PROCESO DE CONFORMACIN DE MATERIALES:

Es unproceso de fabricacinque comprende un conjunto deoperacionesde conformacin de piezas mediante la eliminacin de material, ya sea por arranque devirutao sin viruta.

1. Proceso de Conformacin sin Arranque de Viruta: Consiste en proceder a un amasado del material, segn el material sea calentado, se emplean trabajos como forja, doblado, laminado, prensado, embutido, etc

1.1 Forja: Este es un proceso de fabricacin que se utiliza para dar forma y unas propiedades determinadas a los metales y aleaciones a los que se aplica mediante grandes presiones.

1.2 Laminado: Cualquier proceso de laminacin empieza con un material de una determinada seccin al que se le obliga a pasar entre unos rodillos de alta rigidez que ejercen una importante fuerza de compresin, de manera que se consigue aplicar una deformacin plstica, es decir, una deformacin permanente.

1.3 Doblado : Es un proceso de conformado sin separacin de material y con deformacin plstica utilizando para dar forma a chapas

1.4 Trefilado: Consiste en el estirando del alambre en fro, por pasos sucesivos a travs de hileras, dados o trefilas de carburo de tungsteno un cuyo dimetro es paulatinamente menor.

1.5 Corte por Chorro de Agua: El corte por chorro de agua es un proceso de ndole mecnica, mediante el cual se consigue cortar cualquier material, haciendo impactar sobre este un chorro de agua a gran velocidad que produce el acabado deseado

1.6 Electroemersin: El proceso de electroerosin consiste en la generacin de un arco elctrico entre una pieza y un electrodo en un medio dielctrico para arrancar partculas de la pieza hasta conseguir reproducir en ella las formas del electrodo. Ambos, pieza y electrodo, deben ser conductores, para que pueda establecerse el arco elctrico que provoque el arranque de material.

1.7 Corte por Plasma: Descubierto en 1954, al aumentar el flujo del gas y reducir la abertura de la boquilla utilizada en la soldadura TIG, se obtiene un chorro de plasma. Este chorro es capaz de cortar metales, lo que dio lugar al proceso de corte por plasma conocido hoy en da.

2 Proceso de Conformacin con Arranque de Viruta: se eliminan trozos de material mediante herramientas con filos perfectamente definidos. Los ms habituales son:

2.1 Cerrado: Puede ser un proceso manual o realizado mediante mquina herramienta, pero el principio es el mismo: deslizar una hoja de sierra hacia adelante y hacia abajo para realizar el corte del material.

Figura 1. Equipo de cerrado

2.2 Limado: Es un proceso manual, la forma ms antigua de sacar viruta. Tiene poca capacidad de arranque y se utiliza para ajustes, por lo que se precisa de una mano de obra bastante especializada.

2.3 Taladrado: Es la operacin consistente en realizar agujeros circulares en una pieza. Para ello se monta en la mquina de taladrar una herramienta llamada broca, que gira para penetrar eliminando virutas del material a taladrar.

Figura 2. Taladro

2.4 Roscado: consiste en girar una herramienta de corte introducindola en un agujero previo (macho) o girndola en torno a una varilla (terraja) sirvindose de un utensilio para girarlas con facilidad llamado volvedor.

Figura 3. Roscado con Macho

2.5 Torneado: Es un procedimiento para crear superficies de revolucin por arranque de viruta. Llamamos superficies de revolucin a aquellas en las que si hacemos un corte por un plano perpendicular a su eje, la seccin es circular. La mquina que se utiliza para el torneado se denomina torno.

Figura 4. Mquina de torneado

2.6 Fresado: consistente en el corte del material con una herramienta rotativa que puede tener uno o varios filos. Dicho corte de material se realiza combinando el giro de la herramienta con el desplazamiento, bien sea de la misma herramienta o de la pieza a trabajar. Depender del diseo de la mquina que lo que se desplace sea la herramienta, la mesa, o combine el desplazamiento de ambos. Dicho desplazamiento ser en cualquier direccin de los tres ejes posibles en los que se puede desplazar la mesa, a la cual va fijada la pieza que se mecaniza.

Figura 5. Fresadora

2.7 Brochado: El brochado consiste en pasar una herramienta rectilnea de filos mltiples, llamada brocha, sobre la superficie a tallar en la pieza, ya sea exterior o interior, para darle una forma determinada. El brochado se realiza normalmente de una sola pasada mediante el avance continuo de la brocha, la cual retrocede a su punto de partida despus de completar su recorrido.

Figura 6. Brochadora

TRATAMIENTOS TRMICOS SUPERFICIALES

Como es sabido, y a lo largo de estas consideraciones ya hemos comentado, que para mejorar la vida til de las matrices, moldes y estampas se utilizan con mucha frecuencia tratamientos superficiales. El tipo de tratamiento debe ajustarse a la forma y solicitaciones de la herramienta.

Por lo general, los tratamientos superficiales son el ltimo tratamiento que se realiza despus del temple + revenido y mecanizado final de las herramientas.

