Fundiciones
- 1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSION COL- CABIMAS. ZULIA Autor: Br. Eudin Salazar Cabimas, Febrero 2021
- 2. Es el proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas, consistente en fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica. El proceso tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido.
- 3. Fundición Blanca: Estas fundiciones son conocidas como insoldables. Esto se debe a que en su estructura el carbono cristaliza combinado con el hierro formando la cementita. Las fundiciones blancas son bastante utilizadas por su alta dureza. Fundición Gris: Conocida también como hierro fundido o hierro colado, es una fundición que adquiere forma de escamas, dotando al hierro de su color particular y de las propiedades para su maquinado, con capacidad para el templado y buena fluidez para el colado. Las fundiciones grises son quebradizas y de baja resistencia a la tracción.
- 4. Fundición Nodular: a diferencia de la gris y la blanca, la fundición nodular contiene magnesio en su estructura. Este elemento hace que el carbono se cristalice en forma de nódulos. Esto produce cualidades deseables como elevada ductilidad, además de buen maquinado, fluidez para la colada, resistencia, así como también tenacidad. Fundición Maleable: Son tipos especiales de hierros producidos por el tratamiento térmico de la fundición blanca, que es sometida a rígidos controles dando por resultado una microestructura en la que gran parte del carbono se combina con cementita.
- 5. Fundición atruchada: Es un tipo de fundición intermedia entre la blanca y la gris, donde parte del carbono se encuentra combinado, formando cementita y la otra parte libre en forma de grafito. Tiene propiedades de ambas fundiciones, siendo difícilmente maquinable. Fundición aleada: Contienen cromo, molibdeno, níquel o cobre en ciertos porcentajes para mejorar las propiedades mecánicas de las fundiciones regulares. La fundición aleada pretende lograr propiedades especiales, como alta resistencia al desgaste, a la corrosión o al calor. Ciertos elementos como el silicio, el aluminio, el níquel o el cobre, se disuelven en la ferrita, la endurecen y hacen incrementar su resistencia.
- 6. Fundición Martensita. Es el nombre que recibe la fase cristalina, en aleaciones ferrosas. Dicha fase se genera a partir de una transformación de fases sin difusión, a una velocidad que es muy cercana a la velocidad del sonido en el material. Esta variante se caracteriza por ser resistentes al desgaste y en general se las usa para hacer de piezas que necesiten gran resistencia o que exijan muy altas durezas o incluso en casos que deban sufrir importante presión. Blancas al níquel: contienen 4.5% de níquel, además de un 2% de cromo y bajo silicio en un 0.50%, por lo que así logran con ellas durezas variables de 500 a 700 Brinell. Martensíticas grises: suelen conocerse bajo el nombre de autotemplables como consecuencia de su dureza, que va de los 400 a 450 Brinell, que obtienen a partir de la colada sin ningún tratamiento.
- 7. Fluidez: Es la propiedad del metal líquido de correr y de llenar bien los moldes: en igualdad de temperatura, la fundición fosforosa es más fluida que la fundición con poco fósforo. Contracción: Todo metal al solidificarse sufre una contracción. En la fundición blanca, esta contracción es casi similar a la del acero (entre 16-18‰), mientras que en las fundiciones grises, en las cuales durante el proceso de solidificación se segregan unas laminillas de grafito con un aumento del volumen de la masa, la contracción final resultará menor (entorno al 10%) Resistencia a la tracción: La fundición gris posee una carga de rotura a la tracción que varía entre 30, 40 y 45 kg/mm2. Las fundiciones maleables presentan una carga de rotura entre 35 y 40 kg/mm2, mientras que las fundiciones aleadas y las esferoidales sobrepasan este límite, llegando a cargas de rotura comparables a las de los aceros de calidad (entre 70 y 80 kg/mm2).
- 8. Resistencia al choque: El choque y la resistencia son solicitaciones dinámicas, y en su confrontación la fundición se comporta de un modo particular. Las fundiciones grises, resisten no muy bien los choque y son frágiles porque no sufren deformaciones plásticas. Las fundiciones maleables, por el contrario, y las de grafito nodular (fundiciones dúctiles) resisten bien. Dureza: La dureza es una propiedad que mide la capacidad de resistencia que ofrecen los materiales a procesos de abrasión, desgaste, penetración o de rallado. En las fundiciones, la dureza es relativamente elevada.
