Fundición en arena:proceso y características | Industrias | Metalurgia

En este artículo discutiremos sobre el proceso y las características de la fundición en arena.

Proceso de fundición en arena:

La importancia de la fundición en arena aumenta día a día a medida que la investigación científica ha generado muchas aplicaciones y adaptaciones en el campo de la industria de la fundición. Esta es probablemente la forma más fácil y conveniente de dar la forma deseada al metal.

La arena es el material más utilizado, ya que se puede empaquetar fácilmente en cualquier forma, tiene una alta permeabilidad y resistencia a las altas temperaturas. Por lo tanto, las formas complejas se pueden moldear fácilmente utilizando moldes de arena, lo que podría no ser posible de otra manera. Para asegurar los beneficios óptimos de costo y calidad, los siguientes detalles de diseño deben tenerse debidamente en cuenta.

La figura 3.41 muestra un diagrama de flujo del proceso de fundición en arena.

Sistemas de vertido automatizados:

Para lograr menores costos de material y mano de obra, mayor productividad, mejor calidad y mejores condiciones de trabajo, la tendencia es hacia la automatización de la fundición completa. Recientemente, se han realizado intentos para sistemas de vertido por inducción automatizados.

Los sistemas de vertido automatizados actúan como interfaz entre la fabricación de moldes y la fusión. Estos sistemas mantienen el metal fundido listo para verter y vierten el metal fundido en el molde exactamente como se requiere.

Los hornos de colada por inducción, que utilizan tapón controlado para verter el metal fundido directamente en el molde o en cantidades dosificadas en cucharas de colada intermedias, se utilizan para este fin y poseen las siguientes características:Mantener constante la temperatura y composición química del metal fundido durante sosteniendo y vertiendo; eliminar las inclusiones de escoria del metal fundido vertido; agregue inoculados y materiales de aleación en el momento adecuado y en cantidades exactamente medidas; ajustar la velocidad de vertido a la capacidad de entrada del molde; Mida exactamente el peso del metal vertido.

Dicho horno de vertido consta de una carcasa cilíndrica con revestimiento refractario, tapa sellada a presión, inductor de canal con bridas, tapón y un sistema de control de presión. El llenado y vertido se realiza a través de conductos en forma de sifón, cuyos extremos inferiores se ubican en la base del horno, para garantizar un vertido prácticamente libre de escoria.

El gas presurizado fuerza el metal fundido hacia la boquilla de vertido del horno a través de un tapón. El gas presurizado también mantiene constante el nivel del metal fundido en la boquilla independientemente de la cantidad variable de metal en el horno. La velocidad de vertido de metal se controla mediante el movimiento del tapón.

Un servocilindro neumático ajusta el recorrido del tapón continuamente de acuerdo con el programa de vertido.

Dado que las posiciones de vertido no son siempre las mismas, el horno puede moverse en dos direcciones (longitudinal y transversal) con respecto a la planta de moldeo. Un dispositivo de inclinación hidráulico permite vaciar completamente el horno.

El inductor en ángulo está embridado a la base del horno. La brida está refrigerada por agua. Debido a la tendencia del metal más caliente a subir, el área alrededor de la garganta está en gran parte libre de formación de costras, lo que la hace accesible para la limpieza mecánica. El inductor en sí es fácilmente accesible desde el exterior del horno. Debido a su altura total relativamente baja, el horno no tiene que colocarse en un pozo, sino que puede instalarse en el piso de la fundición.

Los sifones de llenado y vertido también son fáciles de limpiar mecánicamente. Las partículas de óxido en suspensión producidas en los conductos de sifón, particularmente cuando el metal fundido se trata con magnesio, se depositan sobre el revestimiento refractario. Por lo tanto, las partes superiores de los sifones de llenado y vertido tienen bridas para facilitar la limpieza.

Los hornos de colada por inducción eliminan las inclusiones de escoria, aseguran las velocidades de colada requeridas, miden el peso del metal fundido con precisión y mantienen constante la temperatura de la masa fundida durante el colado. El metal fundido debe verterse a una velocidad adecuada a la capacidad de entrada del molde.

