Introducción
En microcasting, la aleación fundida puede ser idéntica, la carcasa de cerámica puede ser idéntica, y las condiciones de vertido pueden incluso parecer idénticas.
Sin embargo, las piezas fundidas finales pueden tener una calidad completamente diferente..
Una parte puede salir densa., sonido, y limpio; otro puede contener porosidad de contracción, cavidades internas, lágrimas calientes, o zonas débiles ocultas que sólo aparecen más tarde durante el mecanizado o servicio.
La razón no es sólo la “suerte” o la química de la aleación.. Es la forma en que se solidifica el casting..
La solidificación es la etapa decisiva en la que el metal líquido se transforma en un componente sólido..
Durante esta etapa, el campo de temperatura dentro de la fundición evoluciona continuamente, el frente de solidificación se mueve hacia adentro, y se establecen las condiciones internas de alimentación.
En casting de inversión, donde finas conchas cerámicas, geometría precisa, y el comportamiento térmico cuidadosamente controlado interactúan, El modo de solidificación se convierte en uno de los factores más importantes que rigen la calidad de la fundición..
Generalmente se reconocen tres modos básicos de solidificación.:
- Solidificación progresiva
- Solidificación blanda
- Solidificación intermedia
Estos modos están determinados principalmente por el rango de congelación de la aleación y el gradiente térmico en la fundición..
Cada modo crea una estructura interna diferente., diferentes condiciones de alimentación, y una tendencia diferente a los defectos.
Comprenderlos es esencial para el diseño de mazarotas., diseño de concha, control de enfriamiento, y prevención de defectos.
1. La zona de solidificación dentro de una pieza fundida
Durante la solidificación, La mayoría de las piezas fundidas contienen tres regiones térmicas.:
| Región | Temperatura relativa a la aleación. | Estado fisico |
| Zona sólida | Por debajo de la temperatura sólida | Metal completamente sólido |
| Zona de solidificación | Entre líquido y sólido | Mezcla de sólido y líquido. |
| zona liquida | Por encima de la temperatura del líquido | Metal completamente líquido |
El zona de solidificación Es la región más importante porque es donde el material no es completamente líquido ni completamente sólido..
Es la zona donde crecen los granos., El metal líquido se mueve a través de canales interdendríticos., y la alimentación por contracción puede tener éxito o fracasar.
1 es la carcasa del molde, 2 es la zona de fase sólida (ES DECIR., la región solidificada), 3 es la zona de solidificación (ES DECIR., la región actualmente se está solidificando, donde conviven lo líquido y lo sólido), 4 es la zona de fase líquida
Desde la superficie hacia adentro, El metal comienza a congelarse cerca de la pared de la cáscara y el frente de solidificación se mueve progresivamente hacia el centro..
En cualquier momento dado, La fundición puede considerarse como un sistema dinámico con un frente móvil., no como un objeto estático que se enfría uniformemente desde el exterior hacia el interior.
La calidad de la pieza final depende en gran medida de la amplitud de esta zona de solidificación y de cómo se comporta durante la congelación..
2. ¿Qué determina el modo de solidificación??
El solidificación El modo de fundición a la cera perdida se rige principalmente por dos variables que interactúan: El rango de congelación de la aleación y el gradiente térmico dentro de la fundición..
Cuando las temperaturas liquidus y solidus están muy cercanas, la aleación tiende a congelarse con un frente afilado y se comporta más como un material de solidificación progresiva;
cuando la brecha es amplia, la aleación desarrolla una zona sólido-líquido más amplia y es más probable que se solidifique de manera blanda.
La composición de la aleación es el primer factor de control.
La composición es el factor más fundamental porque los elementos de aleación pueden cambiar las temperaturas del líquido y del sólido, ampliar o reducir el rango de congelación, y cambiar el punto de coherencia de la red dendrítica.
A medida que el rango de congelación se hace más largo, la región sólido-líquido se hace más grande, una capa sólida bien definida se forma con menos facilidad, y la alimentación debe ocurrir a través de una estructura dendrítica parcialmente solidificada.
Los metales comercialmente puros y las aleaciones de congelación estrecha tienden a formar un frente plano o una zona columnar corta., mientras que las aleaciones de congelación más prolongada desarrollan solidificación dendrítica en una fracción mucho mayor de la sección.
