Download - Solidificacion
OBJETIVOS
General:
Orientar la selección del proceso de moldeo adecuado para el diseño y/o fabricación de piezas fundidas, al menor costo y de acuerdo con unas especificaciones preestablecidas.
Específicos:
1. Evidenciar la importancia que tiene cada una de las etapas del proceso en la calidad del producto obtenido. Relacionar esta influencia con el diseño y las características de las piezas.
2. Presentar criterios para el adecuado diseño de piezas a obtener por fundición
3. Estudiar las técnicas necesarias para la fabricación de piezas fundidas partiendo de un plano de dibujo
4. Ilustrar los diferentes procesos de fundición, describiendo los equipos y materiales utilizados industrialmente
5. Proponer una metodología para el desarrollo de estudios de moldeo
• METALS HANDBOOK, Casting. 9 ed. A.SM. 1998 v. 15
• METALS HANDBOOK, Forging and casting. 8 ed. A.S.M., 1970 V.5
• LASHERAS y ARIAS, Procedimientos de fabricación y control. Barcelona: Cedel, 1970 v.1
• HEINE, LOPER y ROSENTHAL, Principles of metals castings. New York, McGraw-Hill, 1967
• FLINN, R. Fundamentals of metals casting. Massachusetts, Addison-Wesley, 1963
• TAYLOR, FLEMINGS y WULFF. Fundición para ingenieros. México, Continental, 1961.
• CAPELLO, Edoardo, Tecnología de la fundición. Barcelona, Gustavo Gili, 1974.
Otros:
Manual de arenas para fundición, A.F.S., Illinois 1965
SCHUTZE, O. Moldeo y fundición. Gustavo Gili. Barcelona 1972
WAGANOFF, P. Hornos Industriales, Ed. Mitre. Buenos Aires 1963
LE BRETON, H. Defectos de las piezas de fundición, Ed. Urmo. Bilbao 1965
DESLANDES, F y VANDENBERGHE, L. Modelos y moldes para fundición, UTEHA. México 1966
BEELEY P.R. Foundry Technology Butterworhts. Londres 1972.
BIBLIOGRAFIA
TRABAJOSGrupos máx. 3 estudiantes.
1. Aleaciones ligeras y íntermetálicos: Al, Mg, Br, Ni, Co, Cu y Ti --- AlCuFe, Zr-Ni, Al-Cr
2. Materiales compuestos: matriz polimétrica, metálica y cerámica / refuerzos: nanoparticulas, fibras de vidrio, SiC, Al2O3, orgánicos, termoplásticos, poliester, etc
A. Fundición de los siguientes materiales (Introducción, detalles experimentales, resultados y discusión (como afectan las parámetros de fundición en sus propiedades), y conclusiones) :
3. Superaleaciones: Inconel, Hastelloy, Nimonic, Monel, etc.
4. Materiales magnéticos: duros (Super-imanes) , blandos, amorfos, otros
5. Aleaciones con memoria de forma: Ní-Ti, Ni-Al, NiTiZr, CuZnAl, NiTiCu, NiTiNb, CuAlNi, FeMnSi, etc.
B. Realizar el estudio de la fabricación de las piezas obtenida por fundición de una pieza mecánica para una serie (uso industrial) competitiva.
Recomendaciones:
1. Se debe establecer claramente la función de la pieza mecánica, las especificaciones que debe cumplir, la selección del (o los) material de la pieza que se haya definido fabricar por el proceso de moldeo y fusión, rediseñarlas de acuerdo a criterios de trazado de piezas; establecer los procedimientos de control con base en la norma ICONTEC – ISO 2859.
2. Se debe especificar claramente:
a. Orden de solidificación
b. Selección del sentido de moldeo
c. Modelos y machos
d. Materiales de moldeo y de machos e. Sistemas de alimentación y de llenado: Ser coherente con los parámetros
usados en el cálculo de los dos sistemas. Sistema de alimentación: Cálculo y disposición de los alimentadores y enfriadoresSistema de llenado: Cálculo del Volumen y peso de la pieza Cálculo, disposición y
forma de los elementos de colada Elabore los planos de moldeo
PROCESO DE FUNDICIÓNLa fundición es el método mas antiguo para dar forma a los metales. Fundamentalmente consiste en fundir y colar metal liquido en un molde de la forma y tamaño deseado para que allí solidifique. Generalmente este molde se hace en arena, consolidado por un apisonado manual o mecánico alrededor de un modelo, el cual se extrae antes de recibir el metal fundido. No hay limitaciones en el tamaño de las piezas que puedan colarse, variando desde pequeñas piezas de prótesis dental, con peso en gramos, hasta los grandes bastidores de maquinas de varias toneladas. Este método, es el mas adaptable para dar forma a los metales y muchas piezas que son imposibles de fabricar por otros procesos convencionales como la forja, laminación, soldadura, etc. El motor de un automóvil es un buen ejemplo de la diversidad de piezas que obtener por este sistema.
