mescolare |
| Ideale per | Fusione di ferro e acciaio | Alluminio, ottone, bronzo |
| Costo | Tipicamente più alto | Tipicamente inferiore |
L'acqua attiva le proprietà leganti dell'argilla bentonitica, creando la consistenza plastica e modellabile che conferisce alla sabbia verde la sua forza coesiva e funge da mezzo per il legame delle particelle di argilla in tutta la miscela.
L'argilla non funziona senza acqua. La bentonite secca è solo polvere. Aggiungi acqua e si trasforma in un gel che ricopre i granelli di sabbia e crea una forza legante.
La polvere di carbone crea una barriera protettiva di carbonio durante la colata tramite pirolisi, generando monossido di carbonio che impedisce l'ossidazione del metallo e forma un sottile strato di carbonio tra il metallo fuso e la sabbia, eliminando i difetti di bruciatura.
Questo componente è rilevante solo per i metalli ferrosi, ovvero ferro e acciaio. Le fonderie di alluminio e ottone lo evitano completamente perché i metalli non ferrosi non presentano gli stessi problemi di ossidazione e bruciatura.
Le formule della sabbia verde variano in base al tipo di metallo e ai requisiti di fusione, poiché ogni applicazione richiede specifici equilibri di resistenza, permeabilità e refrattarietà per produrre fusioni sane e prive di difetti.
Queste formule rappresentano i punti di partenza tipici utilizzati in tutto il settore. La tua fonderia potrebbe modificarle in base alle attrezzature di stampaggio, alle dimensioni del getto, alla temperatura di colata del metallo e ai requisiti di qualità.
| Applicazioni | Sabbia di base | Sabbia % | Bentonite % | Acqua % | Polvere di carbone % | Grano AFS | Note |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ghisa grigia (generale) | Silica | 82-85% | 7-9% | 3-3.5% | 0.5-0.8% | 50-60 | Formula di prova per blocchi motore e corpi pompa |
| Ferro duttile | Silica | 80-83% | 8-10% | 3.5-4% | 0.8-1.2% | 55-65 | Maggiore rapporto argilla/acqua per una migliore resistenza dello stampo |
| Fusione di acciaio | Rivestimento in olivina o cromite | 78-82% | 8-10% | 3-3.5% | 1.0-1.5% | 45-55 | Polvere di carbone più elevata per prevenire la combustione |
| Leghe di alluminio | Silice o Olivina | 85-88% | 5-7% | 2.5-3% | Nona | 60-80 | Argilla inferiore, senza polvere di carbone, grana più fine |
| Ottone / Bronzo | Silica | 84-87% | 6-8% | 2.8-3.2% | Nona | 50-70 | Simile all'alluminio, granulometria moderata |
| Acciaio inossidabile | Zircone o cromite | 75-80% | 9-11% | 3-4% | 1.2-1.8% | 40-50 | Sabbia di prima qualità, massimo di additivi |