El gradiente de temperatura controla si el frente se mantiene nítido
El segundo factor importante es el gradiente de temperatura desde la pared del casco hacia el centro de fundición.
Un gradiente más fuerte promueve la congelación direccional y empuja la pieza fundida hacia una solidificación progresiva..
Un gradiente más débil amplía la zona blanda y hace que el modo de congelación tenga más volumen.
En fundiciones industriales, El ingeniero puede influir en esto indirectamente a través del precalentamiento de la carcasa., nivel de aislamiento, espesor de sección, y condiciones de enfriamiento, aunque la física térmica subyacente no se puede cambiar directamente.
El tiempo de solidificación local importa
El modo de solidificación también está determinado por tiempo de solidificación local, que es el intervalo entre el paso de las isotermas liquidus y solidus en un punto dado.
Un tiempo de solidificación local más prolongado generalmente significa una zona blanda más amplia y un mayor riesgo de microsegregación y problemas de alimentación interdendrítica..
La literatura sobre solidificación de piezas fundidas muestra que la microsegregación aumenta a medida que aumenta el rango de congelación y que la red dendrítica se vuelve menos permeable una vez que se alcanza la coherencia..
La temperatura de vertido y el sobrecalentamiento ajustan la condición inicial.
La temperatura de vertido no define por sí sola el modo de solidificación., pero afecta fuertemente el tiempo que la fundición permanece completamente líquida antes de que se forme el frente de congelación..
Un sobrecalentamiento más alto retrasa el inicio de la solidificación y puede aplanar el gradiente térmico inicial., mientras que un recalentamiento más bajo acorta el tiempo disponible para el llenado y puede aumentar la probabilidad de congelación temprana.
En la práctica, esto significa que la temperatura de vertido cambia las condiciones térmicas bajo las cuales se expresa el rango de congelación intrínseco de la aleación..
La geometría puede cambiar el modo localmente.
Espesor de la sección, esquinas, huecos internos, y los puntos calientes aislados pueden alterar el modo de solidificación local incluso cuando la aleación no cambia.
Las secciones gruesas retienen el calor por más tiempo y se comportan más como zonas de congelación o blandas., mientras que las secciones delgadas generalmente se congelan más rápida y direccionalmente.
Las esquinas internas afiladas son especialmente importantes porque concentran la masa térmica y pueden retardar la congelación local a menos que la geometría se modifique o enfríe deliberadamente..
El comportamiento de la carcasa de fundición a la cera perdida es parte de la ecuación
En microcasting, la cáscara de cerámica no es sólo un contenedor; es parte del diseño térmico.
Precalentar la cáscara, espesor de la cáscara, construcción de revestimiento, y la ruta de enfriamiento posterior al vertido cambian la forma en que el calor sale de la pieza fundida..
Es por eso que la misma aleación puede solidificarse progresivamente en una configuración de carcasa y más blanda en otra..
Por lo tanto, el control direccional es un efecto combinado del diseño de la aleación., diseño de concha, y gestión térmica.
3. Modo de solidificación capa por capa
Definición
La solidificación progresiva es un modo en el que las regiones sólida y líquida están claramente separadas por un frente de congelación relativamente distinto..
La superficie de fundición se solidifica primero, y el frente avanza constantemente hacia adentro a medida que el líquido restante se alimenta progresivamente.
Aleaciones industriales aplicables
Las aleaciones típicas de solidificación capa por capa incluyen el hierro fundido gris., acero bajo en carbono, aluminio industrial puro, cobre puro, y aleaciones eutécticas de aluminio y silicio..
En la producción de fundición a la cera perdida, eutéctico aluminio Las aleaciones y el acero inoxidable con bajo contenido de carbono son los grados más utilizados con esta característica de solidificación..
Características
En progresiva solidificación:
- El frente de solidificación es relativamente agudo..
- El metal líquido permanece conectado durante más tiempo..
- El último metal líquido suele concentrarse en un punto caliente final..
- La alimentación es relativamente sencilla porque la zona de contracción está localizada.