- 9. Resistencia química La fundición tiene una discreta resistencia química, es decir, a los ácidos, a los álcalis, a las oxidaciones y al fuego. Por esto se hacen elementos para máquinas e instalaciones químicas y elementos para máquinas e instalaciones térmicas (parrillas, por ejemplo, calderas, entre otros). Resistencia a la flexión: Puesto que en la flexión las fibras del elemento quedan tensas en la parte convexa, y comprimidas en la cóncava, la resistencia a la flexión varía según la orientación de la sección.
- 10. Ventajas • Son más fáciles de maquinar que los aceros. • Se pueden fabricar piezas de diferente tamaño y complejidad. • En su fabricación no se necesitan equipos ni hornos muy costosos. • Absorben las vibraciones mecánicas y actúan como auto lubricantes. • Son resistentes al choque térmico, a la corrosión y de buena resistencia al desgaste. • Su fabricación requiere menos precauciones que el acero • Resistencia a la compresión y a la tracción. • Son mas baratas que la piezas de acero
- 11. Desventajas: • Contaminación del aire: El proceso de la fundición rompe el mineral que contiene no sólo los metales, sino otros productos químicos como el dióxido de azufre y fluoruro de hidrógeno, que causan náuseas y contaminan a la atmósfera. • Contaminación del agua: Los productos de la fundición son residuos líquidos desechados en los suministros de agua. Esta agua contiene sustancias químicas peligrosas, que son extremadamente peligrosas para la vida vegetal y animal. Lluvia ácida: Como resultado de la contaminación de la planta de fundición, la lluvia ácida puede ser producida. La lluvia ácida acelera la erosión de la tierra y daña físicamente las plantas y los animales cuando se toca. Salud de los trabajadores: Los trabajadores de las fundiciones están expuestos a productos químicos tóxicos cada día.
- 12. Una de las ventajas del moldeo en arena es su versatilidad, pudiendo producir piezas pequeñas y piezas muy grandes. Esto se traduce en una amplia gama de productos. Algunos ejemplos de artículos fabricados en la industria moderna por este proceso son: En la fundición gris Se utiliza en bloque de motores, tambores de freno, cilindros y pistones de motores. La fundición nodular Se suele utilizar para la fabricación de válvulas y engranajes de alta resistencia, cuerpos de bomba, cigüeñales y pistones.
- 13. La fundición blanca se limita a componentes de gran dureza y resistencia al desgaste y sin ductilidad como los cilindros de los trenes de laminación. Generalmente la fundición blanca se obtiene como producto de partida para fabricar la fundición maleable. La fundición maleable Se suele emplear en tubos de dirección y engranajes de transmisión, muelles tubulares y partes de válvulas.
- 14. Con carácter general, las fundiciones de hierro son aleaciones que resultan ser muy frágiles, de una dureza relativamente elevada, resistente al choque térmico, a la corrosión, absorben bien las vibraciones, son de bajo costo y presentan poca soldabilidad en comparación con el acero.
- 15. Distensionado: calentamiento a temperatura inferior a la de la transformación de la perlita en austenita, manteniendo la pieza a temperatura durante un tiempo conveniente, que no afecte la estructura. Cuanto mas elevada sea la temperatura, la eliminación de las tensiones internas será mayor. Temple y revenido: incrementa la resistencia mecánica, así como la dureza y la resistencia al desgaste. El material debe calentarse a temperaturas superior a la critica durante un tiempo que asegure el total calentamiento de toda la masa, enfriando posteriormente en agua, aceite u otro liquido refrigerante apropiado
- 16. Recocido: aumenta la maquinabilidad de las piezas. Se realiza a temperaturas tales que provocan modificaciones estructurales, produciéndose una disminución de la resistencia y dureza.. Puede emplearse para la fundición de tres tipos de recocidos, denominados bajo, medio y alto, en función del intervalo de temperatura empleado: Bajo: 700 a 760°C Medio: 790 a 900°C Alto: 900 a 950°C.
- 17. Fundición en moldes de arena Uno de los materiales más utilizados para la fabricación de moldes temporales es la arena sílica o arena verde (por el color cuando está húmeda). El procedimiento consiste en el recubrimiento de un modelo con arena húmeda y dejar que seque hasta que adquiera dureza. Fundición en moldes de capa seca Es un procedimiento muy parecido al de los moldes de arena verde, con excepción de que alrededor del modelo (aproximadamente 10 mm) se coloca arena con un compuesto que al secar hace más dura a la arena, este compuesto puede ser almidón, linaza, agua de melaza, etc. El material que sirve para endurecer puede ser aplicado por medio de un rociador y posteriormente secado con una antorcha.
