TRATAMIENTOS TÉRMICOS DEL ACERO
Se conoce como tratamiento térmico el proceso que comprende el calentamiento de los metales o las aleaciones en estado sólido a temperaturas definidas, manteniéndolas a esa temperatura por suficiente tiempo, seguido de un enfriamiento a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar sus propiedades físicas y mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los sólidos cerámicos.
El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecidos.
Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro-carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos.
Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. Los principales tratamientos térmicos son:
- Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etcétera.
- Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.
- Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas.
- Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.
EXISTEN OTROS TRATAMIENTOS TÉRMICOS DEL ACERO COMO LA NITRURACION O SATURACIÓN
Los tratamientos termo químicos son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales.
Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos están aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubricante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión.
- Cementación
- Nitruración
- Cianuración
- Carbonitruración
- Sulfinización
NITRURACIÓN
Se llama nitruración al proceso de saturación de la superficie del acero con nitrógeno, por medio del calentamiento de éste en amoníaco o en sales fundidas de cianuro de potasio o sodio, a 480-700ºC. La nitruración aumenta la dureza de la capa superficial, su resistencia al desgaste, el límite de fatiga y la resistencia a la corrosión en medios tales como el aire, agua, vapor, etc. La dureza de la capa nitrurada se Materiales y Procesos 20 conserva durante el calentamiento hasta altas temperaturas (600-650ºC), a diferencia de la capa cementada, que por su estructura martensítica, conserva su dureza sólo hasta 200- 250ºC. La nitruración se usa ampliamente en piezas tales como engranajes, cilindros de motores de alta potencia, cigüeñales, etc.
Se llama nitruración al proceso de saturación de la superficie del acero con nitrógeno, por medio del calentamiento de éste en amoníaco o en sales fundidas de cianuro de potasio o sodio, a 480-700ºC. La nitruración aumenta la dureza de la capa superficial, su resistencia al desgaste, el límite de fatiga y la resistencia a la corrosión en medios tales como el aire, agua, vapor, etc. La dureza de la capa nitrurada se Materiales y Procesos 20 conserva durante el calentamiento hasta altas temperaturas (600-650ºC), a diferencia de la capa cementada, que por su estructura martensítica, conserva su dureza sólo hasta 200- 250ºC. La nitruración se usa ampliamente en piezas tales como engranajes, cilindros de motores de alta potencia, cigüeñales, etc.
El nitrógeno, que difunde hacia el interior de la pieza, forma compuestos con el hierro cuyas características varían con la concentración del mismo en cada punto. Estas fases constituyen la capa superficial, denominada capa de compuestos, blanca, de pequeño espesor y extremada dureza. Por debajo de ésta, hay una zona denominada capa de difusión, que es la que confiere resistencia a la fatiga ya que el nitrógeno, además de formar nitruros, distorsiona la red cristalina del hierro.
Ejemplos de tratamientos
Endurecimiento del acero
El proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta (ver figura de temperaturas para endurecido de metales) y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cámara refrigerada. El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la tracción (tensión) y disminuye la ductilidad. El acero al carbono para herramientas se puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crítica, la cual se adquiere aproximadamente entre los 790 y 830 °C, lo cual se identifica cuando el metal adquiere el color rojo cereza brillante. Cuando se calienta el acero la perlita se combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita. Cuando se enfría la austenita de manera brusca con agua, aceite o aire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frágil.
Temple y revenido: Bonificado
Después que se ha endurecido el acero es muy quebradizo o frágil lo que impide su manejo pues se rompe con el mínimo golpe debido a la tensión interior generada por el proceso de endurecimiento. Para contrarrestar la fragilidad se recomienda el temple del acero (en algunos textos a este proceso se le llama revenido y al endurecido temple). Este proceso hace más tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza. El proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo para luego calentarla hasta la temperatura adecuada (ver tabla), para después enfriarla con rapidez en el mismo medio que se utilizó para endurecerla.
