1. Introducción a la fundición Los tipos de piezas fundidas de aleaciones de aluminio son los siguientes: Debido a los diferentes componentes de las aleaciones de aluminio, las propiedades físicas y químicas de las aleaciones son diferentes, y los procesos de cristalización también son diferentes. Por lo tanto, los métodos de fundición deben seleccionarse razonablemente en función de las características de las aleaciones de aluminio para prevenir o reducir la aparición de defectos de fundición dentro del rango permitido, optimizando así las fundiciones. 1. Rendimiento del proceso de fundición de aleaciones de aluminio El rendimiento del proceso de fundición de aleaciones de aluminio suele entenderse como la combinación de aquellas propiedades que son más destacadas durante los procesos de llenado, cristalización y enfriamiento. Fluidez, contracción, estanqueidad al aire, tensión de fundición, absorción de aire. Estas propiedades de las aleaciones de aluminio dependen de la composición de la aleación, pero también están relacionadas con los factores de fundición, la temperatura de calentamiento de la aleación, la complejidad del molde de fundición, el sistema de compuerta y elevador, la forma de la compuerta, etc. (1) Fluidez La fluidez se refiere a la capacidad del líquido de aleación para llenar el molde. La fluidez determina si la aleación puede fundir piezas fundidas complejas. Las aleaciones cristalinas tienen la mejor fluidez entre las aleaciones de aluminio. Hay muchos factores que afectan la fluidez, principalmente la composición, la temperatura y la presencia de partículas sólidas de óxidos metálicos, compuestos metálicos y otros contaminantes en el líquido de la aleación. Sin embargo, los factores externos fundamentales son la temperatura de vertido y la presión de vertido (comúnmente conocida como cabeza de vertido). ). de alta o baja. (2) Contracción La contracción es una de las principales características de las aleaciones de aluminio fundido. En términos generales, la aleación se divide en tres etapas, desde el vertido del líquido hasta la solidificación hasta que se enfría a temperatura ambiente, a saber, contracción del líquido, contracción por solidificación y contracción del sólido. La contracción de las aleaciones tiene una influencia decisiva en la calidad de las piezas fundidas. Afecta el tamaño de los agujeros de contracción, la generación de tensiones, la formación de grietas y los cambios de tamaño de las piezas fundidas. Por lo general, la contracción de las piezas fundidas se divide en contracción del cuerpo y contracción lineal. En la producción real, la contracción lineal se utiliza generalmente para medir la contracción de la aleación. La contracción de la aleación de aluminio generalmente se expresa como porcentaje y se denomina tasa de contracción. ① Contracción del cuerpo La contracción del cuerpo incluye la contracción del líquido y la contracción por solidificación. Desde el vertido hasta la solidificación, el líquido de aleación de fundición sufrirá una contracción macroscópica o microscópica en el lugar de solidificación final. Las cavidades de contracción macroscópicas causadas por la contracción son visibles a simple vista y se dividen en cavidades de contracción concentradas y cavidades de contracción dispersas. Los poros de las cavidades de contracción concentrada son grandes y concentrados y se distribuyen en la parte superior de la pieza fundida o en las juntas calientes con secciones transversales gruesas. La morfología de las cavidades de contracción dispersas es dispersa y pequeña, y la mayoría de ellas están distribuidas en el centro del eje y los puntos calientes de la pieza fundida. Las cavidades de contracción microscópicas son difíciles de ver a simple vista y la mayoría de las cavidades de contracción microscópicas se distribuyen debajo de los límites de los granos o entre las dendritas de las dendritas. Las cavidades de contracción y la porosidad son uno de los principales defectos de las piezas fundidas. La razón es que la contracción líquida es mayor que la contracción sólida. Durante la producción se descubrió que cuanto más pequeño es el rango de solidificación de las aleaciones de aluminio fundido, más fácil es formar cavidades de contracción concentradas, y cuanto más amplio es el rango de solidificación, más fácil es formar cavidades de contracción dispersas. La aleación de aluminio fundido debe cumplir con el principio de solidificación secuencial, es decir, la fundición debe cumplir con el principio de solidificación secuencial. La contracción del volumen desde el líquido hasta la solidificación debe complementarse con el líquido de la aleación, de modo que