TEMA PARA LA MATERIA DE INGENIERÍA DE MATERIALES...t/t

1. FUNDICIÓN
PROFESOR: QBA MIGUEL ÁNGEL CASTRO RAMÍREZ

2. Este proceso de manufactura consta de varios pasos:
 Se vacía el metal fundido en un molde con
la forma a manufacturar
 Se deja solidificar
 Se retira la parte del molde
Factores importantes a considerar en las operaciones de
fundición:
 Flujo del metal dentro de la cavidad del molde
 Solidificaciones y enfriamiento del metal dentro del
molde
 Influencia del tipo y material del molde

3.  Se vacía el metal fundido en un molde se
solidifica se enfría a temperatura ambiente.
 Se solidifican a temperatura constante.
Temperatura como función del
tiempo de solidificación de los
metales puros. Solidificación ocurre
a temperatura constante

4.  El metal cerca de las
paredes del
molde, que se
encuentran a
temperatura
ambiente, se enfría
con rapidez y
produce una capa
superficial
solidificada
Estructuras de metales fundidos solidificados en un mold
cuadrado: metales puros, aleaciones de solución solida y
estructura por medio de agentes nucleares.

5.  La solidificación en las aleaciones comienza cuando la temperatura
desciende por debajo del liquidus (TL) y termina cuando alcanza el
solidus (TS).*
Rango de solidificación = TL – TS
La zona pastosa se describe en términos de diferencia de
temperatura.

6. Regla de Chvorinov
C = Constante que refleja el material del molde, propiedades del metal
y temperatura.
n = valor entre 1.5 y 2 (espesor de la cáscara, comúnmente se usa 2)

7. Velocidades de enfriamiento bajas Estructuras
Tiempos de solidificación largos dendríticas
gruesas
Velocidades de enfriamiento mayores
Estructuras
Tiempos de solidificación cortos
dendríticas mas
finas
 Las estructuras desarrolladas y el tamaño de grano resultante afectan las
propiedades de fundición.
Tamaño de grano resistencia y ductilidad en la aleación fundida
microporosidad en la fundición
tendencia al agrietamiento durante la solidificación.
 Falta de uniformidad en el tamaño de grano produce propiedades
anisotrópicas.

8.  Dado que la mayoría de los metales, durante
la solidificación y el enfriamiento, se contraen
se pueden formar cavidades.
 El hierro fundido gris y el aluminio se dilatan
(durante la solidificación)

9.  Un sistema de alimentación bien diseñado ayuda a
evitar enfriamiento prematuro, turbulencia o gases
atrapados.
 Existen dos principios básicos fundamentales en el
diseño de canales de alimentación: el teorema de
Bernoulli y la ley de continuidad de la masa.

10.  Teorema de Bernoulli.- se basa en el principio de la
conservación de la energía y relaciona presión, velocidad, la
elevación del fluido a cualquier punto del sistema y las perdidas por
fricción en un sistema lleno de liquido.
h= elevación por encima de cierto plano de referencia
p = presión a esa elevación
ρ = densidad del fluido
f = perdida por fricción en el liquido

11.  Ley de continuidad de la masa.- establece que
para líquidos incomprensibles y en un sistema con paredes
impermeables, la velocidad de flujo es constante.
Q = gasto volumétrico
A = área transversal de la corriente del liquido
v = velocidad promedio del liquido de dicha sección.
 A partir de estos dos principios se desarrollan el método de diseño
del bebedero y el de modelación de llenado del molde.

12.  Un factor a considerarse en el fluido por los canales de
alimentación es la turbulencia. El numero de Reynolds
(Re) se utiliza para cuantificar esto.
 v= velocidad del liquido
 D = diámetro del canal
 ρ = densidad del liquido.
 η = viscosidad del liquido
Para minimizar la turbulencia hay que evitar cambios
súbitos en la dirección del flujo y en la geometría de las
secciones transversales del canal en el diseño del sistema
de alimentación.

