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Aleaciones Base Zinc como materialesalternativos para lafundición

PRIMERA

RODNY BALANZA ERQUICIAPAR T E

Las aleaciones Zn-AI tienen bajos puntos de fusión, requierenrelativamente bajo calor de fusión, no requieren de fundentes ni deatmósferas protectoras y no generan polución ambiental. Gracias asu gran fluidéz pueden fundirse en espesores más delgados quecualquier otra aleación de inyección y también se pueden fundir contolerancias dimensionales más ajustadas. La velocidad de enfriamientorápido inherentede lafundición por inyección confiere a las aleacionespoca susceptibilidad al deterioro tanto de sus dimensiones como desus propiedades en función del tiempo. Debe mencionarse sinembargo, que la resistencia de las aleaciones Zn-AI caensignificativamente con el incremento de temperatura. A temperaturaspor encima de los 100°C la resistencia se reduce hasta 65 a 75% delvalor a temperatura ambiente. También la resistencia a la fluencialenta se reduce en forma similar.

La aleación ZAMAK 3 es la más ampliamente utilizada en elproceso por inyección. Posee la mejor combinación de resistencia,colabilidad, estabilidad dimensional y facilidad de maquinado.

La aleación ZAMAK 5 produce fundiciones más duras yfuertes que ZAMAK 3 aunque a expensas de la ductilidad.

La ZA - 8 es la única miembro de las aleaciones hipereutéticas •que pueden ser utilizadas en inyectoras de cámara caliente. Poseevalores más altos de resistencias a la tracción, fatiga y fluencia lenta,son más estables dimensionalmente y de menor densidad que lasaleaciones hipoeutéticas.

La ZA - 12 presenta muy buenas condiciones en la fundiciónen máquinas de inyección de cámara fría. Combina muy bien calidadde fundido con óptimo comportamiento mecánico.

Los niveles de impurezas permisibles en todas las La aleación ZA - 27 es la más liviana, la más dura y la más

En el mundo desarrollado las aleaciones base zinc se utilizanextensamente para fabricar por fundición elementos de usofinal. Los procesos de fundición accesibles y viables paraeste fin son la fundición por inyección a alta presión, la

fundición por inyección a baja presión, fundición en arena, fundiciónen moldes permanentes (coquillas), la fundición por cera perdida, lafundición centrífuga y la fundición contínua y semicontínua. Otrosprocesos incluyen la fundición semisólida y la "squeeze casting".

Las aleaciones base zinc más importantes son las aleacioneszinc-aluminio que están agrupadas en las familias que se mencionanen la figura 1 (Pág. 9).

FUNDICIONES POR INYECCION:

Diversas aleaciones base zinc han sido utilizadas en procesosde inyección por más de 60 años. Hasta hace poco, todas lasaleaciones Zn-AI estuvieron basadas en composiciones hipoeutéticaspero no hace mucho una familia de aleaciones hipereutéticas,originalmente diseñadas como fundiciones por gravedad, hancomenzado a utilizarse ampliamente como materiales para procesosde inyección. Estas poseen resistencias más elevadas que lasaleaciones hipoeutéticas. Muy recientemente se han desarrolladopara este mismo proceso una familia de aleaciones Zn-AI de altocontenido en aluminio (Aleaciones Cosmal) de interesantespropiedades especialmente aquella referida a la capacidad deamortiguante de vibraciones. .

La composición química de las aleaciones mencionadasestan incluidas en la Tabla 1.

TABLA 1.

COMPOSICION QUIMICA NOMINAL DE ALEACIONES Zn-AI

aleacionesdesignacion Adiciones % en Pesocomún

Al Cu Me¡ Si Mn ZnZamak3 3.5-4.3 0.25 0.02-0.05 - - RestoZamak5 3.5-4.3 0.75-1.25 0.03-0.08 - - RestoZA -8 8.0-8.8 0.8-1.3 0.01-0.04 - - RestoZA-12 10.5-11.5 0.5-1.2 0.01-0.04 - - RestoZA - 27 25.0-28.0 2.0-2.5 0.01-0.02 - - RestoCOSMAL 40 1.0 0.005 3.0 0.3 RestoSUPERCOSMAL 60 1.0 0.005 6.0 0.3 Resto

aleaciones están en los siguientes rangos:

Fe max. 0.1 0.2 %

Pb max. 0.005 - 0.006 %

Cd max. 0.001 0.006 %

Sn max. 0.001 0.003 %

....~11:

fuerte de la familia lA, pero tiene relativamente baja ductilidad y bajaresistencia al impacto cuando se funden por inyección.

Las aleaciones COSMAL fueron recientemente desarrolladascomo aleaciones para inyección con propiedades de amortiguaciónde vibraciones pero también poseen buen comportamiento en lafundición y relativamente altos valores de resistencia y dureza perobaja ductilidad.

•Las aleaciones Zn-AI tienen bajos puntos de fusJón~

requieren relativamente bajo calor de fusión, no.requieren de fundentes ni de atmósferas protectoras

y no generan polución ambiental. ..

