Arenas Se encu encuen entra tra en propo proporc rcio iones nes superi superiore oress al 90% 90% en las mezcla mezclass emple emplead adas as en la fabr fabric icac ació ión n de mo ld ld e ess , re sa sa ltlt a su c ar ar ác ác te te r refractario. Minerall refrac refractari tario o cuyo Arena.- Minera tamaño de granos varían entre 0.05 y 2 mm. empleadas Arena Natural.- Arenas empleadas en fundición tal como se encuentran en el yacimiento. Arcillas e impurezas impurezas Arena Silícea.- Arcillas inferiores al 2% 2 tipos. Natural.- Tal como se encuentra en el yacimiento. Obtenid ida a al elim elimin inar ar Lavada.- Obten minerales arcillosos. Mezcla Aren Arena a de Mold Moldeo eo..prep prepar arad ada a en base base a una una aren arena, a, silícea y agua. Arena Arena de Contacto Contacto..- Mezcla para colocar una capa sobre el moldeo. Arena en verde.- Arena de moldeo para usarla directamente. Arenas en seco.- Moldes que van a ser secados en estufa. Formuladas a Arenas de relleno.- Formuladas base base de arenas arenas que provie provienen nen del desmoldeo. Prov Provie iene ne del del Aren Arena a Viej Vieja. a.-desmoldeo. Arena de Almas.- Mezcla preparada con con aren arenas as lava lavada dass y seca secass y productos aglomerantes. Arena a de Arena Arena Regenerad Regenerada.a.- Aren moldeo o almas sometida a diversos tratamientos para eliminar la materia inerte. PROPIEDADES DE LAS ARENAS SILICIEAS. Determinan las P. Mineralogicas.- Determinan prop propie ieda dade dess refr refrac acta tari rias as y la posibilidad posibilidad de disgregación disgregación de estos granos (vitalidad) P. Granulometricas.Granulometricas.- El tamaño y la distribución distribución del mismo en la arena silícea silícea es una de las características características que más influyen. P.Morfologicas.- La forma del grano, características del tipo de yacimiento y de su forma de explotación. - La forma de los granos influirá en la superficie superficie específica de los granos contenidos en un grano. Indica el INDICES INDICES DE FINURA.FINURA.- Indica predominio de la dimensión del grano más numeroso en una arena. AFS representa representa para una arena arena de granos idénticos el número de mallas por pulgada que tiene el tamiz por el cual cual puede puede pasar pasar justame justamente nte esta esta arena. EN AFS: # de tamiz representa el # de mallas por pulgada. EN DNI: # de mallas por centímetro. Permeabilidad Permeabilidad..- Volumen Volumen de aire a presió presión n cte. cte. Que pasa en 1 minuto minuto atre atreve vess de un cm2 cm2 de la arena arena ensayada. Densidad Relativa.- Relación en % que existe entre la densidad aparente de un a aren a con un gr ad ado de compres compresión ión determ determina inado do y la que tendría si estuviera estuviera comprimida al máximo. Resistencia en caliente.- Resistencia a la compresión de una arena calentada a altas temperaturas (>500º) Resi Resist sten enci cia a en seco seco..- Ha sido sido calentada a T cte. Superficie Superficie especifica especifica real.- Superficie Superficie de los granos de arena expresada expresada en cm2 por gramo. El cociente entre la superficie real y teórica teórica se llama llama coefic coeficien iente te de angulosidad. INFLUENC INFLUENCIA IA DE LA FORMA FORMA DEL GRANO. La s a re re na na s re do do nd nd a ass t ie ien en en coeficiente de angulosidad = a 1. Las arenas arenas corrientemen corrientemente te empleadas empleadas tienen coeficiente de angulosidad = a 1. - Una Una aren arena a de grano granoss redo redondo ndoss adquiere adquiere rápidamente rápidamente su estado de máxima máxima densidad densidad relativa, relativa, cosa que no sucede con la arena angular. - Las arenas arenas redond redondas as tienen tienen más volu volume men n de inte interst rstic icio ioss que que las angul angular ares es y por por lo tanto tanto mayo mayorr permeabilidad. - Las arenas arenas de grano grano angular, angular, al tene tenerr más más supe superf rfici icie e espe específ cífic ica, a, tienden tienden a formar puntos calientes calientes en sus aristas pudiendo llegar con altas temperaturas de trabajo a ablandarse o sinte sinteriz rizars arse, e, esto esto trae trae como como consec consecuenc uencia ia disminu disminució ción n de sus caract caracterís erístic ticas as mecáni mecánicas cas a altas altas temp temper erat atur uras as.. En camb cambio io las las características mecánicas en seco son superiores superiores en las arenas de granos angulares. INFLUE INFLUENC NCIA IA DEL DEL TAMAÑO TAMAÑO DEL GRANO. La superficie especifica especifica real de una arena varia fuertemente en función del del tama tamaño ño del del gran grano o y de su coeficiente de angulosidad. - Las arenas de grano fino al tener mayor número de granos por gramo y por tanto más puntos y superficies de contact contacto o entre entre sí, tendrá tendrán n tambié también n más dificultad en adquirir su máxima densidad. - Las Las aren arenas as de gran grano o redo redond ndo o siempre exigen menores presiones de atacado que las del grano angular.
