OBJETIVOS
General:
Orientar la selección del proceso de moldeo adecuado para el
diseño y/o fabricación de piezas fundidas, al menor costo y de
acuerdo con unas especificaciones preestablecidas.
Específicos:
1. Evidenciar la importancia que tiene cada una de las etapas del proceso en la
calidad del producto obtenido. Relacionar esta influencia con el diseño y las
características de las piezas.
2. Presentar criterios para el adecuado diseño de piezas a obtener por fundición
3. Estudiar las técnicas necesarias para la fabricación de piezas fundidas partiendo
de un plano de dibujo
4. Ilustrar los diferentes procesos de fundición, describiendo los equipos y
materiales utilizados industrialmente
5. Proponer una metodología para el desarrollo de estudios de moldeo
BIBLIOGRAFIA
•
•
•
METALS HANDBOOK, Casting. 9 ed. A.SM. 1998 v. 15
METALS HANDBOOK, Forging and casting. 8 ed. A.S.M., 1970 V.5
LASHERAS y ARIAS, Procedimientos de fabricación y control. Barcelona: Cedel,
1970 v.1
• HEINE, LOPER y ROSENTHAL, Principles of metals castings. New York, McGrawHill, 1967
• FLINN, R. Fundamentals of metals casting. Massachusetts, Addison-Wesley, 1963
• TAYLOR, FLEMINGS y WULFF. Fundición para ingenieros. México, Continental,
1961.
• CAPELLO, Edoardo, Tecnología de la fundición. Barcelona, Gustavo Gili, 1974.
Otros:
Manual de arenas para fundición, A.F.S., Illinois 1965
SCHUTZE, O. Moldeo y fundición. Gustavo Gili. Barcelona 1972
WAGANOFF, P. Hornos Industriales, Ed. Mitre. Buenos Aires 1963
LE BRETON, H. Defectos de las piezas de fundición, Ed. Urmo. Bilbao 1965
DESLANDES, F y VANDENBERGHE, L. Modelos y moldes para fundición, UTEHA.
México 1966
BEELEY P.R. Foundry Technology Butterworhts. Londres 1972.
TRABAJOS
Grupos máx. 3 estudiantes.
A. Fundición de los siguientes materiales (Introducción,
detalles experimentales, resultados y discusión (como afectan
las parámetros de fundición en sus propiedades), y
conclusiones) :
1. Aleaciones ligeras y íntermetálicos: Al, Mg, Br, Ni, Co, Cu y Ti --- AlCuFe, ZrNi, Al-Cr
2. Materiales compuestos: matriz polimétrica, metálica y cerámica / refuerzos:
nanoparticulas, fibras de vidrio, SiC, Al2O3, orgánicos, termoplásticos, poliester, etc
3. Superaleaciones: Inconel, Hastelloy, Nimonic, Monel, etc.
4. Materiales magnéticos: duros (Super-imanes) , blandos, amorfos, otros
5. Aleaciones con memoria de forma: Ní-Ti, Ni-Al, NiTiZr, CuZnAl, NiTiCu, NiTiNb,
CuAlNi, FeMnSi, etc.
B. Realizar el estudio de la fabricación de las piezas obtenida
por fundición de una pieza mecánica para una serie (uso
industrial) competitiva.
Recomendaciones:
1. Se debe establecer claramente la función de la pieza mecánica, las
especificaciones que debe cumplir, la selección del (o los) material de la pieza
que se haya definido fabricar por el proceso de moldeo y fusión, rediseñarlas de
acuerdo a criterios de trazado de piezas; establecer los procedimientos de
control con base en la norma ICONTEC – ISO 2859.
2. Se debe especificar claramente:
a. Orden de solidificación
b. Selección del sentido de moldeo
c. Modelos y machos
d. Materiales de moldeo y de machos
e. Sistemas de alimentación y de llenado: Ser coherente con los parámetros
usados en el cálculo de los dos sistemas.
Sistema de alimentación: Cálculo y disposición de los alimentadores y enfriadores
Sistema de llenado: Cálculo del Volumen y peso de la pieza Cálculo, disposición y
forma de los elementos de colada Elabore los planos de moldeo
PROCESO DE FUNDICIÓN
La fundición es el método mas antiguo para dar forma a los metales.
Fundamentalmente consiste en fundir y colar metal liquido en un molde de la forma
y tamaño deseado para que allí solidifique. Generalmente este molde se hace en
arena, consolidado por un apisonado manual o mecánico alrededor de un modelo, el
cual se extrae antes de recibir el metal fundido. No hay limitaciones en el tamaño de
las piezas que puedan colarse, variando desde pequeñas piezas de prótesis dental,
con peso en gramos, hasta los grandes bastidores de maquinas de varias toneladas.
Este método, es el mas adaptable para dar forma a los metales y muchas piezas
que son imposibles de fabricar por otros procesos convencionales como la forja,
laminación, soldadura, etc. El motor de un automóvil es un buen ejemplo de la
diversidad de piezas que obtener por este sistema.
ESQUEMA DEL PROCESO:
PROYECTO
DISEÑO
MODELO
MOLDEO
FUSIÒN
COLADA
PREPARACION DE ARENA
SOLIDIFICACIÒN
ELIMINACIÒN DE BEBEDEROS Y MAZAROTAS
TRATAMIENTOS TERMICOS
LIMPIEZA
DESMOLDEO
MECANIZADO
SOLIDIFICACIÓN
Técnica de procesos de manufactura para obtener materiales
Hay solidificación cuando:
• Un núcleo con pequeños cristales
• Crecimiento del núcleo hasta dar origen a cristales y la
formación de una estructura granular
Líquido
Líquido
Límites de grano
Núcleo
Cristales que
formarán granos
Granos
NUCLEACIÓN
• Es la etapa inicial para la formación de una
fase a partir de otra: esta asociada con la
transformaciones de fase
Líquido
V 
4
r
3
3
Interfase
Sólido-líquido
Radio r
Sólido
A  4 r
2
Se deben considerar dos tipos de energía:
1. Energía libre volumétrica o global (núcleo sólido), ΔGv
2. Energía libre superficial (interfase): aumenta con el radio
del núcleo, δsl
-← Cambio de energía libre →+
Cambio de energía libre de
superficie: 4πr2. δsl
Energía libre total del
sistema sólido-líquido:
embrión
núcleo
r*
Radio crítico
G 
4
3
 r  G V  4  r  sl
3
Radio de la partícula, r
Cambio de energía libre de
volumen: 4/3 πr3.ΔGv
2
Diferenciando ΔG con respecto a r, se logra una
relación entre: r*, δ y ΔGv
d (G )
dr