- El casting a menudo muestra cavidades centrales de contracción en lugar de porosidad ampliamente dispersa.
Importancia de la calidad
La solidificación progresiva generalmente es favorable para la solidez porque la contracción es más fácil de predecir y alimentar..
Si la última región de congelación es abastecida adecuadamente por un elevador o alimentador, La contracción concentrada se puede controlar eficazmente..
Esta es la razón por la que muchas aleaciones de congelación estrecha muestran un buen comportamiento de alimentación..
En piezas fundidas en forma de placa o barra, Se puede formar una cavidad en la línea central si la alimentación es insuficiente., pero el defecto suele ser más fácil de detectar y corregir que la porosidad difusa repartida por toda la sección..
Implicaciones prácticas en el casting de inversión.
Las piezas de fundición que se solidifican progresivamente suelen ser más fáciles de controlar., siempre que la ruta térmica esté dirigida correctamente.
Cuando el diseño fomenta la congelación direccional hacia el alimentador, es más probable que el casting permanezca sólido.
Sin embargo, si un punto caliente está aislado incorrectamente, todavía se puede formar una cavidad de contracción concentrada en la zona de solidificación final.
4. Solidificación blanda (Solidificación del volumen) Modo
Definición
Solidificación blanda, También llamó solidificación de volumen o solidificación pastosa, Es un modo en el que la aleación pasa a través de una amplia zona de solidificación..
El metal no se congela en un frente distinto.; en cambio, desarrolla una mezcla parecida a una suspensión o papilla de dendritas sólidas y el líquido restante.
Aleaciones industriales aplicables
Las aleaciones de solidificación blanda representativas incluyen hierro dúctil., acero con alto contenido de carbono, y bronce al estaño.
Martensítico de alto carbono acero inoxidable comúnmente utilizado en fundición a la cera perdida típicamente exhibe comportamientos típicos de solidificación blanda.
Características
En solidificación blanda:
- La zona de solidificación es amplia..
- La aleación desarrolla tempranamente una estructura dendrítica..
- Una vez que la fracción sólida sea lo suficientemente alta, el líquido restante queda atrapado en bolsas aisladas.
- La alimentación se vuelve difícil porque se interrumpen los caminos del líquido..
- El casting es propenso a porosidad de contracción o microcontracción distribuidos por toda la sección.
¿Por qué es problemático?
Cuando las dendritas se interconectan, el líquido restante ya no puede fluir libremente desde el alimentador al punto caliente.
En lugar de una cavidad concentrada, La pieza fundida puede desarrollar muchos pequeños huecos internos repartidos por la zona de solidificación..
Estos defectos distribuidos suelen ser más difíciles de eliminar que una única cavidad de contracción..
Esta es la razón por la cual las aleaciones con un amplio rango de congelación son más difíciles de alimentar con tubos ascendentes comunes.. La contracción no está reunida en un solo lugar.; se extiende a través del volumen.
Implicaciones prácticas en el casting de inversión.
La solidificación blanda es especialmente importante en, complejo, o piezas fundidas de alta aleación donde la química de la aleación produce naturalmente un amplio rango de congelación.
En tales casos, La simple alimentación a menudo no es suficiente.. El proceso puede requerir:
- enfriamiento direccional más fuerte,
- comederos más grandes o más eficaces,
- gradientes térmicos mejorados,
- sobrecalentamiento reducido,
- o enfriamiento selectivo.
El objetivo es evitar que la zona de solidificación se vuelva demasiado amplia y demasiado aislada..
5. Modo de solidificación intermedia
Definición
La mayoría de las aleaciones industriales pertenecen al tipo de solidificación intermedia., cuyas características de solidificación se encuentran entre los modos capa por capa y blando.
La zona de solidificación mantiene un ancho medio.; el límite sólido-líquido no es una interfaz suave obvia ni una capa blanda de sección completa.
El crecimiento dendrítico y la alimentación líquida coexisten durante todo el proceso de solidificación..
Aleaciones industriales aplicables
Las aleaciones típicas de solidificación intermedia incluyen acero con contenido medio de carbono., acero con alto contenido de manganeso, y hierro fundido blanco.