- Las arenas de un solo tamiz e igual coeficiente coeficiente de angulosidad angulosidad tienen la misma relación relación de solidos a vacíos. vacíos. Para Para una densi densidad dad rela relativ tiva a de compresión compresión sea cual sea el tamaño tamaño del grano. Su perm permea eabi bili lida dad d en camb cambio io disminuye al disminuir el tamaño del grano. - Es importante por lo tanto mantener el % de granos finos dentro de un determ determina inado do valor valor para consegu conseguir ir uniform uniformida idad d en la resiste resistencia ncia en caliente y en seco de una arena.
INFLUENCIA DE LA DISTRIBUCION DEL GRANO. Estos dan el punto de partida de las mezclas, es la única propiedad que se varía varía entre entre limites limites amplios amplios y su influencia en las características de las mezclas en de gran importancia. - La densidad relativa máxima de una arena arena es más fácil de adquiri adquirirr con índices de finura bajos (tamaños de grano grueso). - Una pequeña pequeña adición de arena arena fina no disminuye la permeabilida permeabilidad d base de una arena determinada. -Cuando -Cuando los granos granos de una arena tienen un 70% o más granos finos, estos son los que tienen el control de la permeabilidad. - Una Una peque pequeña ña adic adició ión n de grano grano grueso no incrementa su permeabilidad. - La aren arena a fina fina tien tiene e mucha mucha más más influencia en la permeabilidad que la arena gruesa y que para incrementar la permeabilidad de la arena la mejor practic practica a es adicio adicionar nar arenas arenas de tamices próximos a los que forman la base. - La permeabilidad permeabilidad puede medirnos medirnos prácticamente el índice de Finura de una arena. Un cambio en este índice queda reflejado rápidamente rápidamente en la permeabilidad. - La pr es esenci a de finos en proporciones proporciones adecuadas, aumenta la resistencia en caliente de las mezclas. La obtenci obtención ón de superf superficie iciess lisas lisas y aparic aparición ión de defect defectos os depende dependen n g ra ra nd nd e em m en en te te de l as as a re ren as as empleadas. OBTENC OBTENCION ION DE SUPERF SUPERFIC ICIES IES LISAS EN LAS PIEZAS. Depende del tamaño del grano y de la regul regular arida idad d en los los tama tamaños ños.. La eliminac eliminación ión de los granos granos grueso gruesoss mejora mejora la calidad calidad superficial. superficial. Cuanto más fina es una arena, mejor es el acabado superficial. TENDENCI TENDENCIA A A LA PENETRAC PENETRACION ION DEL CALDO EN LAS PAREDES DEL MOLDE. Se ve favorecida favorecida cuando el coef. De angulosidad de las arenas es grande y sobre todo cuando se emplean arenas de granos granos gruesos. gruesos. La adició adición n de pequeñas cantidad de harina de sílice es la práctic práctica a corrie corriente nte cuando cuando se requi requier ere e evit evitar ar pene penetra traci cion ones es peligrosas en las piezas. - Como las arenas de grano angular tienen una densidad densidad relativa relativa menor que las de grano redondo para una misma intensidad de compresión las arenas arenas de grano grano redondo redondo son más susceptibles de producir defectos de expansión. INDENTIFICACION INDENTIFICACION DE LAS ARENAS SILICEAS. Los Los ensa ensayo yoss a real realiz izar ar son son los los siguientes: - Análisis químico. - Análisis granulométrico. - Punto de sinterizacion - Humedad CLASIFICACION CLASIFICACION DE LAS ARENAS. - Clas Clasif ific icac ació ión n de las aren arenas as en funci función ón del del cont conteni enido do mate materi rias as impalpables. Arena superl superlava avada: da: - CLAS CLASE E A.A.- Arena c on on titi en en e me no no s d e 0. 5% 5% de impalpables. contiene - CLASE B.- Arena lavada: contiene 0.5 - 1% de impalpables. Arena a no lava lavada: da: - CLAS CLASE E C.C.- Aren contiene de 1 a 2% de impalpables. CLAS CLASIF IFIC ICAC ACIO ION N SEGÚ SEGÚN N LA DISTRIBUCION GRANULOMETRICA. - Se clasi clasific fican an por por el núme número ro de tamaño del tamiz que retiene más del 75% de la muestra original. Se cuenta como como un tami tamizz cuan cuando do en él se retiene por lo menos un 10% de la muestra. CLASIFICACION SEGÚN LA FORMA DE LOS GRANOS. Por la forma Arenas Arenas de grano grano angula angular, r, o sub angular, redondeado, compuesto. Por la superficie. Arena de grano liso y rugoso. CLAS CLASIF IFIC ICAC ACIO ION N SEGÚ SEGÚN N LA HUMEDAD Se clasifican en arenas secas y arenas húmedas. La humedad máxima en las secas es del 0.5% y en las húmedas del 5%. CARACTE CARACTERIST RISTICAS ICAS EXIGIDAS EXIGIDAS A LAS ARENAS SILICEAS SILICEAS PARA SU EMPLEO EN FUNDICION Depende de la - Refractariedad.- Depende pureza en su composición química y de otros factores tales como la forma y tamaño de su grano.
