Un defecto de fundición es una irregularidad no deseada en un proceso de fundición de metales . Algunos defectos se pueden tolerar mientras que otros se pueden reparar, de lo contrario deben eliminarse. Se dividen en cinco categorías principales: porosidad por gas , defectos de contracción , defectos del material del molde , defectos de vertido del metal y defectos metalúrgicos . [1]
Los términos "defecto" y "Las discontinuidades se refieren a dos cosas específicas y separadas en las piezas fundidas. Los defectos se definen como condiciones en una pieza fundida que deben corregirse o eliminarse, o la pieza fundida debe rechazarse. Las discontinuidades, también conocidas como "imperfecciones", se definen como "interrupciones en la continuidad física de la pieza fundida". Por lo tanto, si la pieza fundida es menos que perfecta, pero aún útil y dentro de la tolerancia, las imperfecciones deben considerarse "discontinuidades". [2]
Existen muchos tipos de defectos que resultan de muchas causas diferentes. Algunas de las soluciones a ciertos defectos pueden ser la causa de otro tipo de defecto. [3]
Los siguientes defectos pueden ocurrir en fundiciones en arena . La mayoría de ellos también ocurren en otros procesos de fundición.
Los defectos de contracción pueden ocurrir cuando no se dispone de metal de alimentación estándar para compensar la contracción a medida que el metal grueso se solidifica . Los defectos de contracción tendrán una apariencia irregular o lineal. Los defectos de contracción generalmente ocurren en la parte de corte o de arrastre de la fundición. [4] Los defectos de contracción se pueden dividir en dos tipos diferentes: defectos de contracción abiertos y defectos de contracción cerrados . Los defectos de contracción abiertos están expuestos a la atmósfera , por lo tanto, a medida que se forma la cavidad de contracción, el aire compensa. Hay dos tipos de defectos al aire libre: tuberías y superficies hundidas . Las tuberías se forman en la superficie de la fundición y se entierran en la fundición, mientras que las superficies hundidas son cavidades poco profundas que se forman a lo largo de la superficie de la fundición. [5]
Los defectos de contracción cerrados, también conocidos como porosidad por contracción , son defectos que se forman dentro de la fundición. Se forman charcos aislados de líquido dentro del metal solidificado, que se denominan puntos calientes . El defecto de contracción generalmente se forma en la parte superior de los puntos calientes. Requieren un punto de nucleación , por lo que las impurezas y el gas disuelto pueden inducir defectos de contracción cerrados. Los defectos se dividen en macroporosidad y microporosidad (o microcontracción ), donde la macroporosidad se puede ver a simple vista y la microporosidad no. [5] [6]
La porosidad de gas es la formación de burbujas dentro de la fundición después de que se ha enfriado. Esto ocurre porque la mayoría de los materiales líquidos pueden contener una gran cantidad de gas disuelto, pero la forma sólida del mismo material no puede, por lo que el gas forma burbujas dentro del material a medida que se enfría. [7] La porosidad de gas puede presentarse en la superficie de la fundición como porosidad o el poro puede quedar atrapado dentro del metal, [8] lo que reduce la resistencia en esa vecindad. El nitrógeno , el oxígeno y el hidrógeno son los gases más encontrados en los casos de porosidad de gas. [6] En las fundiciones de aluminio, el hidrógeno es el único gas que se disuelve en cantidad significativa, lo que puede dar lugar a la porosidad de gas hidrógeno . [9] Para las fundiciones que pesan unos pocos kilogramos, los poros suelen tener un tamaño de 0,01 a 0,5 mm (0,00039 a 0,01969 pulgadas). En fundiciones más grandes, pueden tener hasta un milímetro (0,040 pulgadas) de diámetro. [8]
Para evitar la porosidad del gas, el material puede fundirse al vacío, en un entorno de gases de baja solubilidad, como el argón [10] o el dióxido de carbono [11] , o bajo un fundente que evite el contacto con el aire. Para minimizar la solubilidad del gas, las temperaturas de sobrecalentamiento pueden mantenerse bajas. La turbulencia al verter el metal líquido en el molde puede introducir gases, por lo que los moldes a menudo se aerodinamizan para minimizar dicha turbulencia. Otros métodos incluyen la desgasificación al vacío , la limpieza con gas o la precipitación. La precipitación implica la reacción del gas con otro elemento para formar un compuesto que formará una escoria que flota en la parte superior. Por ejemplo, el oxígeno se puede eliminar del cobre añadiendo fósforo ; se puede añadir aluminio o silicio al acero para eliminar el oxígeno. [7] Una tercera fuente consiste en reacciones del metal fundido con grasa u otros residuos en el molde.