Las piezas estructurales de acero con contenido medio de carbono y baja aleación representan la mayor proporción de piezas de fundición a la cera perdida de solidificación intermedia..
Características
La solidificación intermedia combina características de ambos modos.:
- El frente de solidificación no es perfectamente nítido..
- La zona de solidificación tiene un ancho moderado..
- La alimentación es posible, pero no tan fácil como en las aleaciones de congelación estrecha.
- El comportamiento de contracción es más complejo que en la congelación progresiva pura..
- Las tendencias a los defectos se encuentran entre la contracción concentrada y la microcontracción distribuida..
Por que importa
La solidificación intermedia es el caso industrial más común.. Muchas aleaciones de ingeniería estándar se congelan de esta manera..
Su calidad depende en gran medida del diseño de la fundición porque no son naturalmente tan tolerantes como las aleaciones de congelación estrecha, pero tampoco tan difíciles como las aleaciones fuertemente blandas..
Implicaciones prácticas en el casting de inversión.
Para aleaciones de solidificación intermedia, la fundición debe equilibrar cuidadosamente:
- temperatura de la cáscara,
- temperatura de vertido,
- espesor de sección,
- colocación del comedero,
- y tasa de enfriamiento.
Porque la aleación no proporciona naturalmente una ruta de congelación ideal., el diseñador de procesos debe crear uno.
6. Comparación de los tres modos de solidificación
| Aspecto de comparación | Solidificación progresiva | Solidificación blanda | Solidificación intermedia |
| Carácter de rango de congelación | Rango de congelación estrecho | Amplio rango de congelación | Rango de congelación medio |
| Frente de solidificación | Afilado, frente claramente definido | Amplio, frente difuso | Frente moderadamente definido |
| Zona de solidificación | Delgada y localizada | Amplio y extendido | Ancho medio |
| Comportamiento de alimentación | Buena alimentación porque el líquido restante permanece conectado por más tiempo. | Peor alimentación porque las dendritas atrapan el líquido temprano | Comportamiento alimentario moderado |
| Forma de contracción | Tiende a formar una cavidad de contracción concentrada en la última zona de congelación. | Tiende a formar porosidad de contracción distribuida o microcontracción. | Comportamiento de contracción mixta |
Tendencia al desgarro en caliente |
Generalmente es menor si la alimentación está diseñada adecuadamente | A menudo es mayor porque la red semisólida restringe la contracción. | Tendencia intermedia |
| Tendencia de microestructura | Congelación más direccional, a menudo con un camino de solidificación más ordenado | Fuerte desarrollo dendrítico y coherencia temprana. | Estructura de solidificación mixta. |
| Sensibilidad al diseño | Sensible a la ubicación del elevador y al enfriamiento direccional | Altamente sensible al control térmico y a la química de las aleaciones. | Sensible tanto a la aleación como al diseño térmico. |
| Resultado de calidad típico | Más fácil de obtener sonido, piezas fundidas densas | Es más difícil obtener piezas fundidas completamente densas sin control adicional | La calidad depende en gran medida de la optimización del proceso |
7. Factores que desplazan la solidificación hacia un modo u otro
El modo de solidificación no lo fija una sola variable. Es el resultado de la interacción entre química de la aleación, gradiente térmico, condiciones de vertido, comportamiento del caparazón, y geometría de fundición.
Al cambiar estos factores, La fundición puede empujar una pieza fundida hacia una solidificación progresiva o hacia una solidificación blanda..
Gama de congelación de aleación
El factor más importante es el rango de congelación de la aleación..
- Rango de congelación estrecho → tiende a una solidificación progresiva
- Amplio rango de congelación → tiende a solidificarse blandamente
- Rango de congelación medio → tiende a la solidificación intermedia
Cuanto más amplio sea el intervalo líquido-solidus, Cuanto más tiempo permanezca la pieza fundida en un estado semisólido y más probable será que desarrolle una amplia zona de solidificación..
Esta es la razón más importante por la que algunas aleaciones son más fáciles de alimentar que otras..
gradiente térmico en la fundición
Cuanto más fuerte sea el gradiente térmico, es más probable que el yeso se congele progresivamente.