- Durabilid Durabilidad ad o vitalidad vitalidad..- Una arena debe de soportar los choques térmic térmicos os sin fragme fragmenta ntarse, rse, lo cual cual depe depende nde de la estru estructu ctura ra de los los granos de esta arena. - Distribución granulométrica.- es la característic característica a que más influencia influencia tiene tiene en el compor comportam tamien iento to de las aren arenas as cuan cuando do se mezc mezcla la con con aglutinantes o aglomerantes. ENSA ENSAYO YOS S EMPL EMPLEA EADO DOS S PARA PARA DETERMINAR SUS CARACTERISTICAS - Porcentaje de Humedad - Análisis químico. - Análisis Análisis granulom granulométric étrico.o.- Se hallan el porcentaje de impalpables y de finos. - Superficie especifica.- Se calcula normalmente normalmente el coef. De angulosidad angulosidad y las superficies teórica y real. Observ Observaci ación ón micro microscó scópic pica.a.Determi Determina na la forma forma de los granos, granos, estado superficial superficial y defectos defectos de los mismos. Punt Punto o de Sint Sinter eriz izac acio ion n .Determina Determina la temperatura temperatura a la que empiezan a reblandecerse los granos. VALORES PROMEDIOS. - Análisis Análisis químicos. químicos.-- Las arenas lavadas deben tener un porcentaje de SiO2 SiO2 supe superio riorr al 96% 96% sien siendo do su pérdida por calcinación inferior al 1%. - Coeficiente de angulosidad.- Este valor depende del tipo de yacimiento explotado. Las arenas redondas tienen un coeficiente de angulosidad inferior a 1.2 y las de grano anguloso pueden llegar a 1.7. - Punto de Sinterizacion.- Para las arenas arenas emplea empleadas das en moldes moldes de acero, la temperatura de sinterizacion debe de ser ser mayor mayor de 1500ºC. 1500ºC. En alea aleacio cione ness no ferr ferros osas as,, pued pueden en emplea emplearse rse arenas arenas con puntos puntos de sinterizacion bajos. - Granos de la arena.- Se exige que el mayor número de granos no tengan grietas ni resquebrajaduras.
LAS MEZCLAS CARACTERIST CARACTERISTICAS ICAS EXIGIDAS EXIGIDAS A LAS MEZCLAS Caracterí Característica sticas s de Utilizació Utilización.n.característic características as que deben de tener antes de su empleo. Caracterí Característica sticas s Mecánicas Mecánicas y de Las Las mezc mezcla lass permeabilidad.deberán deberán soport soportar ar las condici condicione oness mecánicas que se presentan durante la colada. Caract Caracterí erísti sticas cas que miden miden la aptitud aptitud de la mezcla.- Las partes del molde y las almas deberán poder fabricarse con facilidad por lo que las mezclas mezclas deberán deberán tener determinadas determinadas características. Caract Caracterí erísti sticas cas que que miden miden su comp compor orta tami mien ento to dura durant nte e la colada. Deben Deben de soport soportar ar las condicio condiciones nes térm térmic icas as y quími química cass origi origina nada dass dura durant nte e la cola colada da,, debe deben n ser ser mantenidas entre ciertos límites. Caracterí Característica sticas s de las mezclas mezclas después de la colada.- Las mezclas de eb be en n d e c on onf er er ir ir al m ol old e determi determinada nadass caracte característ rísticas icas que posibiliten un fácil desmoldeo de las piezas. CARACTERISTICAS DE UTILIZACION En mez cl cl as as ag lu luti na nad as as la cara caract cterí eríst stic ica a princ princip ipal al es la de mantener mantener su humedad, la perdida de humedad humedad modifica modifica las característica característicass mecánicas de la mezcla y hace que las esquinas se vuelvan friables. En mezc mezcla lass aglo aglome mera rada das. s.-las las características son.
Deben de - Vida Vida de banc banco. o.-- Deben mantener mantener sus propiedades propiedades iniciales durante un cierto tiempo. - Velocidad de fraguado.- no debe ser ser exce excesi siva vame mente nte lenta lenta ya que que reduce la producción.- Mínima termoplasticidad.termoplasticidad.- Esta puede puede orig origina inarr defo deform rmac acio ione nes, s, durante el secado, no admisibles. CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS MECANICAS Y DE PERMEABILIDAD Son: Resistencia a la compresión y en seco seco,, defo deforma rmació ción n bajo bajo carg carga, a, resistencia a la cortadura en verde y en seco, seco, resiste resistencia ncia a la tracci tracción, ón, tenacidad, tenacidad, dureza, permeabilidad permeabilidad en verde y en seco. CARACTERISTICAS QUE MIDEN LA APTITUD DE LA MEZCLA PARA LA FABRICACION DEL MOLDE. D eb eb e en n t en en er er la s s ig ig ui ui en ent es es características: - Fluidez.- Capacidad de una mezcla para para ser compac compactada tada a densida densidad d uniform uniforme e en todos todos las partes del molde. - Respuesta Respuesta al atacado.atacado.- Es la capa capaci cida dad d de una mezc mezcla la para para obtener durezas uniformes en todos los puntos del molde. - Compactibilidad.Compactibilidad.- Mide el grado de humectación de las arcillas empleadas en las mezclas mezclas y proporc proporcion iona a una refer referenc encia ia para para dete determi rmina narr el porcentaje porcentaje de agua requerida en una mezcla. - Trabajabilidad.Trabajabilidad.