Entre los últimos avances de la fundición se encuentra el control electrónico del proceso de vertido, que puede controlarse en bucle abierto mediante el principio de aprendizaje o en bucle cerrado regulando el nivel de la puerta del molde.

La productividad se puede aumentar significativamente mediante el uso de cucharas intermedias, operadas como sistemas de inclinación o con control de tapón cuando se hacen demandas especiales en el proceso de vertido.

Los modernos sistemas de vertido automatizados permiten una operación continua de fundición manteniendo el metal fundido listo para verter en todo momento y asegurándose de que se vierte en el molde exactamente como se requiere.

Disposición de puerta:

Una fundición en arena se produce vertiendo el metal fundido en el molde a través de un puerto llamado "puerta". Es una práctica convencional ubicar la compuerta en la línea de partición o en la parte más baja de la pieza fundida.

El sistema de compuerta (compuesto por cubeta de vertido, bebedero, corredor, compuertas, etc.) logra el siguientes propósitos:

(i) Dirigir el metal fundido al interior del molde con mínima turbulencia. La turbulencia excesiva provoca la aspiración de aire y la formación de escoria.

(ii) Para llenar completamente el sistema de moldes. (Debe hacerlo con la menor molestia, promoviendo así la limpieza y reduciendo la oxidación).

(iii) Distribuir el metal con la menor perturbación para reducir la erosión del material del molde y las consiguientes inclusiones de arena.

(iv) Para desnatar o separar escoria u otras materias extrañas, es decir, a medida que el metal fluye a través del sistema de compuerta, se debe evitar que la arena suelta, los óxidos y la escoria entren en la cavidad del molde proporcionando una acción de desnatado. (Es deseable que no se utilicen los apéndices, que dificultan el flujo del metal. También se deben evitar en el diseño los núcleos delgados o las paredes divisorias, que pueden desconcharse cuando se someten a metal caliente).

Las secciones más pesadas deben alimentarse con suficiente metal caliente a través de cabezales y elevadores para compensar el margen de contracción.

Requisitos de un sistema de puerta ideal:

Como ya se mencionó, el sistema de compuerta incluye cubeta de vertido, bebedero, correderas, contrahuellas y compuertas. El sistema de compuerta debe promover gradientes de temperatura favorables para la solidificación direccional. La velocidad de entrada del metal debe ser mínima y libre de turbulencias para evitar la erosión de las superficies del molde y del núcleo. El sistema de compuerta debe apisonarse tan fuerte o más fuerte que la cavidad del molde.

Varias partes del sistema de compuerta deben ser redondeadas, lisas y aerodinámicas para evitar turbulencias y erosión. Debe evitar la formación de óxidos y otras escorias y mantenerse libre de arena suelta y evitar su paso al vaciado. Un corredor debe extenderse un poco más allá de la última puerta para atrapar cualquier escoria del primer flujo de metal. La escoria y la escoria presentes en la cuchara no deben llevarse a la cavidad del molde.

El sistema de compuerta debe evitar el arrastre o la absorción de aire / gases en el metal mientras lo atraviesa. El metal con sobrecalentamiento excesivo puede aumentar el contenido de gas del metal y puede producir más escoria e influir negativamente en la solidificación direccional. Las puertas deben conducir el metal a las secciones más pesadas de una pieza fundida, preferiblemente debajo o a través de una contrahuella. Finalmente, la puerta debe ser practicable y económica de hacer.

Sistema de vertido:

Los puntos importantes a considerar en el diseño del sistema de vertido de piezas fundidas son:

(i) El flujo de líquido no debe dañar (erosionar) las paredes del molde.

(ii) El líquido no debe arrastrar arena ni partículas gruesas al interior de la pieza fundida.

(iii) Debe evitarse la aspiración de gases a la corriente de metal fundido.

(iv) Vertido de metal con mínima pérdida de temperatura y establecimiento de gradiente de temperatura en las superficies del molde y dentro del metal para ayudar a la solidificación direccional hacia el elevador.

Todo esto se puede lograr mediante el diseño adecuado del sistema de compuerta y el sistema de poring adecuado.

