Defectos comunes en fundición metalúrgica: causas y prevención

Algunos de los defectos de fundición se describen a continuación:

1. Rugosidad superficial

Una arena de moldeo demasiado gruesa o una temperatura de vaciado alta conducen a superficies rugosas o guijarrosas en las fundiciones. En fundiciones de acero, la rugosidad se produce por reacción superficial en la interfaz molde-metal en la que el hierro se oxida y el óxido de hierro reacciona con la sílice formando compuesto rugoso. Las reacciones superficiales a veces también causan porosidad subsuperficial o poros de aguja.

2. Costras o abultamientos (Scabs or Buckles)

Estos defectos ocurren debido a que algo de arena se desprende de la superficie de la copia y como resultado hay una capa de metal separada de la fundición propiamente dicha por una capa de arena. Las costras son partículas relativamente pequeñas y los abultamientos son defectos grandes.

Ocurren por uso de arena demasiado fina, baja permeabilidad, alta humedad, apisonado desigual del molde, vaciado bajo o intermitente de metal fundido sobre la superficie de arena. Pueden evitarse usando arena con alta plasticidad en caliente o características de baja expansión, usando tampón de expansión en arena, y llenando el molde rápidamente.

3. Soplados (Blow-Holes)

Toman la forma de vacíos internos (agujeros lisos, redondos u ovalados con superficie brillante), porosidad interna dispersa o depresión superficial como resultado de materiales gaseosos excesivos que no pueden escapar.

Son causados por apisonado fuerte, humedad excesiva, baja permeabilidad, granos finos excesivos, ventilación incompleta o inadecuada, baja temperatura del molde y materiales carbonáceos u orgánicos excesivos (ingredientes generadores de gas). A veces causados por malos modelos y arreglos de caja de núcleo, que llevan a atrapamiento de gases en lugares ciegos del molde. Pueden controlarse atendiendo los puntos anteriores.

4. Poros de aguja (Pinholes)

Las reacciones superficiales a veces causan porosidad subsuperficial o poros de aguja. En aleaciones de aluminio con más de ~1% magnesio, el magnesio reacciona con vapor de agua del molde para formar gas H₂ resultando en poros de aguja llenos de hidrógeno en la superficie. En fundiciones de acero, los poros de aguja subsuperficiales pueden resultar de desoxidación incompleta del metal fundido.

5. Manchas de arena (Sand Spots)

Aparecen como depresiones de forma irregular espaciadas aleatoriamente o agrupadas en la fundición y se deben a impurezas recolectadas en uno o más vértices desarrollados por el metal. Las manchas de arena son causadas por el metal lavando partículas del sistema de alimentación o paredes del molde, por turbulencia excesiva en el sistema de alimentación, y por chorro de metal en el molde. Pueden controlarse adoptando técnicas adecuadas de moldeo, alimentación y fundición.

6. Hinchazón (Swell)

Se refiere a la condición de agrandamiento de la cavidad del molde cuando se vierte metal fundido en él. Es causada, ya sea por apisonado insuficiente o por verter el metal demasiado rápido.

7. Contracción (Shrinkage)

Se refiere a la condición de vacíos en la fundición resultantes de la contracción concentrada del metal durante la solidificación. Puede ser causada por ubicación inadecuada de compuertas y canales, diseño pobre y fileteado inadecuado de esquinas.

8. Grietas en caliente (Hot-Tears)

Son grietas con bordes irregulares debido a tensiones de tracción durante la solidificación. Se debe a la discontinuidad en la fundición resultante de contracción obstaculizada, ocurriendo justo después de que el metal se ha solidificado.

Es causada por dureza excesiva del molde por apisonado, alta resistencia en seco y en caliente, controles inadecuados de temperatura metalúrgica y de vaciado, y provisión de filetes o soportes insuficientes en las uniones de secciones.

9. Grietas en frío (Cold-Cracks)

Son similares a las grietas en caliente excepto que la discontinuidad es menor y el defecto ocurre por debajo de 270°C.

10. Disparos en frío o solapes superficiales (Cold-Shots or Surface Laps)

Son defectos externos causados por dos corrientes de metal demasiado frías para fusionarse correctamente; pueden ocurrir por vaciado lento, diseño pobre y compuerta pequeña; y pueden controlarse usando metal más caliente con espinas aerodinámicas para dar flujo más suave. En este defecto, pequeñas esferas de metal casi distintas de la fundición.

11. Levantamientos y desplazamientos (Lifts and Shifts)

Son defectos externos en fundiciones causados por desalineación de partes del modelo, equipo de flask, mal ajuste de chaquetas de molde y manejo inadecuado de moldes.

12. Esponjosidad o panal (Sponginess or Honey-Combing)

También es un defecto externo, consistente en una serie de cavidades en proximidad cercana. Es causado por suciedad o enjambre retenido en el metal fundido, desescoriado imperfecto y mala calidad del metal fundido.

13. Núcleos desplazados (Displaced Cores)

Ocurren debido a la flotabilidad de los núcleos en metal fundido. Los núcleos deben anclarse firmemente. En núcleos largos, la flexión puede atenderse usando hierros de núcleo rígidos y chaplets colocados correctamente.

14. Núcleos mal colocados (Misplaced Cores)

Resultan en espesor desigual de fundición y ocurren porque el moldeador no verifica los diversos espesores al ensamblar finalmente el molde y núcleos.

15. Vaciado corto (Pour-Short)

Se refiere a la condición de llenado incompleto del molde debido a metal insuficiente en el cucharón e interrupciones durante la operación de vaciado.

16. Porosidad de gas (Gas Porosity)

Son vacíos redondeados con paredes lisas y ocurren debido a gases disueltos en el metal durante la fundición y vaciado. La alimentación imperfecta causa vacíos angulares con brazos dendríticos protruyendo en los vacíos. La micro-porosidad fina se observa en metales no ferrosos y ocurre por contenido de gas y contracción del metal.

