La fundición de metales semisólidos ( SSM ) es una variante de fundición a presión de forma casi neta . [1] El proceso se utiliza hoy en día con metales no ferrosos, como aluminio , cobre , [2] y magnesio . Puede funcionar con aleaciones de mayor temperatura que carecen de materiales de matriz adecuados. El proceso combina las ventajas de la fundición y la forja . El proceso recibe su nombre de la propiedad del fluido tixotropía , que es el fenómeno que permite que este proceso funcione. Los fluidos tixotrópicos fluyen cuando se cortan, pero se espesan cuando están en reposo. [3] El potencial de este tipo de proceso se reconoció por primera vez a principios de la década de 1970. [3] Sus tres variantes son tixocasting, reocasting y tixomoldeo. SIMA se refiere a un proceso especializado para preparar aleaciones de aluminio para tixocasting mediante trabajo en caliente y en frío. [ aclaración necesaria ]
La SSM se realiza a una temperatura que sitúa al metal entre su temperatura de líquido y de sólido , idealmente entre un 30 y un 65 % de solidificación. La mezcla debe tener una viscosidad baja para poder utilizarse, y para alcanzar esta baja viscosidad el material necesita un primario globular rodeado por la fase líquida. [2] El rango de temperatura depende del material y para las aleaciones de aluminio puede ser de hasta 50 °C, pero para las aleaciones de cobre con un rango de fusión estrecho puede ser de solo unas décimas de grado. [4]
El SSM se utiliza normalmente para aplicaciones de alta gama. En el caso de las aleaciones de aluminio, las piezas típicas incluyen piezas estructurales médicas y aeroespaciales, piezas que contienen presión, piezas de defensa, soportes de motor, arneses de sensores de colectores de aire, bloques de motor y carcasas de filtros de bombas de aceite. [5]
Dow Chemical inventó el tixomoldeo en la década de 1980 mediante la conversión de una extrusora de plástico. En 1990 transfirieron su patente de 1987 a Thixomat Inc. Japan Steel Works Ltd. y Husky Injection Molding Systems Ltd. obtuvieron la licencia de la tecnología. [6]
A partir de 2024, la pieza de automóvil tixomoldeada más importante fue el porta llantas de repuesto del Jeep Wrangler . [6]
Sin embargo, en 2024 Idra lanzó sus máquinas de tixomoldeo que adoptaron la inyección de pistón tixotrópico (TPI). [6]
Existen cuatro técnicas que implican la fundición semisólida. Para las aleaciones de aluminio, los procesos más comunes son la fundición tixotrópica, la fundición reolítica y la fundición SIMA.
Con aleaciones de magnesio, el proceso más común es el tixomoldeo. [7]
La tixofusión utiliza una palanquilla prefabricada con una microestructura no dendrítica que normalmente se produce agitando vigorosamente la masa fundida mientras se funde la barra. Normalmente se utiliza calentamiento por inducción para recalentar las palanquillas al rango de temperatura semisólida, y se utilizan máquinas de fundición a presión para inyectar el material semisólido en matrices de acero endurecido. La tixofusión se emplea comercialmente. La tixofusión puede producir componentes de alta calidad debido a la consistencia del producto que resulta del uso de palanquillas prefabricadas fabricadas bajo las mismas condiciones ideales de procesamiento continuo que se emplean para hacer material forjado o laminado. [8] La principal desventaja es que es costosa debido a las palanquillas especializadas, aunque las instalaciones con capacidades internas de fundición continua magnetohidrodinámica pueden reciclar el 100% de los desechos internos. Otras desventajas incluyen el soporte para un número limitado de aleaciones y la capacidad interna de fundición magnetohidrodinámica para reutilizar directamente la chatarra. [9]
El reocasting desarrolla la suspensión semisólida a partir del metal fundido producido en un horno de fundición a presión típico. [8] Esto permite una materia prima menos costosa, en forma de aleaciones de fundición a presión típicas, y permite el reciclaje directo. [9] Sin embargo, el reocasting también plantea problemas de control de proceso, de modo que después de un aumento inicial de actividad, se procesa muy poco material mediante el reocasting. [ cita requerida ]
Para las aleaciones de magnesio, el tixomoldeo utiliza una máquina similar al moldeo por inyección. En un proceso de un solo paso, las virutas de aleación de magnesio a temperatura ambiente se introducen en el extremo posterior de un barril calentado a través de un alimentador volumétrico. El barril mantiene una atmósfera de argón para evitar la oxidación. Un transportador de tornillo ubicado dentro del barril alimenta las virutas de magnesio hacia adelante a medida que se calientan al rango de temperatura semisólida. La rotación del tornillo proporciona la fuerza de corte necesaria para generar la estructura globular necesaria para la fundición semisólida. Una vez que se ha acumulado suficiente lechada, el tornillo avanza para inyectarla en una matriz de acero. [10] El flujo del material es menos turbulento, lo que crea una porosidad cercana a cero. La velocidad más lenta del material en la matriz extiende la vida útil de la matriz en más de 2x.
La inyección de pistón tixotrópico añade el tornillo formador de lechada como módulo para las máquinas de fundición a presión tradicionales. Conserva el uso del pistón de inyección existente para proporcionar suficiente presión, mientras que utiliza el tornillo para preparar (semifundir) el metal. Además, elimina los hornos de mantenimiento y fusión (que de otro modo fundirían el metal), lo que evita la separación de la aleación durante el mantenimiento. [6]
En el método SIMA, el material se calienta primero a la temperatura SMM. A medida que se acerca a la temperatura de solidus, los granos se recristalizan para formar una estructura de grano fino. Una vez superada la temperatura de solidus, los límites de grano se funden para formar la microestructura SSM. Para que este método funcione, el material debe extruirse o laminarse en frío en el estado templado semiduro. Este método admite diámetros de barra solo inferiores a 37 mm (1,5 in). [11]
Se utilizan altas presiones de consolidación para producir piezas de alta integridad. Las ventajas de la fundición semisólida son: [12]
Las instalaciones de producción requieren un mayor grado de control sobre las condiciones del proceso,
{{cite conference}}: Falta o está vacío |title=( ayuda ){{cite conference}}: Falta o está vacío |title=( ayuda )