- Es la facilidad con que una mezcla puede ser atacada. Determina lo bien que puede hacerse el molde y cuanta energía necesita necesita para ello. CARACT CARACTERIS ERISTIC TICAS AS QUE MIDEN MIDEN SU COMP COMPOR ORTA TAMI MIEN ENTO TO DURA DURANT NTE E LA COLADA. - Resi Resiste stenci ncia a a la comp compre resi sión ón,, deformación deformación bajo carga, tenacidad, expansión, expansión, temperatura temperatura de aparición aparición de roturas, volumen y presión de los gases desprendidos desprendidos en función función del tiempo. CARA CARACT CTER ERIS IST TICAS ICAS DE LAS LAS MEZCLAS DESPUES DE LA COLADA La caract caracterí erístic stica a más importan importante te exig exigida ida a las las mezc mezcla lass es que la resistencia retenida sea baja. ENSA ENSAYO YOS S EMPL EMPLEA EADO DOS S PARA PARA DETERMINAR LAS CARA CARACT CTER ERIS IST TICAS ICAS DE LAS LAS MEZCLAS. Unos Unos mide miden n la prop propor orci ción ón de dete determ rmina inado doss elem elemen ento toss que la conforman, conforman, otros sus características características físicas y químicas. as ENSAYO ENSAYOS S DE RUTINA RUTINA..- S i l as caracte característ rística icass de las mezcla mezclass se encu en entr an an en los lí mi mites preestablecidos, están dados por los siguientes. Por ce cen ta taje de humedad, perm permea eabil bilid idad, ad, resi resiste stenci ncia a a la comp compre resi sión ón,, índic índice e de shat shatte ter, r, porcentaje de arcilla activa. ENSAYOS PERIODICOS.PERIODICOS.- Conforme se usa la arena, esta va perdiendo sus c ar ar ac ac te ter ís ís titi ca cas de eb b id id o a la degeneración de su granulometría. - Análisis Análisis granulométrico granulométrico,, ensayos ensayos físicos, físicos, perdida del fuego, volátiles, volátiles, extracción extracción de ciertos ciertos aditivos, aditivos, punto de sinterizacion. ENSAYOS ESPECIALES.ESPECIALES.- Se realizan cuan do do se desean obt en en er er caracte característ rística icass especia especiales les en las mezcla mezclass o real real compor comportam tamien iento, to, también cuando se trata de evaluar los los mate materi rial ales es emple emplead ados os en la formulación. FORMULACION FORMULACION DE MEZCLAS Depende de las características características que vayamos exigir al molde. Estudios previos: - Tipo de aleación a colar, piezas a fabricar, fabricar, procesos procesos de fabricación fabricación que podría emplearse, características características de los materiales disponibles, medios de preparación de las mezclas. SELECCIÓN DE LAS CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS BASICAS DE LA MEZCLA En aglutinadas se debe seleccionar.Resi Resist sten enci cia a a la comp compre resi sión ón y c or or ta ta du dur a, a, en ve err de de o s ec ec o, o, perm permea eabi bili lida dad, d, defo deform rmac ació ión n a dm dm is is ib ib le le , du re re za za , p un un to to de sinterizacion. En aglomeradas se debe seleccionar.Características mecánicas, evolución del del despr despren endim dimien iento to de gases gases,, colapsabilidad. PREPARACION DE MEZCLAS Es nece necesa sari rio o AGLUTINADAS.suminist suministrar rar a la mezcla mezcla una cierta cierta energía. No toda la arcilla presente en la mezcla está envolviendo los granos de arena. Arcilla activa.- arcilla presente en la mezc mezcla la capaz capaz de desarr desarroll ollar ar sus propiedades aglutinantes. Arcilla efectiva.- contiene realmente agua y está envolviendo los granos de aren arena, a, se comp compre rend nde e que que las las propiedades propiedades de la mezcla depende depende más de la arcilla efectiva que de la activa. La eficiencia de un molino mezclador será será mayor mayor cuanto cuanto mayor sea la arcilla arcilla efectiva efectiva que se proporcione proporcione al sistema. En el límite de mezclado toda arcilla arcilla activa debería convertirse en efectiva.
En la preparación de mezclas aglutinadas es importante tener en cuenta lo siguiente: - Seleccionar un buen molinomezclador, controlar adecuadamente las adiciones de los componentes de la mezcla, respetar el orden en las adiciones (arena, agua, arcilla, aditivos). AGLOMERADAS (ALMAS) - No se necesita gran energía de mezcla, se necesita que los granos de sílice queden rodeados de la más fina película de aglomerante, se necesita rapidez en la mezcla ya que la vida de banco de algunos tipos es muy pequeña. En la preparación se debe tener en cuenta - Orden de adiciones.- Seguir las instrucciones del fabricante. - Control de adiciones.- Por peso o volumen. - Humedad y temperatura de la Es importantísimo arena.mantenerlas en los más bajos niveles. - Arcilla y finos de arenas.Aumentan extraordinariamente con el consumo de aglomerantes. - Granulometría de la arena.- El consumo de aglomerante aumenta con la superficie específica de la arena. - Forma de grano de la arena.- Es menor el consumo con arenas de grano redondo. REGENERACION DEL CICLO DE ARENA DE MOLDEO. Las arenas después de cada colada sufren perdida en sus características debido a la degeneración del aglutinante y de los aditivos principalmente, asi como también a la pérdida de su humedad. Generalmente se dice que el ciclo se va degenerando y se traduce en: Perdida de la humedad, degeneración de la arcilla, combustión de a di ti vo s, el ev ac ión de la temperatura de la arena de moldeo. Para evitar la degeneración se recomienda.