Tabla de temperaturas para revenido de acero endurecido | ||
Paja claro | 220 | Herramientas como brocas, machuelos |
Paja mediano | 240 | Punzones dados y fresas |
Paja oscuro | 255 | Cizallas y martillos |
Morado | 270 | Árboles y cinceles para madera |
Azul obscuro | 300 | Cuchillos y cinceles para acero |
Azul claro | 320 | Destornilladores y resortes |
Recocido
El recocido es el tratamiento térmico que, en general, tiene como finalidad principal el ablandar el acero, regenerar la estructura de aceros sobrecalentados o simplemente eliminar las tensiones internas que siguen a un trabajo en frío. (Enfriamiento en el horno).
Recocido de Regeneración
También llamado normalizado, tiene como función regenerar la estructura del material producido por temple o forja. Se aplica generalmente a los aceros con más del 0.6% de C, mientras que a los aceros con menor porcentaje de C sólo se les aplica para finar y ordenar su estructura
Ejemplo:
Después de un laminado en frío, donde el grano queda alargado y sometido a tensiones, dicho tratamiento devuelve la microestructura a su estado inicial.
Recocido de Globulización
Usado en aceros hipoeutectoides para ablandarlos después de un anterior trabajo en frío. Por lo general se desea obtener globulización en piezas como placas delgadas que deben tener alta embutición y baja dureza. Los valores más altos de embutición por lo general están asociados con la microestructura globulizada que solo se obtiene en un rango entre los 650 y 700 grados centígrados. Temperaturas por encima de la crítica producen formación de austenita que durante el enfriamiento genera perlita, ocasionando un aumento en la dureza no deseado. Por lo general piezas como las placas para botas de protección deben estar globulizadas para así obtener los dobleces necesarios para su uso y evitar rompimiento o agrietamiento. Finalmente son templadas para garantizar la dureza. Es usado para los aceros hipereutectoides, es decir con un porcentaje mayor al 0,89 % de C, para conseguir la menor dureza posible que en cualquier otro tratamiento, mejorando la maquinabilidad de la pieza. La temperatura de recocido está entre AC3 y AC1.
Ejemplo
- El ablandamiento de aceros aleados para herramientas de más de 0.8% de C.
Recocido de Subcrítico
Para un acero al carbono hipoeutectoide: La microestructura obtenida en este tratamiento varía según la temperatura de recocido. Por lo general las que no excedan los 600 grados liberarán tensiones en el material y ocasionaran algún crecimiento de grano (si el material previamente no fue templado). Generalmente mostrando Ferrita-Perlita. Por encima de los 600 y bajo los 723 se habla de recocido de globulización puesto que no sobrepasa la temperatura crítica. En este caso no hay grano de perlita, los carburos se esferoidizan y la matriz es totalmente ferrítica. Se usa para aceros de forja o de laminación, para lo cual se usa una temperatura de recocido inferior a AC1, pero muy cercana. Mediante este procedimiento se destruyen las tensiones internas producidas por su moldeo y mecanización. Comúnmente es usado para aceros aleados de gran resistencia, al Cr-Ni, Cr-Mo, etcétera. Este procedimiento es mucho más rápido y sencillo que los antes mencionados, su enfriamiento es lento.
Cementado
Cementación:
Consiste en el endurecimiento de la superficie externa del acero al bajo carbono, quedando el núcleo blando y dúctil. Como el carbono es el que genera la dureza en los aceros en el método de cementado se tiene la posibilidad de aumentar la cantidad de carbono en los aceros de bajo contenido de carbono antes de ser endurecido. El carbono se agrega al calentar al acero a su temperatura crítica mientras se encuentra en contacto con un material carbonoso. Los tres métodos de cementación más comunes son: empacado para carburación, baño líquido y gas.
Carburización por empaquetado
Este procedimiento consiste en meter al material de acero con bajo contenido carbónico en una caja cerrada con material carbonáceo y calentarlo hasta 900 a 927 °C durante 4 a 6 horas. En este tiempo el carbono que se encuentra en la caja penetra a la superficie de la pieza a endurecer. Cuanto más tiempo se deje a la pieza en la caja con carbono de mayor profundidad será la capa dura. Una vez caliente la pieza a endurecer a la temperatura adecuada se enfría rápidamente en agua o salmuera. Para evitar deformaciones y disminuir la tensión superficial se recomienda dejar enfriar la pieza en la caja para posteriormente sacarla y volverla a calentar entre 800 y 845 °C (rojo cereza) y proceder al enfriamiento por inmersión. La capa endurecida más utilizada tiene un espesor de 0,38 mm, sin embargo se pueden tener espesores de hasta 0.4 mm.