las cavidades de contracción y la porosidad se concentren. en el tubo ascendente exterior de la pieza fundida. Para piezas fundidas de aleaciones de aluminio que son propensas a la porosidad dispersa, la cantidad de elevadores debe ser mayor que la cantidad de cavidades de contracción concentradas, y se deben instalar hierros fríos en lugares propensos a la porosidad para aumentar la velocidad de enfriamiento local de modo que se solidifiquen simultánea o rápidamente. . ②Contracción lineal El tamaño de la contracción lineal afectará directamente la calidad de las piezas fundidas. Cuanto mayor es la contracción lineal, mayor es la tendencia a las grietas y tensiones en las piezas fundidas de aluminio; mayores son los cambios de tamaño y forma de las piezas fundidas después del enfriamiento. Diferentes aleaciones de aluminio fundido tienen diferentes tasas de contracción de la fundición. Incluso si la misma aleación tiene diferentes fundiciones, las tasas de contracción también son diferentes en la misma fundición, las tasas de contracción de longitud, ancho y altura también son diferentes. Esto debe determinarse caso por caso. (3) Grietas en caliente: la razón principal de la aparición de grietas en caliente en las piezas fundidas de aluminio es que la tensión de contracción de la pieza fundida excede la fuerza de unión entre los granos de metal. La mayoría de ellas ocurren a lo largo de los límites de los granos. superficie, se puede ver que el metal en la grieta a menudo se oxida y pierde su brillo metálico. Las grietas se extienden a lo largo de los límites de los granos y tienen forma de zigzag, con una superficie más ancha y un interior más estrecho, y algunas penetran toda la cara extrema de la pieza fundida. Diferentes piezas fundidas de aleaciones de aluminio tienen diferentes tendencias a producir grietas. Esto se debe a que cuanto mayor es la diferencia entre la temperatura a la que comienza a formarse una estructura cristalina completa durante el proceso de solidificación de la aleación de aluminio fundido y la temperatura de solidificación, mayor es la contracción de la aleación y. cuanto mayor es la tendencia a producir grietas en caliente, incluso la misma aleación tiene una tendencia diferente a producir grietas en caliente debido a factores como la resistencia del molde de fundición, la estructura de la fundición y el proceso de vertido. En la producción, a menudo se utilizan moldes de fundición concesionarios o medidas como mejorar el sistema de vertido de aleaciones de aluminio fundido para evitar grietas en las piezas fundidas de aluminio. El método del anillo de grieta en caliente se utiliza generalmente para detectar grietas en caliente en piezas fundidas de aluminio. (4) Estanqueidad al aire La estanqueidad al aire de la aleación de aluminio fundido se refiere al grado en que las piezas fundidas de aluminio de tipo cavidad no tienen fugas bajo la acción de gas o líquido a alta presión. La estanqueidad al aire en realidad representa el grado de densidad y pureza del interior. estructura de la fundición.
La estanqueidad al aire de la aleación de aluminio fundido está relacionada con las propiedades de la aleación. Cuanto menor es el rango de solidificación de la aleación, menor es la tendencia a aflojarse. Al mismo tiempo, cuanto más pequeños son los poros precipitados, mayor es la estanqueidad al aire. la aleación. La hermeticidad de la misma aleación de aluminio fundido también está relacionada con el proceso de fundición. Por ejemplo, reducir la temperatura de vertido de la aleación de aluminio fundido, colocar hierro frío para acelerar la velocidad de enfriamiento y solidificar y cristalizar bajo presión pueden mejorar la hermeticidad. de la fundición de aluminio. El método de impregnación también se puede utilizar para bloquear espacios de fuga y mejorar la estanqueidad de las piezas fundidas. (5) Esfuerzo de fundición El estrés de fundición incluye tres tipos: estrés térmico, estrés de transformación de fase y estrés de contracción. Las causas de diversas tensiones son diferentes. ① Estrés térmico El estrés térmico es causado por un espesor de sección transversal desigual y un enfriamiento inconsistente en la intersección de diferentes formas geométricas de piezas fundidas. En las paredes delgadas se desarrollan tensiones de compresión, lo que da lugar a tensiones residuales en la pieza fundida. ② Tensión de transformación de fase La tensión de transformación de fase se debe a la transformación de fase de algunas aleaciones de aluminio fundido durante el proceso de enfriamiento después de la solidificación, lo que posteriormente provoca cambios en volumen y tamaño. Se debe principalmente