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FUNDICION ESFEROIDAL – CALIDAD METALURGICA

11.04.2014

FUNDICION ESFEROIDAL – CALIDAD METALURGICA

 

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INDICE

  1. INTRODUCCIÓN
  2. RECHUPE – DEFINICIÓN
  3. CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL RECHUPE
  4. CAUSAS
  5. BIBLIOGRAFIA
  6. EXPERIMENTACIÓN

 

1.     INTRODUCCIÓN

Históricamente ha sido común que durante el mecanizado de: geometría pieza, cajeras, agujeros o alojamientos, aparezcan porosidades de mayor o menor tamaño (macro o micro rechupe) en piezas de fundición esferoidal (GGG o JS).

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  1. RECHUPE – DEFINICIÓN

Cavidad ocasionada por la contracción liquida. Generalmente muy irregular y de paredes rugosas tipo dendritas. Por lo general se halla interiormente, en los cambios de espesor de la pieza, o en el interior de las zonas masivas  y a veces, forma de depresión superficial de tamaño variable.

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3.     CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL RECHUPE

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Morfología dentritica

 

Se presenta bajo la forma de cavidades abiertas a la superficie exterior de la pieza o cavidades cerradas en el interior de la pieza. Las superficies interiores pueden ser lisas (Rechupe Primario) o tener morfología dendrítica (Microrrechupe o rechupe secundario). En determinadas aleaciones eutécticas, los rechupes primarios pueden aparecer con superficies interiores dendríticas.

 

Al ser un defecto de contracción, este se forma preferentemente en zonas de última solidificación (centros térmicos de la pieza). Este defecto se forma en zonas de última solidificación, las cuales corresponden con el centro térmico de la pieza. Pueden aparecer en zonas con ángulos interiores, a menudo revelados durante las operaciones de mecanizado, proximidades de machos, bebederos, etc., debido a la dificultad de evacuación de calor, fenómeno que retarda la solidificación del metal líquido.

 

Su incidencia depende de la contracción liquido-solido que presenta la aleación. En el caso de las fundiciones grafíticas, la esferoidal tiene una mayor tendencia a la formación de rechupe secundario en cuanto a  micro o macro defectos que la laminar, debido a sus diferentes modelos de solidificación.

 

4.     CAUSAS

Técnicamente los rechupes se producen en el cambio de fase de liquido a  solido, debido a la fuerte contracción que sufre el metal. De esta forma las zonas geométricamente masivas al enfriar más despacio que el resto de la geometría de la pieza aportan material a las zonas que se enfrían más rápido, generando cavernas dendríticas (rechupes) en el interior.

 

La causa principal es la contracción que experimenta el metal desde el estado pastoso o semisólido hasta la solidificación definitiva. Cuanto menor sea la propia tendencia del metal a la contracción habrá menor riesgo de la formación de este defecto.

 

  1. BIBLIOGRÁFICA

Existe biografía, que afirma y justifica que se pueden obtener piezas de fundición esferoidal masivas sanas, sin emplear mazarotas y además define como obtenerlas. En concreto:

QIT-FER ET TITANE INC. “FUNDICION CON GRAFITO ESFEROIDAL III – ALIMENTACIÓN Y MAZAROTA JE”

Páginas 103 y 104: Atribuyendo todas las diferencias de la figura 74 a la calidad metalúrgica, las fundiciones esferoidales de alta calidad:

  1. Necesita menos compensación para la contracción liquida.
  2. Desarrollan menos fuerzas de expansión.
  3. Tendrán menos contracción secundaria y serna menos propensas a formar defectos de porosidad.
  4. Pueden ser mazarotadas (cuando es necesario) con mazarotas más pequeñas. Esto no es repetir el punto a, sino que es el resultado de un tiempo de expansión más corto del necesario para que la mazarota funcione.

Pagina 107: Las deducciones son evidentes: Con el Carbono equivalente eutéctico (4,23) se crea la máxima presión. La deducción practica de todo lo anterior es que, cuando producimos piezas gruesas de hierro gris, o de grafito esferoidal, la calidad metalúrgica del caldo y la resistencia del molde deben de ser altas. Lo anterior mejora el enfriamiento haciéndolo lento, y este a su vez permite que no haya deformación del molde (hinchazón), y por tanto se minimiza la necesidad de mazarotado.

