Fundición de Metales: Proceso, Aleaciones, Defectos y Acabado

1. ¿Por qué se debe empezar a fundir el metal de mayor temperatura de fusión al preparar una aleación? Porque así aseguramos que se derrita completamente antes de añadir el resto de componentes de la aleación y porque se puede controlar mejor el proceso y ayudar a que el resto de componentes se mezclen de manera uniforme.

2. ¿Qué misión tienen los inoculantes en las aleaciones? Varían la microestructura de la aleación solidificada. Efectos:

• Afinar el grano, promoviendo la nucleación en el metal fundido. Para este fin se emplean adiciones de aluminio, titanio...
• Favorecer la grafitización de la fundición gris, evitando el endurecimiento.
• Alterar la forma del grafito en las fundiciones haciendo que se obtenga una forma esférica, dando así una fundición dúctil.

5. ¿Cuáles son los elementos fundamentales de un sistema de distribución? ¿Qué misión desempeña cada uno de ellos?

1. Cono de colada o cavidad de vertido: Encargado de recibir el metal de la cuchara y dirigirlo al bebedero, garantizando la alimentación uniforme del molde. Su misión es:

   1. Facilitar el vertido del metal de la cuchara, manteniendo el flujo necesario.
   2. Reducir al mínimo la turbulencia y los remolinos.
   3. Separar la escoria del metal antes de que entre al bebedero.
   4. Atenuar el golpe del chorro del metal líquido contra el molde.

2. Filtros de arena o de material refractario: Para evitar la entrada de la escoria y regular la velocidad.

3. Bebedero: Encargado de recoger el metal de la cavidad de vertido y conducirlo a los canales de colada.

4. Canal de colada o de distribución: Consta de uno o más conductos, que reciben el metal del bebedero y lo conducen a las entradas o ataques. El canal de colada también puede actuar de colector de escorias.

   Cavidad de vertido

5. Ataques: Son los últimos elementos del sistema de distribución e introducen el metal en la cavidad del molde. Su número y disposición depende del tamaño y de la forma de la pieza.

6. ¿En qué consiste el régimen de circulación laminar? ¿Y el turbulento? ¿Cómo se determina cada uno de ellos? Un metal líquido fluye por un conducto en régimen laminar cuando sus átomos describen trayectorias que no se entrecruzan y en los puntos de la vena líquida, la velocidad es siempre la misma. Sin embargo, el régimen de flujo es turbulento cuando las trayectorias de los átomos se entrecruzan y forman torbellinos o remolinos. El tipo de flujo de un metal líquido viene determinado por el valor de su número de Reynolds.

7. ¿Qué variables relaciona la ecuación de la continuidad en el cálculo de los canales de distribución?

Ecuación de continuidad: Según ella, si por un conducto completamente lleno circula un metal líquido, el volumen que pasa en la unidad de tiempo por cualquier sección, es el mismo, o sea: G=S1 V1=S2V2 e G = gasto del metal; S1 = sección transversal del conducto en el punto 1 y S2, en el punto 2; v1 = velocidad del metal en el punto 1 y v2 en el punto 2. Según esta ecuación las velocidades con que circula el metal líquido en un conducto, son inversamente proporcionales a las secciones transversales de éste.

8. ¿Cómo se determina la cantidad de metal necesario para la colada de la pieza? ¿Cómo se determina el rendimiento de fundición? Masa del metal de una pieza fundida Mf=Mp(Masa pieza)+Md(masa conductos de distribución) +Ms (masa que se adiciona como margen de seguridad) se estima que es entre un 5 y 10% de Mp+Md. El rendimiento de la fundición se define como la relación entre la cantidad de metal para obtener la pieza Mp y la cantidad total Mf, P=Mp/Mf

9. ¿Cuál es la forma ideal de una mazarota? ¿Es realizable en la práctica? ¿Qué formas se adoptan? ¿Cómo se determinan sus dimensiones? La mazarota ideal es la que tiene una forma tal que su módulo de enfriamiento es máximo, con lo cual la forma esférica es la que cumple esta condición, pero al obtenerla en la práctica tendremos dificultades. Por ello se adopta en su lugar la forma cilíndrica.

Siempre que consigamos retardar la solidificación del metal en la mazarota podremos reducir sus dimensiones. Para ello hay algunos procedimientos:

• Construir mazarotas con manguitos aislantes
• Recubrir la superficie libre del metal en la mazarota con materiales aislantes

Operaciones de Acabado, Defectos e Inspección de Piezas Fundidas

Operaciones de Acabado:

Desmoldeo: Es la operación en la cual las piezas se extraen del molde. La duración del enfriamiento depende de la naturaleza del molde y del volumen del metal colado.

Máquinas vibradoras: Constan de una parrilla robusta sometida a vibración mecánica, encima de ella se colocan las cajas de moldeo después de la colada. La vibración hace que la arena caiga sobre una cinta transportadora que la envía a la sección de recuperación.

Máquinas de extracción por sacudidas: Constan de una parrilla sometida a percusión, que hace que la arena de las cajas se caiga a una cinta que la traslada al sistema de recuperación.

Desarenado: Se retira de la superficie de la pieza cualquier traza de arena u otras impurezas. Se pueden emplear: Cepillos de alambre, tambores o cubas de frotación, chorro a presión (de aire, de agua, de arena y agua a presión).

Desbarbado: Mediante esta operación se eliminan las piezas de los canales de colada, mazarotas y rebabas. Se utilizan: limas, cizallas, sierras...

Piezas desmochadas: Si no se toman precauciones en el desmoldeo y desbarbado, pueden romperse los conductos de colada y arrancarle un trozo a la pieza, haciéndola inservible.

Acabado final: Para tener un mejor acabado: Alisar las superficies y eliminar excesos de metal. Mejorar el aspecto superficial mediante pulido, cepillado y bruñido.

Defectos:

Defectos por la contracción: Disminución de volumen que experimenta la aleación de líquido a sólido. (Rechupado; Tensiones internas, roturas, grietas y deformaciones; Eliminación o estabilización de tensiones en las piezas).

Defectos debido a los gases: Durante la colada de la aleación, en el molde se produce un desprendimiento gaseoso.

Inclusiones: Partículas extrañas procedentes de las impurezas que inevitablemente se encuentran en el metal.

Heterogeneidades de tipo químico: Segregaciones, consecuencia del proceso de solidificación, las aleaciones en estado sólido presentan heterogeneidad. (Segregaciones directa, inversa y vertical).

Gotas frías: Gotas que salpican, se oxidan y solidifican bruscamente.

Defectos debidos a la colabilidad: Mayor o menor aptitud de una aleación para llenar el molde.

Defectos debido a la aleación fría: Existe el peligro de que el molde no se llene totalmente y la pieza salga incompleta.

Defectos debido a incorrecciones en el moldeo o al empleo de arenas inadecuadas: Variaciones, Rebabas de unión o costuras, Vitrificación, Crestas.

Clasificación internacional de los defectos de fundición.

Inspección:

Inspección de las piezas fundidas: Las piezas deben cumplir las condiciones que se especifiquen en el pliego de condiciones. Antes de ser entregadas al cliente deben someterse a una inspección. Examen visual, Control de dimensiones, Prueba de sonoridad, Ensayos no destructivos (defectos superficiales e internos), Examen metalográfico, Ensayos mecánicos, Análisis químico, Acabado superficial.