OBJETIVOSGeneral:

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

Líquido Líquido 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

34 rV

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 23 434

embrión núcleo

Diferenciando ΔG con respecto a r, se logra una relación entre: r*, δ y ΔGv

V

V

V

Gr

rGr

rGrdrd

drGd

2

8312

0434)(

*

*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: ΔTTemperatura 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 °CGa 76Bi 90Pb 80Ag 250Ni 480Fe 420H20 40

THTr 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

HTc

mktsFracción dendrítica = SDAS =

CURVAS DE ENFRIAMIENTOTiempo de solidificación n

s AVBt

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

tT

Tiempo total de solidificación

Tiempo

MICROESTRUCTURA DE LAS PIEZAS COLADAS1. Zona de enfriamiento rápido2. Zona columnar3. Zona equiàxial

DEFECTOS EN SOLIDIFICACIÒN1. Contracción

2. Porosidad

Cavidad Rechupe

Mazarota

Pieza colada

Material ContracciónAl 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

Sol

ubili

dad

del h

idró

geno

(cm

3 H2/1

00 g

de

Al)

Temperatura ºC

Solubilidad del Hidrògeno gaseoso en el aluminio

% de gas = KPgas1/2