- 18. Fundición en moldes con arena seca Estos moldes son hechos en su totalidad con arena verde común, 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 fundición. Estos moldes tienen mayor resistencia a los golpes y soportan bien las turbulencias del metal al colarse en el molde. Fundición en moldes de arcilla Los moldes de arcilla se construyen al nivel de piso con ladrillos o con materiales cerámicos, son utilizados para la fundición de piezas grandes y algunas veces son reforzados con cajas de hierro. Estos moldes requieren mucho tiempo para su fabricación y no son muy utilizados.
- 19. Fundición en moldes furánicos Este proceso es bueno para la fabricación de moldes o corazones de arena. Están fabricados con arena seca de grano agudo mezclado con ácido fosfórico, el cual actúa como acelerador en el endurecimiento, al agregarse a la mezcla una resina llamada furánica. Con esta mezcla de ácido, arcilla y resina en dos horas el molde se endurece lo suficiente para recibir el metal fundido. Fundición con moldes de CO2 En este tipo de moldes la arena verde se mezcla con silicato de sodio para posteriormente ser apisonada alrededor del modelo. Una vez armado el molde se inyecta bióxido de carbono a presión con lo que reacciona el silicato de sodio aumentando la dureza del molde. Con la dureza adecuada de la arena del molde se extrae el modelo, si este fuera removible, para posteriormente ser cerrado y utilizado.
- 20. Fundición moldeo por matriz: Las matrices son moldes metálicos permanentes que, al contrario que el método de moldeo con arena, permite obtener un número muy elevado de piezas iguales utilizando el mismo molde. Presenta otra ventaja, al ser el molde metálico, la velocidad a la que se enfría la pieza es mayor, además, la precisión de las piezas obtenidas es superior. Fundición moldeo por presión: Se lleva a cabo introduciendo la masa metálica fundida en el interior del molde forzando la entrada en el mismo. En este método se emplean moldes permanentes. La presión puede generarse por fuerza centrífuga o por inyección.
- 21. Aunque la temperatura de fusión de las fundiciones varía con la composición, con carácter general se debe decir que presentan un punto de fusión notablemente más bajo que el de los aceros, debido a su elevado contenido de carbono, pudiéndose considerar los siguientes valores medios:
- 22. La superficie exterior de las fundiciones es de un color gris oscuro, mientras que el color de la fractura resulta ser distinta dependiendo del tipo de fundición que se trate: oscura (para la fundición negra); gris (fundición gris) o atruchada (puntos claros sobre fondo oscuro, o viceversa) o bien, de apariencia clara (fundición blanca). Cuando la pieza de fundición queda al aire libre, la superficie externa se cubre de herrumbre (óxido hidratado de hierro) de un color rojo pardo que penetra lentamente en el interior.
- 23. • Es necesario mantener un área de trabajo organizada, ya que se emplean materiales con altas temperaturas, además de objetos pesados que pueden generar accidentes. • Es recomendable la implementación de personal clasificado para el manejo de maquinarias nivel industrial, de esta manera el trabajo es mas eficiente. • Dado que el área donde se generan estas fundiciones y se fabrican nuevas piezas, presenta altos niveles de contaminación, es necesario emplear de forma obligatoria el equipo de protección personal • Así mismo asignar a un personal para llevar acabo con el manejo adecuado de los instrumentos de higiene y seguridad
- 25. Soledispa, L y Correa, P (2015). Realizaron un trabajo en la Universidad Politécnica Salesiana de Guayaquil- Ecuador titulado “Optimización del proceso de fundición del acero mediante inyección de oxigeno al horno de fundición, evaluando el impacto al ambiente aplicado en una empresa siderúrgica de Guayaquil” Martínez, M (2016). Realizo un trabajo en la Universidad Técnica De Ambato en Ambato – Ecuador titulado “Estudio de los factores de arena de moldeo utilizados en la obtención de piezas fundidas de aluminio para determinar la calidad de los productos elaborados en los laboratorios de la carrera de ingeniería mecánica de la universidad técnica de Ambato.”
- 26. Silva, L (2018). Realizo un trabajo en la Universidad Pontificia Bolivariana de Bucaramanga-Colombia titulado “Estudio del proceso de fundición de aluminio por gravedad para la fabricación de herrajes eléctricos y propuesta de plan de mejoramiento en Metallan S.A.S” Villanueva, M (2018). Realizo un trabajo en la Universidad Andrés Bello en Santiago de Chile titulado “Análisis de los cuellos de botella de una fundición de cobre: proceso de fusión” Ortiz, D (2017). Realizo un trabajo en la Universidad Técnica De Ambato en Ambato – Ecuador titulado “Amejoramiento de las propiedades mecánicas del aluminio reciclado de perfilería aplicando desgasificantes químicos”