Defectos en Fundición en Arena: Causas y Prevención en Fundiciones de Metal

La fundición en arena se utiliza en muchas industrias para producir componentes metálicos con geometrías complejas. Los servicios de fundición en arena personalizados pueden ofrecer mayor complejidad que los servicios de fundición a presión pero menor productividad. Sin embargo, pueden ocurrir defectos durante los procesos de moldeo, vertido y solidificación que comprometen la calidad y el rendimiento de las piezas fundidas. Identificar las categorías principales, causas y remedios de los defectos es fundamental para mejorar el rendimiento y la fiabilidad de la fundición.

Defectos de Porosidad por Gas

Uno de los defectos más prevalentes en las fundiciones en arena es la porosidad por gas, que consiste en huecos y agujeros formados por gases atrapados durante el vertido y solidificación del metal. Las causas comunes de la porosidad por gas incluyen:

- Ventilación inadecuada - Los respiraderos restringidos en el molde impiden que los gases escapen suavemente de la cavidad a medida que se llena con metal fundido. Las impresiones profundas y los detalles finos a menudo necesitan ventilación adicional para evitar este problema.

- Baja temperatura de vertido - Cuando el metal fundido está demasiado frío, comienza a solidificarse más rápido, lo que atrapa burbujas de gas antes de que puedan ventilarse completamente del molde. Mantener temperaturas de sobrecalentamiento adecuadas es fundamental.

- Llenado turbulento - Las altas velocidades de vertido o las alturas excesivas del revestimiento del molde generan salpicaduras turbulentas a medida que se llena el molde, introduciendo bolsas de aire en la corriente de metal. Un llenado controlado y suave minimiza esta turbulencia.

- Desgasificación del núcleo - Los núcleos de arena liberan gases del aglutinante durante el vertido, que quedan atrapados si el núcleo no se hornea completamente previamente. Un curado y acondicionamiento adecuados del núcleo son esenciales.

- Mala calidad del molde - Los materiales del molde contaminados, de baja resistencia o colapsables se erosionan en el metal, creando poros. Se requiere una selección adecuada del medio del molde, procedimientos de mezcla, compactación y control de las condiciones ambientales.

Defectos por Contracción

A medida que las piezas fundidas se enfrían y contraen, se pueden formar puntos calientes localizados que no se alimentan adecuadamente del sistema de mazarota, creando defectos por contracción. Casi todos los materiales que se contraen en volumen al enfriarse desarrollan defectos naturales de contracción. Los factores comunes que conducen a cavidades y hundimientos por contracción incluyen:

- Alimentación restringida - El volumen inadecuado de la mazarota y su colocación incorrecta impiden que los puntos calientes sean alimentados con metal líquido a medida que la pieza se solidifica. A menudo se necesitan mazarotas de mayor tamaño.

- Secciones estrechas - Cuando las secciones más gruesas están cerca de áreas más delgadas, las secciones más delgadas se enfrían más rápidamente, causando grietas calientes y huecos. Los filetes de transición pueden ayudar a prevenir esto.

- Mala canalización - Los diseños desequilibrados de los canales de alimentación conducen a una velocidad desigual y a un llenado incompleto del molde, haciendo que ciertas áreas sean propensas a la contracción. Pueden ser necesarios sistemas de múltiples entradas.

- Problemas de aleación - Las aleaciones con mayor contracción requieren alimentación extra para compensar la pérdida de volumen. Usar aleaciones con menos tendencia a la contracción puede minimizar el problema.

Defectos por Inclusiones

Las inclusiones consisten en partículas extrañas atrapadas dentro de la matriz metálica solidificada de la pieza fundida. Actúan como concentradores de tensión y sitios de iniciación de grietas. Los orígenes comunes son:

- Inclusiones de arena - La erosión de las paredes del molde introduce granos de arena en la corriente de vertido. Las arenas unidas con arcilla son particularmente propensas a lavarse.

- Escoria - Las impurezas de óxido arrastradas de los recipientes de transferencia de metal fundido contaminan el metal vertido y quedan atrapadas.

- Escombros refractarios - Las partículas cerámicas de canales de colada, canales de alimentación o material de revestimiento de crisol degradados se desprenden y se incorporan.

- Inclusiones metálicas - Los materiales de carga no disueltos, herramientas erosionadas o escombros de fundiciones anteriores se mezclan durante la fusión y el vertido.

- Escombros de aditivos del molde - Los revestimientos en polvo, mangas exotérmicas o capas de aislamiento pueden deslaminarse y desprenderse en la pieza fundida.

Cierre en Frío

Los cierres en frío aparecen como costuras o solapes planos en la superficie o interior de las piezas fundidas. Se forman cuando los frentes de metal convergentes no se fusionan correctamente al encontrarse durante la solidificación:

- Baja temperatura de vertido - La viscosidad aumentada a temperaturas más bajas impide la fluidez requerida para prevenir cierres en frío, especialmente en secciones delgadas.

- Ventilación obstaculizada - Las bolsas de gases atrapados impiden el contacto íntimo entre los frentes que se fusionan. Se necesita una ventilación mejorada.

- Sensibilidad de la aleación - Ciertas composiciones de aleación son propensas a problemas de flujo viscoso que inhiben la fusión entre frentes. Cambiar de aleación puede ayudar.

- Abertura excesiva - Las grandes aberturas de la cavidad del molde conducen a frentes de flujo muy espaciados y difíciles de unir. Minimizar las entradas promueve una mejor fusión.

- Mala canalización/alimentación - El llenado desequilibrado desde el bebedero y los canales de alimentación causa convergencia retrasada, dejando cierres en frío.

Defectos por Grietas Calientes

Las grietas calientes se manifiestan como grietas parciales que se forman en el estado semisólido cuando las tensiones exceden la baja resistencia del material. Las causas típicas incluyen:

- Restricción del molde - El molde rígido impide la contracción libre a medida que la pieza fundida se solidifica, induciendo tensiones. Reducir la dureza del molde puede ayudar a minimizar esto.

- Tendencia a agrietarse de la aleación - Ciertas aleaciones son propensas a solidificarse en un amplio rango, promoviendo grietas de solidificación parcial. Las fases frágiles también contribuyen.

- Choque térmico - El contacto con cubiertas de mazarota, soportes o herramientas mientras aún está caliente introduce grandes gradientes térmicos y agrietamiento. Un enfriamiento gradual y uniforme es ideal.

- Núcleos rígidos - La expansión restringida por núcleos de arena rígidos incrustados en las piezas fundidas puede iniciar grietas calientes durante la solidificación. Los núcleos colapsables previenen esto.

Al comprender la amplia gama de defectos y sus causas fundamentales, las fundiciones pueden corregir sistemáticamente los problemas mediante un mejor moldeo, alimentación, canalización, tratamiento del metal, selección de aleación y control del proceso para optimizar la calidad de la fundición.

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