Defectos Piezas Fundidas 54y6d

MEJORA DEL NIVEL DE CALIDAD EN LA FUNDICIÓN

Ing° SAMUEL ROSARIO FRANCIA

UNA PIEZA FUNDIDA ES DE CALIDAD CUANDO: A.- CUMPLE CON LAS CONDICIONES EXIGIDAS PARA SU EMPLEO

1.

DIMENSIONALES (FORMA, ESPESORES, etc.)

2.

MECÁNICAS (RESISTENCIA A LA ROTURA, COMPRESIÓN)

3.

FÍSICAS (DUREZA, CAPACIDAD PARA AMORTIGUAMIENTO, ESTANQUEIDAD, etc.)

4.

QUÍMICAS (RESISTENCIA A LA CORROSIÓN)

5.

DE ASPECTO (ESTADO DE LA SUPERFICIE ANTES DEL MAQUINADO).

B.- SIN DEFECTOS VISIBLES O NO C.- LIBRE DE TENSIONES INTERNAS

La calidad de una pieza fundida se muestra no solo exterior e interiormente sino en toda su integridad.

¿Qué es esto? ¿Qué pasó? ¿Porqué ocurrió?

OBJETIVO FACILITAR LA SUPRESIÓN DE DEFECTOS, Y PARA ELLO, HACER QUE SE CONOZCAN MEJOR O SE RECONOZCAN, INVESTIGANDO LAS CAUSAS POSIBLES Y PROPONIENDO LAS MEDIDAS ADECUADAS PARA SU ELIMINACIÓN

“DEFECTOS” Y /O “DISCONTINUIDADES”. ¿QUÉ DIFERENCIA HAY ENTRE UNO Y OTRO? CUALQUIER INDICACIÓN ENCONTRADA ES LLAMADA “DISCONTINUIDAD” HASTA QUE SE PUEDA IDENTIFICAR Y EVALUAR EL EFECTO QUE PUEDE TENER SOBRE LA PIEZA EN SERVICIO.

Si, de acuerdo a esto, “la discontinuidad” es inaceptable con arreglo a un criterio de especificaciones, será un “defecto” (cuando por magnitud o localización provocan el fallo de la pieza). Ahora, si esa discontinuidad no afecta el rendimiento de la pieza en el servicio al que se destina, se deberá llamar simplemente “discontinuidad”.

De esto se deduce que un defecto siempre es una discontinuidad pero no siempre una discontinuidad es un defecto.

En todo proceso productivo de metalurgia y otros, se producen discontinuidades. Una discontinuidad puede producirse en cualquier momento de la vida de una pieza metálica. 1. Discontinuidad inherente: Se crea durante la producción inicial desde el estado de fusión. 2. Discontinuidad de proceso: Se produce durante procesos posteriores de fabricación o terminado. 3. Discontinuidades de servicio: Se producen durante el uso del producto debido bien a circunstancias ambientales, o de carga, o ambas.

TIPOS DE DISCONTINUIDADES Inherentes

De Proceso Primarios

Lingote

Fundición

De Servicio

Forjados

Laminados

Secundarios Maquinado

Tensiones

Amolado

Fatiga

Tratamientos

Corrosión

Térmicos Soldadura Inclusiones no

Solapado en frío

Pliegues

Cordones

Desgarramientos

metálicas.

Salpicaduras

Laminacion es

Laminaciones

Fisuras

Inclusiones

Desgarro en

Estallidos

Costuras

gaseosas

Caliente

Fisuras

(porosidad

Segregaciones

sopladuras)

Porosidad

Contracciones

Rechupes

Segregaciones

Inclusiones

Fisuras

Las discontinuidades se pueden también clasificar en:

Superficiales: Se ven a simple vista, no importa su profundidad.

Internas: Están en el interior del material y no alcanza la superficie.

Por último debemos distinguir entre: Indicaciones relevantes: Fallas suficientemente serias como para afectar la aptitud para el servicio de la pieza. Indicaciones no relevantes: Discontinuidades que no afectarían la aptitud para el servicio de la pieza. Corresponden a la misma geometría de la pieza, como por ejemplo, canales chaveteros, orificios, tratamientos térmicos localizados, o pequeñas fallas como poros, fisuras y otras que no presenten peligro para el buen funcionamiento de la pieza y aptitud de servicio. Indicaciones falsas: Son aquellas indicaciones causadas por interferencias eléctricas y electrónicas, superficies muy rugosas etc.

LAS PIEZAS FUNDIDAS DEBEN SOMETERSE A UN PERMANENTE CONTROL EN TODO EL PROCESO. PARTICULARMENTE EN EL DESMOLDEO, EN EL ACABADO Y MAQUINADO PARA VERIFICAR LAS PROPIEDADES MECÁNICAS, TECNOLÓGICAS Y PARA RECONOCER LOS EVENTUALES DEFECTOS.

¿CÓMO SE PUEDEN COMPROBAR? POR MÉTODOS NO DESTRUCTIVOS VISUAL: Defectos superficiales notorios: DEFORMACIONES RECHUPES RUGOSIDADES SOPLADURAS EXTERNAS HETEROGENEIDADES

METROLOGÍA -TRAZADO: Dimensionamiento de las piezas. PERCUSIÓN: El sonido permite descubrir defectos como son las grietas. POR PRESIÓN: Los fluidos a presión permiten descubrir porosidades, microporosidades y/o grietas internas.

TINTES PENETRANTES – PARTÍCULAS MAGNÉTICAS: Revelan grietas y discontinuidades en las piezas fundidas. RAYOS X – ULTRASONIDO – GAMMAGAFÍA: Ponen al descubierto defectos internos de las piezas sin destruirlas.