17. Fugas (Run-Outs)

El drenaje de metal de la cavidad se llama fuga. Da fundición incompleta y es causada por modelo demasiado grande, superficies de placa de coincidencia desiguales, pesos y abrazaderas de molde inadecuados, y presión de vaciado excesiva.

18. Penetración de metal (Metal Penetration)

Se refiere a la condición de penetración de metal en los intersticios de los granos de arena. Causa un agregado fundido de metal y arena en la superficie de la fundición que resulta en acabado superficial rugoso. Es causada por apisonado blando, arena de molde y núcleo demasiado gruesa, y temperatura de metal excesiva.

19. Alerones (Fins)

Una proyección delgada de metal no intencionada como parte de la fundición se llama alerón. Los alerones usualmente ocurren en la partición de molde y sección de núcleo. Son causados por fuga de metal, mal ajuste de moldes y núcleos, alta presión de metal, y pesos y abrazaderas insuficientes.

20. Bolsas de aire internas (Internal Air Pockets)

Son causadas por verter metal hirviendo o vaciado rápido de metal fundido en el molde.

21. Escoria o inclusión de arena (Dross or Sand Inclusion)

Son óxidos u otros productos de reacción del metal fundido y deben removerse del cucharón antes de verter. Estos defectos son causados por control inadecuado de fundición y vaciado, diseño de alimentación y práctica de arena de moldeo.

Las inclusiones de escoria o escoria pueden prevenirse que entren del cucharón, desescoriando antes de verter o usando cucharones de vaciado por el fondo, empleando cuencas de vaciado para que cualquier escoria que entre del cucharón suba y no pase al sistema de canales, diseñando el sistema de canales para ejercer acción de desescoriado adicional en el metal fluyente, aerodinamizando el sistema de canales minimizará cualquier tendencia a atrapar aire o formar inclusiones de escoria o escoria durante el vaciado.

El control cuidadoso de la permeabilidad del molde y contenido de gas reduce el peligro de atrapar aire o gases del molde y minimiza cualquier tendencia a formar escoria por reacciones molde-metal.

22. Llenados incompletos (Misruns)

Los llenados incompletos pueden presentarse en forma de esquinas y cavidades de molde mal llenas. Ocurren por baja temperatura de vaciado, falta de fluidez del metal, compuertas demasiado pequeñas, muchas restricciones en el sistema de alimentación, etc. Otro defecto llamado disparo en frío ocurre cuando dos corrientes frías de metal fundido se encuentran en la unión de una cavidad de molde y no se fusionan y así el molde no se llena adecuadamente con metal.

23. Poros de aguja y agujeros de gas (Pinholes and Gas Holes)

Los poros de aguja son numerosos agujeros muy pequeños visibles en la superficie de la fundición después de limpiarse con granalla. Son causados por alta humedad y material generador de gas en arena debido a metal defectuoso. Los agujeros de gas aparecen cuando el metal se mecaniza o corta en secciones. Estos también ocurren por humedad y metal defectuoso.

24. Costuras (Seams)

Se refieren a defectos en las uniones de dos corrientes de metal.

25. Distorsión (Distortion)

Ocurre debido a tensiones de contracción.

26. Retracción (Drawing)

Resulta en agujeros minúsculos o bastante grandes con superficie negra. Está asociada con la contracción del metal en el molde. Es común con bosses gruesos que permanecen líquidos después de que el metal circundante se ha solidificado. Tales porciones deben rodearse con bloques de enfriamiento (chills) para promover enfriamiento rápido.

27. Otros defectos menores

Algunos otros defectos menores son caídas, aplastamientos, cortes y lavados. La caída ocurre cuando la superficie superior del molde se agrieta y pedazos de arena caen en el metal fundido. La caída puede ocurrir por baja resistencia en verde, baja dureza del molde, uso de arena caliente, refuerzo insuficiente.

Defectos resultantes de alimentación incompleta

La contracción de solidificación es la causa principal de muchos defectos de fundición.

Imperfecciones externas

Aparecen en forma de cavidades localizadas en puntos calientes no alimentados en la fundición (regiones deprimidas en copia y superficies superiores).

Cuando la alimentación es gravemente inadecuada, la insalubridad interna usualmente se indica por alguna imperfección externa, perforaciones de pared, deformación por hundimiento en el punto más débil, gusanos alargados apareciendo en el alimentador en superficies de copia, defectos que se asemejan a colecciones de escoria donde las superficies de copia están arrugadas y atraídas hacia adentro, y pequeños vacíos en forma de poros de aguja.

Imperfecciones internas

Como la contracción gruesa, contracción de línea central, micro-porosidad resulta de la contracción de solidificación:

a. Contracción de línea central (Centre-Line Shrinkage)

La contracción de línea central es un vacío estrecho, más o menos continuo, a veces encontrado a lo largo de la línea central de fundiciones con secciones extensas tipo placa.

Este defecto se encuentra solo en aleaciones como el acero que se congelan en un rango de temperatura relativamente estrecho.

b. Contracción interdendrítica (Micro Porosidad)

Aleaciones que se congelan en un intervalo de temperatura más amplio tienden a exhibir este defecto cuando se alimentan mal y también debido a gases disueltos.

c. Agrietamiento en caliente interno (Internal Hot Tearing)

El agrietamiento en caliente interno ocurre debido a alimentación inadecuada. Las "grietas internas en caliente" son discontinuidades dispuestas radialmente dentro de fundiciones, emanando de área de baja densidad. Se revelan por radiografía. Las discontinuidades se asemejan a grietas externas en caliente, excepto que son radiales en lugar de aproximadamente paralelas.