La fundición y el vertido de aleaciones son procesos clave en la producción de piezas fundidas. Controlar estrictamente todo el proceso de fundición y vertido juega un papel importante en la prevención de defectos de fundición como poros, inclusiones, errores de funcionamiento, grietas, porosidad y contracción.
Dado que el aluminio fundido tiene una fuerte tendencia a absorber hidrógeno, fuertes propiedades oxidantes y disuelve fácilmente el hierro, se deben tomar precauciones simples pero cuidadosas durante los procesos de fusión y fundición para producir piezas fundidas de alta-calidad.
1. Enfriamiento de materiales de hornos de aleación de aluminio y control de calidad
Para producir aluminio fundido de alta-calidad, primero se deben seleccionar materias primas calificadas. Las materias primas deben ser gestionadas científicamente y tratadas adecuadamente; de lo contrario, la calidad de la aleación se verá seriamente afectada. La práctica de producción ha demostrado que si las materias primas (incluidos los materiales metálicos y auxiliares) no se controlan estrictamente, pueden desecharse lotes de piezas fundidas.
(1) Las materias primas deben tener una composición y estructura química calificadas, con los requisitos específicos siguientes:
Además de analizar los componentes principales y el contenido de impurezas de los lingotes de aleación que ingresan a la fábrica, también se realizan inspecciones de estructuras de baja-aleación y superficies de fractura. La práctica ha demostrado que el uso de aluminio fundido que contiene cavidades de contracción severa, poros y burbujas dificulta la obtención de piezas fundidas densas e incluso puede provocar el desguace de un horno completo o de un lote de piezas fundidas.
Al estudiar el efecto de los lingotes de aleación de aluminio-silicio sobre la porosidad de la aleación de aluminio, se encontró que no aparecía ninguna porosidad cuando se utilizaban bloques de prueba hechos de moldes fundidos de arena-pura pura. Sin embargo, después de agregar lingotes de aleación de aluminio-silicona de baja-calidad y de calidad inferior, los bloques de prueba mostraron una porosidad severa y granos gruesos. La razón de esto es el efecto de herencia del material. Para las aleaciones de aluminio-silicio, el efecto de herencia aumenta con el contenido, volviéndose significativo cuando el contenido de silicio alcanza el 7%. Continuar aumentando el contenido de silicio en la composición eutéctica reduce ligeramente el efecto de herencia. Para resolver los defectos de fundición causados por el efecto de herencia del material del horno, es necesario seleccionar lingotes de aluminio, aleaciones intermedias y otros materiales del horno de alta calidad metalúrgica. Las normas específicas son las siguientes:
1) La superficie de la fractura no debe tener poros ni orificios de gas.
Los poros deben ser de grado tres y localmente (no más del 25% del área inspeccionada) no deben exceder el grado tres. Si excede el grado tres, se debe realizar una refundición para reducir el nivel de poros. El método de refundición y refinación es el mismo que para la fusión general de aleaciones de aluminio. La temperatura de fundición no debe exceder los 660 grados. Para lingotes de aluminio o lingotes de aleación con granos originales grandes, primero se debe usar una temperatura de molde más baja para que se solidifiquen rápidamente y refinan los granos.
(2) Manejo de materiales de carga
Antes de su uso, los materiales de carga deben limpiarse con chorro de arena para eliminar el óxido, la grasa y otros contaminantes de la superficie. Es posible que los lingotes de aleación de aluminio y la chatarra metálica con una superficie relativamente limpia y un tiempo de almacenamiento corto no requieran limpieza con chorro de arena, pero se deben eliminar todos los filtros de hierro o componentes incrustados mezclados en la carga. Todos los materiales de carga deben precalentarse antes de colocarlos en el horno para eliminar la humedad de la superficie y reducir el tiempo de fusión en más de 3 horas.
(3) Gestión y almacenamiento de materiales del horno
El almacenamiento y la gestión adecuados de los materiales del horno son importantes para garantizar la calidad de las aleaciones. Los materiales del horno deben almacenarse en almacenes con poca variación de temperatura y condiciones secas.
2. Preparación de crisoles y herramientas de fundición
(1) Para fundir aleaciones de aluminio, se utilizan crisoles de hierro comunes y también se pueden utilizar crisoles hechos de acero fundido o placas de acero soldadas.