Carburización en baño líquido
El acero a cementar se sumerge en un baño de cianuro de sodio líquido. También se puede utilizar cianuro de potasio pero sus vapores son muy peligrosos. Se mantiene la temperatura a 845 °C durante 15 minutos a 1 hora, según la profundidad que se requiera. A esta temperatura el acero absorberá el carbono y el nitrógeno del cianuro. Después se debe enfriar con rapidez al acero en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran capas con espesores de 0,75 mm.
Carburización con gas
En este procedimiento se utilizan gases carburizantes para la cementación. La pieza de acero con bajo contenido carbónico se coloca en un tambor al que se introduce gas para carburizar como derivados de los hidrocarburos o gas natural. El procedimiento consiste en mantener al horno, el gas y la pieza entre 900 y 927 °C. después de un tiempo predeterminado se corta el gas carburizante y se deja enfriar el horno. Luego se saca la pieza y se recalienta a 760 °C y se enfría con rapidez en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran piezas cuya capa dura tiene un espesor hasta de 0,6 mm, pero por lo regular no exceden de 0,7 mm.
Carburado, cianurado y nitrurado
Existen varios procedimientos de endurecimiento superficial con la utilización del nitrógeno y cianuro a los que por lo regular se les conoce como carbonitrurado o cianurado. En todos estos procesos con ayuda de las sales del cianuro y del amoníaco se logran superficies duras como en los métodos anteriores.
Tratamiento | Medio | Temperatura | Espesor | Dureza |
Cementación | Carbón sólido | Austenitica | Mayor | Menor |
Carbo Nutruración | Gas (metano + amoníaco | Austenitica | ||
Cianuración | Baño de sales | Austenitica | Menor | Mayor |
Nitruración | Gas | 500 a 560° C |
Nitruración
Se llama nitruración al proceso de saturación de la superficie del acero connitrógeno, por medio del calentamiento de éste en amoníaco o en salesfundidas de cianuro de potasio o sodio, a 480-700ºC. La nitruración aumenta ladureza de la capa superficial, su resistencia al desgaste, el límite de fatiga y laresistencia a la corrosión en medios tales como el aire, agua, vapor, etc. Ladureza de la capa nitrurada se conserva durante el calentamiento hasta altas temperaturas (600-650ºC), a diferencia de la capa cementada, que por su estructura martensítica, conserva su dureza sólo hasta 200-250ºC.La nitruración se usa ampliamente en piezas tales como engranajes, cilindrosde motores de alta potencia, cigüeñales, etc.
Información sustraida de la bibliografia: MATERIALES Y PROCESOS-Capitulo 9 – Manual AinsaFundamentos de matriceria: Corte y punzonado. Antonio Florit. Ed.Ceac técnica
MEJORA DE LAS PROPIEDADES A TRAVÉS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO
Las propiedades mecánicas de las aleaciones de un mismo metal, y en particular de los aceros, reside en la composición química de la aleación que los forma y el tipo de tratamiento térmico a los que se les somete. Los tratamientos térmicos modifican la estructura cristalina que forman los aceros sin variar la composición química de los mismos. Esta propiedad de tener diferentes estructuras de grano con la misma composición química se llama polimorfismo y es la que justifica los tratamientos térmicos. Técnicamente el poliformismo es la capacidad de algunos materiales de presentar distintas estructuras cristalinas, con una única composición química, el diamante y el grafito son polimorfismos del carbono. La α-ferrita, la austenita y la δ-ferrita son polimorfismos del hierro. Esta propiedad en un elemento químico puro se denomina alotropía.
ENSAYO JOMINY
Consiste en:
1. Preparar una probeta cilíndrica de 25 mm de diámetro y 100 mm de longitud con cabeza de apoyo o pestaña de 3 mm.
2. Calentar la probeta a temperatura de 60°C por encima de Ac3, colocándola en el horno dentro de una caja con carbón para evitar la descarburación y oxidación superficial y mantenerla durante 30 minutos a dicha temperatura.
