DEFECTOS Entre la gran cantidad de factores que afectan la calidad metalúrgica de los materiales metálicos, están las Faltas de continuidad en los productos como son las grietas, vetas, laminaciones, pliegues, cavidades, poros, segregaciones, inclusiones, etc. El conocimiento del origen, naturaleza, tamaño, orientación y zonas de probable ubicación de tales defectos en las piezas producidas es de gran interés para quien tenga la responsabilidad de la inspección de esas piezas con miras a la determinación de la calidad del producto. En la elaboración de los lingotes ya se originan defectos que evolucionarán en las siguientes etapas de elaboración. En las piezas moldeadas a más de los defectos preliminares, la forma complicada que generalmente tienen estas piezas puede dar lugar a discontinuidades típicas del proceso. CALSIFICACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES DISCONTINUIDADES UBICACIÓN
ORIGEN
SUPERFICIALES
INHERENTES
SUBSUPERFICIALES
PROCESOS SERVICIO
DISCONTINUIDADES INHERENTES Las discontinuidades inherentes son aquellas que resultan de su producción inicial y están seleccionadas con la fusión y solidificación original del lingote.
Contracción (Rechupe) Poros y Sopladuras Segregaciones Inclusiones
DISCONTINUIDADES INHERENTES A LA FUNDICIÓN
1) POROSIDAD Y SOPLADURA ORIGEN: Burbujas de gas ocluidas UBICACION: Superficial y Sub superficial 2) INCLUSIONES ORIGEN: Arena, escoria, materiales extraños UBICACION: Superficial y sub superficial 3) FISURAS DE ENCOGIMIENTO ORIGEN: Diferentes relaciones de enfriamiento entre secciones UBICACION: Superficial y sub superficial en arenas de diferentes espesores. 4) DESGARRES EN CALIENTE ORIGEN: Fisuras originadas en el enfriamiento UBICACION: Superficiales 5) JUNTAS FRIAS ORIGEN: Enfriamiento del metal UBICACION: Superficial 6) BUCLES Y DARTAS ORIGEN: Metal no llena la cavidad UBICACION: Superficial y sub superficial DEFECTOS DE FUNDICION Los defectos que aparecen en las fundiciones, no son usualmente un accidente, ocurren porque alguna etapa del proceso de manufactura no se controló apropiadamente. La fusión, colado y solidificación del metal comprenden muchas operaciones intrínsecas, y el control perfecto es imposible; no es sorprendente que las fundiciones sean afectadas con una mayor variedad de defectos que los productos de otros métodos de fabricación. 1. DEFECTOS SUPERFICIALES
Las superficies de las fundiciones son a veces rugosas o ásperas a causa de que la arena de molde es demasiado gruesa, o de que a temperatura de colado o vertido es demasiado elevada. Algunas veces la penetración del metal entre los granos de arena constituye un problema serio. En la fundición de aceros ocurre una reacción superficial en la cura de contacto metal - molde que puede causar mucha rugosidad si no se controla adecuadamente. Las reacciones son la oxidación del hierro y Ia subsiguiente combinación del óxido con la sílice para formar fayalita. 2 + 2 +
2 0 2
En Ia fundición de magnesio, el quemado (oxidación) en la cara de contacto metal - molde causa una superficie negra y áspera en Ia pieza. El quemado se impide añadiendo agentes inhibidores tales como el azufre, ácido bórico o el fluoroborato de amonio, a la arena de moldeo. Las reacciones en la superficie dan origen a una porosidad sub superficial, o puntos de alfiler (pequeñas veteaduras). En aleaciones de aluminio que contengan más del 1% de Mg, ocurre la siguiente reacción: +
+ ()
Eh resultado son puntos de alfiler llenos de hidrógeno en la superficie. BUCLES Y DARTAS. Son defectos que del lado superior del molde. Un bucle es un traslape de metal relativamente grande, esto es una atapa de metal que se separa de la fundición base, a causa que una capa de arena se ha "cortado" de la superficie superior del molde se recalienta demasiado rápidamente por la radiación del metal que asciende. La expansión no uniforme de la arena desarrolla esfuerzos suficientes para cortar capas de arena que luego sean rodeadas por el metal líquido. El desarrollo de una presión elevada del gas en una región de baja permeabilidad puede producir esfuerzos excesivos en el molde y causar las DARTAS. A menudo las superficies del molde precalentadas por el metal dejan llevar materialmente arena sobre el líquido que asciende dando así las dartas. Los bucles y las dartas pueden evitarse con la utilización de arenas de moldeo de alta plasticidad en caliente o usando un amortiguador de Ia expansión como el aserrín mezclado en la arena, el aserrín se quema dejando espacios para que los granos de sílice se expandan. JUNTAS FRIAS Y PIEZAS INCOMPLFTAS. Resultan de colar el metal demasiado frío. Generalmente estas imperfecciones se producen en piezas con secciones delgadas, en las que se encuentran dos superficies del metal que están llenando el molde y no se llegan a unir. Puede distinguirse por Ia apariencia límpida y la carencia de arena u otras impurezas. En las piezas incompletas, aparecen en la superficie unas pequeñas esferillas de metal a modo de perdigones. Estos defectos pueden eliminarse generalmente por medio de temperaturas de colado más altas y bebederos mejor diseñados.