Una fuerte caída de temperatura desde la pared de la cáscara hasta el centro fomenta un frente de congelación claro y ayuda a que el metal se solidifique en una secuencia direccional..
Si el gradiente de temperatura es débil, la zona de solidificación se ensancha. Una mayor parte de la sección permanece semisólida durante más tiempo., lo que impulsa el comportamiento hacia la congelación blanda.
Precalentamiento de la cáscara y extracción de calor de la cáscara
En microcasting, La carcasa de cerámica es un importante elemento de control térmico..
Una carcasa más caliente reduce el choque térmico inicial y puede mejorar el llenado., pero también ralentiza la extracción de calor al principio..
Una carcasa más fría extrae el calor de forma más agresiva, que puede agudizar el frente de congelación y favorecer la solidificación progresiva.
El grosor de la carcasa también importa:
- cáscara más gruesa → más resistencia térmica → extracción de calor más lenta → zona de congelación más amplia
- Cáscara más delgada → menos resistencia térmica → extracción de calor más rápida → frente de congelación más agudo
Temperatura de vertido y recalentamiento
La temperatura de vertido afecta la cantidad de calor adicional que debe perder el metal antes de que comience la congelación..
- Mayor recalentamiento Generalmente retrasa la congelación y puede aplanar el gradiente térmico..
- Recalentamiento más bajo acorta el tiempo antes de que comience la solidificación, pero si se lleva demasiado lejos, puede reducir la capacidad de llenado y generar errores de ejecución..
En la práctica, El sobrecalentamiento excesivo puede hacer que el modo de solidificación se parezca más al volumen., mientras que el sobrecalentamiento controlado puede ayudar a preservar una ruta de congelación más direccional.
Espesor de la pared de fundición
El espesor de la pared es uno de los factores relacionados con la geometría más visibles..
- Paredes delgadas solidifican rápidamente y tienden a promover una solidificación progresiva.
- Paredes gruesas Mantienen el calor por más tiempo y es más probable que formen zonas blandas y anchas..
Esta es la razón por la que los puntos calientes suelen aparecer en las secciones pesadas., jefe, cruces, o masas aisladas donde el calor no puede escapar fácilmente.
Geometría y masa térmica local.
Esquinas afiladas, uniones internas, jefe, y los cambios abruptos de sección crean un desequilibrio térmico local.
Algunas regiones pueden solidificarse temprano mientras que otras permanecen líquidas o semisólidas. Eso puede cambiar el modo de solidificación local incluso cuando la aleación misma no cambia.
Las características geométricas clave que influyen en el modo de congelación incluyen:
- esquinas internas,
- esquinas externas,
- intersecciones de costillas,
- almohadillas aisladas,
- y cambios repentinos de espesor.
Ambiente de enfriamiento después del vertido
También importa la forma en que se enfría la pieza fundida después del vertido.. Refrigeración al aire libre, enfriamiento de lecho de arena, aislamiento, y el enfriamiento forzado crean diferentes condiciones de pérdida de calor.
Un enfriamiento más rápido agudiza el gradiente de temperatura y fomenta la congelación progresiva. Un enfriamiento más lento amplía la etapa semisólida y empuja el comportamiento hacia una solidificación blanda..
8. Relación entre el modo de solidificación y la calidad de la fundición
El modo de solidificación no es un detalle teórico.; Es uno de los principales determinantes de la calidad de la fundición..
Afecta densidad, capacidad de alimentación, formación de porosidad, tendencia al agrietamiento en caliente, microestructura, y solidez final.
En microcasting, donde la precisión de la forma ya es alta, El modo de solidificación a menudo se convierte en el factor que decide si la pieza es simplemente dimensionalmente correcta o verdaderamente útil..
Densidad y solidez interna.
Es más fácil que una pieza fundida emita sonido cuando la solidificación se produce de manera direccional controlada..
En solidificación progresiva, el último líquido se concentra en un punto caliente relativamente pequeño, para que la alimentación se pueda centrar y la contracción a menudo se pueda gestionar de forma eficaz.
Esto generalmente conduce a una mejor densidad y un menor riesgo de huecos internos dispersos..
En solidificación blanda, en contraste, El líquido restante queda atrapado dentro de una amplia red dendrítica semisólida..