El hidrógeno se produce por la reacción del metal con la humedad o la humedad residual en el molde. El secado del molde puede eliminar esta fuente de formación de hidrógeno. [12]
A veces, la porosidad por gas puede ser difícil de distinguir de la microcontracción porque las cavidades de microcontracción también pueden contener gases. En general, se formarán microporosidades si la fundición no se eleva adecuadamente o si se funde un material con un amplio rango de solidificación. Si no se da ninguno de estos casos, lo más probable es que la porosidad se deba a la formación de gas. [13]
Las pequeñas burbujas de gas se denominan porosidades, pero las burbujas de gas más grandes se denominan sopladores [14] o ampollas . Dichos defectos pueden ser causados por aire arrastrado en la masa fundida, vapor o humo de la arena de fundición u otros gases de la masa fundida o del molde. (Los agujeros de vacío causados por la contracción del metal (ver arriba) también pueden denominarse vagamente "soplos"). Las prácticas adecuadas de fundición, incluida la preparación de la masa fundida y el diseño del molde, pueden reducir la aparición de estos defectos. Debido a que a menudo están rodeados por una capa de metal sano, los sopladores pueden ser difíciles de detectar, requiriendo análisis armónico, ultrasónico , magnético o de rayos X (por ejemplo, tomografía computarizada industrial ).
Los defectos de vertido de metal incluyen errores de vertido , cierres en frío e inclusiones . Un error de vertido ocurre cuando el metal líquido no llena completamente la cavidad del molde, dejando una porción sin llenar. Los cierres en frío ocurren cuando dos frentes de metal líquido no se fusionan correctamente en la cavidad del molde, dejando un punto débil. Ambos son causados por una falta de fluidez en el metal fundido o secciones transversales que son demasiado estrechas. La fluidez se puede aumentar cambiando la composición química del metal o aumentando la temperatura de vertido. Otra posible causa es la contrapresión de cavidades de molde mal ventiladas. [15]
Los errores de colada y los cierres en frío están estrechamente relacionados y ambos implican la congelación del material antes de llenar completamente la cavidad del molde. Este tipo de defectos son graves porque el área que rodea el defecto es significativamente más débil de lo previsto. [16] La capacidad de colada y la viscosidad del material pueden ser factores importantes en estos problemas. La fluidez afecta el espesor mínimo de la sección que se puede colar, la longitud máxima de las secciones delgadas, la finura de los detalles factibles de colar y la precisión del llenado de las extremidades del molde. Hay varias formas de medir la fluidez de un material, aunque normalmente implica utilizar una forma de molde estándar y medir la distancia que fluye el material. La fluidez se ve afectada por la composición del material, la temperatura o el rango de congelación, la tensión superficial de las películas de óxido y, lo más importante, la temperatura de vertido. Cuanto mayor sea la temperatura de vertido, mayor será la fluidez; sin embargo, las temperaturas excesivas pueden ser perjudiciales, provocando una reacción entre el material y el molde; en los procesos de colada que utilizan un material de molde poroso, el material puede incluso penetrar en el material del molde. [17]
El punto en el que el material no puede fluir se denomina punto de coherencia . Este punto es difícil de predecir en el diseño de moldes porque depende de la fracción sólida, la estructura de las partículas solidificadas y la tasa de deformación por cizallamiento local del fluido. Por lo general, este valor varía entre 0,4 y 0,8. [18]
Una inclusión es una contaminación metálica de escoria , si es sólida, o de escoria , si es líquida. Por lo general, se trata de impurezas en el metal vertido (generalmente óxidos , con menor frecuencia nitruros , carburos o sulfuros ), material erosionado de los revestimientos del horno o de la cuchara, o contaminantes del molde. En el caso específico de las aleaciones de aluminio, es importante controlar la concentración de inclusiones midiéndolas en el aluminio líquido y tomando medidas para mantenerlas en el nivel requerido.
Hay varias maneras de reducir la concentración de inclusiones. Para reducir la formación de óxido, el metal se puede fundir con un fundente , al vacío o en una atmósfera inerte . Se pueden añadir otros ingredientes a la mezcla para hacer que la escoria flote hacia la parte superior, donde se puede retirar antes de verter el metal en el molde. Si esto no es práctico, se puede utilizar una cuchara especial que vierta el metal desde abajo. Otra opción es instalar filtros cerámicos en el sistema de compuertas. De lo contrario, se pueden formar compuertas de remolino que arremolinan el metal líquido a medida que se vierte, forzando las inclusiones más ligeras al centro y manteniéndolas fuera de la fundición. [19] [20] Si parte de la escoria se pliega en el metal fundido, se convierte en un defecto de arrastre .