AIRE ATRAPADO. Se encuentra generalmente en las superficies del molde que quedan en la mitad superior. El aire atrapado se reconoce por unas ampollas pequeñas, oxidadas interiormente, inmediatas a la superficie del molde. Se encuentran en fundiciones de aluminio y magnesio principalmente. INCLUSIONES. Son óxidos u otros productos de reacción del metal que se cuela (o bien otros productos no metálicos procedentes de la operación de fundición). Estos defectos son causados por un manejo inapropiado de la operación de fusión y colado del metal líquido. Para evitar que estas inclusiones de escoria entren en el molde se debe proceder a una limpieza adecuada antes de verter el metal. ARRASTRE DE ARENA. Son causados porque el metal arranca partículas de arena del sistema de conductos de colada o de las paredes del molde. Aparecen entonces unas pequeñas depresiones de forma irregular en la pieza fundida y pueden estar espaciados en distintos puntos de la pieza o bien pueden aparecer agrupados. Los puntos de arena se hunden o flotan, dependiendo de la densidad del metal fundido. El exceso de turbulencia en el sistema de colado al verter el metal líquido en el molde son la causa da este defecto. 2. DEFECTOS DE ALIMENTACION INCOMPLETA. Muchos de los defectos más comunes en las fundiciones resultan del fenómeno de contracción en el proceso de solidificación del metal. A menudo se culpa erróneamente a otras causas. El tipo más común se localiza en forma de cavidades que aparecen en puntos calientes no alimentados en la fundición.
Siempre que Ia alimentación sea inadecuada, se tiene por lo general una baja densidad indicada por alguna imperfección externa sea que la pared se perfore o se deforme por hundimiento en el punto más débil o que aparezcan rechupes alargados en la base del alimentador. Si se encuentran imperfecciones superficiales no comunes o regiones deprimidas en las superficies altas y que pertenecen al medio molde superior, es prudente considerar la falta de alimentación como Ia posible causa. CONTRACCION (Macro Rechupe y Micro porosidad). Es una manifestación del proceso de solidificación en las piezas moldeadas. EI rechupe general o macro rechupe es una cavidad localizada que aparece siempre en secciones aisladas llamadas focos calientes, por ejemplo en las últimas zonas en solidificarse tiene Ia forma de un hueco más o menos angosto y continuo que se encuentra por lo general en el eje central de las fundiciones con grandes secciones controladas. EI macro rechupe se encuentra en aleaciones con un intervalo de solidificación muy restringido o pequeño. Las aleaciones que solidifican dentro de una amplia zona presentan un rechupe interdendrítico (microporosidad) cuando se alimentan inadecuadamente. AGRIETAMEINTO INTERNO Un defecto menos frecuente que resulta de Ia alimentación incompleta e inadecuada es el agrietamiento interno en caliente. Estas discontinuidades parecen dispuestas radialmente dentro de las fundiciones, más comúnmente en el acero, que solamente pueden ser descubiertas por métodos de ensayos no destructivos. Las grietas provienen de un área de baja densidad, dando a Ia radiografía una apariencia de pulpo. Es usual culpar de manera errónea de este defecto a los esfuerzos de contracción. El remedio para las grietas en caliente es mejorar la alimentación. POROSIDAD GASEOSA La micro porosidad y aún Ia porosidad general que tenga Ia apariencia de un rechupe, puede ser causado por los gases disueltos en el metal durante la fusión y el colado, así como por el rechupe de la solidificación. Frecuentemente se tiene la duda si el defecto será gas o rechupe. En algunos casos la respuesta es evidente. Los huecos redondos (esféricos) de paredes lisas, se deben generalmente a gases, mientras que los huecos angulares, quizá con ramas de dendritas, son causados generalmente por una alimentación incompleta. AGRIETAMIENTO EXTERNO A no ser que las fundiciones puedan contraerse con relativa facilidad dentro del molde según se va enfriando, pueden ocurrir grietas externas en caliente debido al enfriamiento. Estos defectos provienen de los esfuerzos desarrollados en las fundiciones por Ia oposición a su