Porosidad interna. Tipo vermicular

¿CUÁL ES EL ORIGEN DE LOS DEFECTOS? EN CUALQUIER ETAPA DEL PROCESO DE FUNDICIÓN DISEÑO DEL MODELO – SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN PREPARACIÓN DE LAS ARENAS DE MOLDEO MOLDEO FUSIÓN DEL METAL COLADA O VERTIDO DESMOLDEO TRATAMIENTO TÉRMICO

¿CÓMO CLASIFICAR Y DIVIDIR LOS DEFECTOS SEGÚN SUS CAUSAS? ¿CUÁLES SON LOS MODOS DE PREVENIRLOS Y EVITARLOS SEGÚN LAS TÉCNICAS CON QUE SE TRABAJAN EN CADA FUNDICIÓN?

CLASIFICACIÓN DE LOS DEFECTOS, SEGÚN SUS CAUSAS: 1.LOS DEBIDO A INCORRECTO DISEÑO Y PROYECTO DE LA PIEZA QUE SE TRATA DE FUNDIR. 2.LOS DEBIDO A LA MALA CALIDAD DEL METAL EMPLEADO PARA FUNDIRLAS, EXCESIVA TEMPERATURA DE COLADA, ANÁLISIS INCORRECTO, OXIDACIÓN, INCLUSIONES, etc. 3.LAS PRODUCIDAS POR LA DISTRIBUCIÓN DE BEBEDEROS.

INCORRECTA

1. LOS OCASIONADOS POR ALIMENTADORES O ENFRIADORES INSUFICIENTES, O COLOCADOS EN SITIOS NO CONVENIENTES (RECHUPES, GRIETAS) 2. LOS DEBIDOS A LAS ARENAS EMPLEADAS PARA MOLDES Y MACHOS. 3. LOS ORIGINADOS POR ATACADO INDEBIDO O MOLDEO INCORRECTO.

RECOMENDACIONES PARA DELINEARSE UN MÉTODO 1. ENUMERAR TODOS LOS DEFECTOS QUE SE PRESENTAN. 2. ESTUDIAR UNO POR UNO: 1. EXPLICAR EL MECANISMO DE FORMACIÓN DEL DEFECTO. 2. REPRODUCIR EL DEFECTO VARIAS VECES. 3. DEDUCIR LA CAUSA DEL DEFECTO. 4. SUPRIMIR ESTA CAUSA (CONDICIONES EN LA QUE NO SE PRODUCE) 5. ATENUARLO, SI NO ES POSIBLE SUPRIMIRLO. 6. O DESPLAZARLO A PARTES DEL MOLDE QUE TIENDAN A DESAPARECER DURANTE EL REBARBEADO O MECANIZADO. 7. LOCALIZARLO EN LAS PARTES DE MENOR IMPORTANCIA.

1.- INCORRECTO TRAZADO DE LAS PIEZAS Para poder juzgar de un trazado correcto, de una pieza fundida, es preciso tener ideas claras sobre algunas propiedades y características del metal a colar, como: Colabilidad Contracción Rechupes Gases Tensiones internas Grietas, etc.

COLABILIDAD Fluidez, aptitud del metal, para llenar copiándolo, el molde de arena en todas sus partes. Procedimiento CURRY

Espiral para determinar la fluidez de un metal o aleación

La colabilidad depende de: La composición del metal. La temperatura de vertido. Tipo de proceso: Ácido o Básico

La colabilidad limita los espesores de las piezas, siendo posible obtener espesores de 7 a 8 mm en acero

CONTRACCIÓN

L L+ L+

Líquido

Sólido Contenido de Carbono %

Pared del Molde

Zona Pastoza

Líquido

Sólido

Distancia desde la pared del molde

La última contracción (sólida) resulta en una fundición ligeramente más pequeña que la cavidad del molde, y por lo tanto los modelos deben hacerse ligeramente más grandes que la pieza fundida que se desea. Esta es la llamada “Contracción del modelista” La contracción sólida resulta también (si no es controlada con propiedad) en esfuerzos internos que pueden causar deformación o rotura en caliente.

Contribuyen a variar y dificultar la contracción: 1.La naturaleza y temperatura de colada del metal. 2.La forma de la pieza. 3.Las mayores o menores precauciones tomadas en el moldeo de la pieza, modo de fundirla, situación de bebederos y alimentadores. 4.La mayor o menor resistencia opuesta entre el molde a la contracción y la velocidad de enfriamiento. Es, pues, necesario que el proyectista tome en cuenta estas dificultades y que el constructor del modelo las prevea.

RECHUPES Son debidos al fenómeno físico de contracción de los cuerpos líquidos, al descender su temperatura.

Líneas que en cada momento alcanza la solidificación y el rechupe producido por ellas en trazo negro, de una pieza con sección de ángulo que termina en las líneas paralelas, siendo de aquí para arriba alimentador.

Cavidad ocasionada por la contracción líquida. Por lo general se encuentran en el interior, en el cambio de espesor, a veces en forma de depresión superficial. RECHUPE

GASES Los metales fundidos, los contiene ocluidos, tanto más cuanto mayor es su temperatura, debido a que crece con ésta el poder de absorción. Gases: O; N; H

Por humedad en el molde

GRIETAS POR TENSIONES INTERNAS GRIETAS DE CONTRACCIÓN, son resultados de tensiones internas, producidas por los esfuerzos de contracción, cuando la pieza de metal o una parte de la misma está imposibilitada de vencer la resistencia que parte del molde de arena presenta, no permitiendo hacer la contracción libremente. Si en la parte sometida a estas tensiones internas, existe un sitio determinado, una parte de menor sección de trabajo, esta parte débil será la que acuse la grieta o desgarre del material.