Para que el metal líquido no absorba aire en su paso descendente en la puerta, la forma de la puerta debe ser tal que la presión del líquido en cualquier punto del paso de la puerta no sea inferior a la presión atmosférica. Esto es posible cuando los lados de la puerta inferior se hacen hiperboloides en sección.

Dado que la forma hiperbólica es difícil de producir, la sección cónica con más diámetro en la parte superior y más pequeña en la parte inferior puede servir para este propósito. En la práctica, se proporciona un recipiente de vertido en la parte superior y el metal se alimenta a través de un bebedero vertical ahusado y una puerta horizontal corta, como se muestra en la figura 3.43. Esta disposición minimiza la oxidación y reduce el daño a la cavidad del molde porque se reduce la fuerza del metal entrante.

La sección transversal del bebedero puede ser circular, cuadrada o rectangular. El tamaño del bebedero suele variar de 10 mm cuadrados para piezas pequeñas (menos de 12 kg) a unos 20 mm cuadrados para piezas pesadas. El tamaño del bebedero debe ser suficiente para que se mantenga lleno durante toda la operación de vertido, y el metal no ingrese a la cavidad del molde a alta velocidad, causando salpicaduras y turbulencias.

Si el bebedero es recto y tiene esquinas afiladas, se produce una aspiración intensa que provoca turbulencias en el metal. La aspiración es insignificante sin turbulencia, si el bebedero está ahusado, las esquinas redondeadas, se proporciona un pozo de bebedero y se hace un depósito de vertido tipo presa.

La cuenca de vertido también reduce el efecto de erosión de la corriente de metal líquido que proviene directamente del horno y ayuda a mantener una altura de vertido constante. Se puede colocar un colador de cerámica en la parte superior del bebedero para eliminar la escoria.

Se podría colocar un núcleo de salpicadura de cerámica en la parte inferior del bebedero para reducir la fuerza de erosión de la corriente de metal líquido. Se podría proporcionar una trampa de desnatado colocada en una puerta horizontal para evitar que las impurezas más pesadas y ligeras entren en el molde.

Diseño de puertas:

La puerta se define como la apertura desde el corredor (vía de paso común para suministrar metal a varias cavidades) al molde. El tamaño y la ubicación de la compuerta deben ser tales que aseguren el llenado rápido del molde, la distribución del metal en la cavidad del molde a una velocidad adecuada, sin pérdida excesiva de temperatura, turbulencia, erosión mínima del molde, sin atrapar gases y escorias, sin desarrollo de grietas en el enfriamiento y fácil extracción de la puerta sin dañar la fundición.

Para evitar que la arena suelta y la escoria entren en la cavidad del molde y permitir que el metal caiga en un chorro pequeño, se proporciona una cubeta de vertido de gran tamaño en la parte superior del bebedero, o se puede colocar un núcleo de colador en el vertido. cuenca.

Si el metal se vierte muy lentamente en la cavidad de un molde, entonces la solidificación puede comenzar cuando ni siquiera está completamente lleno. Si se vierte muy rápido, la alta velocidad erosionará la superficie del molde. Por lo tanto, la velocidad de vertido óptima es esencial.

Las compuertas, dependiendo de su posición, pueden ser del tipo superior, separador e inferior. En el caso de la compuerta superior, el metal fundido se vierte por la cabeza o el elevador. Por lo tanto, la erosión del moho al dejar caer metal debe asegurarse haciendo un molde duro. En este caso, el metal caliente permanece en la parte superior y, por lo tanto, se establecen gradientes de temperatura adecuados para la solidificación direccional hacia el tubo ascendente. La puerta superior se puede hacer para que sirva como contrahuella.

Las compuertas superiores generalmente se limitan a moldes pequeños y simples o fundiciones más grandes hechas en moldes de material resistente a la erosión. La compuerta superior no es aconsejable para metales ligeros y oxidables como el aluminio y el magnesio por temor a quedar atrapados debido al vertido turbulento.

En el sistema de compuerta de la línea de partición, el metal entra en la cavidad del molde al mismo nivel que la junta del molde o la línea de partición. El bebedero está conectado a la fundición a través de una puerta en dirección horizontal. Por tanto, es posible proporcionar skimbob o skim-gate para atrapar cualquier escoria o arena en el metal. El estrangulador que actúa como restricción controla la tasa de flujo.