3. Enfriar la probeta por un extremo con chorro de agua a 25°C, salida de un grifo de 12.5 mm de diámetro con una presión que alcance 65 mm de altura libre, la distancia entre el extremo inferior de la probeta y el grifo es de 12.5 mm, el tiempo de enfriamiento es de 10 minutos.
4. Efectuar un refrentado de 2 mm en partes diametralmente opuestas de la probeta y tomar sobre ellas una serie de mediciones de dureza en puntos distanciados entre sí un dieciseisavo de pulgada.
Disposición de la probeta Jóminy para su enfriamiento.
5. Trazar un diagrama que relacione la disminución de dureza con la variación de la distancia al extremo templado
Con el ensayo Jominy se concluyo que el endurecimiento completo de un acero depende:
1. Su composición química
2. El diámetro de la sección trasversal
3. La severidad del temple
1. Su composición química
2. El diámetro de la sección trasversal
3. La severidad del temple
La composición del acero indica la facilidad de formación de martensita que es la propiedad del acero conocida como endurecimiento. Con el diagrama TEC se dice que un acero que requiere una velocidad de enfriamiento menor es más endurecible. Por ejemplo para un mismo tamaño de sección un acero que se puede endurecer por enfriamiento al aire es mas endurecible que uno que requiere enfriamiento por temple en agua para endurecerse. El ensayo por endurecimiento Jominy es un ensayo estándar que a sido adoptado por la ASTM y por la SAE.
El endurecimiento relativo de los aceros se juzga con base en la rapidez con la que la dureza desciende a partir de la dureza inicial en un J (Jominy). La dureza en un J suponiendo 100% de martensita es función del contenido de carbono exclusivamente. Si el contenido de carbono es mayor la dureza también lo es en un J.
El endurecimiento relativo de los aceros se juzga con base en la rapidez con la que la dureza desciende a partir de la dureza inicial en un J (Jominy). La dureza en un J suponiendo 100% de martensita es función del contenido de carbono exclusivamente. Si el contenido de carbono es mayor la dureza también lo es en un J.
La curva de endurecimiento Jominy tiene un uso muy importante en relación con el tratamiento de componentes o piezas reales. Los puntos reales de ubicacion del componente o pieza adquieren la misma dureza que se indica la curva Jominy con la misma velocidad de enfriamiento equivalente.
FUNDICIÓN DEL ACERO.
Se denomina fundición al proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas pero también de plástico, 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.
La fundición en arena consiste en colar un metal fundido, típicamente aleaciones de hierro, acero, bronce, latón y otros, en un molde de arena, dejarlo solidificar y posteriormente romper el molde para extraer la pieza fundida.
Para la fundición con metales como el hierro o el plomo, que son significativamente más pesados que el molde de arena, la caja de moldeo es a menudo cubierta con una chapa gruesa para prevenir un problema conocido como "flotación del molde", que ocurre cuando la presión del metal empuja la arena por encima de la cavidad del molde, causando que el proceso no se lleve a cabo de forma satisfactoria.
TIPOS DE FUNDICIÓN:
· Fundición en coquilla. En este caso, el molde es metálico.
· Fundición por inyección
· Fundición a baja presión
ETAPAS DEL PROCESO DE FUNDICIÓN
Diseño del modelo
La fundición en arena requiere un modelo a tamaño natural de madera, plástico y metales que define la forma externa de la pieza que se pretende reproducir y que formará la cavidad interna en el molde.
En lo que atañe a los materiales empleados para la construcción del modelo, se puede emplear desde madera o plásticos como el uretano y el poliestireno expandido (EPS) hasta metales como el aluminio o el hierro fundido.
Para el diseño del modelo se debe tener en cuenta una serie de medidas derivadas de la naturaleza del proceso de fundición:
· Debe ser ligeramente más grande que la pieza final, ya que se debe tener en cuenta la contracción de la misma una vez se haya enfriado a temperatura ambiente. El porcentaje de reducción depende del material empleado para la fundición.
A esta dimensión se debe dar una sobremedida en los casos en el que se dé un proceso adicional de maquinado o acabado por arranque de viruta.
