FUNDICION

1. OBJETIVO: Fabricar las piezas mecánicas mediante la fundición.

2. MATERIALES Arena o Lama Arena silice Arena de separacion Azucar

3. HERRAMIENTAS DE MOLDEO

Pala Caja de molde Criba Pison gancho Pison plano Rasqueta Tablero de fondo Varilla de fuga de gases Modelo

4. HERAMIENTAS DE RETOQUE

Lanceta Clina Espatula Brocha Tubo de alimentacion

5.-PROCEDIMIENTO

1.- Preparar la arena que sea húmeda.

2.- Mojar las paredes de la caja con pincel o brocha.

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3.- Poner la caja inferior sobre el tablero de fondo en forma envertida

4.- Poner en modelo en el medio de la caja.

5.- Llenar la caja con arena de revestimiento.

6.- Apisonar la arena utilizando el pison de gancho.

7.- Llenar la caja con arena de relleno y apisonar con el pison plano

8.- Luego utilizar la rasqueta para nivelar la superficie

9.- Preparar un lecho de arena para poner la caja inferior

10.- Poner la area de separacion

11.- Montar la caja de superior

12.- Poner el tubo de alimentacion y despues seguir los mismos pasos de lo anterio.

13.- Separa las cajas

14.- Verificar la pieza

15.- Conducir la alimentacion.

16.- Mojar alrededor de la pieza y golpear en la pieza en los lados para poder sacar el modelo y si es que hubiera desperfectos en el molde se hace los retoques necesarios.

17.- Se deja secar el molde.

6.- INVESTIGAR

6.1 ¿INVESTIGAR DE QUE MATERIAL ESTÁ COMPUESTA EL CRISOL UTILIZADO EN LA PRÁCTICA Y LOS UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA LOCAL?

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El crisol es un aparato diseñado para soportar elementos a altas temperaturas, es una cavidad localizada en los hornos donde se colocan los metales fundidos, existen crisoles diseñados para soportar 1500 grados Celsius. Este aparato esta realizado a base de arcilla y grafito. La palabra crisol también es utilizada para nombrar algunos especímenes en el laboratorio capacitados para resistir el fuego y utilizado para realizar todo tipo de fundición. Los metales acrisolados son trabajados a elevadas temperaturas, uno de los usos más antiguos del mismo fue para la obtención del platino. Después de que los metales son trabajados a elevadas temperaturas son puestos en unos moldes, estos últimos pueden ser fabricados de diversos tamaño, su función principal es permitir que los gases se liberen durante el proceso de enfriamiento.

Los crisoles utilizados para la fundición de metales son realizados a base de grafito con barro, usualmente la temperatura de fundición puede alcanzar los 500 grados Celsius. El crisol esta habitualmente situado en el horno, después del proceso de fundición se utiliza el molde, los crisoles realizados a base de grafito con barro son considerados más resistentes que los demás. Hay otros crisoles con perforaciones en la parte inferior, estos son utilizados para la filtración, son conocidos como Crisol Gooch en honor a Frank Austen Gooch

6.2 ¿TIPOS DE HORNOS EN LA FUNDICIÓN?

Horno de cubilote  

Son equipos muy económicos y de poco mantenimiento, se utilizan para hacer fundición de hierros colados. Consisten en un tubo de más de 4 metros de longitud y pueden tener desde 0.8 a 1.4 m de diámetro, se cargan por la

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parte superior con camas de chatarra de hierro, coque y piedra caliza. Para la combustión del coque se inyecta aire con unos ventiladores de alta presión, este accede al interior por unas toberas ubicadas en la parte inferior del horno. También estos hornos se pueden cargar con pelets de mineral de hierro o pedacería de arrabio sólido.

Por cada kilogramo de coque que se consume en el horno, se procesan de 8 a 10 kilogramos de hierro y por cada tonelada de hierro fundido se requieren 40kg de piedra caliza y 5.78 metros cúbicos de aire a 100 kPa a 15.5°C.