13. Afectan a la fluidez:
 Viscosidad
 Tensión superficial
 Inclusiones
 Patrón de solidificación de la aleación
 Diseño del molde
 Material del molde y sus características superficiales
 Grado de sobrecalentamiento
 Velocidad de vaciado
 Transferencia de calor

14.  Existen 7 categorías básicas de defectos de
fundición:
A: Proyecciones metálicas.-
aletas, rebabas, ampollas y superficies rugosas.
B: Cavidades.- cavidades redondeadas o
rugosas, internas o expuestas; sopladuras, puntas
de alfiler.
C: Discontinuidades.- grietas, desgarramientos en frío
o caliente.
D: Superficie defectuosa.- pliegues, cicatrices
superficiales, escamas de oxido.
E: Fundición incompleta.- fallas, volumen insuficiente

15. F: Dimensiones o formas incorrectas.- tolerancia
inapropiada para la contracción, error de montaje
del molde, contracción irregular.
G: Inclusiones.- reducen la resistencia a la fundición.
Se pueden formar durante la fusión.

16. Estos defectos se pueden minimizar o eliminar mediante el diseño apropiado, la
preparación de los moldes y el control de los procedimientos de vaciado

17. Porosidad
 Ocasionada por contracción, gases o ambos.
 Es dañina para la ductilidad de una fundición y
para su acabado superficial.
 Hierro, aluminio y cobre fundido

18. Las fundiciones pueden ser:
 Aleaciones ferrosas para fundición.
 Aleaciones no ferrosas para fundición.

19. Fundiciones Blancas
 Se le conoce también como hierro colado.
 Se encuentra en forma de cementita.
 Velocidad de enfriamiento rápida.
 La superficie de fractura es brillante.
 Alta dureza.
 Son frágiles.
 Resistencia al desgaste.
 Son difíciles de mecanizar.
 Baja resistencia al impacto.

20.  Aplicaciones:
 Piezas resistentes al
desgaste.
 Rodillos de molino y
trenes de
laminación.
 Maquinas para el
proceso de
materiales abrasivos
(compuestos
cerámicos).

21. Fundiciones Grises
 El Carbono se encuentra en forma de grafito.
 Velocidad de enfriamiento lento.
 Superficie de fractura gris u oscura.
 Se puede encontrar tambien en forma de
ferrita, martensita o perlita.
 Facilidad para mecanizar.
 Alta resistencia al desgaste y corrosión.
 Conductividad térmica.

22.  Aplicaciones:
 En motores
eléctricos.
 Tuberías.
 Superficies de
maquinaria.
 Especificación
(clase):
 Clase 20: resistencia
a la tensión mínima
de 20

24. Fundiciones Nodulares
 También se les conoce como dúctiles.
 Es aleado con magnesio.
 Aplicaciones:
 Maquinaria.
 Tubería.
 Cigüeñales.
 Piezas de alto esfuerzo y resistencia.
 Especificación (clase o grado):
 90-40-05 (resistencia a tensión mínima de 90 ksi,
resistencia a la cedencia mínima de 40 ksi, y un 5% de
elongación.)

26. Fundiciones Maleables
 Se obtiene al recalentar una fundición blanca
(tratamiento térmico).
 Se encuentra en forma de ferrita.
 Aplicaciones:
 Equipo de ferrocarril: acoplamientos, engranes,
bielas.
 Herrajes.
 Especificaciones:
 “23015”:
resistencia a la cedencia de 23 ksi, y un
porcentaje de elongación de 15%.

28. Fundición Hierro de grafito compactado
 Piezas más ligeras.
 Resistencia al desgaste similar a hierro gris.
 Aplicaciones:
 Motores.
 Cabezas de cilindro.