· Las superficies del modelo deberán respetar unos ángulos mínimos con la dirección de desmoldeo (la dirección en la que se extraerá el modelo), con objeto de no dañar el molde de arena durante su extracción. Este ángulo se denomina ángulo de salida. Se recomiendan ángulos entre 0,5º y 2º.
· Incluir todos los canales de alimentación y mazarotas necesarios para el llenado del molde con el metal fundido.
· Si es necesario incluirá portadas, que son prolongaciones que sirven para la colocación del macho.
Los moldes, generalmente, se encuentran divididos en dos partes, la parte superior denominada cope y la parte inferior denominada draga que se corresponden a sendas partes del molde que es necesario fabricar. Los moldes se pueden distinguir:
· Moldes de arena verde: estos moldes contienen arena húmeda. La arena verde es una mezcla de arena de sílice, arcilla, humedad y otros aditivos. Este moldeo consiste en la elaboración del molde con arena húmeda y colada directa del metal fundido. Es el método más empleado en la actualidad, con todo tipo de metales, y para piezas de tamaño pequeño y medio. Arena, arcilla y agua es el método más económico para partes chicas, en el método de capa seca las superficies se secan con soplete, lo cual le da más resistencia al molde y son usadas para piezas más grandes. Capa fría,
La arena se mezcla con aglutinante orgánicos para dar mayor resistencia, son dimensionalmente más precisos
La arena se mezcla con aglutinante orgánicos para dar mayor resistencia, son dimensionalmente más precisos
· Moldes de arena fría: usa aglutinantes orgánicos e inorgánicos para fortalecer el molde. Estos moldes no son cocidos en hornos y tienen como ventaja que son más precisos dimensionalmente pero también más caros que los moldes de arena verde.
· Moldes no horneados: estos moldes no necesitan ser cocidos debido a sus aglutinantes (mezcla de arena y resina). Las aleaciones metálicas que típicamente se utilizan con estos moldes son el latón, el hierro y el aluminio.
Las etapas que se diferencian en la fabricación de una pieza metálica por fundición en arena comprende:
· Compactación de la arena alrededor del modelo en la caja de moldeo. Para ello primeramente se coloca cada semimodelo en una tabla, dando lugar a las llamadas tablas modelo, que garantizan que posteriormente ambas partes del molde encajarán perfectamente.
· Colocación del macho o corazones. Si la pieza que se quiere fabricar es hueca, será necesario disponer machos, también llamados corazones que eviten que el metal fundido rellene dichas oquedades. Los machos se elaboran con arenas especiales debido a que deben ser más resistentes que el molde, ya que es necesario manipularlos para su colocación en el molde. Una vez colocado, se juntan ambas caras del molde y se sujetan. Siempre que sea posible, se debe prescindir del uso de estos corazones ya que aumentan el tiempo para la fabricación de una pieza y también su coste.
· Colada. Vertido del material fundido. La entrada del metal fundido hacia la cavidad del molde se realiza a través de la copa o bebedero de colada y varios canales de alimentación. Estos serán eliminados una vez solidifique la pieza. Los gases y vapores generados durante el proceso son eliminados a través de la arena permeable.
· Enfriamiento y solidificación. Esta etapa es crítica de todo el proceso, ya que un enfriamiento excesivamente rápido puede provocar tensiones mecánicas en la pieza, e incluso la aparición de grietas, mientras que si es demasiado lento disminuye la productividad. Además un enfriamiento desigual provoca diferencias de dureza en la pieza. Para controlar la solidificación de la estructura metálica, es posible localizar placas metálicas enfriadas en el molde. También se puede utilizar estas placas metálicas para promover una solidificación direccional. Además, para aumentar la dureza de la pieza que se va a fabricar se pueden aplicar tratamientos térmicos o tratamientos de compresión.
· Desmoldeo. Rotura del molde y extracción de la pieza. En el desmoldeo también debe retirarse la arena del macho. Toda esta arena se recicla para la construcción de nuevos moldes.
· Desbarbado. Consiste en la eliminación de los conductos de alimentación, mazarota y rebarbas procedentes de la junta de ambas caras del molde.
· Acabado y limpieza de los restos de arena adheridos. Posteriormente la pieza puede requerir mecanizado, tratamiento térmico, etc.