Tanto los crisoles nuevos como los viejos que no se han utilizado durante mucho tiempo deben limpiarse con chorro de arena antes de su uso y calentarse a 700-800 grados, manteniendo esta temperatura durante 2-4 horas para quemar la humedad y las sustancias combustibles adheridas a la pared interior del crisol. Cuando se enfríe por debajo de 300 grados, limpie cuidadosamente la pared interior del crisol y aplique el recubrimiento cuando la temperatura no sea inferior a 200 grados.
El crisol debe precalentarse a un color rojo oscuro (500 a 600 grados) antes de su uso y mantenerse a esta temperatura durante más de 2 horas. Para un crisol nuevo, es mejor fundir primero un lote de material reciclado del mismo grado antes de fundir el material real.
(2) Preparación de herramientas de fundición.
Tapa de campana, tapa para romper, cuchara para revolver, bolsa para verter
Antes de su uso, los moldes y otros equipos deben precalentarse, cubrirse con una capa protectora a una temperatura de 150 a 200 grados y secarse completamente. La temperatura de secado debe ser de 200 a 400 grados, con un tiempo de espera de más de 2 horas. Después de su uso, se deben eliminar por completo los óxidos y fluoruros adheridos a la superficie (se recomienda realizar un chorro de arena).
3. Control de la temperatura de fusión
Si la temperatura de fusión es demasiado baja, no favorece la disolución de los elementos de aleación ni la eliminación de gases e inclusiones, lo que aumenta la tendencia a la segregación, cierres en frío y errores de funcionamiento. También puede resultar en un calor insuficiente en el tubo ascendente, impidiendo la alimentación adecuada de la pieza fundida. Según algunas referencias, la temperatura de fusión de todas las aleaciones de aluminio debe alcanzar al menos 705 grados y se debe realizar agitación. Por otro lado, una temperatura de fusión excesivamente alta no sólo desperdicia energía sino, lo que es más importante, conduce a una mayor absorción de hidrógeno, granos más gruesos, oxidación más severa del aluminio y una mayor pérdida de algunos elementos de aleación. En consecuencia, las propiedades mecánicas de la aleación se deterioran, el rendimiento de la fundición y el mecanizado empeora, se reduce la eficacia del tratamiento térmico y disminuye la estanqueidad al gas-de la fundición.
La práctica de producción ha demostrado que calentar rápidamente la aleación fundida a una temperatura más alta y realizar una agitación adecuada ayuda a disolver todos los elementos de aleación (especialmente los elementos metálicos refractarios). Después de eliminar la escoria flotante, bajar la temperatura hasta el punto de fluidez minimiza la segregación, reduce el hidrógeno disuelto y ayuda a obtener una aleación densa y uniforme con altas propiedades mecánicas. Dado que la temperatura del aluminio fundido es difícil de juzgar a simple vista, no importa qué tipo de horno de fusión se utilice, la temperatura debe controlarse con un instrumento de medición. Los instrumentos de medición deben calibrarse y mantenerse periódicamente. Las fundas de los termopares deben limpiarse periódicamente con un cepillo de metal y recubrirse con pintura protectora para garantizar mediciones de temperatura precisas y una larga vida útil.
4. Control del tiempo de fusión
Para reducir la oxidación de la masa fundida de aluminio, la absorción de gas y la disolución del hierro, se debe minimizar el tiempo de residencia de la masa fundida de aluminio en el horno y la fusión debe realizarse rápidamente. Desde el inicio de la fusión hasta la finalización del vertido, la duración no debe exceder las 4 horas para la fundición en arena, las 6 horas para la fundición con moldes metálicos y las 8 horas para la fundición a presión.
Para acelerar el proceso de fusión, primero se deben agregar chatarra de tamaño mediano-con un punto de fusión más bajo y aleaciones intermedias de aluminio-silicio, de modo que se forme rápidamente un charco de fusión en el fondo del crisol. Luego, se añaden trozos más grandes de chatarra y lingotes de aluminio puro, lo que les permite sumergirse gradualmente en el baño de fusión en expansión y fundirse rápidamente. Después de que la porción principal de la carga se haya derretido, se agrega una pequeña cantidad de aleaciones intermedias de alto punto de fusión-y se eleva la temperatura y se agita para acelerar la fusión. Finalmente, se reduce la temperatura y se presionan elementos de aleación que se oxidan fácilmente para minimizar las pérdidas.
