LABORATORIO DE MATERIALES 1. TEMA :
FUNDICION DE ALUMINIO EN ARENA VERDE. 2. OBJETIVOS:
Diseñar un sistema de alimentación según el método más adecuado.
Analizar el método más adecuado de moldeo y aplicarlo a la presente pr actica de fundición.
3. RESUMEN:
En el presente presente informe se indica indica el procedimiento procedimiento realizado para para realizar la fundición de aluminio.
4. MARCO TEORICO: 4.1 Aluminio:
El aluminio es uno de los metales más abundantes en la naturaleza, y de gr andes propiedades mecánicas, útiles para grandes aplicaciones aeronáuticas. Entre las propiedades características tenemos gran resistencia específica, elevada conductividad eléctrica, no es un material magnético, y principalmente no se oxida y no es toxico. Una de las características mas importantes del aluminio es su maquinabilidad y su capacidad de trabajado; se puede fundir mediante cualquier método conocido, laminado, estampado, estirado, enrolado, forjado y extruido a casi cualquier forma. Su elevado costo de producción hace que su producción se dé a la máxima escala. escala. 4.2 Sistema de designación de la aleación.
Fue estandarizada por The Aluminum Association en 1954, consta de un s istema de numeración de cuatro dígitos. El primer digito indica el grupo de aleación, el segundo señala el cambio de la aleación original o límites de impureza; el cero se utiliza para la aleación original y los enteros del 1 al 9 indican las modificaciones de la aleación. 4.3 Aleaciones de aluminio:
Podemos encontrar los siguientes tipos de aleaciones de aluminio: Serie 2xxx- ALEACIONES DE ALUMINIO COBRE Serie3xxx-ALEACIONES DE ALUMINIO MAGNESO. Serie 4xxx-ALEACIONES DE ALUMINIO- SILICIO Serie 5xxx-ALEACIONES DE ALUMINIO MAGNESIO. Serie 6xxx-ALEACIONES DE ALUMINIO MAGNESIO Y SILICIO Serie 7xxx-ALEACIONES DE ALUMINIO-ZINC
4.4 Metales y aleaciones que pueden ser conformados por fundición.
El aluminio es uno de los metales que puede ser conformado por fundición, las características que debe tener un metal a ser fundido son las siguientes: -
Baja temperatura de fusión, para usar menos combustible.
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Baja tensión superficial para la reproducción de detalles pequeños en las piezas.
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Bajo coeficiente de dilatación en estado liquido.
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Alta fluidez.
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Alta densidad para que la columna de líquido ayude a fluir al metal líquido.
4.5 Procedimientos para la fundición de aluminio.
La fundición de aluminio se puede hacer según los siguientes procedimientos: Moldeo en arena verde. Moldeo en arena seca. Moldeo en yeso, cascara, cera perdida, coquilla e inyectada. 4.6 Características de las aleaciones de aluminio para fundición.
En nuestro caso la aleación que podría ser la que se va fundir es una de aluminio – silicio por tratarse de pistones, en ese caso está aleación tiene una buena colabilidad, y ausencia de fragilidad por contracción, pero no presenta una buena maquinabilidad debido a los cristales de silicio, que tienen una alta dureza y dañan las cuchillas de corte. Las aleaciones de aluminio silicio tienen una buena resistencia a la presión, si se tiene un alto contenido de silicio se puede conseguir una buena capa protectora de óxido.
Además en resistencia a la corrosión está en primer lugar el aluminio puro, luego las aleaciones de aluminio- silicio, y aluminio- magnesio. 4.7 Las aleaciones de aluminio- silicio, más comunes para fundición son las siguientes. G AL SI 13: Para usos generales especialmente para piezas de paredes delgadas G AL SI 12 MN MG: Sirve para piezas de paredes delgadas y sometidas a esfuerzo. G AL SI 9 MN MG: Para usos generales G AL SI 5 CU MG: Para usos generales y específicamente para cilindros de motores y cuerpos de
bombas. 4.8 Cuidados durante la fundición de aleaciones no ferrosas.