HORNOS PARA FUNDIR LOS METALES
La fusión consiste en hacer pasar los metales y sus aleaciones del estado sólido al estado líquido, generando determinada cantidad de calor, bien definida y característica para cada metal o aleación Durante este periodo la temperatura no aumenta y la cantidad de calor generada destinada solamente a disgregar el estado sólido, se llama calor latente de fusión. Sí cuando toda la masa es líquida, se continúa generando calor, la temperatura vuelve a aumentar y el metal se recalienta
Metal o aleación | Temperatura de fusión 0C | Calor específico del sólido | Calor específico del líquido | Calor latente de fusión |
Estaño | 232 | 0.056 | 0.061 | 14 |
Plomo | 327 | 0.031 | 0.04 | 6 |
Zinc | 420 | 0.094 | 0.121 | 28 |
Magnesio | 650 | 0.25 | ----- | 72 |
Aluminio | 657 | 0.23 | 0.39 | 85 |
Latón | 900 | 0.092 | ----- | ---- |
Bronce | 900 a 960 | 0.09 | ----- | ---- |
Cobre | 1083 | 0.094 | 0.156 | 43 |
Fundición gris | 1200 | 0.16 | 0.20 | 70 |
Fundición blanca | 1100 | 0.16 | ---- | ---- |
Acero | 1400 | 0.12 | ---- | 50 |
Níquel | 1455 | 0.11 | ---- | 58 |
VARIANTES:
La precisión de la pieza fundida está limitada por el tipo de arena y el proceso de moldeo utilizado. La fundición hecha con arena verde gruesa proporcionará una textura áspera en la superficie de la pieza. Sin embargo, el moldeo con arena seca produce piezas con superficies mucho más lisas.
Para un mejor acabado de la superficie de las piezas, estas pueden ser pulidas o recubiertas con un residuo de óxidos, silicatos y otros compuestos que posteriormente se eliminarían mediante distintos procesos, entre ellos el granallado. No es adecuado para piezas grandes o de geometría complejas, ni para obtener buenos acabados superficiales o tolerancias reducidas.
· Moldeo en arena química. Consiste en la elaboración del molde con arena preparada con una mezcla de resinas
· Moldeo en arena seca. La arena seca es una mezcla de arena de sílice seca, fijada con otros materiales que no sea la arcilla usando adhesivos de curado rápido.
· Moldeo mecánico. Consiste en la automatización del moldeo en arena verde. La generación del molde mediante prensas mecánicas o hidráulicas, permite obtener moldes densos y resistentes que subsanan las deficiencias del moldeo tradicional en arena verde. Se distingue:
· Moldeo Horizontal. A finales de los años 50 los sistemas de pistones alimentados hidráulicamente fueron usados para la compactación de la arena en los moldes. Estos métodos proporcionaban mayor estabilidad y precisión en los moldes. A finales de los años '60 se desarrolló la compactación de los moldes con aire a presión lanzado sobre el molde de arena precompactado.
La mayor desventaja de estos sistemas es la gran cantidad de piezas de repuesto que se consumen debido a la multitud de partes móviles, además de la producción limitada unos 90-120 moldes por hora.
· Moldeo vertical. Es un moldeo sin caja aplicando verticalmente presión. Las primeras líneas de este tipo podrían producir 240 moldes por hora y hoy en día las más modernas llegan a unos 550 moldes por hora. Aparte de la alta productividad, de los bajos requerimientos de mano de obra y de las precisiones en las dimensiones, este método es muy eficiente.
· Moldeo en arena “matchplate”. El método es similar al método vertical. Una gran ventaja es el bajo precio de los modelos, facilidad para cambiar las piezas de los moldes y además, la idoneidad para la fabricación de series cortas de piezas en la fundición.
· Moldeo a la cera perdida o microfusión. En este caso, el modelo se fabrica en cera o plástico. Una vez obtenido, se recubre de una serie de dos capas, la primera de un material que garantice un buen acabado superficial, y la segunda de un material refractario que proporciones rigidez al conjunto. Una vez que se ha completado el molde, se calienta para endurecer el recubrimiento y derretir la cera o el plástico para extraerla del molde en el que se verterá posteriormente el metal fundido.
