Procesos de Fundicion y Colada
La fundición y colado es sencilla y de poco costo relativo en comparación con otros procesos. Para colar o moldear el material en forma liquida ( en el caso de los plásticos el material suele estar en forma de polvo o gránulos ), se introduce en una cavidad preformada llamada molde. El molde tiene la configuración exacta de la parte que se va a moldear o colar. Después de que el material llena el molde y se endurece o se fragua, adopta la forma del molde, la cual es la forma de la parte. Después, se rompe o se abre el molde y se saca la parte.Los procesos de colada se usan para colar o moldear materiales como metales, plásticos y cerámicas. Los procesos de fundición y colada se pueden clasificar por el tipo de molde utilizado ( permanente o no permanente ) o por la forma en la cual entra el material al molde (colada por gravedad y fundición a presión ).
El proceso para producir piezas u objetos útiles con metal fundido se le conoce como proceso de fundición. Este proceso se ha practicado desde el año 2000 ac. Consiste en vaciar metal fundido en un recipiente con la forma de la pieza u objeto que se desea fabricar y esperar a que se endurezca al enfriarse.
Para lograr la producción de una pieza fundida es necesario hacer las siguientes actividades:
n Diseño de los modelos de la pieza y sus partes internas
n Diseño del molde
n Preparación de los materiales para los modelos y los moldes
n Fabricación de los modelos y los moldes
n Colado de metal fundido
n Enfriamiento de los moldes
n Extracción de las piezas fundidas
n Limpieza de las piezas fundidas
n Terminado de las piezas fundidas
n Recuperación de los materiales de los moldes
El producto de la fundición es una pieza colada.
Puede ser des de 1 Kg hasta varias Toneladas.
Su composición química puede variar según necesidades.
Factores para una buena fundición
- Procedimiento de Moldeo
- Modelo
- Arena
- Corazones
- Equipo Mecanico
- Metal
- Vaciado y Limpieza
Procedimiento de Moldeo
Los Moles se clasifican según los materiales usados
• Moldes de arena verde
• Moldes con capa seca
• Moldes con arena seca
• Moldes de arcilla
• Moldes Furanicos
• Moldes de CO2
• Moldes de Metal
• Moldes Especiales
• Fundición en moldes de arena
• Uno de los materiales más utilizados para la fabricación de moldes temporales es la arena sílica o arena verde (por el color cuando está húmeda). El procedimiento consiste en el recubrimiento de un modelo con arena húmeda y dejar que seque hasta que adquiera dureza.
n Fundición en moldes de capa seca
Es un procedimiento muy parecido al de los moldes de arena verde, con excepción de que alrededor del modelo (aproximadamente 10 mm) se coloca arena con un compuesto que al secar hace más dura a la arena, este compuesto puede ser almidón, linaza, agua de melaza, etc. El material que sirve para endurecer puede ser aplicado por medio de un rociador y posteriormente secado con una antorcha
n Fundición en moldes con arena seca
Estos moldes son hechos en su totalidad con arena verde común, pero se mezcla un aditivo como el que se utiliza en el moldeo anterior, el que endurece a la arena cuando se seca. Los moldes deben ser cocidos en un horno para eliminar toda la humedad y por lo regular se utilizan cajas de fundición, como las que se muestran más adelante. Estos moldes tienen mayor resistencia a los golpes y soportan bien las turbulencias del metal al colarse en el molde
n Fundición en moldes de arcilla
n Los moldes de arcilla se construyen al nivel de piso con ladrillos o con materiales cerámicos, son utilizados para la fundición de piezas grandes y algunas veces son reforzados con cajas de hierro. Estos moldes requieren mucho tiempo para su fabricación y no son muy utilizados.
