defectos de fundición

Defectos de fundición

En todos los procesos de ingeniería, los defectos de fundición son frecuentes. Cualquier método tiene ciertas limitaciones que dan lugar a defectos. Se puede conseguir una fundición sin defectos mediante un diseño y un moldeo adecuados, pero las normas de control y la intervención humana son la causa de la mayoría de los fallos. Podemos reducir los defectos de fundición con la ayuda adecuada en el trabajo.

En general, un buen producto de fundición tendrá algunos defectos. Por ello, el sector de la fundición trabaja para reducir estos defectos. Las técnicas de ensayo no destructivas, como los ultrasonidos, la radiografía, las partículas magnéticas, la penetración en la matriz y otras, pueden detectar estos defectos de fundición. Hoy veremos varios defectos típicos de la fundición, sus causas y cómo solucionarlos.

Tipos de defectos de fundición

Diversos factores pueden causar muchos tipos de fallos. Algunos de los remedios a un tipo de defecto pueden crear un tipo diferente de problema. Esta sección ilustrará los tipos más comunes de defectos de fundición encontrados en los procesos de fundición de metales.

defectos de fundición
Defectos de fundición por contracción axial (Fuente: datos del acero)

Defectos de fundición por contracción

La contracción por solidificación se produce cuando el metal pasa de líquido a sólido, mientras que la contracción térmica se produce al enfriarse a temperatura ambiente. En consecuencia, el estudio incluye márgenes de contracción en el diseño de los componentes de fundición para garantizar que alcanza las dimensiones requeridas.

Por ejemplo, el acero fundido se contrae a una velocidad de 14 pulgadas por pie, lo que da lugar a piezas de fundición de aspecto rugoso. Las tolerancias de contracción de los distintos metales son conocidas, y un diseñador de moldes experto tendrá en cuenta la contracción al construir un molde.

La contracción también puede contribuir a problemas en los productos de fundición, como fallos y fugas. A veces, estos defectos pueden verse en la superficie de la pieza fundida e identificarse visualmente mediante líquidos penetrantes u otros métodos no destructivos. Los defectos internos de la fundición suelen ser difíciles de detectar y requieren un examen con rayos X o pruebas destructivas. El término "defectos de contracción abierta y cerrada" se refiere a ambos tipos de problemas.

Defecto de fundición por contracción abierta

Pueden formarse grietas en la superficie y extenderse al cuerpo de la pieza fundida si el metal se enfría y se contrae sin suficiente líquido para rellenar los agujeros. Asimismo, el estudio se refiere a los defectos superficiales como defectos de cueva o hundimientos que se extienden por la cara. En ambos casos, expone los defectos al medio ambiente y el aire sustituye al metal fundido.

En las últimas fases de solidificación, son frecuentes las grietas y los desgarros abrasadores. Se pueden ver alrededor de cambios bruscos en la concentración de tensiones, como una delgada red que une dos porciones pesadas. También pueden producirse en celdas gruesas donde se acumula el calor y cuando se produce un anteproyecto parcial.

El bebedero de colada, que es el canal por el que la máquina vierte el metal fundido en un molde, es la fuente más frecuente de contracción. El metal tarda más en contraerse y solidificarse en determinados lugares, como las partes más pesadas del molde, lo que reduce la disponibilidad de material de alimentación y aumenta la probabilidad de contracción, principalmente si el bebedero es demasiado estrecho para la cantidad de flujo. Un bebedero de tamaño correcto conectado directamente a la sección pesada puede rellenar el orificio de contracción y suministrar el material de alimentación necesario para contrarrestar la contracción a medida que se enfría la sección. Además, la utilización de una compuerta redondeada en el bebedero, en lugar de una compuerta plana o cuadrada, puede reducir la posibilidad de que se produzcan defectos.

Defectos de fundición por contracción cerrada

La porosidad es uno de los defectos más comunes en las piezas de fundición, y los defectos proceden de los gases atrapados en el metal fundido y de la contracción cuando la pieza se enfría. La forma más frecuente de porosidad es la porosidad por contracción, normalmente visible en la superficie de un componente fundido en forma de pequeños agujeros o fracturas. Aunque estos agujeros parecen esféricos, tienen forma angular y es probable que desarrollen grietas interiores ramificadas.