Una vez que el marco sólido se vuelve coherente, Los caminos de alimentación se cierran rápidamente., y la contracción se distribuye a través de la sección como muchos pequeños huecos en lugar de una cavidad fácilmente controlable..
Esta es la razón por la que las aleaciones de congelación amplia suelen ser más difíciles de hacer completamente densas..
Cavidad de contracción versus porosidad de contracción
El tipo de defecto de contracción está fuertemente ligado al modo de solidificación..
- Solidificación progresiva tiende a producir un cavidad de contracción concentrada en la zona de congelación final si la alimentación es insuficiente.
- Solidificación blanda tiende a producir porosidad de contracción distribuida o microcontracción a través de la zona de solidificación.
- Solidificación intermedia puede mostrar cualquier comportamiento dependiendo del espesor de la sección, camino de alimentación, y control térmico.
Desde el punto de vista del control de procesos, una cavidad concentrada suele ser más fácil de localizar, alimentar, y eliminar que la porosidad generalizada.
Ésta es una de las razones por las que la solidificación progresiva es generalmente más favorable desde la perspectiva de la solidez del casting..
Desgarro y agrietamiento en caliente
El desgarro en caliente ocurre cuando una pieza de fundición parcialmente solidificada queda restringida durante la contracción y no puede aliviar la tensión térmica suavemente..
El modo de solidificación afecta esto porque el comportamiento mecánico del metal cambia a medida que aumenta la fracción sólida..
- En solidificación progresiva, Es posible que el líquido restante aún pueda curar pequeñas aberturas de contracción si la alimentación es adecuada..
- En solidificación blanda, la red dendrítica semisólida puede volverse rígida temprano, por lo que se resiste la contracción y es más probable que se produzcan grietas..
- En solidificación intermedia, El riesgo es moderado y depende en gran medida del diseño del punto caliente y del sistema de alimentación..
La lección práctica es que el desgarro en caliente no es sólo una cuestión de metalurgia.. Es una cuestión del camino de solidificación..
Capacidad de alimentación
La alimentación es más efectiva cuando el metal líquido aún puede moverse a través de la sección para reemplazar la contracción volumétrica..
Por eso es tan importante el modo de solidificación..
- Solidificación progresiva preserva un camino líquido conectado por más tiempo.
- Solidificación blanda rompe ese camino temprano cuando las dendritas se entrelazan.
- Solidificación intermedia Proporciona capacidad de alimentación parcial pero no tan confiable como la congelación progresiva..
Si la alimentación falla, Los defectos de contracción están casi garantizados en algún lugar de la pieza fundida..
Por esa razón, El modo de solidificación siempre debe considerarse junto con el diseño del tubo ascendente y la geometría de la sección..
Microestructura y uniformidad de propiedades.
La forma en que se congela una pieza fundida también da forma a la estructura final del grano..
Un patrón de congelación más direccional tiende a producir un frente de solidificación más ordenado., mientras que la congelación amplia y blanda a menudo produce estructuras dendríticas más gruesas y una mayor variación de composición entre zonas..
Eso importa porque la microestructura influye:
- resistencia a la tracción,
- ductilidad,
- comportamiento de fatiga,
- resistencia a la corrosión,
- y respuesta de mecanizado.
Un casting sano no es sólo aquel que está libre de defectos visibles. Es aquel cuya estructura interna es lo suficientemente consistente como para ofrecer un desempeño de servicio confiable..
9. Por qué es importante el modo de solidificación en la fundición a la cera perdida
El modo de solidificación es una de las variables más importantes en la fundición a la cera perdida porque determina si la fundición se vuelve sonido, alimentable, y estructuralmente confiable,
o si desarrolla defectos ocultos que sólo aparecen más tarde durante el mecanizado, inspección, o servicio.
El modo de solidificación controla la solidez interna
La principal razón por la que el modo de solidificación es importante es que afecta directamente la forma en que se maneja la contracción.. Mientras el metal se congela, su volumen disminuye.
Si el metal líquido puede continuar fluyendo hacia la región que se contrae, el casting permanece denso y sano. Si la alimentación se interrumpe demasiado pronto, se forman defectos de contracción.