n Fundición en moldes furánicos
n Este proceso es bueno para la fabricación de moldes o corazones de arena. Están fabricados con arena seca de grano agudo mezclado con ácido fosfórico, el cual actúa como acelerador en el endurecimiento, al agregarse a la mezcla una resina llamada furánica. Con esta mezcla de ácido, arcilla y resina en dos horas el molde se endurece lo suficiente para recibir el metal fundido.
n Fundición con moldes de CO2
n En este tipo de moldes la arena verde se mezcla con silicato de sodio para posteriormente ser apisonada alrededor del modelo. Una vez armado el molde se inyecta bióxido de carbono a presión con lo que reacciona el silicato de sodio aumentando la dureza del molde. Con la dureza adecuada de la arena del molde se extrae el modelo, si este fuera removible, para posteriormente ser cerrado y utilizado.
n Fundición en moldes de metal
Se usan principalmente en fundición en matriz de aleaciones de bajo punto de fusión. Las piezas de fundición se obtienen de formas exactas con una superficie fina, esto elimina mucho trabajo de maquinado.
n Fundición en moldes especiales
Plástico, cemento, yeso, papel, madera y hule, todos estos materiales son usados en moldes para aplicaciones particulares
También los procesos de moldeo pueden ser clasificados por el lugar en el que se fabrican.
n Moldeo en banco. Este tipo de moldeo es para trabajos pequeños y se fabrican en un banco que se encuentre a la mano del trabajador.
n Moldeo de piso. Para piezas grandes en las que su manejo es difícil y no pueden ser transportadas de un sitio a otro.
n Moldeo en fosa. Cuando las piezas son extremadamente grandes y para su alimentación es necesario hacer una fosa bajo el nivel medio del piso.
n Moldeo en maquina. Las maquinas hacen un numero de operaciones que el moldeador hace a mano.
El proceso de fundición puede ser usado para formar casi con cualquier metal, existen diferentes métodos para acomodar metales diferentes y satisfacer requisitos diferentes
Cada método tiene ventajas y desventajas sobre otros o pueden estar restringidas a una aplicación en especial
* La durabilidad y precisión del molde afectan los costos del producto.
* Costos directos en la fabricación de moldes
n Tiempo
n Cuidados
n Habilidad necesaria para producir (mano de obra
n El equipo
· Costos indirectos
n Capacidad el material para soportar las temperaturas del colado (capacidad refractaria del material)
n Capacidad de transferir con exactitud las dimensiones y detalles del molde
n Permeabilidad: permitir que el aire y gases escapen
n Resistencia: soportar la presión estática y dinámica del metal liquido
n Facilidad de colapso: permitir la contracción de la fundición.
n Facilidad de Fluir.- La arena deberá compactarse a profundidad y fluir alrededor del modelo, también influye el tamaño de grano de arena, humedad y arcilla añadida
2.- CLASIFICACION DE LAS FUNDICIONES
- Ordinarias: Blancas, Grises, Atruchadas
- Aleadas: De baja y de alta aleación
- Especiales:
- Maleables:
3.- FUNDICIONES BLANCAS: Diagrama de equilibrio metaestable FeFe
3C
4.- FUNDICIONES GRISES: Diagrama de equilibrio estable Fe- C
grafito, Influencia del contenido en silicio y de la velocidad de
enfriamiento
5.- FUNDICIONES ALEADAS
6.- FUNDICIONES MALEABLES
7.- APLICACIONES DE LAS FUNDICIONES: Ventajas e inconvenientes
con respecto a los aceros
FUNDICIONES
Se obtienen directamente por moldeo o colada y se fabrican en
hornos de cubilote a partir de chatarra y arrabio a los que se
añaden las cantidades precisas de ferroaleaciones (Fe-Si, Fe-Mn)
para ajustar la composición química final del producto.
Por su elevado contenido en C son frágiles y no se pueden
conformar por deformación plástica ni en frío ni en caliente.
Las instalaciones necesarias para su obtención son mas sencillos y
económicas que las usadas en la fabricación de los aceros, y como
las temperaturas de operación son también inferiores, las
fundiciones son materiales más baratos que los aceros.