Las ventajas de estos tratamientos en los tiles y herramientas radican, principalmente, en una mayor resistencia el desgaste, mayor resistencia a la erosin, y mayor resistencia a la corrosin. Tienen, tambin, la ventaja aadida, por su bajo coeficiente de friccin, de una mnima propensin a la adherencia de las partculas que se producen cuando se da la forma o se procesa el material correspondiente.

Los tratamientos superficiales ms utilizados: nitruracin (en todas sus variantes), boruracin, cromado duro y los recubrimientos por deposicin de capas finas y muy duras a base de carburos y nitruros de volframio o carburos/nitruros de titanio y vanadio. Todos ellos son apropiados para mejorar muy mucho las caractersticas de las partes activas de las herramientas, particularmente, el desgaste.

De los tratamientos indicados la nitruracin es, histricamente, el que ms se aplica. Ello se debe seguramente al hecho de que este proceso se realiza con relativa facilidad, es de resultados econmicos significativamente bajos, sencillo de reproducir y de universal aplicacin. Dependiendo del procedimiento utilizado: nitruracin en atmsfera de gas amoniaco, nitruracin en baos de sales, ionitruracin, nitrocarburacin, etc. se aplicarn temperaturas aproximadas entre los 500 y 580 C.

ltimamente, los recubrimientos a base de capas finas y muy duras han experimentado en la prctica un notable e importantsimo incremento; esto es debido, principalmente, a que ya han rebasado con creces su etapa experimental y se han confirmado en la prctica como excelentes tratamientos antidesgaste y tribolgicos. (Palacios, s.f.)

La superficie de una pieza despus de su elaboracin ya sea por deformacin plstica o por arranque de viruta tiene el aspecto indicado en la siguiente figura:

La parte externa muestra el material deformado por la herramienta de corte o matriz de forma. La capa deformada puede contener contaminantes procedentes de los aceites de corte, polvo, virutas o capa de xido.

En aplicaciones industriales las imperfecciones superficiales o rugosidad y los contaminantes hacen necesario tratar la superficie metlica con el fin de evitar fenmenos de friccin, desgaste, corrosin y/o fatiga.

La ingeniera de superficies es una nueva disciplina que trata las tcnicas o procedimientos clsicos y modernos en los tratamientos superficiales y recubrimientos de los materiales. Desde tratamientos termoqumicos tradicionales, tecnologas de vaco (PVD y eVO), haces de iones o tecnologas lser y plasma, entre otras.

En los tratamientos superficiales se modifica la composicin y la estructura superficial del material. Mientras que los recubrimientos adicionan un material diferente sobre la superficie a proteger. En ambos casos se incrementa la resistencia de la superficie del material para incrementar su vida en servicio, retardando fenmenos como la fatiga, oxidacin o desgaste.

Recubrimiento. Deposicin de una capa dura sobre la pieza a tratar.

Recubrimientos por conversin. Formacin de capas superficiales de xido, fosfatos o cromados que protegen al material de la corrosin. Los ms empleados son el anodinado (del aluminio y titanio), pavonado, fosfatado y cromatado.

Recubrimiento por chapado. La proteccin del metal base se realiza mediante lminas que lo protegen frente a la corrosin. El acero se recubre con chapas de acero inoxidable, latn, nquel y cobre. La aplicacin de las lminas se realiza por laminacin conjunta del metal base y del recubrimiento.

Metalizacin. Se proyecta un metal fundido, pulverizndolo sobre la superficie de otro. Con esto se consigue comunicar a la superficie de un metal las caractersticas de otro diferente.

Cromado. Se deposita cromo electrolticamente sobre el metal; de esta manera, se disminuye su coeficiente de rozamiento y se aumenta su resistencia al desgaste.

Clasificacin general de los tratamientos trmicos de los aceros.

1. Volumtricos: Temple, Revenido, Recocido, Normalizado, Termomecnico.

2. Superficiales: Temple Superficial, Tratamientos Termoqumicos.

Tratamiento Trmico de Temple.

Temple: Consiste en un calentamiento entre 30 50C por encima de Ac3 para los aceros hipoeutectoides y 30 50C por encima de Ac1 para los aceros eutectoides e hipereutectoides.

Figura 7. Temperaturas de calentamiento durante los tratamientos de Temple.

Seguido de un enfriamiento enrgico en un medio adecuado, con velocidad mayor que la crtica de Temple para obtener una estructura martenstica, dureza y resistencia en el acero.

Por qu los aceros hipoeutectoides se austenizan completamente y los hipereutectoides no?

Si se calienta entre Ac1 y Ac3 en los aceros hipoeutectoides queda parte de ferrita en la estructura austentica y al enfriarse, se hereda en la transformacin martenstica y esto ocasiona una disminucin de la resistenciay la dureza (este defecto se denomina temple incompleto). Es por ello que en estos aceros se da temple completo (por encima de Ac3).

En el caso de los aceros hipereutectoides hay varias razones para no calentar por encima de Ac3:

Aumenta mucho el tamao del grano austentico.

Se descarbura ms la superficie del acero.

Disminuye algo la dureza de la estructura de martensita porque aumenta la cantidad de austenita residual.

Cuando se calienta entre Ac1 y Ac3:

La cementita presente en el acero templado aumenta la dureza y la resistencia al desgaste.