30. En base Aluminio
 Alta conductividad eléctrica.
 Resistentes a la corrosión.
 Aplicaciones:
 Industriaautomotriz (monobloques de motores,
cabezas de cilindro, cajas de trasmisión,
suspensión, entre otros).
 Diseño arquitectónico.

32. En base a Magnesio
 Densidad baja.
 Resistencia a la corrosión.
 Resistencia a la termoinfluencia.
 Aplicaciones:
 Envases.
 Industria
aeronáutica( hélices, ruedas
automotrices, motores).

34. En base a Cobre
 Alta conductividad térmica y eléctrica.
 Alta resistencia a la corrosión.
 No son toxicas.
 Aplicaciones:
 Engranes
 Tubería
 Herraje

36. En base a Zinc
 Bajo punto de fusión.
 Alta resistencia.
 Aplicaciones:
 Estructuras
 Baterías

38.  El costo de un material fundido de pende de
diferentes factores como equipo utilizado,
maquinaria, mano de obra, materia prima,
moldes, matrices, tiempo, entre otros.

40. Proceso de Fundición

41. Proceso de Fundición

42. Los procesos de fundición se
clasifican en dos grupos:
 procesos que utilizan moldes desechables
 procesos que utilizan moldes permanentes

43. Procesos de moldes
desechables
 moldes de arena tradicional
 moldes acorazados
 moldes con patrones desechables
 moldeo por inversión

44. Procesos de moldes
permanentes
 fundición hueca
 moldeo a presión
 moldeo al vacío

45. El proceso tradicional
El proceso tradicional de fundición se realiza en
arena, por ser ésta un material refractario
(mantiene sus propiedades a altas
temperaturas) muy abundante en la
naturaleza, mezclada con arcilla, adquiere
cohesión y maleabilidad sin perder la
permeabilidad que posibilita evacuar los gases
del molde al tiempo que se vierte el metal
fundido.

46. La fundición en arena consiste en colar un metal
fundido, típicamente aleaciones de acero,
bronce, latón y otros, en un molde de arena,
dejarlo solidificar y posteriormente romper el
molde para extraer la pieza fundida.

48. 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

49. Para calcular bien los parámetros
se requiere de:
 tiempo que tarda en llenarse un molde
 flujos volumétricos para metales
 tiempo de solidificación local
 tiempo de solidificación total
 dimensiones de moldes para metales
 dimensiones de las bandas al ser diseñados
en base a las especificaciones de la pieza

50. Problema

52. Tipos de Moldes
 Moldes desechables
 Se producen usualmente con arena, yeso, cerámica y materiales
similares que se mezclan con aglutinantes para mejorar sus
propiedades. Soportan altas temperaturas y se rompe el molde
para retirar la fundición cuando ésta se solidifica
 Moldes permanentes
 Se fabrican con metales que mantienen su resistencia a
temperaturas elevadas. Se usan más de una vez, por lo que
debe ser fácil retirar la fundición. Son mejores conductores de
calor que los desechables, por lo que enfría más rápido
 Moldes compósitos
 Se producen con dos o más materiales y combinan las ventajas
de cada uno. Tienen partes desechables y otras permanentes.
Mejora resistencia del molde y controla velocidad de
enfriamiento

53. Procesos de fundición de molde
desechable
 Fundición en arena
 Molde de cáscara (caja de volteo)
 Molde de yeso
 Moldes cerámicos
 Modelo evaporativo
 Revestimiento

54. Fundición en arena
 Es el método tradicional de fundición de metales.
 Se ha usado por milenios y sigue siendo el más
usado.
 Se usa para bases para máquinas, impulsores de
turbinas, propulsores, accesorios de plomería,
componentes para equipo agrícola, equipo de
ferrocarriles, entre otros.
 Se usa, en su mayoría, arena sílice (SiO2) por
sus características de alta temperatura, elevado
punto de fusión y su bajo costo.