FUNDICIONES
1. Ordinarias: Blancas, Grises, Atruchadas
2. Aleadas:
De baja aleación
De alta aleación
3. Especiales:
4. Maleables:
De corazón blanco - europeas
De corazón negro - americanas
Maleables perlíticas
Con grafito esferoidal
Con grafito
La tendencia a la grafitización se regula mediante la composición y la
velocidad de enfriamiento. Se favorece con el % de Si (> 1%), y con una
velocidad más lenta de enfriamiento durante la solidificación.
FUNDICIONES BLANCAS
Mantienen relativamente bajos los contenidos en
C (1.8-3.6%) y Si (0.5-1.9%) y una velocidad de
solidificación elevada.
Durante la solidificación y enfriamiento
evolucionan según el diagrama Fe-Fe3C
metaestable. El C se encuentra en forma de
cementita).
La microestructura de una fundición blanca
contiene grandes cantidades de carburos de Fe
en una matriz perlítica.
La cementita hace que sean duras y resistentes al
desgaste, frágiles y de baja resistencia al
impacto. Son indeformables en frío y muy
difíciles de mecanizar.
Se emplean en recubrimientos y en esferas para fabricar
molinos (equipos de minería y fabricación de cemento) y en
rodillos. También se pueden emplear como material base para
fabricar fundiciones maleables.
Regiones blancas
Cementita
FUNDICIONES GRISES
Se denominan así a las fundiciones que solidifican y enfrían
según el diagrama hierro-grafito.
Una fundición sigue este diagrama en condiciones de
enfriamiento lento. En la práctica se le añade elementos
grafitizantes como el Si (Al, Ni, Cu). Estos elementos actúan:
1) diluyendo las agrupaciones atómicas de Fe y C impidiendo
su solidificación conjunta; 2) Afinidad, el Fe tiene más
afinidad por estos elementos que por el C y éste solidifica en
forma de grafito.
Para un contenido medio de Si constante, las modificaciones
en la velocidad de enfriamiento hace que varíe la estructura
final de la fundición gris
.FUNDICIONES GRISES
ENFRIAMIENTO RÁPIDO:
CEMENTITA + PERLITA (FUNDICIÓN BLANCA)
ENFRIAMIENTO MODERADAMENTE RÁPIDO:
GRAFITO + CEMENTITA + PERLITA
(FUNDICIÓN ATRUCHADA)
ENFRIAMIENTO MODERADO:
GRAFITO + PERLITA (FUNDICIÓN GRIS
PERLITICA)
ENFRIAMIENTO MODERADAMENTE LENTO:
GRAFITO + FERRITA + PERLITA (FUNDICIÓN
GRIS)
ENFRIAMIENTO LENTO:
GRAFITO + FERRITA (FUNDICIÓN GRIS
FERRITICA)FUNDICIONES MALEABLES
FUNDICION MALEABLE EUROPEA o DE CORAZON BLANCO:
Se fabrica a partir de una fundición blanca por un largo
tratamiento térmico (3 días) a alta T (1000ºC) en una atmósfera
oxidante. El O2 de la atmósfera del horno se combina con el C de
la pieza y se forma CO2
que se incorpora a la corriente gaseosa.
O2
(atmósfera) + C (grafito de la pieza) → CO2
(atmósfera)
La pieza pierde progresivamente C y la estructura final resultante
será casi totalmente ferrítica, con un pequeño porcentaje de
Fe3C.
2. FUNDICION MALEABLE AMERICANA o DE CORAZON
NEGRO:
Se trata a la fundición blanca durante 2 días a 900ºC en una
atmósfera neutra. La composición de la aleación no se modifica,
sino que la cementita de la fundición blanca se transforma en
austenita y grafito (módulos de perfil irregular).
