Un defecto de fundición es una irregularidad no deseada en un proceso de fundición de metales . Algunos defectos pueden tolerarse mientras que otros pueden repararse; de lo contrario, deben eliminarse. Se dividen en cinco categorías principales: porosidad del gas , defectos de contracción , defectos del material del molde , defectos del vertido del metal y defectos metalúrgicos . [1]
Los términos "defecto" y "" Discontinuidad " se refiere 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 no es perfecta, pero aún es útil y se encuentra en tolerancia, las imperfecciones deben considerarse "discontinuidades". [2]
Hay muchos tipos de defectos que resultan de muchas causas diferentes. Algunas de las soluciones a determinados defectos pueden ser causa de otro tipo de defecto. [3]
Los siguientes defectos pueden ocurrir en las piezas fundidas en arena . La mayoría de estos 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 superior o de arrastre de la pieza fundida. [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 abiertos a la atmósfera , por lo tanto, a medida que se forma la cavidad de contracción, el aire los compensa. Hay dos tipos de defectos al aire libre: tuberías y superficies hundidas . Los tubos se forman en la superficie de la pieza fundida y se entierran en ella, mientras que las superficies hundidas son cavidades poco profundas que se forman a lo largo de la superficie de la pieza fundida. [5]
Los defectos de contracción cerrados, también conocidos como porosidad de contracción , son defectos que se forman dentro de la pieza fundida. 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 del gas es la formación de burbujas dentro de la pieza fundida 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 del gas puede presentarse en la superficie de la pieza fundida como porosidad o el poro puede quedar atrapado dentro del metal, [8] lo que reduce la resistencia en esa zona. El nitrógeno , el oxígeno y el hidrógeno son los gases más encontrados en casos de porosidad gaseosa. [6] En las piezas fundidas de aluminio, el hidrógeno es el único gas que se disuelve en cantidades significativas, lo que puede provocar porosidad del gas hidrógeno . [9] Para piezas fundidas 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 piezas de fundición más grandes, pueden tener hasta un milímetro (0,040 pulgadas) de diámetro. [8]
Para evitar la porosidad del gas, el material se puede fundir al vacío, en un ambiente de gases de baja solubilidad, como argón [10] o dióxido de carbono , [11] o bajo un fundente que evite el contacto con el aire. Para minimizar la solubilidad del gas, las temperaturas de recalentamiento se pueden mantener bajas. La turbulencia al verter el metal líquido en el molde puede introducir gases, por lo que los moldes suelen ser aerodinámicos para minimizar dicha turbulencia. Otros métodos incluyen la desgasificación al vacío , el lavado con gas o la precipitación. La precipitación implica hacer reaccionar el gas con otro elemento para formar un compuesto que formará una escoria que flota hacia la superficie. Por ejemplo, se puede eliminar el oxígeno del cobre añadiendo fósforo ; Se puede agregar 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 humedad residual en el molde. Secar el molde puede eliminar esta fuente de formación de hidrógeno. [12]
A veces puede ser difícil distinguir la porosidad del gas de la microcontracción porque las cavidades de microcontracción también pueden contener gases. En general, se formarán microporosidades si la pieza fundida no se eleva adecuadamente o si se vierte un material con un amplio rango de solidificación. Si ninguno de estos es el caso, 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 espiráculos [14] o ampollas . Dichos defectos pueden ser causados por aire atrapado en la masa fundida, vapor o humo de la arena de fundición u otros gases de la masa fundida o del molde. (Los orificios de vacío causados por la contracción del metal (ver arriba) también pueden denominarse en términos generales "escapes"). Las prácticas adecuadas de fundición, incluida la preparación de la masa fundida y el diseño de moldes, pueden reducir la aparición de estos defectos. Debido a que a menudo están rodeados por una piel de metal sano, los espiráculos pueden ser difíciles de detectar, lo que requiere análisis armónicos, ultrasónicos , magnéticos o de rayos X (p. ej., tomografía computarizada industrial ).
Los defectos del metal vertido incluyen errores de funcionamiento , cierres en frío e inclusiones . Un error de ejecución 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 adecuadamente en la cavidad del molde, dejando un punto débil. Ambas se deben a una falta de fluidez en el metal fundido o a secciones transversales 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 debida a las cavidades del molde con ventilación inadecuada. [15]
Los errores de ejecución y los cierres en frío están estrechamente relacionados y ambos implican que el material se congele 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 moldeabilidad y la viscosidad del material pueden ser factores importantes en estos problemas. La fluidez afecta el espesor mínimo de la sección que se puede fundir, la longitud máxima de las secciones delgadas, la finura de los detalles factibles de fundición y la precisión del llenado de los extremos 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 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 y provocar una reacción entre el material y el molde; en procesos de fundición que utilizan un material de molde poroso, el material puede incluso penetrar el material del molde. [17]
El punto en el que el material no puede fluir se llama 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 velocidad de deformación local del fluido. Normalmente este valor oscila 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 menos 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 acciones para mantenerlas en el nivel requerido.