En el sistema de compuerta inferior, el metal fundido fluye hacia abajo por la parte inferior de la cavidad del molde en el arrastre y entra en la parte inferior de la pieza fundida y asciende suavemente en el molde y alrededor de los núcleos. Las compuertas inferiores son las más adecuadas para piezas de acero de gran tamaño. La turbulencia y la erosión del moho son las mínimas en este caso. Sin embargo, el tiempo necesario para llenar el molde es mayor.

La solidificación direccional es difícil de lograr en la compuerta inferior porque el metal continúa perdiendo su calor en la cavidad del molde y cuando llega al elevador, el metal se enfría mucho más.

Efecto de aspiración:

En un diseño de molde defectuoso, la velocidad del metal puede ser alta y, por lo tanto, la presión puede caer por debajo de la atmósfera y los gases que se originan en la cocción de compuestos orgánicos pueden alterar la corriente de metal fundido, produciendo piezas fundidas porosas.

Son posibles dos casos en los moldes en los que se puede experimentar una presión negativa. Uno está en el diseño del bebedero y otro, donde se produce un cambio repentino en la dirección del flujo. Con referencia a la figura 3.47, se verá que la presión en los puntos 1 y 3 es atmosférica.

Según el teorema de Bernoulli, la presión será negativa en 2, si el bebedero es como se muestra con líneas de puntos. Para superar este problema, el bebedero debe hacerse ahusado, preferiblemente con una curva como se muestra en una línea firme entre 1 y 2.

En la figura 3.48 se muestra otra condición en la que, debido al cambio en la dirección del flujo del metal, se experimenta el efecto de contracción de la vena. Para evitar la presión negativa en esta región, la forma del molde debe ajustarse al perfil de contracción de la vena.

Proporción de apertura:

La relación de entrada se define como la relación entre el área del bebedero y el área total del corredor y el área total de la puerta. Una relación de activación de 4:3:2 da como resultado un sistema presurizado. En este sistema, las proporciones de bebedero, canal y área de la sección transversal de la compuerta están dispuestas de manera que se mantenga la contrapresión en el sistema de compuerta mediante una restricción de película de fluido en las compuertas. Este sistema se adopta para metales como acero, hierro, latón, etc.

El sistema de compuerta presurizado se mantiene lleno de metal. La contrapresión debida a la restricción en las puertas tiende a minimizar el peligro de que el metal se separe de las paredes del molde con la consiguiente aspiración de aire. Los sistemas presurizados son generalmente de menor volumen para un caudal de metal dado que los no presurizados.

Por lo tanto, queda menos metal en el sistema de compuerta y el rendimiento de la fundición es mayor. Sin embargo, pueden ocurrir turbulencias severas en los cruces y esquinas a menos que se emplee una racionalización cuidadosa. La alta velocidad y la turbulencia resultan en atrapamiento, formación de escoria y erosión del moho.

En el caso de un sistema sin presión, la restricción principal del fluido está en el bebedero o muy cerca de él. Las relaciones de activación como 1:3:3, 1:2:2 producirán un sistema sin presión. Este sistema se adopta para metales ligeros y oxidables como el aluminio y el magnesio, donde la turbulencia debe minimizarse reduciendo la velocidad del flujo del metal.

En el caso de sistemas despresurizados se requiere un diseño cuidadoso para asegurarlos, manteniéndose llenos durante el vertido. Los corredores de arrastre y las compuertas ayudan a mantener un corredor completo, pero una racionalización cuidadosa es esencial para eliminar los efectos de separación y la consiguiente aspiración de aire.

Solidificación direccional:

A medida que el metal fundido en el molde se enfría, se solidifica y se contrae en volumen. Dado que todas las partes de una pieza fundida no se enfrían a la misma velocidad debido a las secciones variables, la velocidad variable de pérdida de calor a las paredes del molde contiguas, etc., es probable que se formen huecos y cavidades en determinadas regiones de la pieza fundida.