- No introducir en el circuito la arena que queda, pegada a las piezas, eliminar las arenas que provienen de las almas aglomeradas, hacer un desmoldeo lo más rápido posible. Se entiende por regeneración de un ciclo al tratamiento que es necesario efectuar con las arenas que salen d el desmoldeo y a la incorporación de arena nueva, arcilla y aditivos al ciclo de mezclado para mantener las características de la mezcla entre los limites preestablecidos. Tratamiento de la arena que sale del desmoldeo.- Esta arena debe de recibir los siguientes tratamientos antes de llegar al molde: - Eliminación de producto metálico, desterronado o desintegrado, eliminación de finos por aspiración, reducción de su temperatura. Incorporación de nuevos materiales.- Durante el malaxado se incorporaran las proporciones necesarias de arena nueva, arcilla y agua para conseguir características deseadas. Forma práctica de controlar un ciclo.- Podemos dibujar una zona de trabajo situada entre dos humedades que permita obtener las características exigidas a la mezcla. Las características que se van obteniendo cada vez que se hace un nuevo malaxado, deberán estar dentro de la zona de trabajo. Las adiciones de nuevos materiales, aditivos y agua a efectuar dependerán del grado de degeneración del ciclo. Forma práctica de conocer la degeneración de un ciclo.- se tiene los siguientes indicios. - Disminución paulatina del pH de la mezcla, aumento en el porcentaje de impalpables, disminución del porcentaje de arcilla activa, variación en la pérdida del fuego, disminución del punto de sinterizacion, aumento en el índice de finura de la arena base. Algunas medidas adecuadas para controlar son. - Aumento de la eliminación de finos, adición de arenas de mayor índice de finura, determinación del porcentaje de adiciones a efectuarse en cada mezcla par a manten er su s características. CLASIFICACION DE LOS ADITIVOS
CONTROLAN LA EXPANSION DE LA SILICE - Los que reducen la resistencia en verde y en seco: El aserrín, materiales celulósicos, perlita. - Los que aumentan la resistencia en verde y en seco: Cereales MEJORAN EL ACABADO SUPERFICIAL: Impiden que el metal penetre entre los granos de arena y eviten la reacción molde-metal. ESTABILIZAN HUMEDAD (mejoran vida de banco y resistencia al secado) - Pierden fluidez: Cereales. - No pierden fluidez: Lejias de bisulfito, melazas y azucares, alginatos, etileno glicol.
CORRECTORES DE PH. Carbonato sódico. Harina de sílice, materiales carbonosos. FACILITAN EL DESMOLDEO Aserrin, materiales celulósicos, polvo de carbón, bentonita cálcica, cereales. MEJORAN LA FLUIDEZ.- Aserrin, alginatos. PRODUCEN RESISTENCIA EN CALIENTE.- Oxido de fierro, harina de sílice. INHIBEN LA REACCION MOLDEMETAL. Azufre, acido bórico, bifluoruro de amonio.
SOLIDIFICACION DE METALES Es un proceso de nucleación y crecimiento. NATURALEZA DE LOS SÓLIDOS.Acomodo tridimensional de átomos en un orden casi perfecto. Cero dimensionales o puntuales: Vacancias, intersticiales, impurezas Mono dimensionales o lineales: Dislocaciones (de borde, helicoidales) Bi dimensional o de superficie: Bordes de grano, interfases. Tri dimensional o de volumen: Inclusiones Regla de Richard: Correlación entre
∆Sf y
la estructura cristalina
producida
∆Sf≤2 Metales B.C.C. ∆Sf del Na=1.7 ∆Sf~2 Metales F.C.C. ∆Sf del Cu=2.0 ∆Sf≥2 Metales H.C.P. ∆Sf del Zn=2.3 SOBREENFRIAMIENTO.- Los líquidos pueden existir a temperaturas
TE
inferiores a , en cuyo caso se dice que están sobreenfriados. SOLIDIFICACION DE METALES. Se pueden prevenir.- Porosidades de contracción (rechupes), rajaduras en caliente, gases, segregación, fluidez, etc. ¿Qué hace que un meta l solidifique?.- La disposición de los átomos en un cristal sólido está a una menor energía libre, que los mismos átomos en el estado líquido, por encima del punto de solidificación, el estado líquido es el más estable. NUCLEACIÓN: Es la formación de una nueva fase en el seno de una fase ya existente y separada de esta última por una superficie bien definida. Nucleación Homogénea: Es la que se produce espontáneamente en presencia del líquido puro y requiere de altos grados de sobreenfriamiento. A mayor sobreenfriamiento, mayor será el impulso de transformación de líquido a sólido. ¿Porqué el líquido no se transforma en sólido inmediatamente a una temperatura ligeramente menor que
TE?.- Se
requiere energía para producir las nuevas superficies de los cristales que se están formando. Si por debajo de
TE,
se forma un
r
embrión esférico de radio , habrá una variación de energía libre, a la cual contribuyen una disminución debida a la creación de un volumen de sólido y un aumento debido a la creación de una superficie. Nucleación Heterogénea: Es la que se produce sobre sustancias extrañas, ya sean éstas impurezas indisolubles o procedentes del recipiente. Nucleación Dinámica: el número de cristales en el líquido que solidifica aumenta considerablemente como consecuencia de factores dinámicos, tales como fricción, vibración y presión, los que producen la fragmentación de los cristales ya existentes. CRECIMIENTO.Consiste en el crecimiento de los núcleos generados en la primera et apa de la solidificación. La estructura final después de la solidificación del metal líquida, presentan una variedad de f orm as q ue d ep en de n d e l as condiciones existentes durante el crecimiento de los granos La explicación de este comportamiento tan diferente se encontrará en 3 factores: Aspectos cristalográficos del crecimiento, distribución de la temperatura durante la solidificación, redistribución de los solutos entre las fases líquidas y sólidas, durante la solidificación de una aleación. CRECIMIENTO EN UN METAL PURO.