Solidificación del metal explicada: de la fusión a la fundición

La solidificación del metal es el proceso de transformación integral de un líquido en un sólido y la base de la tecnología de fundición, incluyendo fusión, vertido y re-solidificación de un metal o aleación dentro de un molde para producir un producto final deseado.

1. Fusión

El proceso de fundición comienza calentando una aleación metálica en un crisol hasta que se funde. El metal calentado se vuelve líquido al alcanzar su punto de fusión. El punto de fusión depende del tipo de metal o aleña. Por ejemplo, las aleaciones de zinc funden alrededor de 900 °F (482 °C), mientras que algunas aleaciones de bronce funden por encima de 2000 °F (1093 °C). Los metales puros funden a una temperatura constante. Por el contrario, las aleaciones metálicas funden dentro de un rango de temperaturas según su composición. En estado fundido, el metal contiene gran cantidad de energía. La aleación, calentada por encima de su punto de fusión, permite tiempo suficiente para verter el metal en el molde antes de que se enfríe.

2. Desgasificación y modificación

Antes de verter, las aleaciones de zinc y aluminio necesitan desgasificarse. La desgasificación se logra insertando una lanza de grafito en el baño fundido. La gira a gran velocidad y se inyecta argón o nitrógeno a través de ella, dispersándolo por la aleación fundida. El argón o nitrógeno arrastra el hidrógeno disuelto y otros contaminantes a la superficie del baño. Luego retiramos esta contaminación de la superficie antes de verter la aleación en el molde.

Muchas aleaciones requieren modificación antes de verter. Estas modificaciones aumentan la fluidez del metal, mejoran la estructura de grano, eliminan contaminantes, etc. Algunos materiales usados para lograrlo son titanio-boro, cobre-fósforo, estroncio, manganeso, etc.

3. Vertido

Tras la desgasificación y modificación, probamos la temperatura del metal para asegurar que está aproximadamente 50-150 °F (28-83 °C) por encima de su temperatura de vertido deseada. Los 50-150 °F extra permiten tiempo suficiente para que el metal fluya por toda la pieza antes de solidificarse durante el vertido. Transportamos el crisol o cucharón a las líneas de vertido y vertemos el metal líquido en los moldes preparados. La cavidad hueca del molde tiene la forma del producto final deseado. A veces esta cavidad es una sola pieza, y a veces son varias piezas individuales. Es imperativo mantener el labio del crisol lo más cerca posible del molde de arena para reducir la velocidad del metal al entrar en 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 cae por debajo del punto de fusión de ese metal o aleación en particular, comienza el proceso de solidificación. El proceso de congelación suele durar menos de unos minutos.

5. Solidificación

A medida que la temperatura desciende más, el metal fundido pierde energía y comienzan a formarse cristales. Este proceso empieza 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 rápido, los granos son visiblemente más cortos. Los cristales (o dendritas) continúan formándose y endureciéndose hasta que todo el baño se solidifica.

Durante el proceso de solidificación, el metal se contrae. La contracción ocurre porque la mayoría de los metales son menos densos como líquido que como sólido. La contracción puede crear un vacío en el último punto en solidificarse. Evitar defectos de contracción puede lograrse usando alimentadores y otras técnicas. Los alimentadores, también conocidos como risers, son depósitos integrados en un molde de fundición que ayudan a prevenir cavidades en la fundición.

6. Fundición

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

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

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