Este tipo de contracción es especialmente frecuente en piezas gruesas de varios ángulos, cuando el metal se enfría y endurece siguiendo un patrón no uniforme. La porosidad puede producirse en el interior de la pieza fundida sin que se manifieste en la superficie de la pieza. Cuando el metal solidificado rodea al metal líquido, el metal fundido no puede rellenar detrás del líquido a medida que se enfría y se contrae, dando lugar a este defecto.

Prevención

Si se utiliza un bebedero fino o cónico, es posible que se pulverice el metal fundido en lugar de verterlo en la cavidad. Cuando esto ocurre, partes de la pieza empiezan a endurecerse antes de llenar el molde. El flujo de metal fundido hacia la fosa debe ser lo más uniforme posible, y un bebedero central más prominente o una disposición de varios bebederos pueden ayudar a conseguirlo.

El proceso utiliza elevadores para garantizar que haya suficiente material fundido para rellenar los huecos cuando el componente se solidifica y se contrae. El tamaño de las nervaduras debe ser tal que sean las últimas en congelarse. A veces se añade aislamiento para conseguirlo.

Defectos de fundición
Fig: Porosidad del gas (Fuente: Hadian, R. & Emamy, M. & Campbell, John. (2009). Modification of Cast Al-Mg 2 Si Metal Matrix Composite by Li. Metallurgical and Materials Transactions B-process Metallurgy and Materials Processing Science - METALL MATER TRANS B. 40. 822-832. 10.1007/s11663-009-9251-1.)

Porosidad del gas

El aire y los vapores atrapados pueden provocar porosidad en la superficie o en el interior de la pieza fundida. A diferencia de la forma sólida, el metal fundido puede retener una gran cantidad de gas disuelto, lo que provoca porosidad gaseosa. En consecuencia, al enfriarse la sustancia, se forman burbujas de gas. Durante el proceso de fundición, las turbulencias pueden introducir gases. Este defecto surge cuando el metal fundido se introduce en el molde con demasiada rapidez.

La ventilación deficiente de los moldes y machos y el secado insuficiente de éstos provocan porosidad gaseosa.

Agujeros

Fuera de la pieza fundida o por debajo de la superficie de la escama, las piezas fundidas de fundición de grafito nodular o compactado, fundición maleable y acero fundido son las que tienen más probabilidades de presentar burbujas o huecos.

Los agujeros de alfiler pueden formarse en pequeños grupos o en una amplia región, dañando cualquier parte de la pieza fundida. A veces no son evidentes hasta después del mecanizado, aunque siempre son visibles a simple vista.

Los agujeros de alfiler pueden aparecer como burbujas nodulares de metal desnudo o burbujas con piel de grafito o cavidades más extensas de forma irregular seguidas de escorias u oxidación.

Agujeros abiertos

Estos espiráculos son visibles en la superficie del yeso y más fáciles de detectar que los espiráculos subterráneos.

Prevención

Antes del vertido del líquido, un buen diseño del molde puede reducir la porosidad del gas o inyectar nitrógeno en la aleación de aluminio. También puede utilizarse el hipping para eliminar pequeñas cantidades de porosidad del interior de la pieza fundida. El proceso coloca la pieza fundida en un horno de alta temperatura y la contiene en un recipiente presurizado en esta técnica. Posteriormente, la pieza fundida se calienta en un gas inerte, con mayor frecuencia argón, para eliminar los componentes porosos aplicando presión isostática.

Para fundir metal en vacío, en una atmósfera con gases de baja solubilidad o bajo un fundente que inhiba el contacto con el aire, primero hay que incluir excelentes técnicas de fundente y fusión. En segundo lugar, aumentar la permeabilidad a los gases de las arenas más gruesas y de mayor permeabilidad. A continuación, el aumento de la permeabilidad del molde y del núcleo permite que el aire y el gas salgan de la cavidad del molde. Por último, secar los moldes y machos antes de utilizarlos, mantenerlos secos y reducir la temperatura del metal durante la colada para aumentar el ritmo de solidificación.

Defectos en la fundición de metales

Durante el vertido de metal en el molde, pueden producirse fallos. Un fallo de colada puede clasificarse en una de las siguientes categorías. Los errores de colada, los cierres en frío y las inclusiones son fallos comunes del metal colado.

Frío cerrado

Un cierre en frío es un defecto superficial que aparece como una línea o fractura en la superficie de la colada con un borde circular. Este defecto es aparente para el ojo humano y provoca el rechazo de la pieza fundida, lo que da lugar a una zona débil.

