Explicación de la solidificación del metal:de la fusión a la fundición

La solidificación de metales es el proceso integral de transformación de un líquido en un sólido y la base de la tecnología de fundición, que incluye fundir, verter y volver a solidificar un metal o una aleación metálica dentro de un molde para producir el producto final deseado.  

1. Derritiéndose

El proceso de fundición comienza calentando una aleación de metal en un crisol hasta que se derrita. El metal calentado se vuelve líquido cuando alcanza su punto de fusión. El punto de fusión del metal depende del tipo de metal o aleación. Por ejemplo, las aleaciones de zinc se funden alrededor de 900 grados F, mientras que algunas aleaciones de bronce se funden por encima de los 2000 grados F. Los metales puros se funden a la misma temperatura constante. Por el contrario, las aleaciones metálicas se fundirán dentro de un rango de temperaturas que depende de la composición de los materiales. En su estado fundido, un metal contiene una gran cantidad de energía. La aleación, calentada por encima de su punto de fusión, deja tiempo suficiente para que el metal se vierta en el molde antes de que se enfríe.

2. Desgasificación y modificación

Antes del vertido, es necesario desgasificar las aleaciones de zinc y de aluminio. La desgasificación se logra insertando una lanza de grafito en la masa fundida. La lanza gira muy rápido y luego se inyecta argón o nitrógeno a través de la lanza, dispersándolo a través de la aleación fundida. El argón o el nitrógeno mueven el hidrógeno disuelto y otros contaminantes a la superficie de la masa fundida. Luego eliminamos esta contaminación de la superficie antes de verter la aleación en el molde.

Muchas aleaciones requieren modificaciones antes de verterse. Estas modificaciones aumentan la fluidez del metal, mejoran la estructura del grano, eliminan contaminantes, etc. Algunos de los materiales que utilizamos para lograr esto son titanio-boro, cobre-fósforo, estroncio, manganeso, etc.

3. Vertiendo

Después de la desgasificación y modificación, probamos la temperatura del metal para asegurarnos de que esté aproximadamente entre 50 y 150 grados Fahrenheit por encima de la temperatura de vertido deseada. Los 50-150 grados adicionales darán tiempo suficiente para que el metal fluya por toda la pieza antes de solidificarse durante el proceso de vertido. Transportamos el crisol o cucharón a las líneas de vertido y vertemos el metal líquido en moldes preparados. La cavidad hueca del molde tiene la forma del producto final deseado. A veces, esta cavidad es una parte y, a veces, son varias partes individuales. Es imperativo mantener el labio del crisol lo más cerca posible del molde de arena para reducir la velocidad del metal cuando ingresa a la cavidad del molde.

4. Congelación

Una vez que el líquido fundido se vierte en el molde, se enfría rápidamente. Cuando la temperatura del metal líquido cambia por debajo del punto de fusión de ese metal o aleación en particular, comienza el proceso de solidificación. El proceso de congelación suele tardar menos de unos minutos.

5. Solidificación

A medida que la temperatura desciende aún más, el metal fundido pierde energía y comienzan a formarse cristales. Este proceso comienza cerca de las paredes del molde, donde se enfría primero. Estos cristales eventualmente se convierten en granos dentro de la estructura final. Si el metal se solidifica lentamente, los granos son más largos. Si se enfría rápidamente, los granos son visiblemente más cortos. Los cristales (o dendritas) continúan formándose y endureciéndose hasta que toda la masa fundida se solidifica.

Durante el proceso de solidificación, el metal se contrae. La contracción se produce porque la mayoría de los metales son menos densos en estado líquido que en estado sólido. La contracción puede crear un vacío en el último punto en solidificarse. Se pueden evitar defectos de contracción mediante el uso de contrahuellas y otras técnicas. Los elevadores, también conocidos como alimentadores, son depósitos integrados en un molde de fundición de metal que ayudarán a prevenir caries en la fundición.

6. Reparto

Una vez endurecido, el producto metálico enfriado se retira o se sacude para soltarlo del molde de arena para completar el proceso de solidificación. La pieza terminada se llama fundición. 

Aunque los diferentes métodos de fundición emplean diversos equipos y técnicas, todos observan el proceso de solidificación del metal. Se necesita una fundición experimentada y capacitada para controlar este proceso y evitar defectos de fundición que resulten de un manejo inadecuado del proceso de solidificación.

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