Para lograr la producción de una pieza fundida es necesario hacer las siguientes actividades:
•Diseño del molde (Arena Verde)
•Preparación de los materiales para los modelos y los moldes
•Fabricación de los modelos y los moldes
•Colado de metal fundido
•Enfriamiento de los moldes
•Extracción de las piezas fundidas
•Limpieza de las piezas fundidas
•Terminado de las piezas fundidas
•Recuperación de los materiales de los moldes (recuperación de la arena de moldeo)
TRATAMIENTOS TÉRMICOS, RECUBRIMIENTOS Y SIMILARES
Algunas veces las piezas han de ser sometidas a tratamientos térmicos (al recocido, el acero y el hierro fundido colado en la coquilla; al reposo o maduración artificial., y a los tratamiento térmicos, las aleaciones de aluminio) o ser recubiertas por materiales protectores especiales (alquitranando los tubos para conducciones de agua y de gas , esmaltado de las piezas para la industria química o para uso domestico, galvanizado, estañado, etc.)
MECANIZACIÓN.
Las piezas destinadas a la fabricación de alguna máquina pasan finalmente al taller para su mecanización por medio de maquinas herramienta. Esta mecanización tiene por objeto dimensionar exactamente la pieza para que las varias partes ajusten cinemáticamente y asegurar con ello el perfecto funcionamiento de la máquina.
Las piezas destinadas a la fabricación de alguna máquina pasan finalmente al taller para su mecanización por medio de maquinas herramienta. Esta mecanización tiene por objeto dimensionar exactamente la pieza para que las varias partes ajusten cinemáticamente y asegurar con ello el perfecto funcionamiento de la máquina.
ARENAS DE FUNDICIÓN.
Los moldes perdidos de fundición destinados a recibir la colada deben poseer las siguientes cualidades:
a. Ser plásticos
b. Tener cohesión y resistencia, al objeto de poder reproducir y conservar la la reproducción del modelo .
c. Resistir la acción de las temperaturas elevadas , es decir , ser refractarios
d. Permitir la evacuación rápida del aire contenido en el molde y de los gases que se producen en el acto de la colada por la acción del calor sobre el mismo molde , es decir deben tener permeabilidad.
e. Disgregarse fácilmente para permitir la extracción y el pulimento de la pieza , es decir deben ser disgregables .
HORNOS PARA FUNDIR LOS METALES
La fusión consiste en hacer pasar los metales y sus aleaciones del estado sólido al estado líquido, generando determinada cantidad de calor, bien definida y característica para cada metal o aleación. Como se comprende fácilmente, después de que ha alcanzado la temperatura o punto de fusión es necesario aplicar más calor para poder transformar el metal o la aleación de sólido a líquido. Durante este periodo la temperatura no aumenta y la cantidad de calor generada destinada solamente a disgregar el estado sólido, se llama calor latente de fusión. Sí cuando toda la masa es líquida, se continúa generando calor, la temperatura vuelve a aumentar y el metal se recalienta.
Metal o aleación | Temperatura de fusión 0C | Calor específico del sólido | Calor específico del líquido | Calor latente de fusión |
Estaño | 232 | 0.056 | 0.061 | 14 |
Plomo | 327 | 0.031 | 0.04 | 6 |
Zinc | 420 | 0.094 | 0.121 | 28 |
Magnesio | 650 | 0.25 | ----- | 72 |
Aluminio | 657 | 0.23 | 0.39 | 85 |
Latón | 900 | 0.092 | ----- | ---- |
Bronce | 900 a 960 | 0.09 | ----- | ---- |
Cobre | 1083 | 0.094 | 0.156 | 43 |
Fundición gris | 1200 | 0.16 | 0.20 | 70 |
Fundición blanca | 1100 | 0.16 | ---- | ---- |
Acero | 1400 | 0.12 | ---- | 50 |
Níquel | 1455 | 0.11 | ---- | 58 |
RECTIFICADO FINAL DE LA PIEZA.
Se conoce como tratamiento térmico el proceso al que se someten los metales u otros sólidos con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la tenacidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los sólidos cerámicos.
Elaborado por: JESÚS BUCARITO / ÁNGEL CHIRINOS
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