55.  Consiste en:
 Colocar un modelo con la forma de la fundición
deseada en arena, para hacer una impresión
 Incorporar un sistema de alimentación
 Retirar el modelo y llenar con metal fundido la
cavidad del molde
 Esperar a que se enfríe y se solidifique el metal
 Separar el molde de la arena
 Retirar la fundición

56. Moldes de arena
 De arena verde
 Es el más común y es una mezcla de arena, arcilla y
agua. Está húmedo en el interior. Es el menos
costoso y se recicla fácilmente la arena.
 De caja fría
 Se mezcla la arena con varios aglutinantes orgánicos
e inorgánicos para unir químicamente los granos y
obtener una mayor resistencia. Dimensiones más
precisas que arena verde pero más caro.
 Sin cocción
 Se agrega una resina sintética líquida a la arena y la
mezcla se endurece a temperatura ambiente.

57. Esquema de un molde de arena

58. Modelos
 Se usan para moldear la mezcla de arena y dar forma a la
fundición.
 Pueden ser hechos de madera, plástico o metal,
dependiendo del tamaño y forma de la fundición, precisión,
proceso de moldeo y cantidad de fundiciones requeridas.
 Se recubren con un agente de separación para extraer los
moldes más fácilmente.
 Pueden ser
 De una sola pieza, para formas simples y cantidades bajas
 Divididos, son de dos piezas y sirven para formas complicadas
 De placa bipartidos, de dos piezas, cada una montada en el lado
de una placa sencilla. Se usa para fundiciones pequeñas y
grandes lotes de producción

60. Máquinas para moldeo de
arena
 Antes se compactaba la arena mediante
martillado manual, pero ahora se hace con
máquinas de moldeo.
 Moldeo vertical sin caja
 Se lanza la arena sobre una pared vertical formada
por las mitades del modelo. Las mitades del molde se
apilan horizontalmente y se conducen a lo largo de un
transportador de vaciado
 Lanzadores de arena
 Se llena uniformemente la caja con arena con una
corriente de alta presión. Un impulsor lanza la arena y
la aprieta apropiadamente

61. Moldeo Vertical sin caja

62.  Moldeo por impacto
 Se compacta la arena mediante una explosión
controlada o por liberación instantánea de gases
comprimidos.
 Moldeo de vacío (proceso V)
 Se cubre el modelo con una delgada lámina de
plástico y se coloca la caja sobre el modelo. Se
llena con arena seca sin aglutinante. Se pone
otra lámina sobre la parte superior de la arena y
una acción de vacío compacta la arena, para que
se pueda retirar el modelo.

63. Operación de fundición en
arena
 Se da forma al molde de alimentación
 Se colocan los machos mediante oxígeno y gas
combustible
 Se cierran las mitades
 Se limpia la fundición
 Se solidifica la fundición con productos químicos
 Se saca la fundición del  Se puede dar
molde tratamiento térmico
 Se retira la arena y para mejorar
óxido por vibración o propiedades
con chorros de arena  Acabado
 Se cortan las  Inspección
mazarotas y sistemas

64. Moldeo con grafito compactado
 Los metales reactivos, como el titanio y
zirconio, reaccionan vigorosamente con la
sílice.
 En estos casos se usan moldes creados con
grafito compactado.
 Los procedimientos de fundición son similares
a los de los moldes de arena.

65. Moldeo en cáscara
 Se desarrolló en la década de 1940
 Tolerancias dimensionales cerradas
 Buen acabado superficial
 Bajo costo
 Ejemplos:
 Cajaspara engranes
 Corazones de moldeo
 Cabezas de cilindros y bielas

66. Moldeo en cáscara
 Se calienta el modelo
entre 175°C y 370 °C
 Se recubre con un
agente de separación
 Se sujeta a una caja
con arena mezclada
con un aglutinante de
resina termofija
(fenolformaldehido)
 Se voltea la caja
 Se pone el ensamble
en un horno por
período corto
 La cáscara se
endurece alrededor del
modelo y se retira
como dos medias
cáscaras