al espesor desigual de las paredes de las piezas fundidas de aluminio y a los cambios de fase que se producen en diferentes partes en diferentes momentos. ③Esfuerzo de contracción: cuando la fundición de aluminio se contrae, el molde de fundición y el núcleo lo obstaculizan, lo que genera una tensión de tracción. Esta tensión es temporal y desaparecerá automáticamente cuando se desempaque la pieza de aluminio. Sin embargo, un tiempo de desembalaje inadecuado a menudo provocará grietas térmicas. En particular, las aleaciones de aluminio fundido con metal suelen ser propensas a sufrir grietas térmicas bajo la acción de esta tensión. La tensión residual en las piezas fundidas de aleación de aluminio reduce las propiedades mecánicas de la aleación y afecta la precisión del procesamiento de las piezas fundidas. Las tensiones residuales en las piezas fundidas de aluminio se pueden eliminar mediante recocido. Debido a su buena conductividad térmica, la aleación no sufre cambios de fase durante el enfriamiento. Siempre que la estructura de fundición esté diseñada de manera razonable, la tensión residual de las piezas fundidas de aluminio es generalmente pequeña. (6) Adsorción de gas: la aleación de aluminio absorbe fácilmente el gas, que es la principal característica de la aleación de aluminio fundido. Es causada por la reacción entre los componentes del aluminio líquido y las aleaciones de aluminio y la humedad contenida en la carga del horno, los productos orgánicos de la combustión y los moldes de fundición, y el hidrógeno generado es absorbido por el líquido de aluminio. Cuanto mayor es la temperatura de la aleación de aluminio fundida, más hidrógeno se absorbe a 700 °C, la solubilidad del hidrógeno por 100 g de aluminio es de 0,5 a 0,9. Cuando la temperatura aumenta a 850 °C, la solubilidad del hidrógeno aumenta de 2 a 0,9. 3 veces. Cuando contiene impurezas de metales alcalinos, la solubilidad del hidrógeno en el aluminio fundido aumenta significativamente. Además de absorber aire durante la fundición, las aleaciones de aluminio fundido también absorben aire cuando se vierten en el molde. A medida que disminuye la temperatura del metal líquido que ingresa al molde, la solubilidad del gas disminuye, el exceso de gas precipita y parte del gas no puede escapar. Quedan agujeros de aire en la pieza fundida, que comúnmente se denominan "orificios de alfiler". A veces el gas se combina con las cavidades de contracción y el gas precipitado del líquido de aluminio permanece en las cavidades de contracción. Si la presión generada por las burbujas que se calientan es grande, la superficie de los poros será lisa y habrá una capa brillante alrededor de los poros; si la presión generada por las burbujas es pequeña, la superficie interna de los poros estará arrugada; , que parecen "patas de mosca", y habrá cavidades por contracción si se observan de cerca las características. Cuanto mayor sea el contenido de hidrógeno en el líquido de aleación de aluminio, más poros se producirán en la pieza fundida. Los poros en las piezas fundidas de aluminio no sólo reducen la estanqueidad al aire y la resistencia a la corrosión de las piezas fundidas, sino que también reducen las propiedades mecánicas de la aleación. Para obtener piezas fundidas de aluminio con pocos o ningún poro, la clave está en las condiciones de fusión. Si se agrega un agente de cobertura para protección durante la fundición, la cantidad de entrada de aire de la aleación se reducirá considerablemente. Refinar aluminio fundido puede controlar eficazmente el contenido de hidrógeno en el aluminio fundido. 2. Fundición en arena El método de fundición que utiliza arena, arcilla y otros materiales auxiliares para fabricar moldes se llama fundición en arena. Los materiales de los moldes de arena se denominan colectivamente materiales de modelado. Los moldes de arena para aplicaciones de metales no ferrosos están hechos de arena, arcilla u otros aglutinantes y agua. El proceso de conformado de piezas fundidas de aluminio es la interacción entre el metal y el molde de fundición. Después de inyectar el líquido de aleación de aluminio en el molde, el calor se transfiere al molde y el molde de arena queda sujeto a los efectos térmicos, mecánicos y químicos del metal líquido. Por lo tanto, para obtener piezas fundidas de alta calidad, además de controlar estrictamente el proceso de fundición, también es necesario diseñar correctamente la proporción, la conformación y el vertido de la arena de moldeo (núcleo). 