4to laboratorio de solidificación

7/26/2019 4to Laboratorio de Solidificacin

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OBJETIVOS

Aprender a preparar un molde de arena considerando todos los factores que

hemos estudiado a lo largo del curso, como la humedad, dureza,

compactibilidad de una mezcla arena-arcilla-agua y entender cmo estas

afectan en nuestro molde y posteriormente, en la pieza obtenida.

Entender la funcin del fundente y el desgasificante en la fundicin del

aluminio y ver cmo estos afectan en la obtencin de la pieza fundida.

Comprender a qu se deben las fallas presentadas en nuestras espirales. De


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FUNDAMENTO TERICO

Fluidez:

La fluidez, como lo definen los fundidores, es la suma de fluideces existentes sobre elrango total de temperatura, desde la temperatura de vaciado hasta la temperatura desolidificacin. Termodinmicamente, la fluidez vendra a ser lo opuesto a la viscosidad.La fluidez es la medida de la capacidad de un metal para fluir hacia un molde y llenarloantes de solidificarse.

Los factores que afectan la fluidez incluyen la temperatura de vertido respecto del puntode fusin, la viscosidad del metal lquido, la transferencia de calor al ambiente. Adems,la composicin del metal tambin afecta la fluidez, en particular, respecto al mecanismode solidificacin del metal. La mejor fluidez se obtiene con metales que se solidifican atemperatura constante (por ejemplo, metales puros y aleaciones eutcticas). Cuando la

solidificacin ocurre en un rango de temperatura (la mayor parte de aleacionespertenecen a esta categora), la porcin solidificada en forma parcial interfiere con elflujo de la porcin lquida, lo que reduce la fluidez. Adems del mecanismo desolidificacin, la composicin del metal tambin determina el calor de fusin, lacantidad de calor que se requiere para solidificar el metal a partir de su estado lquido.Un calor de fusin ms elevado tiende a incrementar la medida de la fluidez en lafundicin.

Existen mtodos estndar de prueba para evaluar la fluidez, incluida la prueba del moldeespiral que se ilustra en la figura mostrada, en el que la fluidez queda indicada por lalongitud del metal que se solidifica en el canal espiral. Una espiral ms larga de fundidosignifica fluidez mayor del metal derretido.

Fundicin de Aluminio, Fundentes y Desgasificante:

Durante la fusin, el aluminio tiende a oxidarse y a acumular gases (hidrgeno,nitrgeno) los cuales son nocivos al metal porque causan porosidades en las piezas

fundidas; por tal razn es necesario eliminarlos, a este proceso se le conoce comodesgasificar y desoxidar el aluminio para ello se utilizan aditivos qumicos como el

Ilustracin 1: Modelo de espiral de fluidez


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Degaser (Hexacloroetano), el cual es sumergido en el crisol que contiene el metalfundido, liberando gases clorados.

Escoria

Las escorias son un subproducto de la fundicin de la mina para purificar los metales.

Se pueden considerar como una mezcla de xidos metlicos; sin embargo, puedencontener sulfuros de metal y tomos de metal en forma de elemento. Aunque la escoriasuele utilizarse como un mecanismo de eliminacin de residuos en la fundicin delmetal, tambin pueden servir para otros propsitos, como ayudar en el control de latemperatura durante la fundicin y minimizar la reoxidacin del metal lquido final antesde pasar al molde.

Defectos en la fundicin con molde de arena:

Tambin es importante conocer los defectos que pueden ocurrir en la pieza a la hora dedesmoldarse, esto se debe a diversos factores que pueden ser internos (Del molde) yexternos (Del operador a la hora de hacer la colada, por ejemplo). Enunciaremos losprincipales defectos que pueden ocurrir en una pieza que se ha fabricado a partir de unmolde de arena:

Sopladura, traducido de Blow, es una cavidad relativamente grande producidapor los gases que se desplazan a travs del metal fundido.