Tienen influencia en la formación de grietas: a. La composición y procedimiento fabricación del metal o aleación.

de

b. La temperatura de colada del metal en el molde. c. La mayor o menor consistencia dada al molde y las precauciones tomadas durante el moldeo. d. El diseño de la pieza.

ACUMULACIÓN DE METAL En las uniones de paredes (puntos calientes) de una pieza que pueden tener formas diferentes en +, X, L, Y o T se forma una mayor sección en la unión, aumentada por el redondeo de las esquinas vivas (para la seguridad de la pieza). Estas secciones mayores, formadas por el cruce o encuentro de paredes, producirán rechupes internos, que si no tienen otro medio de alimentación, es preciso refrigerar, acelerando su solidificación y enfriamiento, para ponerlo al unísono con el de las paredes vecinas.

76,5 mm

R = 12,7

76,5 mm

R =12,7 Superficie de defecto 1805 mm2.

Superficie del defecto 1740 mm2.

Superficie del defecto 2320 mm2.

Superficie del defecto 4125 mm2.

1. Las tensiones internas que se producen durante el enfriamiento y contracción de la pieza deberán de atenuarse o destruirse por un recocido de normalización posterior. 2. Ha de proyectarse la pieza con espesores lo más uniformes posibles. 3. Los cambios de espesores entre dos secciones deberán hacerse progresivamente, en varias etapas o escalones y siempre redondeando las esquinas con un radio de por lo menos 1/3 del espesor de la parte gruesa. O bien con una pendiente o cuña de 15% de inclinación, terminando en media caña de 1/3 del espesor de la parte ancha, al unirse a ésta.

2.- DEFECTOS ATRIBUIDOS A LA CALIDAD DEL MATERIAL 1. CUANDO SE PROYECTA UNA PIEZA PARA PRODUCIRLA POR FUNDICIÓN, SE PARTE DE UNA RESISTENCIA TEÓRICA. 2. SE APLICA UN COEFICIENTE DE SEGURIDAD QUE DÉ GARANTÍA DE SU USO EN EL SERVICIO. 3. NO SOLO IMPORTA LA COMPOSICIÓN DEL MATERIAL SINO EL PROCESO DE MANUFACTURA.

EN EL CASO DE LA FUNDICIÓN DE ACEROS, NO ES SÓLO FUNDIR CHATARRA Y AGREGARLE LAS FERROALEACIONES NECESARIAS Y SUFICIENTES PARA CALMAR EL ACERO. FUNDIR CON UN CONTENIDO DE C LIGERAMENTE MAYOR, AGREGAR MINERAL DE HIERRO PARA PRODUCIR UNA OXIDACIÓN, AGITACIÓN Y EBULLICIÓN DEL BAÑO, PARA ELIMINAR GASES Y RECOGER LAS INCLUSIONES NO METÁLICAS EN LA ESCORIA. LUEGO REPOSAR Y DESOXIDAR.

“El proceso de fabricación del acero supone una reacción continuada entre acero fundido y la escoria, que tienden en todo momento a equilibrarse, de manera que no podrá conseguirse una buena escoria reductora mientras el acero esté oxidado e inversamente, el acero no estará completamente desoxidado si está reaccionando con él una escoria con abundantes óxidos”.

De la misma manera, si ha sido sometido a excesiva temperatura en el horno, especialmente si es horno eléctrico de arco, habrá soportado debajo de éste, temperaturas muy elevadas, a las que el poder de absorción de gases aumenta rápidamente, gases que tienen que desprenderse durante la solidificación. No solo el oxígeno, sino cualquier gas ocluido durante el proceso de fabricación pueden ser un motivo de defecto de la pieza en donde se vertió dicho acero.

Es muy perjudicial (por producir pequeñas grietas) sobre todo en piezas de espesores gruesos, EL HIDRÓGENO, Se ite que puede estar presente en el metal de tres formas: 1. En estado molecular: inclusiones gaseosas intergranulares a alta presión, en combinación con H2O. 2. En estado molecular H2 o atómico H, en inclusiones en los planos reticulares. 3. En estado atómico H o de ión hidrógeno, protón en inserciones en la red.

H2

2H

Presiones desarrolladas por la transformación en el fierro líquido y en estado sólido de la reacción:

H2

2H

La constante de equilibrio es: H2

2H

K

H

2



 PH 

2

PH 2

La presión parcial del hidrógeno atómico PH, es 2 proporcional a la concentración en H %. H %  K

H

2



H %  

2

Donde:

PH 2

K H2

Se sabe también que:

log K H 2  

5340  2,34 T

P

H

2

Y para T = 1813 K (1540°C)

5 PH1813  1,92  10  H % 2

2

 1/ K

A 1813 K, la cantidad de hidrógeno disuelto es 3 x 10-3 % Lo que da:

1813 H2

P

2

 1, 9 2  1 0  3  1 0   1, 7 4 a tm . 5

3

En estado sólido a T = 300 K, la cantidad de hidrógeno disuelto es 6,2 x 10-8 %, se tiene: log K H 2   K H2 

5340  2,34  7, 2444  1021 300

1 20  1,38  10 7, 2444 1021 2

20 8 5   PH300  1,38  10 6, 2  10  6,38  10 atm   2

3.- BEBEDEROS a. AL COLAR UN MOLDE CON UN METAL O ALEACIÓN FUNDIDA, TIEN MUCHA IMPORTANCIA EL SITIO, DIRECCIÓN, SECCIÓN Y VELOCIDAD DE LLENADO. b. ES UNA PFASE EN LA CUAL PUEDEN PRODUCIRSE MÚLTIPLES DEFECTOS EN LA PIEZA, POR: ARRANCAMIENTO Y EROSIÓN Y ARRASTRES DE ARENA, POR INCORRECTO ATAQUE DEL BEBEDERO, PLIEGUES SI LA SECCIÓN DE ENTRADA ES INCORRECTO.