- El líquido cercano a la superficie del molde, se enfría rápidamente, y se forman núcleos estables tanto en la pared del molde como en el líquido cercano a la misma. Este calor más el sobrecalentamiento debe disiparse a través de la pared del molde y de la capa de metal solidificado velocidad de crecimiento se ve limitada más por la velocidad de eliminación de calor que por la de crecimiento. CARACTERÍSITCAS DE LA SOLIDIFICACION DEL METAL PURO: Presentan 2 zonas: zona de granos finos equiaxiales y zona de granos columnares. Pequeño sobreenfriamiento producido por cambios térmicos, que no es suficiente para nuclear nuevos granos. Frente de solidificación liso (isoterma). Estructura celular o de “nido de abeja”, en una superficie decantada. SOBREENFRIAMIENTO CONSTITUCIONAL
Es aquel que se produce por cambios térmicos y cambios en la composición. Coeficiente de distribución: es la relación de la concentración de la materia disuelta en el sólido, con la concentración de la misma en el líquido, con el que el sólido establece el equilibrio:k0=Cs/Cl. Efectos del sobreenfriamiento constitucional sobre la solidificación: Si hay poco sobreenfriamiento, ciertas regiones preferidas de la interfase empujan como clavos dentro de la región sobreenfríada y, una vez iniciados, crecen más rápidamente que las regiones vecinas. Estos clavos pueden producir la formación de una estructura de “nido de abeja”. Si el sobreenfriamiento es grande, los calvos tienden a formar brazos laterales, produciendo una estructura dendrítica. un sobreenfriamiento la diferencia de extremo, temperaturas,
Tlíquido-
Treal, la cual es un máximo a
cierta distancia y puede volverse mayor par a cond uci r a una cristalización independiente. Si el gradiente térmico es grande, es mayor la posibilidad para un crecimiento columnar, esto tiende a prevenir el crecimiento dendrítico y cristalización al azar. Si mientras mayor es el gradiente térmico, como en las piezas fundidas en moldes metálicos o con enfriadores, es más simple el problema de la alimentación.
CRECIMIENTO EN ALEACIONES GR UPO I: A le ac ion es q ue solidifican formando una piel sólida. La etapa inicial es similar a la de un metal puro, durante la interfaz sólidolíquido no es plana.Si la cantidad de sobreenfriamiento es pequeña, dichas protuberancias son solamente desigualdades Si el espesor del líquido sobre-enfriado es grande, las protuberancias pueden crecer bastante por delante de las partes completamente solidificadas, obteniéndose un tipo “dendrítico” de crecimiento.
El sobreenfriamiento explica también la presencia de los granos equiaxiales centrales.Todo el líquido que permanece en la parte central del molde se sobre enfriará, este, con frecuencia, es lo suficientemete grande para que se produzca la nucleación de nuevos granos dentro del líquido. “frente de solidificación”: Empezarán a crecer rápidamente, a los lados y hacia dentro, enlazándose con sus vecinos para formar una piel continua o cáscara de metal solidificado, conocido como GRUPO II: Aleaciones que solidifican de una manera pastosa (aleaciones con amplio rango de solidificación) La solidificación se inicia con la deposición de numerosos cristalitos en las paredes del molde. El crecimiento de los cristales formados en las p ar ed es d el mo ld e e s c as i, inmediatamente retardado o detenido temporalmente. Cuando se forman estos cristalitos, los átomos de los elementos aleantes son rechazados hacia el líquido circundante, de este modo el líquido se enriquece, grandemente, en estos elementos. La extracción de calor por el molde continúa y baja ligeramente la temperatura de este líquido. Está caída en la temperatura origina una 2da. “tanda” de cristalitos, el crecimiento de la 2da “cosecha” de c ri st al it os es r es tr in gi da y rápidamente se forma una 3ra tanda de cristalitos. El proceso se repite una y otra vez hasta que se haya nucleado pequeños cristalitos a través de toda la pieza, la solidificación continua con el crecimiento gradual de todos los cristalitos. El proceso de solidificación en estas aleaciones es análogo al fraguado del cemento, el material primero es fluido, luego se vuelve pastoso y finalmente se vuelve rígido. VARIABLES QUE AFECTAN EL INCIO Y FIN DE SOLIDIFICACIÓN Rango de solidificación de la aleación: Al aumentar el rango de solidificación, se incrementará el ancho de la “banda”, temperatura un a b aja de solidificación: temperatura de solidificación reducirá el gradiente de temperatura entre el molde y la pieza, bajando el gradiente de temperatura dentro de la pieza. Conductividad térmica del molde: cuando el molde tiene alta capacidad de absorción de calor (arenas especiales o moldes metálicos), el calor fluirá rápidamente del líquido residual, la banda de solidificación será pequeña y por lo tanto, serán favorables las condiciones para la alimentación Conductividad tnsrmica del metal solidificado: un metal de alta conductividad, baja del gradiente térmico en la pieza, favoreciendo a una amplia separación de la banda de inicio y fin de solidificación, aún en aleaciones que t ien en u n r ang o e st re ch o d e solidificación. CRECIMIENTO EN ALEACIONES EUTECTICAS Bajo condiciones de equilibrio, 2 sólidos diferentes se forman simultáneamente del líquido y la reacción se completa a temperatura