 

BCIRA “Metallurgy and Production of Grey and Ductile Irons” pagina 3-1: Efecto de algunos elementos, carbono y carbono equivalente: A diferencia de los hierros grises, el carbono equivalente tiene poco efecto sobre las propiedades mecánicas de los hierros dúctiles. Debido a esto, hay una tendencia a utilizar fundición de alto contenido en carbono equivalente, ya que maximiza la fluidez y reduce al mínimo la tendencia al rechupe.

Materiales para Ingeniería “FUNDICIONES FÉRREAS” páginas 85 y 86: El carbono equivalente de la fundición conviene sea ligeramente hipereutectico 4,3% a 4,8%. Las proporciones habituales de carbono, entre 3,5% y 3,8%.

El aumento de volumen producido al solidificar el grafito con forma esferoidal, compensa aproximadamente la contracción total en el paso del líquido a sólido. Por ello en estas fundiciones el rechupe resulta prácticamente nulo, inferior a 0,7%, y hace innecesarias las mazarotas.

 Tecnalia – Inasmet Curso Fundición “Metalurgia”, pagina 41 y 42:

–         El punto eutéctico del hierro y el carbono se consigue para un contenido de carbono equivalente de 4,3% y un punto de fusión de 1.130ºC. El punto eutéctico tiene la temperatura de solidificación, más baja de todo el sistema.

–         La composición eutéctica tiene el menor intervalo de solidificación, lo que facilita la obtención de piezas sin defectos internos.

–         Generalmente la fundición esferoidal se obtiene con porcentajes de carbono y silicio más altos que en el hierro gris laminar, entre 3,4% – 3,8% de carbono y 2% – 3% de silicio.

 Tecnalia – Inasmet Curso Fundición “Alimentación”: Página 44; Tendencia al rechupe, factores de influencia. Algunos de los factores que aumentan la tendencia al rechupe son:

–         Tiempos largos de mantenimiento del hierro en el horno.

–         Temperatura de sobrecalentamiento del metal altas.

–         Proporción alta de retornos en la carga.

–         Presencia de elementos carburigenos o estabilizadores de carburos.

–         Carbono equivalente alejado del eutéctico.

–         Inoculación inadecuada.

Los hierros de baja tendencia al rechupe tienden a grafitizar bien, sin carburos. Esto es la calidad metalúrgica. Si aparecen carburos, mal asunto con el rechupe. Uno de los efectos combinados de estos factores y otros es el número de nódulos, en fundición esferoidal en una pieza estándar este número aumenta al enfriar más rápido. En el gráfico de la figura 6.12 se muestra el nº de nódulos necesario para una buena calidad metalúrgica en fundición del módulo velocidad de enfriamiento.

Página 48; Influencia de la calidad metalúrgica:

–         La mejora de la calidad metalúrgica de las fundiciones disminuye la tendencia al rechupe como regla general.

–         El aumento de la calidad metalúrgica es en alguna forma comparable a aumentar el modulo. La contracción liquida disminuye permitiendo el diseño de sistemas de alimentación más ligeros.

–         La calidad metalúrgica alta, además de otros aspectos productivos, es de gran importancia en el diseños sin mazarotas.

Página 51; Los cambios de volumen. Presiones de expansión. La calidad metalúrgica y los cambios de volumen.

–         Uno de los factores más importantes involucrados en el mazarotaje de una pieza es entender y controlar de alguna forma el proceso en el que sucede la solidificación.

–         En la figura 6.17 se muestra los cambios de volumen que acompañan al enfriamiento y solidificación de los hierros esferoidales. Como se puede ver con las curvas A, B y C, los cambios de volumen no son constantes, incluso para hierros de idéntica composición química; de ahí las diferencias en el grado de nucleación, el cual puede afectar al modelo de cambio de volumen. Es la calidad metalúrgica del hierro la que es importante y está relacionada directamente con las características de auto alimentación (pequeños cambios de volumen) del hierro esferoidal. La mejora de la calidad metalúrgica mueve el modelo de cambio de volumen de C a A.