Desgarradura o Cicatriz, traducido de Scar, es una cavidad superficial debidoa una permeabilidad inadecuada, generalmente ocurre en una superficie plana.La diferencia con la sopladura es que esta se produce sobre una superficieconvexa y no plana como la mencionada anteriormente.

Ampolla, traducido de Blister, es una cavidad poco profunda como una cicatriz

con una fina capa de metal que lo cubre. Costra, traducido de Scab, se produce cuando una parte de la cara del molde

asciende o desciende por un momento y ese vaco es rellenado por metal,cuando este se vierte en la cavidad, el gas puede ser desalojado con tantaviolencia como para romper la arena que despus se elimina, resultando unacavidad llena de metal. Este defecto puede deberse a una baja permeabilidadde la arena o a un alto contenido de humedad en la misma.

Cada, traducido de Drop, es causado por la ruptura de una parte de arena delmolde como resultado de su dbil acoplamiento, tambin puede deberse afuertes golpes a la caja durante el montaje del molde. Se produce una coladasucia debido a que la arena suelta tambin cae en la cavidad, esta podr caeren la parte superior o inferior de la pieza dependiendo de la diferencia dedensidades entre la arena y el lquido.

Penetracin mecnica, traducido de Mechanical Penetration, es una fuertecostra en la superficie de la pieza debido a a diversos factores como el grancontenido de impurezas o un embalaje del molde inadecuado. Cuando el metalfundido se vierte en la cavidad del molde y pasa por esos lugares malembalados, el metal fluir por ah y se generar un trozo de metal quepermanecer unida a la pieza hasta despus de haberla eliminado al extraer lapieza.

Hebilla, traducido de Buckle, es una depresin poco profunda que se puede

notar en las piezas moldeadas planas, se extiende en una lnea recta a travs


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de toda la superficie plana, causada por la expansin de la arena. Se puedeevitar agregando harina de madera a la arena.

Orificios de pasador, traducido de Pin Holes, son orificios pequeos de gas, yasea en la superficie o justo por debajo de ella, estn presentes en grandescantidades, dispersadas uniformemente sobre la superficie. Se produce debido

a la aleacin no ha desgasificado correctamente. (Presencia de gas disuelto enla aleacin) Cola de Rata, traducido de Rat Tail, es una depresin larga y poco profunda,

angular en la superficie plana y se asemeja a una hebilla, pero se diferencian enla forma. Las razones de este defecto son los mismos que la hebilla.

Lgrima caliente, traducida de Hot Tear, son un tipo de rajaduras en calienteen formas irregulares, surge cuando el metal solidificado no tiene la suficientefuerza para resistir las fuerzas de traccin producidas durante la solidificacin.Se puede evitar mediante la mejora del diseo del sistema de alimentacin de lapieza colada.

Rechupe o Cavidad de contraccin, traducida de Shrinkage Cavity, es una

depresin o un vaci interno en una pieza que resulta de la contraccin devolumen que se produce durante la solidificacin.

MATERIALES E INSTRUMENTOS

Para la fabricacin del molde de arena: Modelo de la espiral de fluidez. Arena, Arcilla, Agua. Cua compactadora. Malla metlica. Pala. Tubo metlico. Cajas de moldeo de arena. Aguja. Cuchara de curacin.

Para la colada en los moldes:

Crisol.

Piezas de aluminio a fundir Fundente Desgasificante


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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

El presente laboratorio const de varias etapas:

1) Preparacin del molde del modelo de la espiral:

Preparamos una mezcla de arena + arcilla + agua, con proporciones adecuadasde humedad.

Hacemos pasar la mezcla a travs de una malla, disgregando el materialmezclado con una barra de madera; para as tener la mezcla uniformementegranulada y poder compactarla uniformemente a posteriori.

La mezcla uniformizada, es usada para rellenar la base de lo que ser nuestromolde, siempre compactando por cada capa de vaciado.


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Una vez terminada de colocar la base; se hace el llenado de la tapa.Posicionamos, claro se entiende, el modelo (espiral de madera) y su respectivoconducto de alimentacin (tubo metlico).Finalmente destapamos el molde, para extraer el modelo, y al fin tenemos unmolde de arena.