Segn lo anterior de acuerdo a la temperatura de calentamiento hay dos tipos de temple: completo e incompleto.

El tiempo total que dura el tratamiento trmico se compone del tiempo de calentamiento hasta la temperatura dada (Tc) y el tiempo de permanencia a esta temperatura (Tp). Ttotal = Tc + Tp

La magnitud de Tc depende de la aptitud del medio para calentar, de las dimensiones de las piezas y de la colocacin en el horno. Tp depende de la velocidad de los cambios de fase, la cual est determinada por el grado de calentamiento por encima del punto crtico y por la difusin de la estructura inicial.

En la prctica Tp puede tomarse como 1min x mm para los aceros al carbono y 2 min x mm para los aceros aleados. El tiempo de calentamiento depende de muchos factores y puede oscilar entre 1 2 min para piezas pequeas en baos de sales y muchas horas en piezas grandes en hornos de cmara.

El tiempo de calentamiento exacto solo puede establecerse por la va experimental para una pieza dada en las condiciones concretas, pero se puede calcular de forma aproximada para lo cual existen varios mtodos. Se puede tomar 1 min x mm en hornos de mufla y piezas de acero al carbono. Para aceros aleados debe incrementarse un 20 25%.

Templabilidad: Se entiende por templabilidad la profundidad a la que penetra en la pieza la zona templada. La templabilidad incompleta se explica porque durante el temple, la pieza se enfriar mas rpido en la superficie que en el centro.

Es evidente que en la medida que disminuye la velocidad crtica de temple aumenta la profundidad de la capa templada, y si la Vc es menor que la velocidad de enfriamiento en el centro de la pieza, esta seccin se templar completamente. Por consiguiente, cuanto menor sea Vc, tanto mayor ser la templabilidad.

Para valorar prcticamente la templabilidad se utilizar una magnitud llamada dimetro crtico (Dc). El dimetro crtico es el dimetro mximo para una barra cilndrica que se templa en toda su seccin en un medio de enfriamiento dado. Por consiguiente, para un acero dado a cada medio de enfriamiento le corresponde un dimetro crtico.

Si es necesario que una pieza se temple en todo su espesor hay que elegir un acero tal que: Dc > Dpieza.

Una pieza templada se halla siempre en un estado de tensin estructural. El revenido es un medio necesario y radical para disminuir las tensiones residuales. El calentamiento del acero en el revenido aumenta la plasticidad, esto permite que, en los diversos volmenes, las deformaciones elsticas se conviertan en plsticas, con lo cual disminuye la tensin.

Tipos de temple

1. Temple continuo (en un solo medio).

2. Temple escalonado (en dos medios).

3. Temple Escalonado (Mantempering).

4. Temple isotrmico (Austempering).

Figura 8 Curvas de enfriamiento de los diferentes tipos de temple representadas en el diagrama T.T.T.

Otros procedimientos de temple.

Enfriamiento en chorro de agua (mayor templabilidad).

Temple con autorrevenido (para lograr que la dureza disminuya gradual y uniformemente. Se emplea en herramientas, cortafros, punzones, hachas, etc. Solo se le da dureza al filo.)

Enfriamiento subcero (para disminuir la austenita residual).

Tratamiento Trmico de Revenido

TIPOS DE MATERIALES

1. Materiales Ferrosos

Los metales ferrosos se basan en el hierro; el grupo incluye acero y hierro colado; stos constituyen el grupo de materiales comerciales ms importantes y comprende ms de las tres cuartas partes del tonelaje de metal que se utiliza en todo el mundo. El hierro puro tiene poco uso comercial; pero aleado con el carbn tiene ms usos y mayor valor comercial que cualquier otro metal. Las aleaciones de hierro y carbn pueden formar acero y hierro colado.

Los aceros de baja aleacin son aleaciones hierro-carbono que contienen elementos aleantes adicionales en cantidades que totalizan menos del 5% en peso, aproximadamente. Debido a estas adiciones, los aceros de baja aleacin tienen propiedades mecnicas que son superiores a los aceros al carbono para las aplicaciones dadas. Las propiedades superiores significan usualmente mayor resistencia, dureza, dureza en caliente, resistencia al desgaste, tenacidad y combinaciones ms deseables de estas propiedades. Con frecuencia se requiere el tratamiento trmico para lograr el mejoramiento de estas propiedades.

Los elementos comunes que se aaden a la aleacin son el cromo, el manganeso, el molibdeno, el nquel y el vanadio, algunas veces en forma individual, pero generalmente en combinacin. Estos elementos forman soluciones slidas con el hierro y compuestos metlicos con el carbono (carburos).

2. Materiales No Ferrosos

Los metales no ferrosos incluyen elementos metlicos y aleaciones que no se basan en el hierro. Los metales de ingeniera ms importantes en el grupo de los no ferrosos son el aluminio, el cobre, el magnesio, el nquel, el titanio, el zinc y sus aleaciones.