Hay dos defectos en esta categoría: desgarros calientes y puntos calientes . Los desgarros calientes, también conocidos comoLas grietas en caliente [ 21] son fallas en la fundición que ocurren cuando esta se enfría. Esto sucede porque el metal es débil cuando está caliente y las tensiones residuales en el material pueden hacer que la fundición falle cuando se enfría. Un diseño adecuado del molde evita este tipo de defecto. [3]
Los puntos calientes son secciones de la pieza fundida que se han enfriado más lentamente que el material circundante debido a que tienen un mayor volumen que el material circundante. Esto provoca una contracción anormal en esta región, lo que puede generar porosidad y grietas. Este tipo de defecto se puede evitar con prácticas de enfriamiento adecuadas o modificando la composición química del metal. [3] Otros métodos para minimizar los desgarros por calor son no sobrecalentar el material de fundición y aumentar la temperatura del molde. [22]
En la fundición a presión, los defectos más comunes son los errores de funcionamiento y los cierres en frío . Estos defectos pueden ser causados por matrices frías, baja temperatura del metal, metal sucio, falta de ventilación o exceso de lubricante. Otros posibles defectos son la porosidad por gas, la porosidad por contracción, los desgarros por calor y las marcas de flujo. Las marcas de flujo son marcas que quedan en la superficie de la fundición debido a una mala entrada, esquinas afiladas o exceso de lubricante. [23]
Una grieta facial longitudinal es un tipo de defecto especializado que solo se produce en los procesos de colada continua . Este defecto es causado por un enfriamiento desigual, tanto primario como secundario , e incluye cualidades del acero fundido, como una composición química fuera de especificación, limpieza del material y homogeneidad .
La fundición en arena tiene muchos defectos que pueden ocurrir debido a fallas del molde. El molde suele fallar por una de dos razones: se utiliza el material incorrecto o se apisona de manera incorrecta . [24]
El primer tipo es la erosión del molde , que es el desgaste del molde a medida que el metal líquido llena el molde. Este tipo de defecto generalmente solo ocurre en fundiciones en arena porque la mayoría de los otros procesos de fundición tienen moldes más robustos. Las fundiciones producidas tienen puntos rugosos y exceso de material. La arena de moldeo se incorpora al metal de fundición y disminuye la ductilidad , la resistencia a la fatiga y la tenacidad a la fractura de la fundición. Esto puede ser causado por una arena con muy poca resistencia o una velocidad de vertido demasiado rápida. La velocidad de vertido se puede reducir rediseñando el sistema de compuertas para usar canales más grandes o múltiples compuertas. [24] [25] Una fuente relacionada de defectos son las gotas , en las que parte de la arena de moldeo de la parte superior cae en la fundición mientras aún es líquida. Esto también ocurre cuando el molde no se apisona correctamente. [26]
El segundo tipo de defecto es la penetración del metal , que se produce cuando el metal líquido penetra en la arena de moldeo. Esto provoca un acabado superficial rugoso . Esto es causado por partículas de arena demasiado gruesas, falta de lavado del molde o temperaturas de vertido demasiado altas. [26] Una forma alternativa de penetración del metal en el molde, conocida como veteado, es causada por el agrietamiento de la arena.
Si la temperatura de vertido es demasiado alta o se utiliza una arena con un punto de fusión bajo , la arena puede fundirse con la pieza fundida. Cuando esto sucede, la superficie de la pieza fundida producida tiene un aspecto frágil y vítreo. [26]
Se produce una fuga cuando el metal líquido se escapa del molde debido a un molde o matraz defectuoso . [26]
Las costras son una fina capa de metal que sobresale de la pieza fundida. Son fáciles de quitar y siempre dejan al descubierto unahebilla debajo, que es una hendidura en la superficie de fundición.Las colas de rata son similares a las hebillas, excepto que son hendiduras de línea fina y no están asociadas con costras. Otro defecto similar espulldowns , queson pandeos que se producen en la parte superior de las piezas fundidas en arena. Todos estos defectos son de naturaleza visual y no son motivo para desechar la pieza de trabajo.[27]Estos defectos son causados por temperaturas de vertido demasiado altas o deficiencias dematerialcarbonoso[26]
Se produce una hinchazón cuando la pared del molde cede en toda su superficie y es causada por un molde apisonado incorrectamente. [26]
El efecto de quemado se produce cuando los óxidos metálicos interactúan con las impurezas de las arenas de sílice. El resultado son partículas de arena incrustadas en la superficie de la pieza fundida terminada. Este defecto se puede evitar reduciendo la temperatura del metal líquido, utilizando un lavado de moldes y utilizando diversosaditivosen la mezcla de arena.[28]
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