Guía completa de métodos de ensayo de arena en fundición

ENSAYO DE ARENA: En este artículo analizaremos los diversos métodos de ensayo de arena, muy importantes en fundición.

En fundiciones modernas se reconoce que la arena de fundición merece tanta atención como el metal de colada. La arena puede suponer un tercio del coste de la pieza terminada. En producción en serie de coladas en arena, la arena de moldeo —material principal— debe probarse periódicamente para mantener control de su composición y propiedades. Los ensayos pueden ser químicos o mecánicos.

Los químicos solo determinan elementos indeseables; en la mayoría de casos se emplean ensayos mecánicos. La tabla 11.7 muestra demandas medias de arenas de moldeo.

Finura de grano (Grain-Fineness)

El tamaño de grano se designa por un número llamado «número de finura de grano» que indica el tamaño medio y proporciones de granos finos y gruesos en la mezcla. Un número de finura dado corresponde a un tamiz estándar de 280 mm de diámetro con idéntico número de mallas. El ensayo de finura se hace cribando granos mediante juego de tamices estándar graduados y numerados según finura de malla. Para la mayoría de prácticas de fundición, un juego de tamices con las siguientes aberturas es el más conveniente (tabla siguiente).

Los ensayos mecánicos esenciales incluyen finura, contenido de humedad, contenido de arcilla, permeabilidad, resistencia a compresión y dureza del molde. El número de finura se calcula multiplicando los porcentajes anteriores por una constante dada para cada tamiz, llamada multiplicador. Los productos de esta multiplicación se suman para obtener producto total. El número de finura se calcula con la fórmula:

Producto total / porcentaje total de arena retenida en tamiz

Métodos de ensayo de arena

Ensayo de contenido de humedad

Se seca 50 g de arena húmeda a peso constante entre 105 °C y 110 °C en horno de calentamiento uniforme, se enfría a temperatura ambiente en desecador y se pesa la muestra seca. La diferencia entre pesos húmedo y seco en gramos dividida por 50 g da el porcentaje de humedad.

Un instrumento llamado indicador de humedad (moisture teller) se usa ampliamente en fundiciones modernas. Sopla aire caliente a través de arena húmeda en una bandeja con fondo de malla metálica de 500 mallas. La arena se extiende en capa fina y se sopla aire caliente unos tres minutos sobre 50 g. La humedad se elimina eficazmente y una balanza de precisión determina la pérdida de peso.

Un instrumento portátil llamado humedímetro (moistmeter) permite determinar el contenido de humedad casi instantáneamente. Los dos brazos se insertan en la muestra de arena de moldeo en un recipiente; una pequeña corriente eléctrica, de pila seca en el mango, pasa a través de la arena húmeda. Cuanto más húmeda la arena, más fácilmente fluye la corriente; la desviación de un indicador mide la humedad.

Ensayo de contenido de arcilla

Este método para determinar el contenido de arcilla en arenas de moldeo consiste en agitar la arena en agua para separar la arcilla de los granos y luego retirar la arcilla que queda en suspensión. El material que no sedimenta en 5 minutos en agua destilada a temperatura ambiente se designa como sustancia arcillosa.

Equipo necesario: horno de secado, balanza y pesas, lavadora de arena. Pequeña cantidad de arena, bien seca de muestra de 50 g, se coloca en frasco de lavado. Se añaden 47 cc de agua destilada y 25 cc de solución de sosa cáustica al 3 %. La mezcla se agita 5 min en agitador rápido o 1 h si se usa lavadora rotativa, y se deja reposar 5 min para que sedimenten granos mayores. Se sifona y descarta la mayor parte de la solución superior, eliminando arcilla no sedimentada. Se repite hasta que el agua quede clara tras 5 min de reposo.

El frasco se seca en horno y se pesa la muestra. El porcentaje de arcilla se determina por la diferencia entre pesos inicial y final.

Ensayo de permeabilidad

La permeabilidad se mide por el volumen de aire que pasa a través de una probeta estándar de arena bajo presión dada en tiempo prescrito. El aparato usa probeta apisonada estándar de 5,08 cm de diámetro por 5,08 cm de altura.

Un permeámetro, como muestra la figura, tiene tanque cilíndrico de agua con una campana invertida o depósito de aire, bien equilibrado, flotando. Abriendo adecuadamente la válvula de tres vías, el aire atrapado bajo la campana fluye a través de la probeta. Mercurio en la base del tubo de probeta da sellado hermético. La presión del aire se obtiene con manómetro de agua y escala recta; debe ser próxima a 10 cm de agua, equivalente a 10 g/cm².

El número de permeabilidad se define como el volumen de aire en cc que pasa por minuto bajo presión de 1 g/cm² a través de probeta de 1 cm² de sección y 1 cm de profundidad. Se calcula con la fórmula:

Número de permeabilidad = (v × h) / (p × a × t)

donde v = volumen de aire = 2.000 cc.

h = altura de la probeta = 5,08 cm.

p = presión de aire = 10 g/cm²

a = sección transversal de la probeta = 20,268 cm²

t = tiempo para 2.000 cc de aire en segundos.

Como v, h, p y a son constantes, la fórmula se reduce a:

Permeabilidad = 3.007,2 / tiempo en segundos

Ensayo de resistencia a compresión

Varios ensayos miden el poder de aglutinante de materiales de unión en arena verde y seca. Los de compresión son los más comunes, aunque también se usan tracción, cizalladura y flexión.

La resistencia a compresión en verde (kgf/cm²) es la máxima resistencia a compresión que una mezcla puede desarrollar en estado húmedo. La probeta apisonada (5,08 cm alto × 5,08 cm diámetro) se expulsa del tubo y se coloca con el extremo que estuvo arriba durante el apisonado contra la placa superior de una máquina universal de resistencia de arena.

La máquina registra carga creciente continua hasta rotura de la probeta. La carga se aplica a ~2 kgf/cm² hasta rotura. El valor de compresión se lee directamente en la escala de compresión en verde del equipo.

Ensayo de dureza de molde y nucleo

Este ensayo se realiza con un durómetro de molde en fundición para determinar cuánto se ha apisonado el molde. El durómetro es del tamaño de un reloj de bolsillo y el ensayo dura pocos segundos. Funciona como un durómetro Brinell: penetra en la superficie del molde y la profundidad de penetración se indica en la esfera en centésimas de milímetro. La dureza también puede leerse en otra escala en kgf/cm².

Conclusión

Hemos cubierto todos los tipos de métodos de ensayo de arena utilizados. Diferentes equipos de ensayo se emplean para este fin. Esperamos que le haya gustado el artículo. Deje sus comentarios abajo.