En un buen diseño de fundición, estos huecos se llenan con metal líquido de la parte de la fundición que todavía es líquida. Por lo tanto, la solidificación debe continuar progresivamente desde la sección más delgada que se solidifica primero hacia las bandas, que deben ser las últimas en solidificarse. Este proceso se conoce como "Solidificación direccional", que tiene como objetivo la producción de fundiciones de sonido.

La solidificación direccional se puede asegurar diseñando y colocando el sistema de compuertas y las contrahuellas correctamente, aumentando el espesor de ciertas secciones de la fundición mediante el uso de relleno, utilizando materiales exotérmicos en las contrahuellas o en la arena de revestimiento alrededor de ciertas partes de la fundición, utilizando escalofríos en los moldes.

Se puede evitar que las impurezas se trasladen a la fundición observando lo siguiente:

(i) La provisión de un recipiente de vertido de tamaño adecuado ayuda a romper la fuerza de erosión de la corriente de metal fundido, mientras se vierte de una cuchara. Un diseño adecuado de la cubeta de vertido regula la velocidad de entrada del metal, permite que el metal fluya hacia el bebedero sin problemas y evita las turbulencias.

(ii) La provisión de un colador de cerámica en el bebedero hacia abajo ayuda a evitar que la escoria de la cuchara entre en el molde.

(iii) El impacto máximo se siente en la parte inferior del bebedero vertical desde donde es probable que la arena se erosione y entre en el molde. Esto puede evitarse proporcionando un núcleo de cerámica para salpicaduras en la parte inferior del bebedero vertical.

(iv) Las esquinas afiladas en la trayectoria del flujo de metal deben simplificarse para evitar turbulencias y bolsas muertas (consulte la Fig. 3.46).

(v) La provisión de skim bob ayuda a atrapar tanto las impurezas más pesadas como las más ligeras que fluyen hacia la pieza fundida.

Espesor de la sección:

El espesor mínimo de la sección que se puede verter para varios metales está limitado debido a la diferencia en las temperaturas de solidificación y la fluidez. Se debe utilizar un espesor mínimo de sección que proporcione la resistencia o el peso necesarios, sin requerir temperaturas excesivas para asegurar el funcionamiento.

Los valores normales de espesor mínimo para fundiciones de diseño simple son 3 mm para fundición, 2,25 mm para fundición maleable, 6 mm para acero, 2,25 mm para latón y bronce y 3 mm para aluminio. Si la longitud del flujo es mayor, entonces se debe proporcionar un espesor mayor que los valores dados anteriormente. El valor mínimo de espesor para obtener fundiciones sanas será alto, si hay complejidades en la cavidad del molde.

Debe haber la mayor uniformidad posible de la sección de metal entre los salientes y orejetas y el cuerpo de la pieza fundida para permitir una alimentación adecuada del saliente o orejeta.

Subida:

El elevador es un agujero cortado o moldeado en la capa para permitir que el metal fundido se eleve por encima del punto más alto de la fundición. Proporciona un control visual para asegurar el llenado de la cavidad del molde.

Sirve como un alimentador para alimentar el metal fundido en la cavidad de fundición principal para compensar la contracción. El diseño de la contrahuella debe ser tal que establezca gradientes de temperatura dentro de la fundición para que la fundición se solidifique direccionalmente hacia la contrahuella. También ayuda a expulsar fácilmente el vapor, el gas y el aire de la cavidad del molde mientras se llena el molde con el metal fundido.

Para una mayor solidez, en caso de fundición con secciones delgadas se pueden utilizar varias bandas. Para que sea eficaz, la contrahuella debe ser la última parte de la fundición en solidificarse.

Disposiciones de contrahuellas:

Una vez que se ha llenado el molde, el metal entra en las bandas. Los elevadores actúan como depósito y regulador del gradiente de calor, y proporcionan el metal fluido necesario para compensar el metal líquido y la contracción por solidificación. Los elevadores suelen estar ubicados en la parte superior de la sección que se alimenta.