Aunque el grupo de metales no ferrosos no puede igualar la resistencia de los aceros, algunas aleaciones no ferrosas tienen caractersticas, como resistencia a la corrosin y relaciones resistencia peso, que los hacen competitivos con los aceros en aplicaciones para esfuerzos moderados y altos. Adems, muchos de ellos tienen otras propiedades distintas a las mecnicas que los hacen ideales para aplicaciones en las que el acero podra ser inadecuado. Por ejemplo, el cobre tiene una de las menores resistividades elctricas entre los metales y es ampliamente usado para conductores elctricos. El aluminio es un excelente conductor trmico y sus aplicaciones incluyen intercambiadores de calor y utensilios de cocina. Tambin es uno de los metales ms fciles de formar, por esa razn es muy apreciado. El zinc tiene un punto de fusin relativamente bajo, por lo cual se utiliza ampliamente en operaciones de fundicin en dados. Los metales no ferrosos comunes tienen su propia combinacin de propiedades que los hacen tiles para una variedad de aplicaciones. Seguidamente, analizarnos los metales no ferrosos ms importantes tanto comercial como tecnolgicamente.

3. Materiales Ceramicos

Los cermicos son materiales inorgnicos, no metlicos, constituidos por metales y no metales, enlazados por unin preferencialmente inica y otra parte por unin covalente. Pueden ser compuestos sencillos o complejos.

Las propiedades de los cermicos varan de acuerdo al porcentaje de enlace covalente presente, pero en general son duros y frgiles, de baja tenacidad y baja ductilidad. Son buenos aislantes elctricos y trmicos debido a que no poseen electrones conductores. Sus fuertes enlaces hacen que sus temperaturas de fusin sean altas, por esta razn son indispensables para muchos de los diseos de ingeniera.

Los cermicos renen a todos los materiales slidos inorgnicos que no son metales, pudiendo ser cristalinos como el cuarzo o amorfos como el vidrio. La tabla presenta las principales familias en las que pueden ser agrupados los deferentes materiales cermicos. La corteza terrestre est constituida en un 99% de rocas silito-aluminosas, las cuales constituyen la reserva de los materiales cermicos tradicionales.

Tabla 1. Las familias cermicas

Actualmente la definicin de cermica tiene en cuenta no solamente la composicin del material, sino tambin la tcnica utilizada en su fabricacin. Se considera como producto cermico a todo objeto obtenido por compactacin de un polvo cermico a la forma adecuada y a la consolidacin por cocimiento o calcinacin a temperatura elevada.

3.1 Clasificacion De Los Materiales Ceramicos

De acuerdo al tipo de materia prima utilizada, al proceso de conformacin y a la aplicacin, los materiales cermicos pueden ser divididos en dos grandes grupos; cermicos tradicionales y cermicos de ingeniera.

a. Cermicos tradicionales

Son constituidos bsicamente por slice, arcillas y feldespatos. Ejemplos de estas cermicas son ladrillos, pisos, baldosas y tejas en la industria de la construccin, porcelanas elctricas en la industria electrnica, entre muchas otras aplicaciones. Para su construccin se utilizan mtodos artesanales y las piezas obtenidas son porosas, coloreadas y quemadas a bajas temperaturas. En general, una cermica tradicional utiliza arcilla como componente significativo, que es el que otorga plasticidad antes de la coccin, cuarzo como elemento refractario por su alta temperatura de fusin y el feldespato, que por su baja temperatura de fusin proporciona la fase vtrea ligante.

b. Cermicas avanzadas o de ingeniera

Presentan importantes propiedades magnticas, pticas, elctricas, biolgicas o qumicas. Son tiles en la construccin de piezas de alta ingeniera. Estructuralmente poseen buenas propiedades mecnicas y trmicas. Aptas para la construccin de equipo y maquinaria, permitiendo el desarrollo de nueva tecnologa, la cual presenta limitaciones por las caractersticas de los materiales existentes. Como caractersticas especiales de las cermicas de ingeniera se encuentran, la alta pureza de las materias primas y la alta tecnologa de fabricacin que le confieren a la pieza terminada excelentes propiedades como: dureza, tenacidad, alta densidad, resistencia a la abrasin, resistencia a la corrosin, termo resistencia, estabilidad dimensional y caractersticas elctricas especiales. Entre las materias primas que cumplen estas exigencias estn: la almina, la slice, la mullita, los xidos de berilio, circonio, torio, titanio y molibdeno. Con 99.9% de pureza, las cermicas de ingeniera son obtenidas generalmente por procesos de sinterizacin de polvos cermicos. Las cermicas avanzadas se pueden clasificar en dos grandes grupos; las Estructurales y las Funcionales, estas ltimas pueden ser electrnicas (aislantes o dielctricos, piezoelctricos, conductores y semiconductores y superconductores), magnticas u pticas.