L→α+β
constante, Los límites de composición dentro de los cuales ocurre la reacción eutéctica, se amplían por las condiciones de solidificación de noequilibrio. Por ejemplo, la reacción eutéctica puede encontrarse en una aleación hipoeutéctica, si ésta se enfría rápidamente. La difusión no es bastante rápida para permitir al primer sólido formado incrementar su % de soluto, como el requerido por la l ín ea de s ol id us . El l íq ui do , correspondiente, se vuelve rico en soluto y, eventualmente, alcanza la composición eutéctica. TIPOS DE EUTECTICOS Eutéctico Laminar, Eutéctico en agujas: consiste de una serie de bastones de una fase incrustados en una fase contigua, Eutéctico globular: no son muy comunes, pero se presentan en algunas aleaciones comerciales, Eutéctico acicular: se aplica a los eutécticos, cuya segunda fase tiene f or ma ir reg ul ar , p ar ec id a, frecuent em ent e, a ag ujas acomodadas sin método con respecto a la fase continua. RELACION PERITECTICA.- Implica la relación entre 3 fases a temperatura constante, pero aquí un sólido y un líquido reaccionan en el enfriamiento para formar un nuevo
α+L→γ
sólido. La reacción peritéctica, es muy lenta comparada con la precipitación de un líquido. Esto debido a que una fase
α reacciona con el líquido , para formar una nueva fase γ, Para sólida
que la reacción prosiga, se requiere la
γ
difusión a través del solido , un proceso relativamente lento. SEGREGACIÓN.- Consiste en la diferencia de composición que hay entre el solido inicial y final, producido por el sobreen friamien to constitucional y enfriamiento en los moldes. La segregación puede dividirse en: incluye las Microsegregación: diferencias de concentración de corto alcance, semejantes a las encontradas entre células, dendritas y granos. - Intercelular : una subestructura celular se forma frecuentemente durante la solidificación, como resultado de la integración del sobreenfriamiento, Los contornos de una célula, son ricos en solución
k0<1, y p ob re s en cuando k0>1.Interdendrítica: e s el cuando solución
caso más conocido de microsegregación, que existe en las de nd ri ta s, l la mad o t am bi én “nucleado”, porque su corazón es de diferente composición a la del exterior de la dendrita, Intergranular: Es la diferencia de composición existente entre el centro y el borde de grano. La segregación depende de la forma como se han formado los contornos de los granos. Macrosegregación: son variaciones de largo alcance en la composición, de la periferia y el centro de una pieza o de un lingote. - Segregación normal: es el resultado directo de la expulsión de soluto delante de la intercara que avanza. Corresponde a un incremento en la concentración de soluto (si es
k0<1) al disminuir la distancia al centro del molde. Segregación inversa: la parte exterior del lingote tiene la más alta concentración de la solución que en el centro, aún cuando
k0 es <1.Segregación por
gravedad: cuando los constituyentes, sólidos o líquidos, se separan, debido a la diferencia de densidad, eso se llama “segregación por gravedad”. La aleación Sb-Pb, nos da un buen ejemplo de esta segregación. Cuando nuclea primera el Sb, este se eleva a la superficie del baño, por ser considerablemente más ligero que el líquido remanente.
CUAL ES EL MOTIVO POR EL CUAL SE USA LA FUSION EN VACIO. Para prevenir la combinación de elementos reactivos en el baño con la atmosfera normal y de aquí a la formación de óxidos y nitruros, que conducen a un baño impuro u oxidado, inclusiones, y superficies de pobre calidad. Para prevenir la solución de gases tales
H2, N2, SO2
como en el baño o para eliminar los gases disueltos del baño. COMO SE ORIGINAN LAS TENSIONES RESIDUALES Y QUE PRODUCEN Tensión que se desarrolla en el interior de un metal debido a cambios bruscos de temperatura, la deformación plástica u otras causas. Diferencias en contracción del molde y pieza Diferencias en el tiempo en que la contracción ocurre en diferentes puntos en la pieza. EXPLIQUE COMO OCURRE LA VARIACION TOTAL DE LA ENERGIA LIBRE EN LA FORMACION DE UN
TE, se forma un embrión esférico de radio r, EMBRION Si por debajo de
habrá una variación de energía libre, a la cual contribuyen una disminución debida a la creación de un volumen de sólido y un aumento debido a la
∆G=-
creación de una superficie.
∆GV+∆GS
COMO INFLUYE LA CONDUCTIVIDAD TERMICA DEL MOLDE EN LA SOLIDIFICACION El calor fluirá rápidamente del líquido residual, la banda de solidificación será pequeña y por lo tanto, serán favorables las condiciones para la alimentación LA REGLA DE CHVORINOV QUE NOS PERMITE OBTENER. Esta permite la comparación de tiempos de solidificación de piezas con diferentes
t=CVA2
formas y tamaños. EN QUE CASO SE CUMPLE QUE TS=TM EXPLIQUE. Este caso se da en la salificación de los moldes de arena, la resistencia predominante al flujo de calor es dentro del molde
m is mo . D eb id o a q ue t od a l a resistencia al flujo de calor es casi completamente dentro del molde, la
TS
temperatura superficial es casi igual a la temperatura de fusión del
TM
metal . Esto significa que durante la solidificación, es pequeña la caída de temperatura a través del metal solidificado, y se mantiene en la interfase molde-metal una t emp eratu ra constant e de
TS≅TM .