Dependiendo del metal a colar, su volumen se mantiene entre el 25 y el 55% de la colada. Es importante tener en cuenta que las contrahuellas están ubicadas de manera adecuada de modo que no haya necesidad de una remoción excesiva de metal para producir el contorno terminado. Los elevadores están conectados a la fundición por un cuello de metal llamado compuerta que permite que el elevador se retire fácilmente de la fundición después de la solidificación.

Diseño de contrahuellas:

Si no se proporciona un elevador durante la fundición, la solidificación comenzará desde las paredes y el metal líquido en el centro estará rodeado por una cáscara solidificada y el líquido que se contrae producirá vacíos hacia el centro de la fundición. Un enfriamiento adicional del sólido en el centro genera tensiones indeseables en la pieza fundida.

La provisión de tubos ascendentes supera estos problemas, ya que estos suministran metal fundido para una pieza fundida que solidifica. Para este propósito, los elevadores deben ser lo suficientemente grandes para permanecer líquidos después de que la pieza fundida se haya solidificado y deben contener suficiente metal para cubrir las pérdidas por contracción. Además, estos deben colocarse de manera que continúen suministrando metal durante todo el período de solidificación.

Diseño y posicionamiento de contrahuellas:

La forma más eficiente de un elevador de cierto tamaño es la que da como resultado una pérdida mínima de calor, permaneciendo así caliente y manteniendo el metal en estado fundido el mayor tiempo posible. En otras palabras, una contrahuella debe diseñarse con el mínimo volumen posible mientras se mantiene una velocidad de enfriamiento más lenta que la de la fundición.

La mejor forma para la ejecución general de piezas de fundición para lograr el objetivo anterior es el cilindro. La altura del tubo ascendente debe ser lo suficientemente alta para que cualquier tubería que se forme no penetre en la pieza fundida. La relación entre la altura y el diámetro suele variar de 1:1 a 3:2.

El diámetro óptimo de la contrahuella para una pieza de fundición determinada se puede obtener siguiendo las siguientes reglas:

(a) Regla de Chvorinov:

Afirma que el tiempo de congelación

(b) Método de Caine:

Este método se basa en el tiempo de congelación relativo de la fundición y la contrahuella. Define el tiempo de congelación relativo de la fundición y la contrahuella.

Define el tiempo de congelación relativo para completar la solidificación como la relación entre el área de la superficie de fundición ÷ volumen de la fundición:área de superficie de la contrahuella ÷ volumen de la contrahuella.

Según Caine, (1) si la fundición se solidifica infinitamente rápidamente, el volumen del alimentador (elevador) debe ser igual a la contracción de solidificación de la fundición, y (2) si el alimentador y la fundición solidifican a la misma velocidad, el alimentador debe ser infinitamente grande.

Fig. 3.49, muestra esta relación hiperbólica entre el tiempo de congelación relativo y el volumen relativo.

Además, para una fundición con una relación A / V baja, como en el caso de un cubo y una esfera, un elevador central puede alimentar toda la fundición. Sin embargo, cuando la relación A / V es alta, como en el caso de una barra y una placa, es necesario más de una contrahuella. La ubicación adecuada de la contrahuella es esencial en tal caso.

Para una placa de acero de 100 mm de espesor, una contrahuella central es adecuada si la distancia máxima de alimentación es inferior a 4,5 t desde el borde de la contrahuella [Consulte la Fig. 3.51 (a)]. Si se requieren más contrahuellas, la distancia entre los dos bordes más cercanos de las contrahuellas debe ser inferior a 4 t [Consulte la Fig. 3.51 (6)].

Para una barra de sección transversal cuadrada de 50 a 200 mm de lado (s), una contrahuella central es buena si la distancia máxima de alimentación es 30√s desde el borde y la distancia entre dos contrahuellas (bordes más cercanos) debe ser menor de 1.2 s.

La distancia de alimentación del tubo ascendente se puede aumentar mediante el uso de escalofríos, lo que proporciona un gradiente térmico agudo y reduce la resistencia a la alimentación. En el caso de una sola contrahuella, el escalofrío debe colocarse al final y para más de una contrahuella, debe colocarse a medio camino entre dos contrahuellas.