ESQUEMA DEL PROCESO:
PROYECTO DISEÑO MODELO PREPARACION DE ARENA
MOLDEO FUSIÒN COLADA SOLIDIFICACIÒN DESMOLDEO
ELIMINACIÒN DE BEBEDEROS Y MAZAROTAS LIMPIEZA MECANIZADO
TRATAMIENTOS TERMICOS
SOLIDIFICACIÓN
LíquidoLíquido Límites de grano
Núcleo
Cristales que formarán granos
Granos
Hay solidificación cuando:
• Un núcleo con pequeños cristales
• Crecimiento del núcleo hasta dar origen a cristales y la formación de una estructura granular
Técnica de procesos de manufactura para obtener materiales
NUCLEACIÓN
• Es la etapa inicial para la formación de una fase a partir de otra: esta asociada con la transformaciones de fase
Líquido
Radio r
Interfase
Sólido-líquido
24 rA
3
3
4rV
Sólido
Se deben considerar dos tipos de energía:
1. Energía libre volumétrica o global (núcleo sólido), ΔGv
2. Energía libre superficial (interfase): aumenta con el radio del núcleo, δsl
-← C
ambi
o de
ene
rgía
libr
e →
+
Cambio de energía libre de volumen: 4/3 πr3.ΔGv
Cambio de energía libre de superficie: 4πr2. δsl
r*
Radio crítico Radio de la partícula, r
Energía libre total del sistema sólido-líquido:
slV rGrG 23 43
4
embrión núcleo
Diferenciando ΔG con respecto a r, se logra una relación entre: r*, δ y ΔGv
V
V
V
Gr
rGr
rGrdr
d
dr
Gd
2
83
12
043
4)(
*
*2*
23
• Por que a la temperatura de solidificación los embriones son termodinámicamente inestables ?
• La solidificación no comienza a la temperatura termodinámica de solidificación
SUB-ENFRIAMIENTO: ΔT
Temperatura de solidificación – temperatura real del líquido
ΔT = ΔGv , pero no cambia significativamente δsl
entonces, r*= f (ΔGv)
ΔT
°C
500
300
100
r*
Los núcleos son estables
Los embriones se forman en esta región y pueden redisolverse
Metal ΔT °C
Ga 76
Bi 90
Pb 80
Ag 250
Ni 480
Fe 420
H20 40
TH
Tr msl
2*
NUCLEACIÓN HOMOGÉNEA
NUCLEACIÓN HETEROGÉNEA
Se utilizan Impurezas o las paredes de un molde o recipiente
Es la forma real que nuclean los metales
Se disminuye el sub-enfriamiento entre 0.1 y 10°C
Impureza
Sólido
Líquido
θ
CONCLUSIÓN: Se disminuye la energía de superficie, entonces, el cambio de energía total para la formación de un núcleo estable, será menor.
MECANISMOS DE CRECIMIENTODepende de cómo se elimine el calor:
1. Calor especifico del sólido: se elimina por radiación o conducción hasta la temperatura de nucleación2. Calor latente de fusión: La forma que se elimina el calor latente, determina el mecanismo de crecimiento del material
CRECIMIENTO PLANO: Hay suficientes agentes nucleantes
CRECIMIENTO DENDRITICO
Altos grados de sub-enfriamientoDendrita=Arbol
ΔH: aumenta la temperatura del líquido sub-enfriado hasta la temperatura de solidificación
H
Tc
mktsFracción dendrítica = SDAS =
CURVAS DE ENFRIAMIENTO
Tiempo de solidificación n
s A
VBt
Regla de Chvorinov:
A
B
C
D E
Tiempo
Tem
pera
tura
Tfusiòn=Tsolidificaciòn
sobrecalentamiento
subenfriamientoRecalescencia
Solidificación isotérmica
= Velocidad de enfriamiento
Metal bien inoculado
Metal no inoculado
Tem
pera
tura
Tiempo local de solidificación
t
T
Tiempo total de solidificación
Tiempo
MICROESTRUCTURA DE LAS PIEZAS COLADAS
1. Zona de enfriamiento rápido
2. Zona columnar
3. Zona equiàxial
DEFECTOS EN SOLIDIFICACIÒN
1. Contracción
2. Porosidad
Cavidad Rechupe
Mazarota
Pieza
colada
Material Contracción
Al 7 Cu 5.1 Mg 4.0 Zn 3.7 Fe 3.4 Aceros 2.5-4 Fundición blanca 4-5.5
0 250 500 750 10000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
So
lubi
lida
d d
el h
idró
ge
no
(cm
3 H2/1
00
g d
e A
l)
Temperatura ºC
Solubilidad del Hidrògeno gaseoso en el aluminio
% de gas = KPgas1/2