SE DEBE TENER EN CUENTA: 1. EL MÉTODO DE LLENADO QUE SE DESEA. 2. LA VELOCIDAD DE LLENADO QUE SE PRECISE. 3. SITIOS O ZONAS DEL MOLDE POR DONDE ES CONVENIENTE ALIMENTARLE. 4. FORMA DEL BEBEDERO, ALTURA DE LA PARTE VERTICAL Y PRESIÓN QUE EJERCERÁ EL METAL FUNDIDO AL PASAR POR ÉL. 5. POSICIÓN DEL MOLDE AL COLARLE (HORIZONTAL, VERTICAL ETC. 6. TEMPERATURA Y FLUIDEZ DEL METAL QUE VA A EMPLEARSE.

CONSIDERACIONES GENERALES DE LOS BEBEDEROS a) TENER EN CUENTA PARA SU DISTRIBUCIÓN Y COLOCACIÓN, QUE ENTRA POR ÉL, LA ÚLTIMA PARTE DE METAL CALIENTE. b) EL GRÁFICO DE LIPS ES UNA GRAN AYUDA. (ACEROS) c) LA PÉRDIDA DE VOLOCIDAD HACE DECRECER LA TEMPERATURA d) EL FLUJO EN EL BEBEDERO SERÁ LAMINAR TURBULENTO SEGÚN EL NÚMERO DE REYNOLS.

O

e) VELOCIDAD CRÍTICA TURBULENTO)

A

(PASO

DE

LAMINAR

f) AL AUMENTAR EL ROZAMIENTO BAJA LA VELOCIDAD CRÍTICA.

Para determinar la sección o secciones de entrada del metal fundido (acero) aplicando las leyes de hidráulica, se emplea la siguiente ecuación:

P  E.n.Se . p. 2 g .H Donde: P = Peso de la pieza (incluye alimentadores) en Kg p = Peso específico del metal. E = Factor de velocidad de llenado. n = Número de entradas en la que se divide el bebedero. Se = Sección de cada entrada al molde. (Se.n) será la sección total del bebedero en cm2. q = Tiempo de llenado de la pieza en segundos. g = Aceleración de la gravedad. H = Presión estática máxima, correspondiente a la altura del bebedero.

Luego:

3 .1 2 P n .S e .  E . H

En fundiciones pequeñas E = 0,48 – 0,58 y H = 30 a 35 cm lo que permite simplificar la ecuación:

n.Se .  k .P

Siendo:

3,12 k E. H

PRECAUCIONES GENERALES Cuando se quiere disminuir la presión o velocidad del metal antes de entrar en la pieza, se hacen escalones o derivaciones de los bebederos. Debe tenerse en cuenta, para evitar defectos en la pieza, causados por el bebedero, que éstos deben estar perfectamente construidos y secos, si el molde lo está. Un bebedero de sección circular deja pasar más metal que uno de forma recta de sección equivalente, ya que éste tiene más superficie de enfriamiento en las esquinas.

Nunca deben cortarse los bebederos a mano, después de atacado el molde, sino hacerlos a la vez que éstos, para evitar arrastres de arena. Cuando el bebedero sea vertical y ataque luego por un tramo horizontal, éste último deberá hacerse inclinado hacia arriba en la entrada a la pieza. El ataque del bebedero a la pieza ha de tener una sección menor que el de la pieza en esa parte.

4.- ALIMENTADORES 1. SU FINALIDAD ES ALIMENTAR LA FALTA DE MATERIAL PRODUCIDO POR EL RECHUPE ORIGINADO EN EL INTERIOR DE LA PIEZA, DURANTE LA CONTRACCIÓN LÍQUIDA DEBIDA AL ENFRIAMIENTO. 2. PARA QUE EL ALIMENTADOR SURTA EL DEBIDO EFECTO, DEBERÁ PERMANECER EN ESTADO LÍQUIDO, HASTA QUE LA PIEZA HAYA SOLICIFICADO COMPLETAMENTE, DE LO CONTRARIO SE PRODUCEN DEFECTOS. 3. ES NECESARIO DETERMINAR SU FORMA, DIMENSIONES Y SU UBICACIÓN EN EL SISTEMA.

5.- DEFECTOS PRODUCIDOS POR LAS ARENAS DE MOLDEO

DEFECTOS OCACIONADOS EN FORMA DE: ARRASTRES – INCLUSIONES DE ARENA – RUGOSIDAD Y MALA SUPERFICIE DE LA PIEZA – PENETRACIÓN DEL METAL EN EL MOLDE – VITRIFICACIÓN – “DARTA” – COSTRA O SUSTITUCIÓN DE PARTE DE LA ARENA DEL MOLDE POR ACERO – SOPLADURAS – GRIETAS EN LOS MACHOS (NO APOYAN LA CONTRACCIÓN DEL METAL)

“UN TALLER DE FUNDICIÓN QUE BUSCA FABRICAR PIEZAS DE CALIDAD, NO PUEDE TRABAJAR SIN REALIZAR UN CONTROL PERIÓDICO Y SISTEMÁTICO DE LAS ARENAS”.