Página 53; Un hierro esferoidal de calidad superior empieza antes su expansión e invierte mucha de ella en rellenar la mazarota. La mazarota aparece completamente sana o contiene solamente un pequeño agujero de rechupe.

QIT-FER ET TITANE INC. “FUNDICION CON GRAFITO ESFEROIDAL I – PRODUCCION”:

–         Página 23; Un estudio muy práctico trata de las características de la auto alimentación. En él se reconocen los efectos de la morfología de la solidificación, rigidez del molde y la calidad metalúrgica. Y lo que es más significativo, enfatiza la necesidad de ir en contra de la solidificación direccional(es decir solidificación homogénea en toda la pieza). Este trabajo es una prueba innegable de la posibilidad de producir piezas de hierro nodular exentas de rechupe, sin necesidad de mazarotas.

         Página 26; Las piezas de hierro nodular de modulo pequeño no se pueden producir exentas de defectos de rechupe si no se alimentan con mazarotas. No se puede dar un valor límite al módulo ya que el limite varia con la calidad metalúrgica del hierro. Raramente se obtienen piezas buenas sin mazarotas, para módulos con valores de 12,7 mm más común es el límite de 25,4 mm.

–         Dejando aparte al módulo o espesor de la pared, la mayor influencia sobre la tendencia al rechupe es la que ejerce la calidad metalúrgica del hierro.

         Página 180; Diseño sin mazarotas: Este interesante y económico método de alimentación se basa también en la expansión que acompaña a la grafitización. Su uso está por tanto limitado a los productores de piezas de hierro gris y nodular.

–         Páginas 181 y 182; Es estas páginas definen los métodos para obtener piezas sin mazarotas, mediante el aprovechamiento de la expansión grafítica de la fundición esferoidal, de este modo el apartado III indica que para conseguir la expansión liquida, la calidad metalúrgica del hierro liquido ha de favorecer la solidificación grafítica. Esto exige un carbono equivalente relativamente alto, preferiblemente entre 4,20 y 4,25, un bajo contenido en manganeso con un máximo de 0,2% y una buena realización de la inoculación.

 

 

  1. EXPERIMENTACION

Según lo citado en esta bibliografia, Fumbarri procede a realizar ensayos que demuestre la posibilidad de obtener piezas exentas de rechupe sin mazarotar. Para ello se procede a diseñar y simular una pieza testigo.

Primer ensayo

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Según el software de simulación, la pieza diseñada para el experimento tiene un módulo térmico de 3,6cm y predice un rechupe en la zona central.

Procedemos a la construcción del modelo, fundir la pieza y mecanizarla.

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Los resultados son satisfactorios, la pieza no presenta porosidad.

 

Se procede a un segundo ensayo incrementando el tamaño de la pieza. Para ello se procede a diseñar y simular una pieza testigo.

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Según el software de simulación, la pieza diseñada para el experimento tiene un módulo térmico de 5cm.

Procedemos a la construcción del modelo, fundir la pieza y mecanizarla.

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Los resultados son satisfactorios, la pieza no presenta porosidad.

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Se procede a un tercer ensayo incrementando más el tamaño de la pieza. Para ello se procede a diseñar y simular una pieza testigo.

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Según el software de simulación, la pieza diseñada para el experimento tiene un módulo térmico de 6,8cm.

Procedemos a la construcción del modelo, fundir la pieza y mecanizarla.

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Los resultados son satisfactorios, la pieza no presenta porosidad.

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Según las pruebas realizadas, esto confirma que piezas masivas (modulos >2,5) de material esferoidal se pueden obtener sanas (exentas de rechupe) sin emplear mazarotas, siempre y cuando tengamos una buena calidad metalúrgica.

 

Para cualquier aclaración adicional o ante cualquier duda, se pueden poner en contacto con el personal técnico de Fumbarri.

 

Firmado:

Ignacio Martínez Del Agua

Fundiciones Fumbarri-Durango

info@fumbarri.com