Las corrientes de metal fundido que entran en el molde desde dos compuertas se encontrarán en una unión. Las bajas temperaturas en la unión pueden impedir la fusión, haciendo que las corrientes se endurezcan antes de fusionarse, lo que da lugar a un cierre en frío.

La causa más común de los cierres en frío es la falta de fluidez del metal fundido o un sistema de inyección mal diseñado. El método más sencillo para evitar los cierres duros es hacer que el metal fundido sea más fluido. Puede llevar a cabo esta técnica de varias maneras. En primer lugar, optimice el mecanismo de inyección para reducir las vías transversales estrechas y mantener las vías de flujo cortas. En segundo lugar, para evitar la solidificación prematura, aumente la temperatura de vertido. En tercer lugar, aumente la permeabilidad al gas del molde.

Errores

Los cierres en frío y los desajustes tienen mucho en común. Los errores se producen cuando el metal líquido está demasiado frío para fluir hasta los bordes de la cavidad del molde antes de congelarse y endurecerse. El metal líquido no llena la cámara del molde. Los "misruns" son las partes del molde que no se llenan.

La solidificación prematura se produce por las mismas razones que el cierre en frío. Compruebe el diseño del molde, el diseño del sistema de inyección y la fluidez del metal fundido si se producen fallos.

Chupitos fríos

Pueden formarse glóbulos sólidos si un líquido salpica mientras se vierte. Estos glóbulos quedan atrapados en la colada cuando se congelan. El proceso forma inyecciones frías como una bola, una gota o una perla y se une sólo al metal.

Considere la posibilidad de cambiar los procesos de vertido para reducir las turbulencias y ajustar los diseños de los sistemas de compuerta para reducir la velocidad de compuerta y evitar las salpicaduras y los disparos en frío.

Inclusión

En la superficie de la colada se pueden observar estas costras metálicas irregulares. Las costras tienen apenas unos centímetros de grosor, pero son visibles a simple vista. Los bordes afilados, las formas irregulares y una fuerte conexión con la pieza fundida son características comunes.

Las costras y las colas de rata están estrechamente vinculadas y suelen aparecer juntas. Este proceso suele eliminar las costras para dejar al descubierto una cola de rata. Cuando el metal fundido que contiene partículas de escoria se inyecta en las cavidades del molde y se endurece, se produce la inclusión de escoria.

Puede evitar la inclusión de escoria con un simple cambio. Antes de introducir el metal fundido en la cavidad del molde, elimine cualquier partícula de escoria.

Puede eliminar la escoria metálica tratándola con fundente al vacío o en un entorno inerte. Además, puede conseguirlo añadiendo productos químicos a la mezcla para inducir a la escoria a flotar hacia la parte superior, donde será fácil detectarla y eliminarla antes del vertido. También puede utilizar un cazo especial que vierta el metal desde abajo. Por último, puede resultar beneficioso incluir un filtro cerámico en el sistema de compuertas.

Defectos metalúrgicos (Fuente: Mashinini, P. M. (2010). Ventana de proceso para la soldadura por fricción de 3 mm de titanio (Ti-6Al-4V)).

Defectos metalúrgicos de fundición

Este tipo de defecto de fundición es frecuente en las técnicas de fundición de acero. La mayoría de las veces se encuentran dos tipos de defectos metalúrgicos.

Lágrimas calientes

Las grietas aparecen como fisuras desiguales dispuestas en un patrón ramificado. Puede observar que algunas grietas son aparentes sin lupa, mientras que otras pueden necesitarla. A medida que la fundición se enfría cerca de la conclusión de la solidificación, se producen disparos.

Los desgarros en caliente aparecen si el metal conformado no es lo suficientemente fuerte como para soportar las tensiones de tracción durante la solidificación. La causa principal de los desgarros en caliente es un mal diseño del molde. Puede resolver eficazmente estos problemas modificando el molde para mejorar la colapsabilidad.

Puntos difíciles

Los puntos calientes son zonas más difíciles que el resto de la región. Esta situación se debe a que se enfrían más rápidamente que el material circundante. Las zonas duras pueden obstruir el mecanizado y provocar un mayor desgaste de la herramienta.

Los puntos calientes son consecuencia directa de una refrigeración insuficiente. Si le preocupan los puntos calientes, tiene dos opciones. En primer lugar, ajustar la técnica de refrigeración. En segundo lugar, considere la posibilidad de alterar la composición química del metal.

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