67. Característica de las cáscaras
 Ligeras
 Delgadas (de 5mm a 10mm)
 Menos permeabilidad que las de arena verde
 Reduce costos de limpieza, acabado y
maquinado
 Menos manos de obra
 Fácil de automatizar

68. Fundición en molde de yeso
 Gran exactitud dimensional
 Buen acabado superficial
 Se usa para componentes de cerraduras,
engranes, válvulas, ornamental, entro otros
 Baja permeabilidad
 Enfriamiento lento  estructura más uniforme de
granos
 Se usa para aluminio, magnesio, zinc y algunas
aleaciones de cobre
 Se usan modelos hechos de aleaciones de
aluminio o zinc, de plástico termofijos y de bronce

69. Fundición en molde de yeso
 El molde se fabrica con yeso o sulfato de calcio,
talco y harina de sílice.
 Se mezclan con agua y se vierte en el modelo
 Se endurece el yeso y se retira
 Se seca el molde (120 °C-260 °C) para retirar
humedad
 Se ensamblan las mitades del molde para formar
la cavidad
 Se precalienta a 120 °C
 Se vacía el metal fundido

70. Fundición en molde de yeso
 Por la baja permeabilidad, los gases no
pueden escapar, por lo que el material fundido
se vierte en vacío o a presión
 Se puede incrementar la permeabilidad por el
proceso Antioch. Se deshidratan los moldes
en un horno presurizado de 6 a 12 horas y
luego se rehidratan en aire por 14 horas

71. Fundición de modelo
evaporativo
 También conocido como proceso de fundición de
modelo desechable o proceso de molde-modelo
desechable
 Se debe producir un modelo y un molde para
cada fundición
 Se usan en
 Cabezas para cilindros
 Monobloques para motores
 Cigüeñales
 Componentes para frenos
 Bases para máquinas

72. Fundición de modelo
evaporativo

73. Fundición por revestimiento
 También llamado proceso a la cera perdida
 Se utilizó por primera vez entre 4000 y 3000
a.C.
 Se usa para producir componentes para
equipo de oficina y componentes mecánicos
(engranes, válvulas, manerales)
 Se pueden fundir partes de hasta 1.5m de
diámetro y 1140Kg

74. Fundición por revestimiento

75. Fundición por revestimiento de
cáscara cerámica
a) Ensamble del modelo de
cera
b) Cáscara cerámica
alrededor del modelo de
cera
c) Se funde la cera y se llena
el molde en vacío, con una
súper aleación fundida
d) Rotor fundido producido
con una forma neta
- Se usa para la fundición de precisión de aceros y aleaciones de alta
temperatura
- Usa mismo modelo de cera o plástico, pero se sumerge primero en gel de
silicato de etilo y luego en cama fluida de sílice fundida de grano fino o harina
de zirconio
- Se sumerge en sílice de grano más grueso

76. Procesos de fundición en molde
permanente
 Materiales de alta resistencia a la erosión y fatiga térmica,
como hierro fundido, acero, latón, grafito.
 Se producen pistones, cabezas para cilindros, bielas, discos
para engranes de electrodomésticos y artículos de cocina.
 La cavidad y sistema de alimentación se maquinan en el
molde
 Se recubren las superficies de los moldes con lodo
refractario para aumentar la vida o se rocían con grafito.
 Los moldes se calientan entre 150°C y 200 °C para facilitar el
flujo del metal
 Se utilizan medios especiales para enfriar el molde
 Altos costos de equipo
 Bajo costo de mano de obra

77. Procesos de fundición en molde
permanente
 Fundición de vacío
 Fundición hueca
 Fundición a presión
 Fundición a presión en matriz
 Fundición centrífuga
 Fundición por dado impresor
 Operaciones de fundición en molde compósito