Hay varias formas 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 agregar otros ingredientes a la mezcla para hacer que la escoria flote hacia la superficie, donde se puede quitar antes de verter el metal en el molde. Si esto no es práctico, se puede utilizar un cucharón especial que vierte el metal desde abajo. Otra opción es instalar filtros cerámicos en el sistema de compuerta. De lo contrario, se pueden formar compuertas de turbulencia que hacen girar el metal líquido a medida que se vierte, forzando las inclusiones más ligeras hacia el centro y manteniéndolas fuera de la pieza fundida. [19] [20] Si parte de la escoria o escoria se pliega en el metal fundido, se convierte en un defecto de arrastre .
Hay dos defectos en esta categoría: lágrimas calientes y puntos calientes . Lágrimas calientes, también conocidas comoEl craqueo en caliente , [21] son fallas en la fundición que ocurren cuando la fundición se enfría. Esto sucede porque el metal es débil cuando está caliente y las tensiones residuales en el material pueden hacer que la pieza falle cuando se enfría. Un diseño adecuado del molde previene este tipo de defectos. [3]
Los puntos calientes son secciones de fundición que se han enfriado más lentamente que el material circundante debido al mayor volumen que el circundante. Esto provoca una contracción anormal en esta región, lo que puede provocar porosidad y grietas. Este tipo de defecto se puede evitar mediante prácticas de enfriamiento adecuadas o cambiando la composición química del metal. [3] Los métodos adicionales para minimizar los desgarros calientes no son sobrecalentar el material de fundición ni aumentar la temperatura del molde. [22]
En la fundición a presión, los defectos más comunes son errores de funcionamiento y 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 porosidad de gas, porosidad de contracción, desgarros calientes y marcas de flujo. Las marcas de flujo son marcas que quedan en la superficie de la pieza fundida debido a una mala entrada, esquinas afiladas o exceso de lubricante. [23]
Una grieta facial longitudinal es un tipo especializado de defecto que solo ocurre en procesos de fundición continua . Este defecto es causado por un enfriamiento desigual, tanto primario como secundario , e incluye cualidades del acero fundido, como que la composición química esté fuera de especificación, la limpieza del material y la homogeneidad .
La fundición en arena tiene muchos defectos que pueden ocurrir debido a fallas del molde. El molde generalmente falla por una de dos razones: se utiliza el material incorrecto o se apisona incorrectamente . [24]
El primer tipo es la erosión del molde , que es el desgaste del molde a medida que el metal líquido lo llena. Este tipo de defecto normalmente sólo ocurre en las fundiciones en arena porque la mayoría de los demás procesos de fundición tienen moldes más robustos. Las piezas fundidas producidas tienen puntos ásperos 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 deberse a una arena con muy poca fuerza o a una velocidad de vertido demasiado rápida. La velocidad de vertido se puede reducir rediseñando el sistema de compuertas para utilizar corredores 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 capa superior cae dentro de la pieza fundida mientras aún está líquida. Esto también ocurre cuando el molde no está correctamente apisonado. [26]
El segundo tipo de defecto es la penetración del metal , que se produce cuando el metal líquido penetra en la arena del moldeo. Esto provoca un acabado superficial rugoso . Esto se debe a 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 arena con un punto de fusión bajo, la arena puede fusionarse con la pieza fundida. Cuando esto sucede, la superficie de la pieza fundida producida tiene una apariencia vidriosa y quebradiza. [26]
Un agotamiento ocurre 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 del yeso. Son fáciles de quitar y siempre revelan unahebilla debajo, que es una hendidura en la superficie del yeso.Las colas de rata son similares a las hebillas, excepto que son hendiduras de líneas delgadas y no están asociadas con costras. Otro defecto similar espulldowns , que son deformaciones que se producen en la superficie 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]
Un hinchamiento ocurre cuando la pared del molde cede en toda una cara y es causado por un molde mal apisonado. [26]
El quemado ocurre 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 variosaditivosen la mezcla de arena.[28]
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