movilidad desarrollada por el molde o por la diferencia de velocidades de enfriamiento entre las secciones delgadas y las más gruesas que se enfrían más lentamente. Las grietas externas son rajaduras dentadas, más o menos paralelas, visibles con el ensayo radiográfico, partículas magnetizables o por el método de tintas penetrantes. ENFRIADORES Y SOPORTES Los soportes de noyos y los enfriadores que no se han fundido bajo la acción del metal, así como las sopladuras que aparecen junto a estos son lo suficientemente abundantes como para desconfiar de su utilización. La fusión incompleta se debe a temperatura de colado baja o al uso de soportes muy robustos. Las ampollas se deben a humedad u otra contaminación tal como aceite acumulado sobre al soporte o el enfriador. DEFECTOS DE LAS PIEZAS FUNDIDAS Los defectos de las piezas fundidas pueden ser clasificadas en cuanto al tamaño, localización y causa, En cuanto al tamaño pueden ser microscópicos como el "Pin hole" o macroscópicos como las grietas. En cuanto a la localización pueden ser externos como descascaramiento o una penetración e internos como las burbujas o porosidad. En cuanto a la causa puede ser un defecto proveniente del metal, como con el caso de los gases, de arena de moldeo, como son los defectos de expansión de la arena del molde, o por manejo de la arena o del metal como el cambio de temperatura demasiado alta. Una rápida clasificación de los defectos es la siguiente: 1. Burbujas: Puede ser encontradas de las siguientes formas: HUECOS: Cavidades milimétricas de forma alargada dispuesta perpendicularmente a la superficie. Tiene por causa la interacción entre metal y la arena. SOPLO: Son gases del moldeo del macho presentes en la solidificación del metal. POROSIDAD: Son vacíos integranulares debidos a contracción acompañados de inclusiones, o segregación de impurezas. CASCARA: Es una cavidad achatada en la superficie y recubierta por una película de metal. Tiene por causa el uso de arena muy húmeda o un moldeo sumamente duro. BASES: Son cavidades provenientes del gas arrastrado por el metal o por el aire que ocupa la cavidad del molde. 2. SUPERFICIE IRREGULAR. Son irregularidades debidas al hinchamiento de la cavidad del molde generalmente en la superficie plana y es acentuada debido a la presencia de aire y gases. 3. CONTRACCIÓN: (MACRO RECHUPE Y MICRO RECHUPE) Son cavidades irregulares que aparecen tanto al exterior como al interior en la estructura cristalina como en la estructura dendrítica.
4. AGRIETAMIENTO: Son roturas en la pieza que pueden ocurrir tanto en caliente como en frío. 5. PUNTOS DUROS: Pequeñas áreas de dureza superior a lo restante de la pieza frecuentemente visible a simple vista, y son debido a respiraderos o a contaminaciones. 6. GRANO GURESO: Estructura aparentemente en desacuerdo con las necesidades provenientes de una composición química inadecuada. 7. INCLUSIONES: Son materiales extraños arrastrados por el metal líquido que aparecen adheridos a la pieza, como escoria, arena, etc. 8. JUNTAS FRÍAS: Cuando el metal proveniente de dos corrientes convergentes enfriados en el instante de contacto, dando una unión defectuosa debido a la temperatura del metal. 9. EROSIÓN: Son extracciones (arrancamientos de la superficie del molde cuando este se presenta con dureza suficiente o fueron mal proyectados a los canales de alimentación.