2) Encendido del horno y Fundicin del Metal:

Esta etapa fue realizado por el responsable del curso. Ah, se pudonotar que cada cierto momento agregaba petrleo (que era elcombustible) y material a fundir al horno, tambin lo graduaba la llama.Abra y cerraba la tapa del horno a la hora de agregar este material


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3) Remocin de Impurezas y Colada de Aluminio en moldes:

Teniendo ya el crisol con el material fundido, el responsable del cursocontino con remover, principalmente, la escoria que estaba concentradaen la parte superior del lquido, para luego hacer la colada con intervalosde 1 minuto por molde. Luego, esperamos un tiempo para que estaspiezas solidifiquen y se extraiga la espiral obtenida.

El metal fundido contiene impurezas del crisol que ya estaba usado, y dela reaccin al estar expuesto al medio. Estas impurezas (escoria) fueronremovidas haciendo uso de fundentes de escoreo (se us Aluflux 11debido a la escasez de Coveral) y desgasificadore.

Se observa la formacin de escoria, luego de agregarle Aluflux 11.


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CLCULOS Y RESULTADOS

Describiremos cada una de las espirales que se ha obtenido en este laboratoriocon dos tipos de vistas, una para ver la longitud a la que ha llegado la espiral (Y

compararla con las espirales anteriores y siguientes) y otra para observar bienlos defectos que se han presentado en estas.(Esta corresponde a la vista frontal)

ESPIRAL N1

Tiempo: 0 minutos.Longitud: 187 cm.Descripcin respecto a la longitud: Esta,

evidentemente, termin por completo la espiraldebido a que la colada tena la ms alta fluidez

por salir rpido del horno a mayor temperatura

Vista horizontal

Defectos observados: Como se ve en la vista frontal, se puede notar las RatTail (colas de rata), Mechanical Penetration, Drops, Pin Holes, Blows,estos dos ltimos fenmenos son consecuencia del movimiento y salida de los

gases en la pieza. Los dems defectos se deben al montaje del molde; es decir,pudo haberse creado una cavidad por donde escape el lquido, generando losDrops y Mechanical Penetration.

Fig.5.2. Vista frontal de la espiral N1


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ESPIRAL N2

Tiempo: 1 minuto.Longitud: 163 cm.Descripcin respecto a la longitud: La longitud de

esta espiral es, evidentemente, menor conrespecto a la primera debido a que latemperatura del crisol (De la colada) habadisminuido porque parte de esta se habaliberado al ambiente.

Fig.5.3. Vista horizontal

Defectos observados: Al comienzo de la espiral, se puede notar algunas colasde rata, drops que son las cavidades que se ven en lo que quedo de la

alimentacin, adems, con alguna dificultad, se puede notar algunos orificiospequeos que vienen del movimiento violento de los gases, llamados Pin Holes



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ESPIRAL N3

Tiempo: 2 minutos.Longitud: 111.4 cm.

Descripcin respecto a la longitud: Lalongitud de esta espiral es menor quela anterior, lo cual es lgico debido aque la fluidez sigue disminuyendodebido a la disminucin en latemperatura.


Defectos detectados: En esta espiral, se puede notar la presencia de Hot Tear,llamadas tambin Lgrimas en Caliente, que son esas leves rajaduras que sepueden ver en la alimentacin de la espiral. Adems en la parte inferior izquierdase puede notar un leve Scab, Costra en espaol, esto se debe a que el gas fueexpulsado con tanta violencia que pudo romper la arena, dejando un espaciopara que el metal fluya por ah y se vea una pequea costra. Tambin se puedenotar la presencia de colas de rata, comnmente en estas espirales obtenidas.



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ESPIRAL N4

Tiempo: 3 minutos.Longitud: 135.2 cm.Descripcin respecto a la longitud: En

este caso, la espiral es ms larga quela anterior, lo cual no debe suceder,esto puede der debido a que la coladadel respectivo grupo lo hicieron a unaaltura mayor, lo que hace que ellquido entre con mucha presin alcanal, llenando ms la espiral.