Los hornos de cubilote pueden producir colados de hasta 20 toneladas cada tres horas. Este tipo de equipo es muy parecido al alto horno, sólo sus dimensiones disminuyen notablememnte. El mayor problema de estos hornos es que sus equipos para el control de emisiones contaminantes es más costoso que el propio horno, por ello no se controlan sus emisiones de polvo y por lo tanto no se autoriza su operación.

Horno de aire o crisol    

Es el proceso más antiguo que existe en la fundición, también se le conoce como horno de aire. Este equipo se integra por un crisol de arcilla y grafito, los que son extremadamente frágiles, los crisoles se colocan dentro de un confinamiento que puede contener algún combustible sólido como carbón o los productos de la combustión.

Los crisoles son muy poco utilizados en la actualidad excepto para la fusión de metales no ferrosos, su capacidad fluctúa entre los 50 y 100 kg.

Horno de inducción    

Utilizan una corriente inducida que circula por una bovina que rodea a un crisol en el cual se funde la carga. La corriente es de alta frecuencia y la bovina es enfriada por agua, la corriente es de aproximadamente 1000Hz, la cual es suministrada por un sistema de motogenerador. Estos hornos se cargan con piezas sólidas de metal, chatarra de alta calidad o virutas metálicas. El tiempo de fusión toma entre 50 y 90 min, fundiendo cargas de hasta 3.6 toneladas. Los productos son aceros de alta calidad o con aleaciones especiales.

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Hornos bessemer    

Es un horno en forma de pera que está forrado con refractario de línea ácida o básica. El convertidor se carga con chatarra fría y se le vacía arrabio derretido, posteriormente se le inyecta aire a alta presión con lo que se eleva la temperatura por arriba del punto de fusión del hierro, haciendo que este hierva. Con lo anterior las impurezas son eliminadas y se obtiene acero de alta calidad. Este horno ha sido substituido por el BOF, el que a continuación se describe.

Horno básico de oxígeno (BOF)    

Es un horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia que a este horno en lugar de inyectar aire a presión se le inyecta oxígeno a presión, con lo que se eleva mucho más la temperatura que en el Bessemer y en un tiempo muy reducido. El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la línea básica y a la inyección del oxígeno. La carga del horno está constituida por 75% de arrabio procedente del alto horno y el resto es chatarra y cal. La temperatura de operación del horno es superior a los 1650°C y es considerado como el sistema más eficiente para la producción de acero de alta calidad. Este horno fue inventado por Sir Henrry Bessemer a mediados de 1800, sólo que como en esa época la producción del oxígeno era cara se inició con la inyección de aire, con lo que surgió el convertidor Bessemer, el que ya fue descrito.

Horno de arco eléctrico    

Por lo regular son hornos que sólo se cargan con chatarra de acero de alta calidad. Son utilizados para la fusión de aceros para herramientas, de alta calidad, de resistencia a la temperatura o inoxidables. Considerando que estos hornos son para la producción de aceros de alta calidad siempre están recubiertos con ladrillos de la línea básica.

Existen hornos de arco eléctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de material fundido. Para fundir 115 toneladas se requieren aproximadamente tres horas y 50,000 kwh de potencia. También en estos hornos se inyecta oxígeno puro por medio de una lanza.

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Los hornos de arco eléctrico funcionan con tres electrodos de grafito los que pueden llegar a tener 760mm de diámetro y longitud de hasta 12m. La mayoría de los hornos operan a 40v y la corriente eléctrica es de 12,000 A.

Estos equipos tienen un crisol o cuerpo de placa de acero forrado con refractario y su bóveda es de refractario también sostenida por un cincho de acero, por lo regular enfriado con agua. Para la carga del horno los electrodos y la bóveda se mueven dejando descubierto al crisol, en el que se deposita la carga por medio de una grúa viajera.

Estos equipos son los más utilizados en industrias de tamaño mediano y pequeño, en donde la producción del acero es para un fin determinado, como varilla corrugada, aleaciones especiales, etc.

6.3.- TIPOS O CLASES DE FUNDICIÓN?