•FUNDICIONES POR GRAVEDAD

Con la excepción de materiales para lafabricación de matrices,algunas aleaciones para objetos decorativos, hasta los años 1960 noexistieron aleaciones base zinc fundidos por gravedad para usogeneral. La primera en aparecer fue la aleación ILlRO (ahora ZA -12). Luego rápidamente aparecieron la ZA - 8 Y la lA -27. La aleaciónlA - 12 fue desarrollada como aleación prototipo de la lAMAK 3.

La aleación lA - 27 fue desarrollada específicamente comomaterial para vaciarse en arena, y lalA - 8 se convirtió esencialmenteen aleación para vaciarse en moldes permanentes (coquillas). No hayinformación disponible acerca de las aleaciones COSMAL coladaspor gravedad.

Los requerimientos sobre impurezas, contaminación delfundido y manipuleo general son los mismos que se aplican por losprocesos de inyección. También existen cambios microestructuralesrespecto al tiempo que alteran las propiedades y dimensiones depiezas fundidas aunque las variaciones son normalmente muypequeñas con relación al tiempo de vida útil del componente.

La aleación lA - 8 mayormente se vacía en coquillas ferrosasy de grafito. También pueden vaciarse en arenas si es necesario.

La aleación lA - 12 es más versátil que la lA - 8 porque puedevaciarse en coquillas como en arena sin ningún inconveniente. Suspropiedades de resistencia son altos y su ductilidad y resistencia alimpacto son aceptables. Su resistencia al desgaste y sus propiedadesde amortiguamiento son muy buenas. También pueden producirsebarras sólidas y huecas por colada contínua y semicontínua.

La aleación ZA - 27 desarrolla sus propiedades óptimascuando se cuela en arena. Sin embargo, se requiere de cuidado enel diseño del molde al producir piezas grandes y gruesas paraasegurar máxima solidéz y mínima presencia de rechupe invertido.En una pieza fundida y sólida la ductilidad y la resistencia al impactoson más altas que en las otras dos aleaciones de la familia.

Las aleaciones lA han alcanzado gran éxito en la industria dela fundición no-ferrosa gracias a que poseen muchas propiedadesmuy atractivas como ser:

1. Bajo costo de materias primas (referidas al preciointernacional).

2_ Bajo costo de fundición (por los bajos puntos de fusión, la nonecesidad de fundentes y el fácil manipuleo).

3. Buenas propiedades mecánicas (mencionadas y comparadasen la Tabla 2).

4. Excelentes propiedades contra el desgaste, especialmentela lA - 12 Y la lA - 27 que las han convertido en ventajosascompetidoras de los bronces de cojinetes.

5. Bajos costos de terminado y maquinado.

Estas ventajas han hecho de las aleaciones ln-AI muy

competitivas frente a aleaciones tradicionales como los fierros fundidos,bronces, latones y aleaciones de aluminio y están por tanto,encontrando un campo cada vez más amplio de aplicación.

En vista de que las aleaciones base zinc son poco conocidasen el país, a su potencial de su utilización y principalmente a que elpaís se convertirá pronto en productor de zinc metálico, es deber delInstituto de Investigaciones Metalúrgicas de la Universidad Mayor deSan Andrés, abrir el interés de la investigación básica y aplicadasobre estos materiales para discutir y difundir la información técnicay pretender con posibilidades su aplicación industrial dentro de laslíneas de producción de las funderías nacionales.

Este primer artículo de información general vendrá seguido deotros que aborden aspectos específicos y concretos como ser lafabricacióny colada de aleaciones base zinc, propiedades mecánicas y estructurasmetalográficas, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión,maquinado y recubrimientos, aplicaciones y perspectivas en Bolivia .

TABLA 2

PROPIEDADES MECANICAS DE LAS ALEACIONES Zn-Al y DE OTROS MATERIALES FUNDIDOS

Resist. Elong Resist. Durezatracción impacto(MPa) (%) (J) HB/BV

Aleaciones Zn-AIlA - 8 (A) 250 1 20 85lA - 8 (C) 255 1 85 88lA-12(A) 300 2 25 100lA-12(C) 320 2 25 100lA - 27 (A) 410 3 45 115ZA - 27 (C) 420 2 45 115COSMAL (C) 294 1 10 120SCOSMAL (C) 335 0.5 7 130Aleaciones Al319 (A) 185 2 5 70357(C) 262 5 11 80Aleaciones CuC 83600 255 30 60C 86500 490 30 42 98C 93200 240 20 8 65C 95300 450 20 31 81Fierro FundidoFIERRO GRIS 214 210FIERRO MAL. 345 10 60 130

(A) Fundido en Arena, (C) Fundido en coquilla

La aleación de AI319 tiene 6% de Si y 3.5% de Cu.La aleación de Al 357 tiene 6.5 a 7.5% de Si y 0.5 de Mg.La aleación de Cu C 83600 es un latón de 5% de Zn, 5% Sn y 5% Pb.La aleación de Cu C 93200 es un bronce de 3% ln, 7% Pb Y7% Sn.La aleación de Cu C 95300 es un bronce de 10% Al Y 1% Fe.La aleación de Cu C 86500 es un bronce de 39% Zn, 1% Al Y1% Mn.

AUTOR:

ESPECIALIDAD:

LUGARDETRABAJO:

•RodnyBalanzaE.

MetalúrgianoFerrosa

InstitutodeInvestigacionesMetalúrgicas-UMSA

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