FUNDICIONES MALEABLES
Las fundiciones maleables son muy
dúctiles y se moldean bien.
Los tratamientos térmicos de
maleabilización son largos y
costosos.
Las composiciones es de 3% de C y
0.75% de Si para la Fundición Europea
y de 2.5% de C y 1% de Si para la
Americana (el contenido alto de Si
favorece el tratamiento térmico).
FUNDICIONES DÚCTILES
1. CON GRAFITO ESFEROIDAL:
Se fabrican a partir de fundiciones grises en los que el grafito
adopta morfología globular, gracias a la adición de pequeñas
cantidades de Mg (Ca, Na, Ce,…), que actúan como desoxidantes,
desulfurantes y estabilizadores de craburos.
La microestructura son esferoides de grafito dentro de una matriz
que quedes ser perlita, ferrita o ferrito-perlítica. También se añaden
elementos inoculantes, ya que la adición de Mg exclusivamente
blanquearía totalmente la fundición.
Tiene resistencias parecidas al aceros semiduros. Los valores de
resilencia y alargamiento son superiores a los de las fundiciones
ordinarias, pero inferiores a los aceros. Tiene un punto de fusión más
bajo que cualquier otra aleación. Su alta resistencia al desgaste
(ELEMENTOS DE MAQUINAS Y MOTORES). La presencia de
grafito que como autolubricante y facilita la maquinabilidad.FUNDICIONES DÚCTILES
2. CON GRAFITO DIFUSO:
Son fundiciones con grafito esferoidal en partículas finísimas.
En la microestructura aparece una gran cantidad de
pequeñísimos nódulos de grafito repartidos uniformemente por
la masa del metal.
Se parte de una fundición blanca que se somete a temple y
revenido (500ºC) seguido de un recocido a 780ºC en el que se
produce la grafitización en forma difusa.
Contienen % elevados de Mn para obtener una fundición blanca
de colada y facilitar el temple martensítico.
También son susceptibles de tratamientos térmicos para
obtener las propiedades mecánicas necesarias, presentando
alargamientos superiores al 2% y buena resistencia a la fatiga.
FUNDICIONES ESPECIALES
Incluimos en este grupo las aleadas.
1. NIQUEL(15-35%) : (Ni-resist, INVAR)
Son productos con alta resistencia al calor y a la acción de
agentes corrosivos. Siendo el Ni un elemento gammágeno, son
todas ellas fundiciones grises de matriz austenítica.
(APARATOS DE CONTROL Y MEDIDA DE ALTA PRESICIÓN).
2. CROMO (6-33%):
Tienen alta resistencia a la corrosión a T elevadas. El Cr es un
elemento alfágeno y antigrafitizante por ello son blancas.
3. SILICIO (6.5-15%):
Son muy resistentes al calor y a la acción de los acidos
habituales. El Si es un elemento alfágeno y grafitizante, son
grises de matriz ferrítica.
PROPIEDADES MECÁNICAS
Ventajas e inconvenientes de las fundiciones frente a los aceros
1.- Son más baratas que los aceros e incluso su fabricación es también
mas sencilla ( con instalaciones menos costosas y temperaturas de
fusión más bajas).
2.- Las fundiciones grises pueden resultar más fáciles de mecanizar que
los aceros pero no las blancas.
3.- Se pueden fabricar tanto piezas de grandes dimensiones como de
pequeñas y complicadas.
4.- Para muchos elementos de máquinas y motores son suficientes las
características mecánicas de las fundiciones: Buena resistencia a
tracción, a desgaste, a compresión y absorben bien las vibraciones.
5.- Su fabricación exige menos precauciones que la del acero.
6.- Como presentan temperaturas de fusión más bajas que los aceros
pueden conseguirse fundiciones en estado líquido con gran fluidez y se
facilita la fabricación de piezas de poco espesor, ya que presentan
menos contracción que los aceros y además su fabricación no requiere
el empleo de refractarios especiales
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