78. Fundición de vacío
 Adecuada para formas complejas con paredes
delgadas.
 Se producen súper aleaciones para turbinas
de gas
 Puede automatizarse
 Costos de producción similares a los de la
fundición en arena verde

79. Fundición de vacío

80. Fundición hueca y fundición a
presión
 Hueca
 Se vacía el metal fundido en un molde metálico y
se gira cuando se tiene el espesor deseado en la
capa superficial. Se vacía el metal líquido
restante. Se abre el molde y se retira la fundición
 A presión
 Elmetal fundido se fuerza hacia arriba mediante
presión de gas dentro de un molde metálico o de
grafito. Se mantiene la presión hasta que el metal
se solidifica por completo

81. Fundición a presión en matriz
 Se desarrolla a principios de 1900
 Se usa para cajas y monobloques para motores,
componentes para máquinas de oficina, juguetes,
herramientas manuales, entre otros
 Equipo de alto costo, mano de obra de bajo
 Produce con rapidez partes fuertes de alta calidad
y formas complejas
 Buena precisión dimensional
 Buenos detalles en la superficie
 Paredes delgadas

82. Fundición a presión en matriz
en cámara caliente

83. Fundición a presión en matriz
en cámara fría

84. Fundición centrífuga
 Usa las fuerzas de inercia para distribuir el
metal fundido en las cavidades del molde.
 Hay 3 tipos
 Fundición realmente centrífuga
 Fundición semicentrífuga
 Centrifugado

85. Fundición centrífuga

86. Fundición por dado impresor
 Desarrollado en la década de 1960
 Solidificación de metal fundido a alta presión
 Se usa para componentes automovilísticos y
cuerpos de morteros.

87. Solidificación rápida
 Se enfría el metal fundido a velocidades de
hasta 1000000 K/s, para que no tenga tiempo
de cristalizarse.
 Produce aleaciones amorfas (vidrios
metálicos)
 Efectos como ampliación significativa de la
solubilidad de sólido y refinamiento de grano

88. Inspección de las fundiciones
 Las fundiciones se pueden inspeccionar
visualmente para defectos superficiales
 Se estudia resistencia, ductilidad y otras
propiedades mecánicas por pruebas
destructivas
 Se usan pruebas no destructivas para revisar
defectos internos y bajo la superficie.
 Las fundiciones inaceptables se funden otra
vez para reprocesarlas

89. Hornos para fusión
 De arco eléctrico
 Capacidad elevada de fusión. Causan menos
contaminación y pueden mantener el metal
fundido a temperatura constante
 De inducción
 Seusan en pequeños talleres. Producen fusiones
de composición controlada más pequeñas

90. Hornos para fusión
 De crisol
 Se calientan con combustibles como gases
comerciales.
 Cubilotes
 Producen grandes cantidades de metal fundido.

93. Dos principios básicos en el diseño de
canales de alimentación.
 A- Bernoulli y ley de continuidad de masa.
 B- Bernoulli y Chvorinov
 C- Chvorinov y ley de continuidad de masa.
 D- Ninguna de las anteriores.

94. Tipos de aleaciones para
fundición.
 A- Cerámicas.
 B- Iónicas y covalentes.
 C- ferrosas y no ferrosas.
 D- hierro blanco y gris.
 E- otro (especifique)

95. Características de moldes
permanentes.
 A- altos costos.
 B- se utilizan materiales de alta resistencia a
erosión y fatiga térmica.
 C- alto costo mano de obra.
 D- A y B
 E- todas las anteriores.

96. Defectos de fundición.
 A- Porosidad.
 B- Cavidades.
 C- Fundición incompleta.
 D- Discontinuidades.
 E- todas la anteriores.

97. Tipos de molde
 A- desechables.
 B- permanentes.
 C- compósitos
 D- todas las anteriores
 E- ninguna de las anteriores.

98. Rescate:
Densidad de aluminio.
 A- 2.17
 B- 2.7
 C- 27.7
 D- 2.07
 E- 21.7