La colocación adecuada de la contrahuella es igualmente importante, ya que debería poder alimentar la pieza fundida que se solidifica de manera eficaz. Si la pieza es de forma cúbica o esférica (es decir, de forma gruesa con un valor bajo de A _c / V _c ) entonces un solo tubo ascendente es adecuado para alimentar la fundición en solidificación. Sin embargo, cuando el valor de A _c / A _c es alto (como en el caso de piezas fundidas en forma de barra y placa), puede ser necesario más de una contrahuella.

Si solo se usa un tubo ascendente en tales casos, entonces el estado fangoso justo antes de la solidificación puede restringir el flujo de metal de un solo tubo ascendente y provocar la contracción de la línea central. Como regla general, se puede decir que una sola contrahuella es adecuada si la longitud de alimentación es inferior a 4,5 veces el grosor de la placa para placas de acero de 12-100 mm de espesor.

En el caso de barras cuadradas con un tamaño (lateral) de 50 a 200 mm, se puede utilizar un elevador central para distancias inferiores a 6 veces el tamaño de la barra en V. Las distancias de alimentación más largas que las anteriores son posibles mediante el uso de escalofríos, que aumentan la velocidad de enfriamiento y reducen la resistencia a la alimentación de la línea central. En el caso de las aleaciones que tienen una mayor resistencia a la alimentación de la línea central que el acero, se deben utilizar fríos para garantizar la solidez de las partes de la fundición que requieren la mayor resistencia.

Los materiales exotérmicos se utilizan a veces en los elevadores para producir solidificación direccional mediante la creación de calor. Constan de óxidos de metales como hierro, cromo, níquel o cobre y aluminio metálico en forma de polvo.

Estos compuestos pueden agregarse a la superficie del metal fundido en el tubo ascendente justo después del vertido, o pueden agregarse a la arena de las paredes del tubo ascendente. Se produce una reacción química debido al contacto con el metal fundido que produce una gran cantidad de calor. Por lo tanto, el metal en el tubo ascendente se sobrecalienta y permanece fundido durante más tiempo.

La provisión de almohadillas y mangas aislantes alrededor de las bandas ayuda a conservar el calor. El suministro de refrigerantes adecuados en los lugares deseados también ayuda a promover la solidificación direccional.

Influencia de solidificación:

El diseño de la sección de fundición debe ser tal que permita que los elevadores satisfagan las necesidades de suministro de metal caliente y control de solidificación direccional. Por ejemplo, en la figura 3.52, el metal fundido se solidificará hacia adentro desde la interfaz del molde metálico por solidificación progresiva.

Con las condiciones adecuadas de diferenciales de temperatura, la intersección del congelamiento progresivo se moverá hacia arriba hasta la ubicación del punto más caliente, que debería estar dentro del tubo ascendente. Esto se denomina "solidificación direccional" .

Si la altura de cualquier sección es demasiado en comparación con su sección transversal, entonces la tasa de solidificación progresiva excederá la solidificación direccional y dará como resultado una porosidad fina en la línea central o incluso una mayor o una serie de cavidades grandes. Para evitar tal condición, es esencial que la sección transversal se estreche hacia abajo siendo más grande en la parte superior y más pequeña en la parte inferior.

Proporción de secciones:

Si las secciones pueden alimentarse adecuadamente, las limitaciones de la proporción de las secciones no son tan críticas como el diseño de la unión. Es necesario cuidar las tensiones de contracción debidas a gradientes de temperatura muy diferentes. Por lo general, es posible producir piezas fundidas sin recurrir a fríos cuando los espesores de las secciones no son menos del 80% o más del 120% de la sección adyacente, en lo que respecta a las variaciones de sección alejadas de los elevadores.

Uniones y contracción:

Es más probable que las cavidades de contracción causadas por una solidificación direccional incorrecta ocurran en las secciones L, T, Y, X y donde las secciones grandes se unen con las secciones pequeñas de manera abrupta. Lo que sucede en estos tramos es que, al existir una mayor masa en el punto de unión en comparación con las piernas, el área del punto de unión se convierte en un punto caliente con congelación direccional que avanza hacia el punto caliente, que a su vez alimenta las piernas y desarrolla la cavidad de contracción. .