Defectos detectados: Como en todas las espirales, las colas de rata es algoconstante en ellas, adems, se puede ver, cerca al 4se puede ver un buckleque es como una ligera depresin. Tambin, podemos ver rajaduras de formairregulares conocidas como Hot Tear con mayor notoriedad en las zonas

cercanas a la alimentacin. En la parte inferior izquierda se puede ver hasta 3Blows que son cavidades por las cuales el gas ha salido violentamente.



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ESPIRAL N5

Tiempo: 4 minutos.Longitud: 159.2 cm.Descripcin respecto a la

longitud: Como en el casoanterior, la longitud de la espiralaument debido a que se colms metal de lo que eranecesario. Naturalmente, esto nodebi pasar debido a que lafluidez en este punto es menorque las anteriores espirales.


Defectos detectados: Es muy notorio la presencia de Scabs o costras en laparte derecha de la vista frontal, esto puede deberse a un alto contenido dehumedad en la arena, adems, se pueden ver colas de rata y unos cuantosBlows que son esas cavidades, tambin se notan algunos Pin Holes que

vienen a ser los orificios o porosidades.



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ESPIRAL N6

Tiempo: 5 minutos.Longitud: 109.3 cm.Descripcin respecto a la longitud: La

longitud de esta espiral, comparadacon la anterior, es visiblemente mspequea lo cual nos vuelve a dar laidea de que la fluidez ha disminuidocomo era de esperarse.


Defectos detectados: Comparada con las otras y por la vista frontal que seaprecia, se ven menos cantidad de colas de rata, pero se nota la presencia deBlows. Tambin se pueden notar muchos Pin Holes o porosidades. En la

alimentacin se puede ver una pequea cavidad que vendra un Drop pequeo

en comparacin con los que vemos en la espiral.



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ESPIRAL N7

Tiempo: 6 minutos.Longitud: 103.1 cm.Descripcin respecto a la longitud:

Comparada con la anterior, ladisminucin de la longitud que sufrifue muy pequea, de tan solo 6.2cm, igual nos da a entender que lafluidez sigue disminuyendo.


Defectos detectados: Se puede notar gran presencia de Blows a lo largo detoda la espiral, incluyendo en la alimentacin, se pueden ver de distintostamaos. Como curiosidad, se puede notar que la parte final de la espiral no lucetantos defectos en contraparte con casi toda la espiral. Se ven algunas rajaduras,

las cuales son las Hot Tear y con cierta dificultad se aprecian las colas de rataen esta espiral.



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ESPIRAL N8


longitud sigue disminuyendo como erade esperarse.


Defectos detectados: Como en casi todas las espirales, es notorio la presenciade Blows, sobre todo en la alimentacin de la espiral, adems en la parte

izquierda se puede notar



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ESPIRAL N9

Tiempo: 8 minutos.Longitud: 26.8 cm.Descripcin respecto a la longitud: Como se

ve en la vista horizontal, la longitud de laespiral sigue disminuyendo como se tieneprevisto. No tenemos inconvenientes paraesta longitud.

Defectos detectados: Se puede notar Pin Holes o porosidades, adems deScars que tienen la forma de cicatrices. Tambin, en la seccin de laalimentacin se puede ver Blows o cavidades de tamao apreciable. En la parte

debajo del 9 se puede ver claramente lo que es un Mechanical Penetration o

penetracin mecnica, se ve como el material como que ha salido de la espiral

Fig.5.6.Vista frontal de la espiral N1


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ESPIRAL N10


Descripcin respecto a lalongitud: En este caso, lolongitud aumentconsiderablemente conrespecto a la anterior espiral.

Defectos detectados: En esta espiral se ve gran cantidad de defectos comoBlows, Mechanical Penetration



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ESPIRAL N11


longitud de la espiral disminuy conrespecto a la anterior; sin embargo,comparada con la espiral N9, lalongitud es mayor que est, no comotuvo que haberse cumplido debido aque esta tendra que haber tenidomenor fluidez que la mencionada.