DEFECTOS DE PIEZAS Y CAUSA 1.BURBUJAS 2.SUPERFICIE IRREGULAR 3.CONTRACCION 4.ROTURAS AGRIETAMIENTO 5.PUNTOS DUROS 6.GRANOS GRUESOS(GRANULACION) 7.INCLUSIONES 8.JUNTA FRIA 9.EROSION
PROYECT. 7O 7 O 4 O 4 O 5 O 5 O
EQUIPOS 5 O 6 O 5 O 5 O 4 O 4 O
ALIMENT 3 O 3 O 3 O 3 O 3 O 3 O
ARENA 1 O 5 O 6 O 6 O 6 O 6 O
MOLDEO 6 O 1 O 7 O 7 O 7 O 7 O
4 O 2 O 1 O 1 O 2 O 2 O
METAL 2 O 4 O 2 O 2 O 1 O 1 O
7 O 5 O 7 O
6 O 4 O 6 O
4 O 2 O 5 O
1 O 6 O 1 O
2 O 7 O 4 O
3 O 1 O 2 O
5 O 3 O 3 O
EL ORDEN DE CALIFICACIÓN VA DE 1 O A 7 O INSPECCIÓN Y CONTROL DE PIEZAS FUNDIDAS Por inspección se entiende como la constatación de los defectos en las piezas, o una segregación de aquellas consideradas fuera de normas de aceptación o que constituyen un rechazo. MÉTODOS DE INSPECCIÓN La inspección puede ser hecha por varios métodos: visual, verificación de dimensiones, por pesos, por medio de flujos magnéticos, por medio de Rayos X, rayos, etc. 1.
Inspección visual. En las fundiciones es habitual hacer una primera inspección visual en el momento de romper los canales de colado y las rebabas. En esta etapa de inspección se separan aquellas piezas que tienen defectos evidentes. Se separan entonces las piezas que poseen defectos superficiales.
2.
Inspección Dimensional. Es un estudio geométrico de la pieza respecto a las medidas patrones. Un margen de tolerancia en las medidas es del orden de 2% para piezas comunes y de menor al 0.5% para piezas con procesos especiales.
3.
Inspección por Pesaje. Este es un procedimiento muy significativo, pero muchas veces descuidado por la industria. Las fundiciones aceptan como criterio que el peso varíe ± 2.5%. Se podrá detectar por este medio sobre todo la presencia de vacíos en el interior de la pieza.
4.
Inspección por electro magnetismo. Corrientes de inducción inducidas permiten detectar ciertas características magnéticas de la pieza que sirven para las siguientes aplicaciones: Detectar la presencia de discontinuidades macro estructurales – juntas frías, vacíos. inclusiones, etc. Composición química de ciertos elementos en ciertos niveles. Medición de espesura de recubrimientos.
5.
Inspección por partículas magnéticas. Se aplica a piezas ferromagnéticas, permitiendo poner en evidencia las discontinuidades superficiales y sub superficiales. Se base en la fuga de campo magnético, evidenciado por medio de partículas magnéticas bipolares cuando se orientan en la dirección del campo magnético presente en la superficie. Las partículas magnéticas aplicadas son en estado seco y en estado húmedo.
6.
Inspección por líquidos penetrantes. Este método permite detectar defectos pequeños en la superficie externa de la pieza, como ser juntas frías, rechupes, porosidades y agrietamientos. El método se basa en que un líquido penetrante de baja tensión superficial ingresa por capilaridad en el defecto. Después de la aplicación se limpia el exceso y se pone en evidencia con la presencia de luz blanca y si es fluorescente el líquido, se evidencia con luz negra (rayos ultravioleta).
7.
Inspección por medio de Rayos X. La diferente absorción de los Rayos X por las paredes de la pieza, permite detectar discontinuidades del orden de 0,5 al 2% del espesor de la pieza examinada. Hay una correspondencia entre espesura de pared de la pieza y la capacidad específica del metal a los Rx. Esta característica es variable con la naturaleza del metal o de la aleación metálica. Para el examen radiográfico de piezas metálicas, se utiliza una película especial; habiendo de cuatro tipos, cuyo escogitamiento se hace de acuerdo al contraste deseado, de la sensibilidad y el tiempo de exposición.
8.
Inspección por Ultrasonido. Los equipos industriales para inspección por ultrasonido tienen frecuencias que varían de l00.000 a 25'000.000 ciclos por segundo. Se utiliza en aplicaciones como: verificación de existencias de discontinuidades superficiales e interna tales como vacíos, rasgaduras, inclusiones, juntas frías, etc. La anergia ultrasónica es generada por un elemento piezoeléctrico producida por medio de dos transductores acoplados a un circuito electrónico apropiado. La inspección por ultrasonido puede ser hecha por ensayo inmerso, o por contacto, con una película de aceite o agua.
REALIZADO POR: Ing. Patricio Estupiñan Melo Ing. Gabriel Orozco Torres Quito, Junio 1986 Laboratorios de Metalurgia y de Fundición EPN