c. Cermicas estructurales

Son aquellas piezas cermicas que se usan o tienen la potencialidad de usarse en aplicaciones estructurales exigentes, particularmente a temperatura elevada. Estos cermicas se caracterizan por su baja densidad, alta dureza, elevado punto de fusin, inercia qumica, baja conductividad trmica y baja expansin trmica: Pueden estar hechas de xidos o no xidos y pueden ser monolticas o compuestos basados en matrices cermicas. As que, por sus propiedades mecnicas y trmicas, llenan requerimientos especiales para la construccin de equipos y maquinaria de alta tecnologa. Los usos de mayor importancia se presentan en sistemas estructurales y de carga. Para ello se necesita que los materiales posean alta resistencia a la traccin, a las altas temperaturas, a la deformacin, a la corrosin y a la oxidacin. Estas propiedades, que en este tipo de piezas deben estar por encima de los materiales corrientes. Dentro de las aplicaciones de las cermicas estructurales estn: Intercambiadores de calor, componentes de motores para autos, componentes de generadores de potencia, herramientas de corte e implantes biomdicos. Materiales que cumplen funciones para aplicaciones a altas temperaturas son: nitruro de silicio (Si3N4), nitruro de aluminio silicato (sialon), carburo de silicio (SiC), circonita (Zr2SiO4), almina (Al2O3), y mullita (3Al2O3.2SiO2).

PROPIEDADES MECANICAS

En general, los cermicos son materiales frgiles, su resistencia a la traccin vara en amplios intervalos, los cuales van desde 100 psi (0.69 MPa), hasta 106 psi (7 x 103 MPa), estos ltimos valores encontrados en cermicos de almina Al2O3 preparados cuidadosamente. Pero en general pocos cermicos alcanzan los 25 ksi. La resistencia a la compresin es en general de 5 a 10 veces mayor que la resistencia a la traccin. Su dureza depende del tipo de cermico, siendo poca para cermicos tradicionales y muy alta para cermicos de ingeniera (herramientas de corte) y su resistencia al impacto es en general muy baja. Este carcter dbil de resistencia al impacto se debe a su unin inica - covalente, pues es ms difcil el deslizamiento de un plano de iones sobre otro que tiene carga elctrica diferente, que uno que tenga cargas elctricas iguales.

4. Materiales Polimeros

Un polmero es un compuesto formado por repetidas unidades estructurales llamadas meros cuyos tomos comparten electrones para formar molculas muy grandes. Los polmeros estn constituidos generalmente por carbn y otros elementos como hidrgeno, nitrgeno, oxgeno y cloro. Los polmeros se dividen en tres categoras: Polmeros termoplsticos, Polmeros termofijos y Elastmeros.

Los termoplsticos pueden someterse a mltiples ciclos de calentamiento y enfriamiento sin alterar sustancialmente la estructura molecular del polmero. Los termoplsticos tpicos a temperatura ambiente poseen las siguientes caractersticas: 1) menor rigidez, el mdulo de elasticidad es de dos a tres veces ms bajo que los metales y los cermicos; 2) la resistencia a la tensin es ms baja, cerca del 10% con respecto a la de los metales; 3) dureza muy baja; y 4) ductilidad ms alta en promedio, con un tremendo rango de valores, desde una elongacin del 1 % para el poliestireno, hasta el 500% o ms para el propileno. En cuanto a sus propiedades fsicas, los polmeros termoplsticos poseen: 1) densidades ms bajas que los metales y los materiales cermicos, las gravedades especficas tpicas para los polmeros son alrededor de 1.2, para los cermicos alrededor de 2.5, y para los metales alrededor de 7.0, 2) coeficientes de expansin trmica mucho ms altos, aproximadamente cinco veces el valor de los metales y 10 veces el de los cermicos; 3) temperaturas de fusin muy bajas; 4) conductividades trmicas que son alrededor de tres rdenes de magnitud ms bajos que los de los metales, y 5) propiedades de aislamiento elctrico Los productos termoplsticos incluyen artculos moldeados y extruidos, fibras, pelculas y lminas, materiales de empaque, pinturas y barnices. Se adquiere normalmente en forma de polvos o pellets (grano grueso).

Polmeros termofijos. Estas molculas se transforman qumicamente (se curan) en una estructura rgida cuando se enfran despus de una condicin plstica por calentamiento, de aqu el nombre de termofijo. Debido a las diferencias en la composicin qumica y estructura molecular, las propiedades de los plsticos termofijos son diferentes de los termoplsticos. En general, los termofijos son 1) ms rgidos, con mdulos de elasticidad dos o tres veces ms grandes; 2) frgiles, prcticamente no poseen ductilidad; 3) menos solubles en los solventes comunes; 4) capaces de funcionar a temperaturas ms altas; y 5) no pueden ser refundidos, en lugar de esto se degradan o se queman.

Elastmeros. Estos polmeros exhiben un comportamiento elstico importante, de aqu el nombre de elastmero. Los elastmeros son polmeros capaces de sufrir grandes deformaciones elsticas cuando se les sujeta a esfuerzos relativamente bajos, Algunos elastmeros pueden soportar deformaciones de hasta el 500% o ms, pero retornan a su forma original. El ejemplo ms popular de un elastmero es desde luego el hule. Podemos dividir a los hules en dos categoras: 1) hule natural, derivado de ciertas plantas y 2) polmeros sintticos producidos por procesos de polimerizacin, similares a los que se utilizan para los termoplsticos y los termofijos.