FUNDICIONES GRISES:

La fundición gris contiene de 3 a 4,5% de carbono, funde entre los 1200 y 1300ºC, es muy fluida y tiene la propiedad de llenar bien los moldes por dilatación al solidificarse, la superficie de su fractura es de color gris. Se caracteriza porque una parte del carbono se separa en forma de grafito al solidificarse. Se utiliza para la fabricación de objetos de fundición, es menos frágil que la blanca y fácilmente trabajable.

Obtenidos los lingotes de fundición como productos directos de los altos hornos, pueden ser sometidos a una segunda fusión en hornos especiales llamados cubilotes; son cilíndricos, semejantes a los altos hornos pero de 3 a 15 m. de alto hasta 2 m. de diámetro. El combustible debe estar exento , en lo posible, de azufre. Los moldes compuestos de polvo de carbón y arcilla especial, son recubiertos de grafito (plombagina) emulsionado con agua; deber ser pinchado a fin de permitir el escape de vapores y gases durante la colada, en la que el hierro desprende chispas. El producto obtenido se denomina hierro colado.

O PRESENTAN EL CARBONO EN FORMA DE GRAFITO LAMINAR.

O SUELEN ESTAR ALEADOS CON SILICIO (ELEMENTO MUY GRAFITIZANTE).

O UNA LENTA VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO FAVORECE LA FORMACIÓN DE UNA FUNDICIÓN GRIS YA QUE LA LENTITUD EN LAS REACCIONES FAVORECE QUE SE FORMEN LOS CONSTITUYENTES MÁS ESTABLES:

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LA CEMENTITA SE TRANSFORMA EN FERRITA Y GRAFITO (GRAFITIZACIÓN).

SON FÁCILMENTE MECANIZABLES YA QUE EL GRAFITO FAVORECE LA SALIDA DE LA VIRUTA.

FUNDICIONES BLANCAS:

La fundición blanca contiene de 2,5 a 3% de carbono, funde entre los 1100º y 1200ºC, es menos fluida que la gris, se contrae algo al solidificarse y el carbono se presenta en forma de carburo de hierro (cementita). Es muy dura, carece de maleabilidad, es frágil y de estructura fibrosa de grano chico; la superficie de fractura es de color blanco. Se utiliza para la fabricación de hierros y aceros por afinado, método Bessemer, Thomas o Martín Siemens.

O EL CARBONO APARECE EN FORMA DE CEMENTITA.

O LA CANTITAD DE SILICIO ES MÍNIMA.

O LAS VELOCIDADES RÁPIDAS DE ENFRIAMIENTO FAVORECE LA FORMACIÓN DE LA CEMENTITA.

O TIENEN UNA ALTA RESISTENCIA MECÁNICA Y DUREZA, PERO TAMBIÉN GRAN FRAGILIDAD (PROPIEDADES DEBIDAS A LA CEMENTITA), POR LO QUE SON DIFÍCILES DE MECANIZAR.

6.4.- ¿INVESTIGAR SOBRE LAS PROPIEDADES MAS IMPORTANTES DEL MATERIAL UTILIZADO EN EL PRESENTTE PRACTICA?

ALUMINIO

Nombre, símbolo, número Aluminio, Al, 13

Serie química Metales del bloque p

Grupo, período, bloque 13, 3, p

Densidad 2698,4 kg/m3

Dureza Mohs 2,75

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Apariencia Plateado

El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de un metal no ferromagnético. Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales. En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis.

Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería mecánica, tales como su baja densidad (2.700 kg/m3) y su alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Por todo ello es desde mediados del siglo XX el metal que más se utiliza después del acero.

Fue aislado por primera vez en 1825 por el físico danés H. C. Oersted. El principal inconveniente para su obtención reside en la elevada cantidad de energía eléctrica que requiere su producción. Este problema se compensa por su bajo coste de reciclado, su dilatada vida útil y la estabilidad de su precio.

