La fundición a presión es un proceso de formación de metales que crea piezas precisas y detalladas inyectando metal fundido en moldes reutilizables.
Ofrece una excelente precisión dimensional, superficies lisas y formas complejas que serían difíciles de lograr con otras técnicas.
La fundición a presión comienza con la preparación de un molde de acero llamado matriz. La matriz tiene dos mitades que se unen para formar una cavidad con la forma de la pieza final.
Cuando comienza el proceso, la matriz se cierra con una fuerza tremenda.
A continuación, se inyecta metal fundido en la matriz a alta presión. El metal llena rápidamente todos los espacios de la cavidad, lo que permite crear piezas detalladas con paredes delgadas.
Tras la solidificación del metal, la matriz se abre y la pieza se expulsa. El proceso puede repetirse rápidamente, produciendo cientos de piezas idénticas por hora.
¿Qué es la porosidad en la fundición a presión?
La naturaleza de alta velocidad de la fundición a presión hace que cierta porosidad sea casi inevitable.
La porosidad se refiere a los agujeros, huecos o bolsas de aire que se forman dentro o sobre la superficie de una pieza fundida a presión. Estos defectos van desde pequeños poros microscópicos (microporos) hasta huecos visibles de mayor tamaño.
A veces se encontrará como pequeñas hendiduras en la superficie o se descubrirá internamente durante la prueba.
Piense en la porosidad como espacios indeseados en lo que debería ser metal sólido. Estos huecos pueden aparecer en diferentes patrones:
- Porosidad superficial: Visible en el exterior de las piezas
- Porosidad interna:Oculto dentro de la estructura de la pieza
- Porosidad del gas:Formado por gases atrapados
- Porosidad por contracción:Se crea cuando el metal se enfría y se contrae.
La porosidad es común en la fundición a presión. La mayoría de los fabricantes aceptan cierto nivel de porosidad interna, pero una porosidad excesiva o superficial puede inutilizar las piezas.
Causas de la porosidad en la fundición a presión
Varios factores contribuyen a la porosidad en la fundición a presión. El principal culpable es el aire o gas atrapado durante el proceso de inyección del metal. Cuando el metal fundido se introduce en la matriz a alta velocidad, puede atrapar aire que no tiene salida.
Un control deficiente de la temperatura también provoca porosidad. Si la temperatura de fundición es desigual, el metal se solidifica a diferentes velocidades, creando huecos.
Otras causas comunes incluyen:
- Ventilación inadecuada en el diseño de la matriz
- Demasiado lubricante en las superficies de la matriz
- Sistemas de compuertas o canales inadecuados
- Velocidad de inyección de metal incorrecta
- Flujo turbulento de metal durante el llenado
Cómo evitar que se cree mucha porosidad
Consideraciones de diseño
Comience con un diseño de matriz que promueva un flujo de metal uniforme. Evite las esquinas afiladas y los cambios repentinos de espesor que puedan atrapar aire o causar turbulencias.
Incluya pozos de desbordamiento y respiraderos de tamaño adecuado en su diseño de moldesEstas características permiten que los gases escapen durante el proceso de fundición, lo que reduce las burbujas de aire atrapadas.
Considere añadir asistencia de vacío a su sistema de fundición a presión. Esto ayuda a eliminar el aire de la cavidad del molde antes de que entre el metal fundido, lo que reduce significativamente la porosidad del gas.
Asegúrese de que su sistema de compuertas dirija el flujo de metal de manera que empuje los gases hacia los respiraderos en lugar de atraparlos.
Selección de materiales
Elegir aleaciones de aluminio Con menores propiedades de absorción de gases, siempre que sea posible. Algunas aleaciones resisten naturalmente la absorción de hidrógeno, lo que reduce la posibilidad de porosidad por gases.
Asegúrese de que el metal esté adecuadamente desgasificado antes de fundirlo.
Recuerde almacenar los materiales en ambientes controlados para evitar la absorción de humedad. La humedad puede introducir hidrógeno en las aleaciones durante la fusión.
También puede utilizar tratamientos con fundente que ayudan a eliminar las impurezas que podrían causar porosidad. Un metal limpio produce piezas fundidas más limpias y con menos defectos.