3. Fundición en moldes metálicos 1. Introducción y flujo del proceso La fundición en moldes metálicos, también conocida como fundición en moldes duros o fundición en moldes permanentes, es un método para verter aleación de aluminio fundido en un molde de metal para obtener piezas fundidas. La mayoría de las piezas fundidas en moldes metálicos de aleación de aluminio utilizan metal. También se pueden utilizar moldes con núcleo, núcleo de arena o núcleo de concha. En comparación con la fundición a presión, el molde de metal de aleación de aluminio tiene una vida útil más larga. 2. Ventajas de la fundición (1) Ventajas: La velocidad de enfriamiento del molde de metal es más rápida, la estructura de la fundición es más densa y puede reforzarse mediante tratamiento térmico. Las propiedades mecánicas son aproximadamente un 15% más altas que las de la fundición en arena. Fundición en molde de metal, la calidad de la fundición es estable, la rugosidad de la superficie es mejor que la de la fundición en molde de arena y la tasa de desechos es baja. Las condiciones de trabajo son buenas, la productividad es alta y los trabajadores son fáciles de dominar. (2) Desventajas: el molde de metal tiene una gran conductividad térmica y una capacidad deficiente de llenado del molde. El tipo de metal en sí no es transpirable. Se deben tomar las medidas correspondientes para un escape eficaz. El tipo de metal no tiene fluencia y es propenso a agrietarse y deformarse durante la solidificación.
3. Defectos comunes y prevención de piezas fundidas en moldes metálicos (1) Orificios Medidas para prevenir poros: Está estrictamente prohibido utilizar materiales de aleación de aluminio fundido contaminados, materiales manchados con compuestos orgánicos y materiales severamente oxidados y corroídos. Controlar el proceso de fundición y fortalecer la refinación por desgasificación. Controle el espesor de la pintura para metal. Si es demasiado espesa, pueden aparecer poros. La temperatura del molde no debe ser demasiado alta y se deben utilizar medidas de enfriamiento para las partes de paredes gruesas de la pieza fundida, como incrustaciones de bloques de cobre o riego. Cuando utilice moldes de arena, controle estrictamente la humedad y trate de utilizar núcleos secos. (2) Porosidad Medidas para prevenir la aparición de poros: Modifique el sistema de vertido y tubo ascendente irrazonable para estabilizar el flujo de líquido y evitar la participación del gas. El molde y el núcleo deben precalentarse con anticipación, luego pintarse y secarse antes de su uso. Se deben considerar medidas de escape adecuadas al diseñar moldes y núcleos. (3) Inclusiones de escoria de oxidación Medidas para prevenir las inclusiones de escoria de oxidación: controlar estrictamente el proceso de fundición, fundir rápidamente, reducir la oxidación y eliminar la escoria a fondo. La aleación de Al-Mg debe fundirse bajo agente de cobertura. El horno y las herramientas deben estar limpios, libres de óxidos y precalentados. La pintura debe secarse antes de su uso. El sistema de vertido diseñado debe tener la capacidad de estabilizar el flujo, amortiguar y desnatar. Se utiliza un sistema de vertido inclinado para estabilizar el flujo de líquido y evitar la oxidación secundaria. El recubrimiento seleccionado debe tener una fuerte adherencia para que no se desprenda y entre en la pieza fundida para formar inclusiones de escoria durante el proceso de vertido. (4) Agrietamiento en caliente Medidas para prevenir el agrietamiento en caliente: Se debe evitar el sobrecalentamiento local durante el vertido real del sistema para reducir la tensión interna. Se debe garantizar que la pendiente del molde y del núcleo sea superior a 2°. Una vez que el tubo ascendente se solidifique, se puede sacar el núcleo para abrir el molde. Si es necesario, se puede utilizar un núcleo de arena en lugar de un núcleo de metal. Controle el espesor del recubrimiento para que la velocidad de enfriamiento de cada parte de la pieza fundida sea constante. Seleccione la temperatura del molde adecuada según el espesor de la pieza fundida. Refina la estructura de la aleación y mejora la capacidad de craqueo en caliente. Mejore la estructura de fundición, elimine las esquinas afiladas y los cambios repentinos en el espesor de la pared y reduzca la tendencia al agrietamiento en caliente. (5) Porosidad Medidas para prevenir la aparición de porosidad: Configure el tubo ascendente de manera razonable para garantizar su solidificación y capacidad de alimentación. Baje adecuadamente la temperatura de trabajo del molde metálico. Controle el espesor del revestimiento y adelgace la pared gruesa. Ajustar la velocidad de enfriamiento de cada parte del molde metálico para que la pared gruesa de la pieza fundida tenga mayor capacidad de enfriamiento. Reduzca adecuadamente la temperatura de vertido del metal.