ES IMPRESCINDIBLE PARA UNA BUENA MARCHA DEL TALLER

PROCEDIMIENTOS DE MOLDEO SEGÚN LA CLASE, TAMAÑO E IMPORTANCIA DE LAS PIEZAS QUE SE VAYAN A FUNDIR: 1. MOLDEO EN VERDE: Para piezas pequeñas que no exigen mayores exigencias mecánicas o de poca importancia. 2. MOLDEO EN SECO: Para piezas medianas y exigencias mecánicas mayores. 3. MOLDES ESPECIALES: ARENA QUÍMICA (RESINA), CEMENTO. Para piezas de grandes dimensiones y peso

PROPIEDADES DE LAS ARENAS UNAS PROVIENEN DE SU NATURALEZA Y OTRAS DE SU PREPARACIÓN. PROPIEDADES: 1. HUMEDAD 2. PLASTICIDAD O COHESIÓN 3. PERMEABILIDAD 4. REFRACTARIEDAD

ENSAYO GRANULOMÉTRICO ENSAYOS DE GRANULOMETRÍA N° Tamiz

% Retenido

Coeficiente

Producto

6

0,0

3

0,0

12

0,0

5

0,0

20

0,0

10

0,0

30

2,0

20

40,0

40

5,0

30

150,0

50

20,0

40

400,0

70

16,0

50

800,0

100

20,0

70

1400,0

140

10,0

100

1000,0

200

6,0

140

840,0

270

7,0

200

1400,0

Residuo

10

300

3000,0

Total

86,0

9030,0

El índice de finura de esta arena será:

9030 ÍndiceAFS . .  105 86

A un molde que ha de colarse en verde se le exige una mayor permeabilidad, que a uno estufado previamente, ya que aquel, tiene además que eliminar el vapor de agua producido por su humedad.

Resistencia a la compresión

PRINCIPALES DEFECTOS 1. ARRASTRE DE ARENA 2. INCLUSIONES DE ARENA 3. RUGOSIDAD 4. PENETRACIÓN DE METAL 5. VITRIFICACIÓN 6. DARTA 7. SOPLADURA 8. GRIETAS EN CALIENTE 9. REBARBAS

ARRASTRE DE ARENA Se caracteriza por un exceso de material metálico, de forma irregular ocasionado por la falta de pequeños trozos de arena que no han podido resistir al choque con el metal líquido. CAUSAS: 1. Una arena de moldeo con insuficiente cohesión, no ofrece resistencia alguna al arrastre. 2. Arena poco refractaria.

SOLUCIÓN: Aumento de la cantidad de aglutinante, bentonita u otro en la arena de moldeo, o lo que es más efectivo, empleo en menores proporciones de una bentonita de primera calidad (Una cohesión adecuada es de 750 a 950 gramos /cm2. Si se parte de una arena lavada con un porcentaje de arcilla no superior a 0,75% la experiencia nos ha demostrado que con las bentonitas nacionales y nuestras arena se requiere de 8 a 12%

INCLUSIONES DE ARENA: Defecto parecido al anterior; en lugar de desprenderse una parte de arena durante la colada, hay desprendimiento de granitos de arena, que pueden quedarse ocluido dentro de la pieza durante la solidificación del acero. Naturalmente como en el caso anterior se da con mayor frecuencia en los moldes en verde. La solución es igual que el caso anterior.

RUGOSIDAD Defecto localizado en la superficie de la pieza, caracterizado por una piel metálica excesivamente rugosa, pero sin que llegue a producirse una adherencia de arena a la superficie de la pieza. CAUSAS: 1. Atacado insuficiente de la arena durante el moldeo. 2. Una arena excesivamente húmeda presenta este defecto. 3. Arena de índice de finura demasiado bajo, es decir una arena de grano grueso. 4. Una excesiva cantidad de materia volátil en la arena

SOLUCIÓN:

1. Atacado uniforme. 2. Control riguroso de la humedad. 3. Se recomienda como índice de finura AFS de la arena: 40 – 50 para las piezas grandes. 50 – 60 para las medianas. 60 – 70 para las pequeñas en húmedo o para grandes piezas en seco. 4. No abusar de la proporción de las materias volátiles

PENETRACIÓN DEL METAL Forma superficies irregulares y de aspecto esponjoso. Se da este defecto especialmente, en las arenas excesivamente calentadas por el continuo paso del metal fundido y también en piezas de grandes espesores.

CAUSAS: 1. Una arena excesivamente gruesa. 2. Un atacado insuficiente. 3. Baja refractariedad de la arena de moldeo. 4. Mala calidad de la pintura. 5. Finalmente, una causa de origen físico-químico: las inclusiones de carácter básico, reaccionan con la arena siliciosa, fuertemente ácida.

SOLUCIONES:

1. Índice de finura conveniente y compatible con una apropiada permeabilidad de la arena. 2. El atacado, es muy importante trabajar en los límites prescritos, ya que tanto un bajo, como un exceso en el atacado, nos produciría defectos. 3. Referente a la refractariedad, una arena base de alto porcentaje en sílice (alrededor del 98%); la bentonita es perjudicial, por lo que habrá que mantener su proporción dentro de los límites adecuados. 4. En cuanto a la pintura refractaria se refiere, solamente es imprescindible para grandes piezas o de gruesos espesores.

