FUNDAMENTOS DE FUNDICION, Esquemas y mapas conceptuales de Mecánica de Materiales

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ESTUDIANTE: Denis Rubén Rivera Grageda

DOCENTE: Ing. Garisto Cruz Roger Iván

GRUPO: 2

CARRERA: Ing. Industrial

FECHA: 28-03-

Cochabamba-Bolivia

INDICE

• FUNDICION
• SOLIDIFICACIÓN DE LOS METALES
  • -METALES PUROS
  • -ALEACIONES
    • EFECTOS DE LAS VELOCIDADES DE ENFRIAMIENTO
  • -RELACIONES ESTRUCTURA-PROPIEDAD
• FLUJO DEL FLUIDO
  • -TEOREMA DE BERNOULLI
  • -CONTINUIDAD DE LA MASA
  • -DISEÑO DEL BEBEDERO
  • -MODELADO
  • -CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO.
• FLUIDEZ DEL METAL FUNDIDO
• TRANSFERENCIA DE CALOR
  • -TIEMPO DE SOLIDIFICACIÓN
  • -CONTRACCIÓN
• DEFECTOS
  • -POROSIDAD

FUENTE: Ing. Mecánica – Tecnología Mecánica II (UMSS-FCYT)

La velocidad del enfriamiento depende del calor que se transfiere en el molde y de las propiedades térmicas del metal.

-ALEACIONES

Las aleaciones solidifican generalmente en un intervalo de temperaturas en lugar de una temperatura única. El rango exacto depende de la aleación y su composición particular.

La solidificación comienza cuando la temperatura cae por debajo del liquidus, TL, y se completa cuando alcanza el solidus, TS.

Dentro de este rango de temperaturas, la aleación se encuentra en estado blando o pastoso y consiste en dendritas columnares Note la presencia de metal líquido entre los brazos de las dendritas. Las dendritas tienen brazos y ramas tridimensionales (brazos secundarios) que en algún momento se interconectan.

El ancho de la zona blanda, donde las fases líquida y sólida están presentes, es un factor importante durante la solidificación. Esta zona se describe en términos de una diferencia de temperatura, conocida como rango de solidificación

Rango de solidificación = TL - TS.

EFECTOS DE LAS VELOCIDADES DE ENFRIAMIENTO

Las velocidades de enfriamiento:

-Lentas, del orden de 102 K/s dan como resultado estructuras dendríticas gruesas, con gran separación entre los brazos dendríticos.

-Más altas, del orden de 104 K/s la estructura se vuelven más fina, con menor espaciado entre los brazos dendríticos.

-Aún más altas, del orden de entre 106 y 108 K/s, las estructuras desarrolladas son amorfas.

-RELACIONES ESTRUCTURA-PROPIEDAD

Se espera que cada fundición tenga ciertas propiedades para cumplir con el propósito de su diseño y servicio, por lo que la relación entre su estructura y propiedades desarrolladas durante su solidificación son aspectos de calidad importantes.

Esta sección describe estas relaciones en términos de la morfología dendrítica y la concentración de elementos aleantes en diversas regiones dentro de la fundición. Cuando la aleación se enfría muy lentamente, cada dendrita desarrolla una composición uniforme. Sin embargo, bajo las velocidades de enfriamiento más altas encontradas normalmente en la práctica, se forman dendritas nucleadas. Estas dendritas tienen una composición superficial diferente a la de sus centros o núcleos.

FUENTE: Soldadura y Estructuras Ingeniero. Andres Mauricio Marin Herrera

FLUJO DEL FLUIDO

Una fundición exitosa requiere del adecuado diseño y control del proceso de solidificación para asegurar un flujo correcto de los líquidos en el sistema.

Existen dos principios básicos del flujo del fluido que son relevantes para el diseño del sistema de alimentación: el teorema de Bernoulli y la ley de continuidad de la masa

-TEOREMA DE BERNOULLI

Se basa en el principio de conservación de la energía y relaciona la presión, la velocidad, la elevación del fluido en cualquier ubicación en el sistema

La conservación de la energía exige que, en una ubicación determinada del sistema, se satisfaga la siguiente relación:

h1 = ALTURA POR ENCIMA DE CIERTO PLANO DE REFERENCIA P = PRESION

V = LA VELOCIDAD DEL LIQUIDO 𝜌 = DENSIDAD DEL FLUIDO

F = PERDIDA POR FRICCION EN EL LIQUIDO

-CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO.