¿CUANDO OCURRE EL REMOJO, EN UN MOLDE METALICO? La condición de sin resistencia en el contacto, puede existir solamente si el contacto molde-pieza es intimo tal que pueda ocurrir el remojo, esto es, la pieza puede soldarse al molde. DEFECTOS QUE SE PUEDEN PREVENIR DURANTE EL INTERVALO DE SOLIDICACION P or os id ad es de co nt ra cc ión (rechupes). Rajaduras en caliente. Gases. Segregación. Fluidez, etc. SEGREGACIÓN.- Consiste en la diferencia de composición que hay entre el sólido inicial y final, producido p or el sob reenfr iami ent o constitucional y enfriamiento en los moldes. LA SOLUBILIDAD DEL H2 Y DEL N2 EN QUE TIPOS DE ALEACIONES ES IMPORTANTE.
H2
La solubilidad del es de importancia en la fusión de aleaciones ferrosas y no ferrosas.
N2
La solubilidad del es significativa solamente en las aleaciones de Fe, y las aleaciones FeNi-Cr-C EN BRONCES DE ALTO % DE ESTAÑO QUE TIPO DE SEGREGACION OCURRE Segregación por gravedad: cuando los constituyentes, sólidos o líquidos, se separan, debido a la diferencia de densidad, eso se llama “segregación por gravedad”. La aleación Sb-Pb, nos d a u n bu en ej emp lo d e e st a segregación. Cuando nuclea primera el Sb, este se eleva a la superficie del baño, por ser considerablemente más ligero que el líquido remanente. COMO CRECEN LOS GRANOS EQUIAXIALES EN EL CENTRO DE UNA PROBETA El líquido de la región central puede sobre enfriarse tanto por efectos térmicos como sobre enfriamiento constitucional, de esta manera se desarrolla una zona central de granos equiaxiales. QUE ES UN EUTECTICO Y DE QUE ESTA FORMADO Se denomina a la mezcla de sustancias en proporciones tales que tienen un punto de fusión más bajo que el que poseen dichas sustancias por separado, y que una mezcla con cualquier otra proporción de las mismas. CARACTERISTICAS DE LOS METALES ENDOTERMICOS Metales endotérmicos: Al, Mg, Fe, Co, Ni y Cu (lado derecho de la tabla). Absorben menos hidrógeno que los exotérmicos. Disuelven mayores
H2
cantidades de con un incremento de temperatura. Metales exotérmicos: Ti, Zr, Cb y Pd (lado izquierdo de la tabla) Absorben más hidrógeno que los endotérmicos Disuelven mayores cantidades de
H2 con una caída de temperatura. EXPLIQUE QUE SIGNIFICA CFR Resistencia a la alimentación central
CFR=tiempo durante el cual se forman los cristales en el centrotiempo total de solidificación de la pieza×100
DEFINA ADITIVOS Y DE QUE DEPENDE SU USO Son un recurso efectivo, accesible y ecológico para las fundiciones que cuentan con un sistema de moldeo en verde están basadas de compuestos orgánicos derivados de cereales. Su uso depende del proceso de fundición a realizar de tal manera que ayuda a aumentar o disminuir ciertas características. EL ENSAYO DE HINCHABILIDAD QUE CARACTERISTICAS NOS DETERMINAN. Nos determina la capacidad de hinchamiento y resistencia a defectos de expansión y poder ligante. MENCIONE LAS IMPUREZAS QUE TIENE UNA ARCILLA. Cuarzo, sílice, feldespato, óxidos de hierro, carbonatos, sulfatos, materia orgánica, etc. QUE REQUISITOS DEBE DE TENER UNA ARCILLA, PARA SER USADA EN UNA FUNDICION Características de utilización (poder ligante, durabilidad, control de los defectos de expansión de la sílice, capacidad de conferir fluidez a las mezclas, capacidad de posibilitar el desmoldeo), físicas y fisicoquímicas, características de suministro. EXPLIQUE LA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO DE BASES DE UNA MONTMORILLONITA. Entre las hojas de los cristales de bentonita existen sustancias químicas que se ionizan fácilmente con el agua dando cationes Ca+2 y Na+. Como las hojas tienen fuertes cargas negativas se tiende a restablecer el equilibrio con presencia de agua y hay un intercambio de bases entre las sustancias ionizadas y las superficies de las hojas. EN UNA MEZCLA QUE EFECTO TIENE HACER USO DE UNA ARENA DE FORMA ANGULAR. Al tener más superficie específica, tienen a formar puntos calientes en sus aristas pudiendo llegar, con las altas temperaturas de trabajo, a ablandarse o sinterizarse. Esto trae como consecuencia una disminución de sus características mecánicas a altas temperaturas. En cambio las características mecánicas en seco son superiores en las arenas de granos angulares. DEFINA REFRACTARIEDAD Y DE QUE DEPENDE. Son aquellas arenas que se resisten a los aumentos de las temperaturas sin s uf ri r va ri ac io ne s ar ci ll as s on refractarias, es decir resisten los aumentos de temperatura sin sufrir variaciones, depende de la pureza de su composición química y de otros factores como la forma y el tamaño de su grano.