FUNDICION

1. DEFINICION DE FUNDICION:

Se denomina fundicin al proceso de fabricacin de piezas, comnmente metlicas pero tambin de plstico, consistente en fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica.

Para la fundicin debe fabricarse un molde con cavidad con la forma y tolerancias de la pieza ya que esta contrae cuando enfra. El material del molde debe ser refractarios y los equipos con temperatura adecuada, ms un ventero adecuado para evacuar aire y gases de fundicin.

De ms esta decir que el molde debe permitir el retiro de la colada y para luego hacer operaciones de eliminacin de sobrantes.

Para lograr la produccin de una pieza fundida es necesario hacer las siguientes actividades

Diseo de los modelos de la pieza y sus partes internas

Diseo del molde

Preparacin de los materiales para los modelos y los moldes

Fabricacin de los modelos y los moldes

Colado de metal fundido

Enfriamiento de los moldes

Extraccin de las piezas fundidas

Limpieza de las piezas fundidas

Terminado de las piezas fundidas

Recuperacin de los materiales de los moldes

Figura 8: Proceso de Fundicin desde la actualidad

2. TIPOS DE FUNDICIN:

a. FUNDICIN BLANCA

Son aquellas en las que todo el carbono se encuentra combinado bajo la forma de cementita. Todas ellas son aleaciones hipoeutcticas y las transformaciones que tienen lugar durante su enfriamiento son anlogas a las de la aleacin de 2,5 % de carbono.

La figura 2a muestra la microestructura tpica de las fundiciones blancas, la cual est formada por dendritas de austenita transformada (perlita), en una matriz blanca de cementita. Observando la misma figura con ms aumentos, vemos que las reas oscuras son perlita (fig. 2b).

Figura 9. Microestructura tpica de las fundiciones blancas. a) Izquierda: Austenita b) Derecha: Perlita

Estas fundiciones se caracterizan por su dureza y resistencia al desgaste, siendo sumamente quebradiza y difcil de mecanizar. Esta fragilidad y falta de maquinabilidad limita la utilizacin industrial de las fundiciones " totalmente blancas ", quedando reducido su empleo a aquellos casos en que no se quiera ductilidad como en las camisas interiores de las hormigoneras, molinos de bolas, algunos tipos de estampas de estirar y en las boquillas de extrusin. Tambin se utiliza en grandes cantidades, como material de partida, para la fabricacin de fundicin maleable.

b. FUNDICION GRIS

La mayora de las fundiciones grises son aleaciones hipoeutcticas que contienen entre 2,5 y 4% de carbono. El proceso de grafitizacin se realiza con mayor facilidad si el contenido de carbono es elevado, las temperaturas elevadas y si la cantidad de elementos grafitizantes presentes, especialmente el silicio, es la adecuada.

Para que grafiticen la cementita eutctica y la proeutectoide, aunque no la eutectoide, y as obtener una estructura final perltica hay que controlar cuidadosamente el contenido de silicio y la velocidad de enfriamiento.

El grafito adopta la forma de numerosas laminillas curvadas (Fig.3 Y 4), que son las que proporcionan a la fundicin gris su caracterstica fractura griscea o negruzca.

Figura 10: Fundicin Gris a) Izquidera: Cementita Eutectoide b) Derecha: Matriz Perltica

Si la composicin y la velocidad de enfriamiento son tales que la cementita eutectoide tambin se grafitiza presentar entonces una estructura totalmente ferrtica (Fig. 3a, x100 pulida). Por el contrario, si se impide la grafitizacin de la cementita eutectoide, la matriz ser totalmente perltica (Fig. 3b, x400). La fundicin gris constituida por mezcla de grafito y ferrita es la ms blanda y la que menor resistencia mecnica presenta; la resistencia a la traccin y la dureza aumentan con la cantidad de carbono combinada que existe, alcanzando su valor mximo en la fundicin gris perltica.

Las figuras 3 y 4 muestran la microestructura de una fundicin gris cuya matriz es totalmente perltica. Adems, en la micrografa a 200 aumentos igual que en la Fig. 3b- se observan como unos granos blancos, los cuales resueltos a mayores aumentos (Fig. 4b, x400) son, en realidad, esteadita.

Figura 11: Fundicin Gris a) Izquierda: Matriz Perltica b) Derecha: Esteadita

La mayora de las fundiciones contienen fsforo procedente del mineral de hierro en cantidades variables entre 0,10 y 0,90%, el cual se combina en su mayor parte con el hierro formando fosfuro de hierro (Fe3P). Este fosfuro forma un eutctico ternario con la cementita y la austenita (perlita a temperatura ambiente) conocida como esteatita (Fig. 3b), la cual es uno de los constituyentes normales de las fundiciones. La esteadita, por sus propiedades fsicas, debe controlarse con todo cuidado para obtener unas caractersticas mecnicas ptimas.

c. FUNDICION NODULAR

Al encontrarse el carbono en forma esferoidal, la continuidad de la matriz se interrumpe mucho menos que cuando se encuentra en forma laminar; esto da lugar a una resistencia a la traccin y tenacidades mayores que en la fundicin gris ordinaria. La fundicin nodular se diferencia de la fundicin maleable en que normalmente se obtiene directamente en bruto de fusin sin necesidad de tratamiento trmico posterior. Adems los ndulos presentan una forma ms esfrica que los aglomerados de grafito, ms o menos irregulares, que aparecen en la fundicin maleable.