LAS VENTAJAS DE LA FUNDICIÓN DE ALUMINIO

Las ventajas se encuentran en su aplicación, especialmente, en construcciones ligeras. Gracias a las nuevas aleaciones de aluminio y a las nuevas posibilidades de construcción optimizada (optimización de la topología, biónica, simulación de flujos), además de obtener unas mejoras funcionales a menudo se pueden ahorrar costes considerables. La fabricación de estructuras livianas con componentes de construcción biónica es especialmente ventajosa con piezas de fundición, ya que los costes adicionales recaen en la construcción del molde y no en la pieza de fundición individual. Las piezas de fundición de aluminio combinan, por ello, una gran estabilidad dimensional y buenas características de resistencia con una excelente maquinabilidad. Su buena conductividad eléctrica para apantallados CEM en componentes

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electrónicos y su alta conductividad térmica para aletas de refrigeración, etc., convierten el aluminio en un material muy demandado para la construcción de maquinaria. La buena resistencia a la intemperie predestina a las piezas de fundición de aluminio para utilizarse con todos los componentes expuestos al exterior. El argumento más importante para fabricar componentes en aluminio que hasta ahora se hacían en fundición gris, estriba, sobre todo, en una disminución del peso de hasta dos tercios. El peso siempre implica costes, especialmente en las piezas móviles. La sustitución de la fundición de hierro por la de aluminio se encuentra muy avanzada en las industrias donde la velocidad es primordial, como las de la automoción y de la aeronáutica. En las industrias más conservadoras, como las de construcción de maquinaria y de equipos, aún existe un gran potencial de ahorro en costes por trabajar.

Las ventajas de la fundición de aluminio:

- Alta estabilidad dimensional- Buenas características de resistencia;- Excelente maquinabilidad y posibilidad de utilizar diferentes tratamientos superficiales- Tiempos de fabricación cortos;- Ahorro en peso de hasta dos tercios en comparación con las piezas de fundición de hierro;- Elevada conductividad térmica;- Muy buena conductividad eléctrica;- Resistencia a la corrosión y a la intemperie;- Fabricación muy económica, especialmente en procesos de fundición a presión

6.5 .- AVERIGUAR SOBRE LOS “FUNDENTES” QUE SE UTILIZAN EN LA FUNDICION, CUAL ES FUNCIÓN?

Los fundentes usados en la Refinería, para la formación de escorias se describen brevemente a continuación:

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Bórax: El Borato de Sodio usado está en forma anhidra (Na2B4O7). El Bórax se funde a 743º C, lo cual disminuye el punto de fusión para toda la carga. Cuando se funde es muy viscoso, pero en calor rojo se convierte en un ácido fluido fuerte el cual disuelve y capta prácticamente todos los Óxidos metálicos (tanto ácidos como básicos). Las grandes cantidades de Bórax pueden ser perjudiciales causando una escoria dura y poco homogénea. Además un exceso de Bórax puede dificultar la separación de fases debido a la reducción del coeficiente de expansión de la escoria y su acción de impedir cristalización.

Sílice: El Dióxido de Silicio (SiO2) funde a 1750°C y es el fundente ácido más fuerte y disponible que se tiene. Se combina con Óxidos metálicos para formar cadenas de silicato estables. Las escorias con alto contenido de Sílice son extremadamente viscosas y retienen excesivamente metálicos en suspensión. Cuando la Sílice se mezcla con Bórax, se forman cadenas Borosilicatadas. El ratio en peso de Bórax a Sílice en presencia de cantidades considerables de Zinc, generalmente no debe ser menor de 2:1.Estas escorias Borosilicatadas no solo tendrán una alta solubilidad para Óxidos metálicos base, sino que ofrecen buena fluidez al fundido.

Nitro: El Nitrato de Sodio (Na2NO3) se añade para oxidar los metales básicos en la carga. Este es un agente oxidante muy poderoso cuyo punto de fusión es de 338ºC. A bajas temperaturas el nitro se funde sin alteraciones; pero a temperaturas entre 500ºC y 600ºC se descompone produciendo Oxígeno, el cual oxida a los sulfuros y algunos metales como el Hierro, Cobre y Zinc. Se debe controlar la adición de Nitro porque al liberar Oxígeno ocasiona una reacción vigorosa y puede ocasionar el rebose en el crisol. El Nitro reacciona con el Grafito, provocando una excesiva erosión del crisol reduciendo su vida.