Control de parámetros del proceso
Ajuste la temperatura correcta tanto para el metal como para la matriz. Si la temperatura es demasiado alta, los gases se expanden; si es demasiado baja, el metal se solidifica antes de que los gases escapen.
Mantenga una presión de sujeción constante durante la solidificación. Esto ayuda a prevenir la porosidad por contracción al introducir más metal en zonas que, de otro modo, podrían formar huecos.
Preste atención a los tiempos de ciclo y a las velocidades de enfriamiento. El enfriamiento garantiza que los gases tengan tiempo de escapar antes de que el metal se solidifique por completo.
Detección y medición de porosidad
Existen varios métodos para detectar estos vacíos ocultos, que van desde simples inspecciones visuales hasta tecnologías de imágenes avanzadas.
Métodos de pruebas no destructivos
La inspección por rayos X es una de las formas más comunes de detectar porosidad sin dañar las piezas. Este método genera imágenes que muestran los huecos internos como puntos más oscuros contra el fondo metálico.
Puede escanear rápidamente múltiples piezas e identificar problemas sin tener que cortar nada.
La tomografía computarizada (TC) ofrece una vista 3D más detallada de las estructuras internas. Esta técnica avanzada permite ver con exactitud dónde se encuentra la porosidad dentro de la pieza y medir su volumen con precisión.
La exploración por TC es especialmente útil para piezas complejas en las que es importante la ubicación de la porosidad.
Las pruebas ultrasónicas utilizan ondas sonoras para detectar discontinuidades en las piezas metálicas. Al chocar con un vacío, las ondas sonoras se reflejan de forma diferente.
Este método funciona bien para encontrar grupos de porosidad más grandes.
Evaluación cuantitativa de la porosidad
Medir la porosidad ayuda a determinar si una pieza cumple con los estándares de calidad. El método de Arquímedes compara el peso de una pieza en aire y en líquido para calcular las diferencias de densidad causadas por los huecos internos.
Este enfoque simple le brindará un porcentaje de porosidad general.
La metalografía implica cortar una muestra, pulir la superficie y examinarla al microscopio. Permite medir el tamaño y la distribución de los poros en la superficie cortada.
Este método proporciona información detallada sobre áreas específicas pero requiere destruir la muestra.
El software de análisis de imágenes puede cuantificar la porosidad a partir de datos de rayos X o tomografías computarizadas. El software calcula automáticamente los porcentajes, tamaños y distribución de los huecos.
Abordar los problemas de porosidad
Remediación de piezas fundidas porosas
Inspeccione sus piezas fundidas con un aumento de 5 a 10x para identificar correctamente los problemas de porosidad. Esto le ayudará a determinar si el problema es porosidad por gas (burbujas redondeadas) o porosidad por contracción (cavidades irregulares).
Para problemas menores de porosidad, la impregnación es eficaz. Este proceso rellena los huecos con un sellador, lo que garantiza la estanqueidad de las piezas. Se utiliza comúnmente en piezas que deben contener fluidos o gases.
Operaciones secundarias como el prensado isostático en caliente (HIP) pueden abordar la porosidad interna. Este proceso utiliza alta presión y temperatura para comprimir y eliminar los huecos internos.
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Preguntas frecuentes
¿Cuáles son los tipos comunes de porosidad que se encuentran en los metales fundidos?
Las piezas fundidas a presión suelen presentar tres tipos principales de problemas de porosidad. La porosidad por gas se produce cuando los gases quedan atrapados en el metal durante la solidificación, creando pequeños huecos redondeados.
La porosidad por contracción se forma cuando el metal se enfría de manera desigual, creando huecos de formas irregulares en secciones más gruesas a medida que el metal se contrae.
La porosidad interdendrítica aparece entre las estructuras dendríticas a medida que el metal cristaliza, a menudo en áreas con velocidades de enfriamiento más lentas.
¿Cuáles son los niveles de porosidad estándar ASTM E505 para fundición?
La norma ASTM E505 utiliza radiografías de referencia para clasificar los niveles de porosidad en una escala del 1 al 7. El nivel 1 indica una porosidad mínima, mientras que el nivel 7 muestra una porosidad severa.