Defectos detectados: Se pueden notar con leve dificultad algunos Blows,adems, notar la presencia de Scars que son como cicarices en la pieza. No

es difcil notar la presencia de Pin Holes o porosidades, claramente dispersadas

en la espiral



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ESPIRAL N12


Descripcin respecto a la longitud: Lalongitud de esta espiral obtenida es lamenor de todas las que se han obtenido,justificando por qu ha sido as debido a queha sido una de las ltimas cajas en hacer lacolada del Aluminio. (Con mayorespecificacin, ha sido la penltima caja lacual se ha hecho la colada)

Defectos detectados: No se detecta presencia de colas de rata pero s se ve unnotorio Blow al comenzar la espiral,al costado de la alimentacin, la cual tienediversos Blows de formas irregulares siendo stas grandes arriba y pequeas

abajo. Poca cantidad de Pin Holes o porosidades.



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ESPIRAL N13

Tiempo: 12 minutos.Longitud: 15.5 cm.Descripcin respecto a la longitud: Siendo

la ltima espiral, la longitud que se haobtenido ha sido un poco mayor a laanterior; sin embargo, esta diferencia no estan significativa, es normal que salgan asdebido a que la colada ha perdido bastantesu fluidez.

Defectos detectados: En esta espiral no se nota gran cantidad de Blows ocavidades, ms se puede ver Pin Holes o porosidades. Se pueden ver Scars

que vienen a ser cicatrices a la hora de comenzar la alimentacin, esto se debea una inadecuada permeabilidad de la arena. Finalmente, por la alimentacin sepuede ver pequeos Blows, lo cual se vea a lo largo de todas las espirales.Tampoco se nota mucho la presencia de colas de rata.



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Luego de haber analizado cualitativamente cada una de las espirales, colocamoslos datos de todas las coladas ordenadamente y procedemos a calcular la rectade regresin lineal.

Grupo N Tiempo(min) Longitud

(cm)Ayala 1 0 187

Areche 2 1 163Inga 3 2 111.4Garca 4 3 135.2

Escalante 5 4 159.2

Chuquillanqui 6 5 109.3

Romero 7 6 103.1

Huaman 8 7 68.2

Muoz 9 8 26.8

Urrutia 10 9 88.7Gonzales 11 10 58.5

Zarasi 12 11 13.9

Roa 13 12 15.5

Longitudes de las Espirales

.

Recta de Regresin para la Fluidez de Aluminio

A medida que pasa el tiempo, se debera obtener una menor longitud de la espiraldebido a que la temperatura va disminuyendo y con ella, la fluidez disminuye lo quehace que complete cada vez menos la fluidez.

Como se ve en la grfica mostrada, vemos que algunos puntos si siguen la tendencialineal y otros no, esto es debido a que cada grupo hizo su molde y realiz la coladarespectiva en l.

187

163

111.4

135.2

159.2

109.3103.1

68.2

26.8

88.7

58.5

13.9 15.5

y = -13.36x + 175.53

R = 0.8329

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 2 4 6 8 10 12 14

Longituddelaespiral(cm)

Tempo (min)

FLUIDEZ DEL ALUMINIO


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CONCLUSIONES

Compactar los moldes para que la colada sea mejor y el espiral nopresente rebarbas.

La fluidez del aluminio no slo de pende de la temperatura sino, tambinde otros factores como la viscosidad, densidad, Entalpia de fusin(debido al cambio de fase).

El molde no debe estar muy hmedo; ya que el metal caliente causara,que esta humedad se convierta en gases y no podrn escapar causando

as problemas en la espiral.

En la actualidad los moldes se hacen con arena, resina y catalizadores ycon un adecuado uso de estos hace que las piezas salgan con un buenacabado.

BIBLIOGRAFA Groover, M. Fundamentos de manufactura moderna. Tercera edicin. Editorial

Mc Graw Hill. Pgs. 198-202.

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