El contenido total en carbono de la fundicin nodular es igual al de la fundicin gris. Las partculas esferoidales de grafito se forman durante la solidificacin, debido a la presencia de pequeas cantidades de alguno elemento de aleacin formadores de ndulos, normalmente magnesio y cerio, los cuales se adicionan al caldero inmediatamente antes de pasar el metal a los moldes.

La cantidad de ferrita presente en la matriz en bruto de colada depende de la composicin y de la velocidad de enfriamiento. Las fundiciones ferrticas (fig. 5) son las que proporcionan la mxima ductilidad, tenacidad y maquinabilidad.

Figura 12: Imgenes de Nodulos

Estas fundiciones, bien en bruto de fundicin o tras haber sufrido un normalizado, pueden presentar tambin una matriz constituida en gran parte por perlita (fig. 6).

Figura 13: Ndulos despus de un Normalizado

d. FUNDICION MALEABLE

La tendencia que presenta la cementita a dejar en libertad carbono, constituye la base de la fabricacin de la fundicin maleable. La reaccin de descomposicin se ve favorecida por las altas temperaturas, por la presencia de impurezas slidas no metlicas, por contenidos de carbono ms elevados y por la existencia de elementos que ayudan a la descomposicin del Fe3C.

La maleabilizacin tiene por objeto transformar todo el carbono que en forma combinada contiene la fundicin blanca, en ndulos irregulares de carbono de revenido (grafito) y en ferrita. Industrialmente este proceso se realiza en dos etapas conocidas como primera y segunda fases de recocido.

En la primera fase del recocido, la fundicin blanca se calienta lentamente a una temperatura comprendida entre 840 y 980C. Durante el calentamiento, la perlita se transforma en austenita al alcanzar la lnea crtica inferior y, a medida que aumenta la temperatura, la austenita formada disuelve algo ms de cementita.

La segunda fase del recocido consiste en un enfriamiento muy lento al atravesar la zona crtica en que tiene lugar la reaccin eutectoide. Esto permite a la austenita descomponerse en las fases estables de ferrita y grafito. Una vez realizada la grafitizacin, la estructura no sufre ninguna nueva modificacin durante el enfriamiento a temperatura ambiente, quedando constituida por ndulos de carbono de revenido (rosetas) en una matriz ferrtica (Fig.7). Este tipo de fundicin se denomina normal o ferrtica (Fig. 7).

Bajo la forma de rosetas, el carbono revenido no rompe la continuidad de la matriz ferrtica tenaz, lo que da lugar a un aumento de la resistencia y de la ductilidad.

Figura 14: Fundicin Ferrtica

Si durante el temple al aire se consigue que el enfriamiento a travs de la regin eutectoide se realice con la suficiente rapidez, la matriz presentar una estructura totalmente perltica.

Figura 15: Estructura del Ojo de Buey

e. Si el enfriamiento en la regin eutectoide no se realiza a la velocidad necesaria para que todo el carbono quede en forma combinada, las zonas que rodean los ndulos de carbono de revenido estarn totalmente grafitizadas mientras que las ms distantes presentarn una estructura totalmente perltica, debido al aspecto que presenta estas estructuras al microscopio, se conocen como estructura de ojo de buey (Fig.8). Este tipo de fundicin tambin puede obtenerse a partir de la fundicin maleable ferrtica mediante un calentamiento de esta ltima por encima de la temperatura crtica inferior, seguido de un enfriamiento rpido.

f. FUNDICION EN COQUILLA

Las fundiciones en coquilla, se obtienen colando el metal fundido en coquilla metlica. De esta forma se obtienen piezas constituidas por una capa perifrica dura y resistente a la abrasin de, que envuelve totalmente a un corazn ms blando de, siendo necesario para conseguir buenos resultados tener un control muy cuidadoso de la composicin y de la velocidad de enfriamiento.

Las fundiciones en coquilla pueden obtenerse ajustando la composicin de la fundicin de tal modo que la velocidad de enfriamiento del normal en la superficie sea la justa para que se forme fundicin blanca, mientras que en el interior, al ser menor la velocidad, se obtiene fundiciones atruchadas y grises.

Jugando con los espesores metlicos del molde y con algunos componentes de la aleacin como el silicio, manganeso, fsforo etc. se puede controlar el espesor de la capa de fundicin blanca que se desea obtener.

g. FUNDICION ALEADA

Las fundiciones aleadas son aquellas que contienen uno o ms elementos de aleacin en cantidades suficientes para mejorar las propiedades fsicas o mecnicas de las fundiciones ordinarias. Los elementos que normalmente se encuentran en las primeras materias, como el silicio, manganeso, fsforo y azufre no se consideran como elementos de aleacin.