- Solidificación progresiva Generalmente concentra la contracción en una última zona de congelación., que es más fácil de alimentar y manejar.
- Solidificación blanda tiende a extender la contracción a través de una amplia región semisólida, lo que hace que la porosidad interna sea más difícil de prevenir.
- Solidificación intermedia se encuentra entre estos dos y puede comportarse bien o mal según el diseño térmico.
En otras palabras, El modo de solidificación determina si la contracción es localizada y controlable., o dispersos y difíciles de eliminar.
Determina el éxito o fracaso de la alimentación.
La fundición a la cera perdida depende en gran medida de la alimentación. El alimentador o elevador debe permanecer líquido el tiempo suficiente para abastecer las últimas áreas a congelar.. El modo de solidificación determina cuánto tiempo permanece abierta la ruta de alimentación..
Una pieza fundida que se congela progresivamente le da a la fundición una mejor oportunidad de mantener un depósito de líquido conectado..
Un casting que se congela de manera blanda puede perder esa conexión temprano, atrapando líquido en bolsas aisladas.
Una vez que se cortan esos bolsillos, Ninguna cantidad de enfriamiento posterior puede restaurar la solidez..
Esta es la razón por la que el diseño de alimentación no se puede separar del modo de solidificación.. El alimentador sólo es eficaz si la secuencia de congelación lo admite..
Afecta el tipo y la ubicación del defecto de contracción.
El modo de solidificación también decide qué tipo de defecto de contracción es probable que aparezca..
| Modo de solidificación | Comportamiento típico de contracción | Implicaciones prácticas |
| Progresivo | Cavidad de contracción localizada en el punto caliente final. | Más fácil de predecir, más fácil de alimentar, a menudo es más fácil de eliminar |
| Pulposo | Porosidad de contracción distribuida o microcontracción | Más difícil de detectar, más difícil de eliminar, más perjudicial para la solidez |
| Intermedio | Comportamiento mixto | Requiere un cuidadoso equilibrio de la geometría., temperatura de la cáscara, y elección de aleación |
Una cavidad concentrada suele ser menos dañina que una microcontracción generalizada porque es más visible, más localizado, y más manejable con bandas o sobremesa de mecanizado.
Porosidad distribuida, en contraste, Puede debilitar una gran región de la pieza sin ser obvio desde el exterior..
Influye en el desgarro y agrietamiento en caliente.
El desgarro en caliente está fuertemente relacionado con la forma en que la pieza fundida se contrae mientras está parcialmente sólida..
Si la red semisólida se vuelve rígida antes de que la pieza fundida haya completado su contracción., La tensión de tracción puede acumularse y agrietar la pieza..
El modo de solidificación importa porque cambia.:
- qué tan rápido la red dendrítica se vuelve coherente,
- ¿Cuánto tiempo permanece el líquido disponible para aliviar el estrés?,
- y cuánta restricción existe durante la contracción.
La solidificación progresiva a menudo ofrece una mejor posibilidad de alimentar la contracción y relajar el estrés..
La solidificación blanda puede bloquear la estructura demasiado pronto, haciendo que el yeso sea más vulnerable al desgarro. Por eso el modo de solidificación es un factor directo en la prevención de grietas., no es sólo un problema de contracción.
Conforma la microestructura y las propiedades finales.
La forma en que se congela una pieza fundida también influye en la estructura del grano., espaciado dendrítico, y uniformidad composicional del metal..
Una ruta de congelación más direccional tiende a producir una estructura más ordenada., mientras que una zona amplia y blanda a menudo conduce a dendritas más gruesas y a una mayor segregación local.
Eso importa porque la estructura interna afecta:
- resistencia a la tracción,
- ductilidad,
- vida de fatiga,
- respuesta a la corrosión,
- y comportamiento de mecanizado.
Una pieza fundida puede cumplir con las especificaciones dimensionales y aun así tener un rendimiento inferior si su modo de solidificación produjo una estructura interna desigual o porosa..
Esto es especialmente importante en piezas de fundición de alto valor utilizadas en el sector aeroespacial., fuerza, médico, y aplicaciones de ingeniería de precisión.
Determina cuánto control del proceso se requiere.