5. Transferencia y vertido de la masa fundida
Aunque la densidad de la alúmina sólida es aproximadamente igual a la del aluminio fundido, una vez que ingresa al aluminio fundido, tarda un tiempo suficientemente largo en asentarse en el fondo del crisol. Por el contrario, la película de alúmina formada sobre la superficie del aluminio después de la oxidación tiene un lado denso en contacto con el aluminio fundido, mientras que el lado expuesto al aire está suelto y contiene numerosos poros con diámetros de 60 a 100 Å. Esta película tiene una gran superficie y fuertes propiedades de adsorción, lo que hace que absorba fácilmente el vapor de agua e incluso tienda a flotar. Por lo tanto, dado que la diferencia de densidad entre esta película de óxido y la masa fundida de aluminio es pequeña, mezclarla con la masa fundida produce un hundimiento y una flotación muy lentos, lo que dificulta su eliminación de la masa fundida y conduce a la formación de poros e inclusiones de gas en las piezas fundidas. En consecuencia, al transferir aluminio fundido, es esencial minimizar la agitación del metal fundido y reducir la exposición de la masa fundida al aire tanto como sea posible.
Cuando se utiliza un crisol basculante para verter metal fundido, para evitar mezclar el metal fundido con aire, la cuchara debe colocarse lo más cerca posible de la boca del horno e inclinarse para que el metal fundido fluya a lo largo de la pared lateral de la cuchara, evitando que golpee directamente el fondo de la cuchara, lo que podría causar agitación o salpicaduras.
Usar el método de vertido correcto y razonable es una de las condiciones importantes para obtener piezas fundidas de alta-calidad. La práctica de producción muestra que prestar atención a los siguientes puntos es muy eficaz para prevenir y reducir los defectos de fundición.
(1) Antes de verter, verifique cuidadosamente la temperatura de fusión del horno, la capacidad de la cuchara de vertido y la sequedad de la capa de recubrimiento en su superficie, así como si otras herramientas están preparadas adecuadamente. La taza de metal para verter se debe colocar sobre el molde de arena de 3 a 5 minutos antes de verter. En este momento, la temperatura del cucharón no debe exceder los 150 grados. Si se coloca demasiado pronto o si la temperatura es demasiado alta, se puede acumular una gran cantidad de gas en el canal de vertido, lo que supone un riesgo de explosión durante el vertido.
(2) El vertido no debe realizarse en lugares con corrientes de aire, donde el metal fundido pueda oxidarse o quemarse fuertemente, lo que podría causar inclusiones de oxidación y otros defectos en la pieza fundida.
(3) Al obtener metal fundido del crisol, primero retire suavemente la película de óxido o capa de fundente en la superficie de la masa fundida con el fondo del cucharón, luego sumerja lentamente la cuchara en el metal fundido, saque la masa fundida con la boca ancha del cucharón y levante el cucharón de manera constante.
(4) Al transportar el cucharón, evite inclinarlo con la palma; caminar con paso firme. El cucharón no debe elevarse demasiado y el nivel metálico del interior debe permanecer estable y sin alteraciones.
(5) Justo antes de verter, retire la escoria del cucharón para evitar que entre escoria, películas de óxido y otras impurezas al molde durante el vertido.
(6) Durante el vertido, asegúrese de que el flujo de metal fundido permanezca estable; no debe interrumpirse ni dirigirse directamente al fondo del bebedero. El bebedero debe llenarse de arriba a abajo y la superficie del líquido debe permanecer estable. Controle adecuadamente la velocidad de vertido. Por lo general, comience a verter un poco más lento para permitir que la masa fundida se llene uniformemente, luego aumente ligeramente la velocidad y mantenga una velocidad de vertido relativamente constante.
(7) Durante el proceso de vertido, mantener la distancia entre la boca de la cuchara y el bebedero lo más cercana posible, sin exceder los 50 mm, para evitar una oxidación excesiva del metal fundido.
(8) En el caso de un bebedero con tapón, no se debe retirar el tapón demasiado pronto. Después de llenar el bebedero con metal fundido, retire gradualmente el tapón en ángulo para evitar la formación de vórtices en los canales del molde.
(9) No se debería utilizar para la fundición metal fundido a menos de 60 mm por encima del fondo del crisol.