Los elementos de aleacin se adicionan a las fundiciones ordinarias para comunicarles alguna propiedad especial, tal como resistencia a la corrosin, al desgaste o al calor, o para mejorar sus propiedades mecnicas. La mayora de los elementos de aleacinadicionados a las fundiciones aceleran o retardan la grafitizacin, y sta es una de las principales razones de su empleo. Los elementos de aleacin ms utilizados son el cromo, cobre, molibdeno, nquel y vanadio.

3. Los Procesos De Moldeo Pueden Ser Clasificados Por El Lugar: En El Que Se Fabrican:

Moldeo en fosa : es cuando las piezas son extremadamente grandes y para su alimentacin es necesario hacer una fosa bajo el nivel medio del piso

Moldeo en banco :Este tipo de moldeo es para trabajos pequeos y se fabrican en un banco que se encuentre a la mano del trabajador

Moldeo de piso : Para piezas grandes en las que su manejo es difcil y no pueden ser transportadas de un sitio a otro.

TIPOS DE MOLDES

Moldes metlicos La fundicin en moldes permanentes hechos de metal es utilizada para la produccin masiva de piezas de pequeo o regular tamao, de alta calidad y con metales de baja temperatura de fusin

Moldes temporales Los recipientes con la forma deseada se conocen como moldes, stos se fabrican de diferentes materiales como: arena, yeso, barro, metal, etc. Los moldes pueden servir una vez o varias

Modelos desechables y removibles Los moldes se fabrican por medio de modelos los que pueden ser de madera, plstico, cera, yeso, arena, poliuretano, metal, etc. Si los modelos se destruyen al elaborar la pieza, se dice que stos son disponibles o desechables y si los modelos sirven para varias fundiciones se les llama removibles.

PROCESOS DE FUNDICION

Fundicin en moldes de arena Uno de los materiales ms utilizados para la fabricacin de moldes temporales es la arena slica o arena verde (por el color cuando est hmeda). El procedimiento consiste en el recubrimiento de un modelo con arena hmeda y dejar que seque hasta que adquiera dureza.

Fundicin en moldes de capa seca Es un procedimiento muy parecido al de los moldes de arena verde, con excepcin de que alrededor del modelo (aproximadamente 10 mm) se coloca arena con un compuesto que al secar hace ms dura a la arena, este compuesto puede ser almidn, linaza, agua de melaza

Fundicin en moldes con arena seca Estos moldes son hechos en su totalidad con arena verde comn, pero se mezcla un aditivo como el que se utiliza en el moldeo anterior, el que endurece a la arena cuando se seca. Los moldes deben ser cocidos en un horno para eliminar toda la humedad y por lo regular se utilizan cajas de fundicin

Fundicin en moldes de arcilla Los moldes de arcilla se construyen al nivel de piso con ladrillos o con materiales cermicos, son utilizados para la fundicin de piezas grandes y algunas veces son reforzados con cajas de hierro

Fundicin en matrices En este proceso el metal lquido se inyecta a presin en un molde metlico (matriz), la inyeccin se hace a una presin entre 10 y 14 Mpa, las piezas logradas con este procedimiento son de gran calidad en lo que se refiere a su terminado y a sus dimensiones

Se pueden utilizar dos tipos de sistema de inyeccin en la fundicin en matrices que son :

a) Fundicin con cmara caliente El procedimiento de fusin en cmara caliente se realiza cuando un cilindro es sumergido en el metal derretido y con un pistn se empuja el metal hacia una salida la que descarga a la matriz

b) Fundicin en cmara fra El proceso con cmara fra se lleva metal fundido por medio de un cucharn hasta un cilindro por el cual corre un pistn que empuja al metal a la matriz de fundicin.

PROCESOS DE FUNDICIN ESPECIALES

Proceso de fundicin a la cera perdida Es un proceso muy antiguo para la fabricacin de piezas artsticas. Consiste en la creacin de un modelo en cera de la pieza que se requiere, este modelo debe tener exactamente las caractersticas deseadas en la pieza a fabricar

Proceso de cscara cermica Es un proceso parecido al de la cera perdida, slo que en este proceso el modelo de cera o un material de bajo punto de fusin se introduce varias veces en una lechada refractaria (yeso con polvo de marmol) la que cada vez que el modelo se introduce este se recubre de una capa de la mezcla, generando una cubierta en el modelo.

Fundicin en molde de yeso Cuando se desea la fabricacin de varios tipos de piezas de tamao reducido y de baja calidad en su terminado superficial, se utiliza el proceso de fundicin en molde de yeso. Este consiste en la incrustacin de las piezas modelo que se desean fundir, en una caja llena con pasta de yeso, cuando se ha endurecido el yeso, se extraen las piezas que sirvieron de modelo y por gravedad se llenan las cavidades con metal fundido. El sistema anterior puede producir grandes cantidades de piezas fundidas con las formas deseadas.

IMPORTANCIA DEL PROCESO DE FUNDICION:

1. Permite la fabricacin de piezas de diferentes dimensiones.

2. Gran precisin de forma en la fabricacin de piezas complicadas.

3. Es un proceso relativamente econmico.

4. Las piezas de fundicin son fciles de mecanizar.

5. Estas piezas son resistente al desgate.

6. Absorben mejor la vibracin en comparacin con el acero.