El punto caliente se puede eliminar haciendo que la sección sea más uniforme o usando escalofríos cerca de la sección transversal de una masa más grande (consulte la figura 3.53). Aunque se deben hacer todos los esfuerzos posibles para evitar el aislamiento de secciones pesadas que pueden convertirse en "puntos calientes", a veces resulta difícil.

En tales circunstancias, corresponde al fundidor controlar la congelación mediante:

(i) Manipulación especial de la posición de las contrahuellas en el molde,

(ii) Controlar la velocidad de vertido

(iii) Utilizar metal caliente en las bandas

(iv) Utilización de materiales de molde de diferentes características térmicas.

Filetes:

Los filetes adecuados en todas las intersecciones aumentan materialmente la solidez de la resistencia de las piezas fundidas. El tamaño de los filetes depende del metal utilizado, la forma y el grosor de la sección de la pared y el tamaño de la pieza fundida. El radio del filete no debe ser mayor que el grosor de la sección.

Eliminando lágrimas calientes:

En una fundición, los desgarros calientes resultan de los gradientes de temperatura, que establecen diferentes velocidades de contracción durante la solidificación y, por lo tanto, inducen tensiones debidas a la resistencia de la arena de una magnitud suficiente para provocar una fractura. Estos se pueden minimizar adoptando un buen diseño, es decir, evitando cambios abruptos en la sección, ángulos agudos y almas no uniformes conectadas a las bridas.

Eliminación de gases en piezas de fundición:

Los gases en las piezas de fundición pueden aparecer como agujeros de gas (agujeros grandes, pocos en número distribuidos en varios lugares de la pieza de fundición), agujeros de alfiler (agujeros pequeños, grandes en número cerca de la parte superior de la pieza de fundición), agujeros de alfiler (agujeros pequeños distribuidos por toda la pieza de fundición). ). El diseño adecuado del tubo ascendente y la ventilación adecuada de los moldes permeables son esenciales para evitar estos defectos.

Otra fuente de gases son los gases disueltos en el metal líquido a alta temperatura, que al enfriarse se desprenden. La fusión al vacío y la desgasificación al vacío (colocar el metal líquido en una cámara de baja presión para eliminar los gases disueltos) se pueden utilizar para reducir el gas en las masas fundidas.

Características de los moldes en arena:

1. Como la solidificación del metal se encuentra en condiciones de desequilibrio, las piezas fundidas son susceptibles de sufrir grietas por enfriamiento si no se toman las debidas precauciones en el diseño. Los problemas de contracción se pueden solucionar promoviendo la solidificación direccional mediante el uso de conos, enfriamientos de metal en las paredes del molde y reducción de los puntos calientes en las uniones de secciones uniformes.

2. El metal solidificado tiene un acabado deficiente. La superficie se ve afectada por el acabado del patrón, la estructura de arena, los vendajes del molde, la ventilación del molde y el acceso al molde para limpiar las partículas de arena sueltas antes de cerrar el molde.

3. Los moldes de arena son lo suficientemente porosos y, por lo tanto, no se pueden usar para recipientes herméticos a presión (generalmente se usan hasta 10 kg / cm ² ).

4. La estructura obtenida por fundición en arena es suelta y, por lo tanto, no más resistente que los productos forjados.

5. Como los granos no están juntos, la fundición tiene menor densidad y poca resistencia.

6. Las piezas de fundición obtenidas mediante el proceso de moldeo tienen buena dureza. Las tensiones internas se pueden eliminar evitando las esquinas afiladas y la restricción física.

7. Los moldes de arena tienen poca ductilidad.

8. El método de moldeo es adecuado para fundiciones moderadas y particularmente grandes e inadecuado para secciones más delgadas.

9. La idoneidad de los moldes de arena radica en un alto punto de fusión del metal fundido.

10. Los moldes de arena son menos costosos porque el costo de los moldes de arena es menor.

11. La solidez interna de las piezas fundidas se puede asegurar minimizando la evolución de gas durante la solidificación y evitando turbulencias durante el vertido. Debe evitarse la sujeción física, ya que provoca un desgarro en caliente.