OBJETIVOS

1. 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: • 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. • Presentar criterios para el adecuado diseño de piezas a obtener por fundición • Estudiar las técnicas necesarias para la fabricación de piezas fundidas partiendo de un plano de dibujo • Ilustrar los diferentes procesos de fundición, describiendo los equipos y materiales utilizados industrialmente • Proponer una metodología para el desarrollo de estudios de moldeo

2. BIBLIOGRAFIA • 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.

3. TRABAJOS Grupos máx. 3 estudiantes. A. Fundición de los siguientes materiales (Introducción, detalles experimentales, resultados y discusión (como afectan las parámetros de fundición en sus propiedades), y conclusiones) : 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 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.

4. B. Realizar el estudio de la fabricación de las piezas obtenida por fundición de una pieza mecánica para una serie (uso industrial) competitiva. • Recomendaciones: • 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. • Se debe especificar claramente: • Orden de solidificación • Selección del sentido de moldeo • Modelos y machos • 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 enfriadores • Sistema de llenado: Cálculo del Volumen y peso de la pieza Cálculo, disposición y forma de los elementos de colada Elabore los planos de moldeo

5. PROCESO DE FUNDICIÓN La 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

6. Límites de grano Líquido Líquido Núcleo Cristales que formarán granos Granos SOLIDIFICACIÓN Técnica de procesos de manufactura para obtener materiales • Hay solidificación cuando: • Un núcleo con pequeños cristales • Crecimiento del núcleo hasta dar origen a cristales y la formación de una estructura granular

7. 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 Sólido Interfase Sólido-líquido

8. 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 Cambio de energía libre de superficie: 4πr2. δsl Energía libre total del sistema sólido-líquido: -← Cambio de energía libre →+ embrión núcleo Radio de la partícula, r r* Radio crítico Cambio de energía libre de volumen: 4/3 πr3.ΔGv

9. Diferenciando ΔG con respecto a r, se logra una relación entre: r*, δ y ΔGv • Por que a la temperatura de solidificación los embriones son termodinámicamente inestables ? • La solidificación no comienza a la temperatura termodinámica de solidificación

10. 500 300 100 Los núcleos son estables ΔT °C Los embriones se forman en esta región y pueden redisolverse r* SUB-ENFRIAMIENTO: ΔT Temperatura de solidificación – temperatura real del líquido ΔT = ΔGv , pero no cambia significativamente δsl entonces, r*= f (ΔGv) NUCLEACIÓN HOMOGÉNEA

11. Líquido Sólido θ Impureza NUCLEACIÓN HETEROGÉNEA Es la forma real que nuclean los metales Se utilizan Impurezas o las paredes de un molde o recipiente Se disminuye el sub-enfriamiento entre 0.1 y 10°C CONCLUSIÓN: Se disminuye la energía de superficie, entonces, el cambio de energía total para la formación de un núcleo estable, será menor.

12. MECANISMOS DE CRECIMIENTO Depende de cómo se elimine el calor: 1. Calor especifico del sólido: se elimina por radiación o conducción hasta la temperatura de nucleación 2. 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

13. CRECIMIENTO DENDRITICO Altos grados de sub-enfriamiento Dendrita=Arbol ΔH: aumenta la temperatura del líquido sub-enfriado hasta la temperatura de solidificación Fracción dendrítica = SDAS =

14. A Temperatura sobrecalentamiento D E Temperatura B Tfusiòn=Tsolidificaciòn Tiempo local de solidificación C Solidificación isotérmica Tiempo total de solidificación Recalescencia subenfriamiento Tiempo Tiempo CURVAS DE ENFRIAMIENTO Tiempo de solidificación Regla de Chvorinov: = Velocidad de enfriamiento Metal bien inoculado Metal no inoculado

15. MICROESTRUCTURA DE LAS PIEZAS COLADAS 1. Zona de enfriamiento rápido 2. Zona columnar 3. Zona equiàxial

16. Mazarota 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 Pieza colada Rechupe Cavidad DEFECTOS EN SOLIDIFICACIÒN 1. Contracción 2. Porosidad % de gas = KPgas1/2