VITRIFICACIÓN Es un defecto de superficie. Se forma una capa fuertemente adherida a la pieza metálica, esta capa está formada por granos de arena en diversos estados de fusión. CAUSAS: 1. Atacado insuficiente de la arena. 2. Arena excesivamente gruesa. 3. Una excesiva proporción en la arena de elementos fundentes, que bajan la refractariedad de la misma.

COSTRA DE METAL O “DARTA” Su origen está en la dilatación de la sílice, cuyo valor es muy importante a 575°C, durante la transformación del cuarzo en cuarzo . CAUSAS: 1. Una arena excesivamente atacada. 2. Escaso porcentaje de bentonita en la arena de moldeo. 3. Una granulometría con excesivo porcentaje de finos de sílice. 4. Baja velocidad de llenado del molde por el metal.

SOLUCIONES: 1. Controlar el grado de atacado del molde y del alma o macho. 2. Regular adecuadamente la proporción de bentonita o arcilla empleada. 3. Incorporar a la arena una determinada cantidad (menor del 1%) de materiales volátiles.

SOPLADURAS Se define este defecto como unas cavidades de tamaño muy variado con paredes internas generalmente lisas y forma esférica. CAUSAS: 1. Debido (excluyendo otras posibles causas ajenas a la arena), a un excesivo desprendimiento de gases. 2. Un fuerte atacado de la arena del molde que baja la permeabilidad de la misma. 3. Obstrucción de los respiros y vientos por el metal líquido.

SOLUCIÓN Los remedios se deducen fácilmente de las causas: control de la humedad, permeabilidad, materias volátiles, etc.

GRIETAS EN CALIENTE Nos referimos en este defecto solamente a aquellas grietas que pueden producirse por una excesiva rigidez de la arena del alma o macho. Esta rigidez impide la contracción natural de la pieza durante su enfriamiento. Este defecto se acentúa para el moldeo en seco, pero es fácil de corregir, dando ala arena una mayor plasticidad o aumentando incluso la proporción de materia volátiles, que al desprenderse durante la colada, dejan unos espacios libres suficientes para que los granos de sílice de la arena, tengan sitios para acercarse unos a otros, al contraer la pieza.

6.- DEFECTOS ATRIBUIDOS A LA TÉCNICA DE MOLDEO

REBARBA EN LA JUNTA MOLDE LEVANTADO VARIACIÓN O DESPLAZAMIENTO

REBARBA EN LA JUNTA

Defecto de forma irregular, pero siempre de superficies planas. Se encuentra localizado a lo largo de la unión de las cajas de moldeo

CAUSAS: 1. Una mala unión en la junta de los moldes. 2. Un grapado defectuoso de las cajas de moldeo. 3. Un atacado blando: el molde ofrece poca resistencia a la penetración del metal.

SOLUCIÓN: Se reducen a conseguir un buen grapado de las cajas, y vigilar el asiento perfecto de parte alta y baja.

MOLDE LEVANTADO Aumento de material, de forma no geométrica, semejante al defecto de rebarba, pero más exagerado. Puede ocasionar el rechazo de la pieza. Las causas de este defecto y los remedios para evitarlo son los mismos que los indicados para las rebarbas.

VARIACIÓN

Consiste en el no acoplamiento de una parte del molde con la otra.

CAUSAS: 1. Un grapado defectuoso. 2. Un macho mal colocado. 3. Una placa modelo en malas condiciones.

RELACIÓN TENSIÓN-DEFORMACIÓN EN LAS PIEZAS FUNDIDAS DURANTE EL ENFRIAMIENTO EL PROBLEMA DE OBTENER UNA PIEZA SATISFACTORIA NO TERMINA CON EL VERTIDO DEL METAL A UNA ADECUADA TEMPERATURA Y VELOCIDAD DE VERTIDO DENTRO DEL MOLDE, CON UN BUEN DISEÑO DE ALIMENTADORES Y SISTEMAS DE COLADA. DURANTE LA SOLIDIFICACIÓN PUEDEN SURGIR PROBLEMAS COMO RAJADURAS O GRIETAS EN CALIENTE, TENSIONES RESIDUALES PERJUDICIALES (TENSIONES INTERNAS), TANTO COMO DISTORSIONES DURANTE EL ENFRIAMIENTO O TRATAMIENTO TÉRMICO.

DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO 1. RELACIONES TENSIÓN – DEFORMACIÓN COMO UNA FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA 2. RAJADURAS EN CALIENTE (DURANTE LA SOLIDIFICACIÓN). 3. ROTURAS Y TENSIONES RESIDUALES QUE SE PRODUCEN EN EL ENFRIAMIENTO POR DEBAJO DEL SÓLIDUS, TRATAMIENTO TÉRMICO Y ALIVIO DE TENSIONES.

A.- RELACIONES TENSIÓN – DEFORMACIÓN COMO UNA FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA CONSIDEREMOS UNA BARRA DE ALEACIÓN DE ALUMINIO APLICANDO CARGA DE TENSIÓN DURANTE EL ENFRIAMIENTO. SE DISTINGUEN 5 ETAPAS DISTINTAS: 1. MATERIAL COMPLETAMENTE LÍQUIDO. 2. LA MAYOR PARTE LÍQUIDO CON ALGO DE SÓLIDO. 3. LA MAYOR PARTE SÓLIDO CON ALGO DE LÍQUIDO. 4. SÓLIDO. RANGO PLÁSTICO. 5. SÓLIDO. RANGO ELÁSTICO.