12
3
 r  G V  8 r 
r 
*
d 4 3

2

  r  G V  4 r    0
dr  3

*2
*
2
 GV
• Por que a la temperatura de solidificación los
embriones son termodinámicamente inestables ?
• La solidificación no comienza a la temperatura
termodinámica de solidificación
SUB-ENFRIAMIENTO: ΔT
Temperatura de solidificación – temperatura real del líquido
ΔT = ΔGv , pero no cambia significativamente δsl
entonces, r*= f (ΔGv)
ΔT °C
500
Los núcleos son estables
300
100
Los embriones se forman en
esta región y
pueden
redisolverse
r*
r* 
2 sl T m
Metal
ΔT °C
Ga
76
Bi
90
Pb
80
Ag
250
Ni
480
Fe
420
H 20
40
HT
NUCLEACIÓN HOMOGÉNEA
NUCLEACIÓN HETEROGÉNEA
Es la forma real que nuclean los metales
Se utilizan Impurezas o las paredes de un molde o
recipiente
Se disminuye el sub-enfriamiento entre 0.1 y 10°C
Líquido
θ
Sólido
Impureza
CONCLUSIÓN: Se disminuye la energía de superficie, entonces, el cambio de
energía total para la formación de un núcleo estable, será menor.
MECANISMOS DE CRECIMIENTO
Depende de cómo se elimine el calor:
1. Calor especifico del sólido: se elimina por radiación o
conducción hasta la temperatura de nucleación
2. Calor latente de fusión: La forma que se elimina el
calor latente, determina el mecanismo de crecimiento del
material
CRECIMIENTO PLANO: Hay suficientes agentes nucleantes
CRECIMIENTO DENDRITICO
Altos grados de sub-enfriamiento
Dendrita=Arbol
ΔH: aumenta la temperatura del líquido sub-enfriado
hasta la temperatura de solidificación
Fracción dendrítica =
c
T
H
SDAS = kts
m
CURVAS DE ENFRIAMIENTO
Tiempo de solidificación
V 
Regla de Chvorinov: t s  B  
 A
T
= Velocidad de enfriamiento
Tiempo local de
solidificación
Metal bien inoculado
Tiempo total de
solidificación
Tiempo
Metal no inoculado
A
Temperatura
Temperatura
t
n
sobrecalentamiento
B
D
E
Tfusiòn=Tsolidificaciòn
Solidificación isotérmica
C
Recalescencia
subenfriamiento
Tiempo
MICROESTRUCTURA DE LAS PIEZAS COLADAS
1. Zona de enfriamiento rápido
2. Zona columnar
3. Zona equiàxial
DEFECTOS EN SOLIDIFICACIÒN
1. Contracción
Material
Contracción
Mazarota
3
2. Porosidad
S o lu b ilid a d d e l h id ró g e n o (cm H 2 /1 0 0 g d e A l)
Al
7
Cu
5.1
Mg
4.0
Zn
3.7
Fe
3.4
Aceros
2.5-4
Fundición blanca 4-5.5
Rechupe
Cavidad
Pieza
colada
S o lu b ilid a d d e l H id rò g e n o g a se o so e n e l a lu m in io
1 ,4
1 ,2
1 ,0
% de gas = KPgas1/2
0 ,8
0 ,6
0 ,4
0 ,2
0 ,0
0
250
500
T e m p e ra tu ra ºC
750
1000
Descargar

Solidificación