Carbonato de Sodio: El Carbonato de Sodio (Na2CO3), es un fundente básico poderoso que funde a 852°C. En presencia de Sílice, el Carbonato de Sodio forma Silicato de Sodio con el desprendimiento de Dióxido de Carbono. Estos silicatos reaccionan con una variedad de Óxidos básicos para formar silicatos complejos. Además, debido a la facilidad natural para formar sulfatos alcalinos, también actúa como desulfurizante y un agente oxidante. El uso de El Na2CO3 proporciona

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transparencia a la escoria pero en cantidades excesivas origina escorias pegajosas e higroscópicas que son difíciles de remover del Doré.

Fluoruro de Calcio: Conocido como Fluorspar (CaF2), tiene un punto de fusión de 1380°C. Cuando se funde es muy fluido y es capaz de mantener en suspensión partículas sin fundir, sin afectar la fluidez de la escoria. Reduce la viscosidad porque es un eficiente rompedor de cadenas silicatadas. Aun en pocas cantidades, el Fluoruro de Calcio tiende a atacar el crisol y puede causar pérdida del Bórax por volatilización del BF3.

6.6.-¿PARA EL TRABAJO REALIZADO, ELABORAR UN CALCULO DE UNA MAZAROTA, CUAL ES SU FUNCIÓN?

RESOLUCIÓN

Primero tenemos que determinar la relación V / A para la placa.

Debido a que mi pieza fundida se parece bastante a las de un cubo, los cálculos fueron con una pieza cubica.

Su volumen V = 11*8*3 = 264 cm 3

Su área A = 2 [(11*8) + (11*3) + (8*3)] = 290 cm 2

Convertimos a pulgadas (1cm2 = 0.155 pulg2 y 1cm3 = 0.061pulg3):

V = 16.104 pulg3

A = 44.95 pulg 2

Dado que TST = 1.6 min, podemos determinar la constante del molde (Cm) utilizando para n un valor de n = 2

Cm= TST¿¿ (min/pulg2)

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Luego debemos diseñar la mazarota de manera que su tiempo de solidificación total sea de 2 min, usando el mismo valor de la constante del molde ya que tanto la fundición como la mazarota están en el mismo molde.

El volumen de la mazarota esta dado por:

V=ᴨ∗D2∗h4

El área de la superficie esta dado por:

A= ᴨ * D * h + 2∗ᴨ∗D2

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Debido a que estamos utilizando una relación D/h = 1.0. Entonces D = h .

Al sustituir D por h en las formulas del volumen y el área tenemos

V=ᴨ∗D3

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A= ᴨ * D2 + 2∗ᴨ∗D2

4 = 1.5 ᴨ D2

Entonces la relación V/A = D/6. Usando esta relación es la ecuación de Chvorinov tenemos:

TST = 2 = 12.46556 (D6

) 2 = 0.346265 D2

D2 = 2

0.346265= 5.775913pulg 2

D = 2.403313 pulg

Como h = D, También h =2.403313

ANÁLISIS :

La mazarota representa el metal de desperdicio que se separa del proceso y se refunde para hacer fundiciones subsecuentes.

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Es deseable que este volumen de metal es la mazarota sea el mínimo. Como la forma geométrica de la mazarota se selecciona normalmente para maximizar V/A, esto tiende a reducir el volumen de la mazarota lo más posible.

Nótese que el volumen de la mazarota en el ejercicio calculado anteriormente es

V = ᴨ (2.403313)3/4 = 10.902, solamente seria alrededor del 55 % del volumen de la pieza fundid, incluso cuando el tiempo de solidificación total es más grande por un 25 %

FUNCIÓN :

Mazarotas es como se conoce en fundición y metalurgia a los depósitos del metal fundido que se colocan en los sitios del molde (rebosando por encima) que son críticos, es decir, que tienden a generar rechupes y aportan material para evitarlos.

Es posible calcular con relativa precisión la posición de estas mazarotas mediante tablas, después se calculara el volumen de la mazarota por medio del cálculo del tst, el cálculo del módulo, o directamente con la ecuación de Chirinola.

El módulo (Mc) de una sección es la relación entre su volumen (v) y su superficie de enfriamiento(A): Cm=V/A

Las mazarotas se eliminaran después del desmolde por medio de tenazas o limado.

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