B.- RAJADURAS EN CALIENTE TIENEN LUGAR ENTRE LA TEMPERATURA EN EL CUAL EL METAL SE VUELVE COHERENTE Y EL FIN DE LA SOLIDIFICACIÓN EN SÓLIDUS. OCURREN POR SIMULTÁNEOS:

DOS

EFECTOS

1. METAL EN ESTADO COHERENTE CON PELÍCULAS DE LÍQUIDO PRESENTES. 2. METAL EN EL ESTADO DE TENSIÓN.

RESULTADO: UN METAL EN EL CUAL HAY UN AMPLIO FINAL DE SOLIDIFICACIÓN A TEMPERATURA CONSTANTE, NO PRESENTARÁ RAJADURAS EN CALIENTE. LOS METALES PUROS Y EUTÉCTICOS SON MENOS SUSCEPTIBLES, A LAS RAJADURAS EN CALIENTE, QUE LAS ALEACIONES CON UN RANGO DE SOLIDIFICACIÓN.

C.- RELACIÓN DE LAS RAJADURAS EN CALIENTE A LA COMPOSICIÓN QUÍMICA Y DIAGRAMA DE FASES ALEACIONES DE FIERRO UNA ESTRUCTURA COHERENTE Y FRÁGIL EXISTE SOBRE UN RANGO DE TEMPERATURAS, Y COMO LA PIEZA SE CONTRAE DURANTE ESTE PERÍODO, EL SÓLIDO SE ROMPE DONDE ESTÁN PRESENTES LAS PELÍCULAS DE LÍQUIDO

ALEACIONES DE Al Y DE Mg SE HA CONSIDERADO QUE LA ESTRUCTURA DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO, SE VUELVE COHERENTE CUANDO EL 70% DEL METAL ESTÁ SÓLIDO. LAS ALEACIONES DE Al Y DE Mg QUE CONTIENEN TIERRAS RARAS EXHIBEN MENOS SUSCEPTIBILIDAD A LAS RAJADURAS, DEBIDO A QUE EL LÍQUIDO EUTÉCTICO SOLIDIFICA A TEMPERATURA CONSTANTE DURANTE EL FINAL DE LA SOLIDIFICACIÓN

D.- RELACIÓN DE LAS RAJADURAS EN CALIENTE A LA CONSTRICCIÓN DEL MOLDE Y A LA INTERACCIÓN ENTRE SECCIONES

a. INTERACCIÓN MOLDE PIEZA. b. DIFERENCIAS EN TIEMPO DE CONTRACCIÓN

A.- INTERACCIÓN MOLDE - PIEZA SE HA ENCONTRADO QUE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE UNA FUERTE ARENA DE MOLDEO PARA ACERO, PUEDE ALCANZAR 1000 P.S.I A 2000°F (1093°C), Y DE ESTE MODO EXCEDE LA RESISTENCIA DEL METAL EN EL RANGO COHERENTE. EN ALGUNOS CASOS PARA EVITAR, SE EMPLEA ASERRÍN DE MADERA EN LA ARENA O EMPLEAR ARENA EN VERDE EN LUGAR DE ARENA DE ALMA.

B.- DIFERENCIAS EN TIEMPO DE CONTRACCIÓN LAS RAJADURAS EN CALEINTE TAMBIÉN SE PRODUCEN CUANDO LA CONTRACCIÓN OCURRE EN DIFERENTES PERÍODOS DURANTE EL ENFRIAMIENTO Y NO ES UNIFORME EN TODA LA PIEZA. SE AGRAVAN POR: 1. SECCIONES GRUESAS Y OTRAS LIVIANAS. 2. PUNTOS CALIENTES •

POR EL DISEÑO DE LA PIEZA

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SISTEMAS DE COLADA.

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DISEÑO DE ALIMENTADORES.

•

CONTRACCIÓN

ROTURAS – TENSIONES RESIDUALES – ALIVIO DE TENSIONES

LAS PIEZAS CON INDESEABLES TENSIONES RESIDUALES SON MÁS PELIGROSAS QUE LAS PIEZAS CON RAJADURAS EN CALIENTE FÁCILMENTE VISIBLES; Y AUN SI NO TUVIERAN FALLAS DRAMÁTICAS, UNA PIEZA TAL COMO UN BLOQUE DE CILINDROS DE UN MOTOR QUE NO CONSERVA LAS DIMENSIONES DE MAQUINADO, CIERTAMENTE NO ES SATISFACTORIA.

DISCUTAMOS EL PROBLEMA:

1. DISCUSIÓN CUANTITATIVA DE EXPANSIÓN Y CONTRACCIÓN, DURANTE EL CAMBIO DE TEMPERATURA Y TRANSFORMACIÓN DE FASE. 2. LA MEDICIÓN DE LAS TENSIONES RESIDUALES. 3. CASOS. 4. CONTROL DE TENSIONES INTERNAS. 5. ALIVIO DE TENSIONES.