Los diferentes modos de solidificación exigen diferentes niveles de disciplina de fundición.
- Solidificación progresiva suele ser el más indulgente.
- Solidificación intermedia requiere un control equilibrado.
- Solidificación blanda exige la intervención de ingeniería más agresiva.
Cuando el casting se congela naturalmente progresivamente, El proceso a menudo se puede gestionar con principios de alimentación direccional estándar..
Cuando el yeso tiende a congelarse blando, la fundición puede necesitar gradientes térmicos más fuertes, mejor diseño de carcasa, control más cuidadoso de la temperatura de vertido, enfriamiento selectivo, o una estrategia de contrahuella más sofisticada.
Entonces el modo de solidificación también es una medida de la dificultad del proceso.. Cuanto más blando sea el comportamiento de congelación, más esfuerzo se requiere para que el casting suene.
Una de las razones más importantes por las que el modo de solidificación es importante es que conecta el diseño de la fundición con la calidad final..
Una pieza puede verse excelente en CAD e incluso colarse correctamente, pero si su modo de solidificación es pobre, la parte final todavía puede fallar.
El modo de solidificación une:
- selección de aleación,
- espesor de sección,
- diseño de concha,
- temperatura de vertido,
- sistema de alimentación,
- condiciones de enfriamiento,
- e integridad interna.
Eso la convierte en una de las variables de diseño centrales en la fundición a la cera perdida.. No es sólo un concepto metalúrgico. Es un principio de diseño..
10. Conclusión
El modo de solidificación es el mecanismo interno central que determina la microestructura y la distribución de defectos de las piezas de fundición..
Clasificados por ancho de zona de solidificación., La solidificación del metal se divide en capa por capa., pulposo, y modos intermedios.
El rango de temperatura de cristalización de las aleaciones determina fundamentalmente la tendencia inherente a la solidificación., mientras que el gradiente de temperatura de fundición ajusta artificialmente el tamaño de la zona de solidificación.
En la fabricación industrial real, Los ingenieros de fundición deben seleccionar esquemas de proceso específicos según los atributos de la aleación..
Ajustando la temperatura de precalentamiento de la carcasa, incrustar planchas frías, optimización del diseño de las contrahuellas, y controlar el sobrecalentamiento de vertido, el modo de solidificación se puede optimizar artificialmente para transformar la solidificación blanda adversa en solidificación controlable capa por capa.
Dominar los tres modos de solidificación y sus leyes que influyen es la premisa básica para eliminar los defectos de contracción., mejorar la compacidad interna, y producir piezas de fundición de inversión calificadas de alta calidad.
Con la actualización de la tecnología de simulación de fundición, La predicción visualizada del campo de temperatura y de la zona de solidificación mejorará aún más la precisión del control del modo de solidificación., Promover el desarrollo inteligente y de alta gama de la industria de fundición a la cera perdida de precisión..
Preguntas frecuentes
¿Qué modo de solidificación tiene el mejor rendimiento de alimentación??
Solidificación capa por capa. Sus cavidades de contracción concentradas son fáciles de eliminar mediante elevadores., y el líquido que fluye puede curar las microfisuras espontáneamente.
¿Por qué la solidificación blanda es difícil de eliminar la porosidad??
Las dendritas interconectadas aíslan el líquido residual en piscinas de líquido cerradas, y los elevadores convencionales no pueden realizar una alimentación profunda para la porosidad de microcontracción dispersa.
¿Por qué la fundición a la cera perdida tiende a formar amplias zonas de solidificación??
Las conchas de cerámica se precalientan antes de verterlas., dando como resultado gradientes de temperatura de sección transversal bajos, que amplían la zona blanda y facilitan la solidificación blanda.
Cómo convertir una solidificación blanda en solidificación capa por capa?
Aumente los gradientes de temperatura locales agregando planchas frías, reducir la temperatura de precalentamiento de la carcasa, y acelerar la velocidad de enfriamiento de la superficie.
¿Cuál es el modo de solidificación más utilizado en la microfusión industrial??
Solidificación intermedia. La mayoría de los aceros aleados con contenido medio de carbono y las aleaciones de fundición comunes pertenecen a esta categoría con un rendimiento integral equilibrado..