El número de Reynolds es un número adimensional utilizado para determinar si un fluido fluye con un flujo laminar o turbulento.

Flujo Laminar: se comporta como si estuviera formado por láminas delgadas. Si introdujesemos un colorante en la tubería, observaríamos que sigue una línea paralela a las paredes de la tubería. Sucede cuando el número de Reynolds es inferior a 2100 en una tubería circular.

Flujo Turbulento: El movimiento del fluido es desordenado. El colorante se mezclaría. Tiene lugar para números de Reynolds superiores a 4000.

Zona de transición: Para números de Reynolds desde 2100 a 4000, nos encontramos en una zona de transición entre los dos tipos de flujo.

FLUIDEZ DEL METAL FUNDIDO

Las características del metal fundido se describen frecuentemente con el término fluidez, una medida de la capacidad del metal para llenar el molde antes de enfriar.

El término “Colabilidad” se utiliza generalmente para describir la facilidad con que un metal puede fundirse para producir una pieza de buena calidad.

v= Velocidad promedio del tubo

D= Diámetro del tubo p= Densidad del fluido

n= Viscosidad

TRANSFERENCIA DE CALOR

El flujo de calor en diferentes sitios del sistema es un fenómeno complejo y depende de varios factores relacionados con el material fundido, el molde y los parámetros del proceso.

( Comportamiento termo fluidodinámico del acero en un molde de colada continua) FUENTE: Instituto Tecnológico Metropolitano

Estas características del metal fundido influyen en la fluidez:

1. VISCOSIDAD
   2. TENSIÓN SUPERFICIAL.
2. INCLUSIONES
3. PATRÓN DE SOLIDIFICACIÓN DE LA ALEACIÓN

Características que influyen en la fluidez tanto como el flujo del fluido y las características térmicas del sistema:

1. DISEÑO DEL MOLDE.
2. MATERIAL DEL MOLDE Y SUS CARACTERÍSTICAS SUPERFICIALES
3. GRADO DE SUPERCALENTAMIENTO
4. VELOCIDAD DE VACIADO
5. TRANSFERENCIA DE CALOR

Intervalo donde ocurre la contracción del metal FUENTE: Proceso de contracción en piezas fundidas (Link #6)

DEFECTOS

Durante la manufactura pueden desarrollarse diversos defectos, los cuales dependen de factores como la calidad de las materias primas, el diseño de la fundición y el control de los parámetros de procesamiento.

Otro defectos presente originado también por un mal diseño del proceso metalúrgico es las grietas en caliente, las cuales son rupturas por desgarramiento que presenta la pieza fundida, producto de la creación interna de esfuerzos y deformaciones durante la solidificación. Su localización siempre está en lugares donde por debilidad en el diseño metalúrgico, existen puntos calientes

Representación de la formación de grietas en piezas fundidas FUENTE: Quintero Sayago, O. Evaluación microestructural de solidificación usando perfiles numéricos

El Comité Internacional de Asociaciones Técnicas de Fundición ha desarrollado una nomenclatura normalizada que consta de siete categorías básicas de defectos de fundición para identificarlos con letras mayúsculas en negrita:

A—Proyecciones metálicas

B—Cavidades

C—Discontinuidades

D—Superficie defectuosa

E—Fundición incompleta

F—Forma o dimensiones incorrectas

G—Inclusiones

-POROSIDAD

La porosidad se refiere a las discontinuidades de tipo cavidad o poros formados por el aprisionamiento de gas durante la solidificación del metal de soldadura fundido. La porosidad reduce la resistencia de una soldadura

La porosidad es generalmente esférica pero puede ser cilíndrica. A la porosidad cilíndrica o alargada también se le refiere como "porosidad de tuberías" o "agujero de gusano”.

El mal uso de los procesos de soldadura, mal manejo de los insumos de soldadura, y los contaminantes de la superficie de los metales base, provocan la aparición de porosidad. Los procedimientos apropiados de soldadura para una combinación dada de proceso de soldadura, metal base e insumo de soldadura, deben producir soldaduras que estén esencialmente libres de porosidad.

En este sentido, los siguientes procedimientos son fundamentales.

1. Utilizar insumos de soldadura correctamente secados.
   2. Utilizar metales base libres de contaminantes.
   3. Mantener las máquinas de soldadura en buenas condiciones.
   4. Utilizar la técnica correcta de soldadura.