A.- DISCUSIÓN CUANTITATIVA DE EXPANSIÓN Y CONTRACCIÓN 2 REGLAS IMPORTANTES: • LOS METALES SE EXPANDEN EN EL CALENTAMIENTO Y SE CONTRAEN EN EL ENFRIAMIENTO, SIN EMBARGO ESTE COMPORTAMIENTO SE ALTERA CUANDO TIENE LUGAR UNA TRANSFORMACIÓN DE FASE. • EN GENERAL, LOS METALES SON POCO RESISTENTES Y PLÁSTICOS POR ENCIMA DE LA TEMPERATURA DE RECRISTALIZACIÓN, SIN EMBARGO SON RESISTENTES Y ELÁSTICOS A BAJAS TEMPERATURAS (RECORDAR QUE UN RANGO DE FRAGILIDAD COMBINADA CON BAJA RESISTENCIA SE ENCUENTRA JUSTO POR ENCIMA DE LA TEMPERATURA DE SOLIDIFICACIÓN COMPLETA).

a.- CONTRACCIÓN Y EXPANSIÓN ALEACIONES Fe-C: En estado sólido, el coeficiente de expansión (contracción) está entre 6x10-6 pulg/pulg.°F y 12 x 10-6 pulg/pulg. °F. Cuando la estructura es BCC (Ferrita) 7,6 x 10-6 pulg/pulg. °F Cuando la estructura es FCC (Austenita) 11 x 10-6 pulg/pulg. °F La transformación de Austenita a Ferrita y Carburo en el rango elástico, está acompañada de una gran expansión. La transformación de la Austenita a Martensita entre 700° a 400°F (371° a 204°C) está acompañada de una gran expansión de 100 x 10-4 pulg/pulg.

b.- COMPORTAMIENTO PLÁSTICO OTRO FACTOR IMPORTANTE, ES LA TENDENCIA DE LOS METALES EN EL RANGO PLÁSTICO A CONTINUAR LA DEFORMACIÓN O FLUENCIA A CARGA CONSTANTE. UNA BARRA SOMETIDA A TENSIÓN A 1600°F (871°C) A 25% DE SU RESISTENCIA A LA TRACCIÓN, CONTINÚA ALARGÁNDOSE CON EL TIEMPO; MIENTRAS UNA BARRA SIMILAR SOMETIDA A TENSIÓN A 70°F (21°C) A 25% DE SU RESISTENCIA A LA TENSIÓN NO EXHIBE UNA DEFORMACIÓN APRECIABLE CON EL PASO DEL TIEMPO.

MEDICIÓN DE TENSIONES RESIDUALES

1. MÉTODO MECÁNICO. 2. MÉTODO CALIBRADORES (MEDICIÓN DEL CAMBIO DE RESISTENCIA EÉCTRICA CON EL CAMBIO EN LA LONGITUD)

CASOS

CASO I: UNA RUEDA DE FERROCARRIL CASO II: RODILLO BIMETÁLICO

CONTROL DE LAS TENSIONES RESIDUALES CUANDO SE ENCUENTRAN TENSIONES RESIDUALES EN UNA PIEZA, ESTAS PUEDEN REDUCIRSE O CAMBIARSE EN DIRECCIÓN, CONTROLANDO EL PERÍODO DE ENFRIAMIENTO DESPUÉS DEL VERTIDO, O PUEDEN ALTERARSE POR UN POSTERIOR TRATAMIENTO TÉRMICO.

ALIVIO DE TENSIONES TENSIONES DE TRES ORÍGENES DIFERENTES: 1. TENSIONES PRODUCIDAS POR LA FUNDICIÓN (PIEZA TAL COMO FUNDIDA) 2. TENSIONES RESIDUALES RESULTANTES DE UN TRATAMIENTO TÉRMICO (TEMPLADO) 3. TENSIONES RESIDUALES PRODUCIDAS POR REPARACIÓN CON SOLDADURA

Máquina de NADAI para medir velocidad de alivio de tensiones

Expresión de la velocidad de alivio de tensiones

dS vt   K .S d

n

(1)

Donde: S = Tensión en tiempo = Tiempo bajo carga a temperatura de alivio de tensiones. K, n = Constantes para un material a temperatura T.

Tomando logaritmo en ambos lados, se tiene una ecuación del tipo y = m. x + b (ecuación de línea recta)

 dS  lo g    n . lo g S  K  dT  Integrando la ecuación (1), siendo Si la tensión original en = 0 y S para un tiempo se tiene:

S  1  n  K  S

1 n 1/1 n i



SELECCIÓN DE TEMPERATURA Y TIEMPO DE CICLOS PARA ALIVIO DE TENSIONES Si el alivio de tensiones es el único interés, se puede desarrollar el ciclo más pequeño por calentamiento a la temperatura máxima, la cual puede emplearse sin fusión incipiente, alabeo o excesiva exfoliación o costras. La pieza se mantiene a esta temperatura, para permitir el flujo plástico para aliviar la deformación elástica, y luego enfriarse lentamente para prevenir el desarrollo de apreciables gradientes térmicos.

RELACIÓN ENTRE RAJADURAS EN CALIENTE Y TENSIONES RESIDUALES

1. Las restricciones del molde que pueden estar presentes en la etapa de solidificación, en que la estructura del metal se vuelve coherente, pueden causar rajaduras en caliente, sin embargo no conduce a tensiones residuales, debido a que el metal está plástico.

RESUMEN Puede ser útil revisar la historia térmica de la pieza. 1. Etapa 1: El metal se vierte con suficiente sobrecalentamiento en un sistema de colada bien diseñado, para producir una superficie satisfactoria. 2. Etapa 2: La pieza empieza a solidificar, y el alimentador proporciona metal líquido para compensar la contracción del líquido a sólido de la pieza. 3. Etapa 3: La pieza se vuelve coherente en las capas externas. Las rajaduras se previenen seleccionando una composición con un largo período de solidificación, de temperatura constante o eliminando las restricciones del molde. 4. Etapa 4: La pieza está en el rango plástico, y si los gradientes térmicos son eliminados antes de que se alcance el rango elástico, ninguna tensión residual se produce en la etapa 5. 5. Etapa 5: La pieza se enfría a través del rango elástico. 6. Etapa 6: Alivio de tensiones y tratamiento térmico (opcional)