Estas aleaciones se oxidad fácilmente cuando el medio es oxidante y absorben muchos gases como el hidrogeno y el nitrógeno, cuando se encuentran en un ambiente reductor. Estos metales durante su permanencia en estado liquido absorben gases como el oxigeno, nitrógeno, hidrogeno, CO y CO2. La cantidad que absorbe el metal en estado liquido los gases mencionados anteriormente es función de la temperatura, del tiempo, y si el ambiente es oxidante o reductor. El oxigeno forma oxidos y queda como inclusiones, el nitrógeno e hidrogeno quedan atrapados dentro del metal y forman porosidades que se conocen como defectos de la fundición. Las recomendaciones para evitar defectos en la fundición son las s iguientes. -
La temperatura de colada debe alcanzarse de abajo hacia arriba y no debe sobrepasarse tal temperatura.
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El tiempo de permanencia del metal en el horno debe ser mínima luego de alcanzarse la temperatura de la colada.
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Fundir el metal en un ambiente neutro y se p uede aceptar una ligera tendencia al ambiente reductor.
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Aislar el metal del contacto con la atmosfera y el ambiente.
Los cloruros y fluoruros de metales alcalinos, tienen la propiedad de proteger la superficie libre del metal contra la oxidación, para desoxidar y para desgasificar. Los cloruros y fluoruros se descomponen en contacto con el metal liquido y desplazan a los gases disueltos. 4.9 Procedimiento para aleaciones que contengan más del 60 % de aluminio.
Se debe calentar el metal hasta llegar a 900 °C o más durante 10 minutos, luego se enfria hasta alcanzar la temperatura de colada la cual está entre 760 y 800 °C. 4.9 Moldeo y fundición de piezas.
En el moldeo se debe tomar en cuenta la contracción del metal desde el estado liquido, siendo la tolerancia por contracción para el aluminio de 1.04 a 1.3 %, el cual es el factor a tomarse en cuanta para la sobredimensión de la pieza. Además se debe tomar en cuenta un m argen de mecanización en la sobredimensión de la pieza. 4.10 Fases del moldeo.
5. EXPERIMENTACION: PROCEDIMIENTO: a) Dimensionar y construir el bebedero, canal de alimentación, talón de caída, estrangulamiento
del canal de distribución, y canales de entrada según un procedimiento estandarizado: En los apuntes de fundición del Ing. Mario Pástor se indica el siguiente procedimiento estándar para la determinación de las dimensiones de los componentes del sistema de alimentación:
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En la primera tabla se tiene un diámetro del bebedero en función del peso de la pieza, como el peso es de 3 lb, se escoge un diámetro del bebedero de ¾ In, además se toma en cuenta la forma del bebedero para aleaciones no ferrosas que se muestra en la figura:
Fuente: Apuntes de Fundición, Ing. Mario Pástor.
Fuente: Apuntes de Fundición, Ing. Mario Pástor.
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El talón de caída debe tener las siguientes dimensiones en función de la altura del can al de distribución:
Fuente: Apuntes de Fundición, Ing. Mario Pástor.
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El área del canal de distribución se recomienda para sistemas presurizados, debe ser menor a la sección del bebedero en un 10 %, esto se toma considerando que en la primera práctica se diseñó el sistema de alimentación como sise tratase de un s istema despresurizado, asi que vamos a disminuir las secciones para aumentar la velocidad del flujo y disminuir el área de contacto para que disminuya la transferencia de calor.
Sección del bebedero= 0.44 in^2 Sección del canal de distribución= 0.9 Sección del bebedero Sección del canal de distribución (trapezoidal)= 0.39
Dimensiones del canal de distribución:
Fuente: Apuntes de Fundición, Ing. Mario Pástor.
La sección de los canales de distribución es de 0,39 in^2, y se asume que b=h, para hallar las dimensiones del canal trapezoidal: = 0,39 = 0,62
Además asumimos que a es el 80 % de c, por tanto: a= 0,62 in, c= 0.74 in. -
El estrangulamiento se lo realizó a 1cm antes de los canales de entrada. Los canales de entrada tienen una sección en 10 % menor a la sección de los canales de distribución, por tanto:
Sección del canal de entrada=sección del canal de distribución*.9 Sección del canal de entrada=0.356in^2 Tomamos de la tabla un canal de entrada de 3/8 por 1 in de ancho. La cual debe ser esmerilada hasta obtener una sección de 0,36 in^2 aproximadamente.
En los canales de entrada se tiene que L= 25 mm y T = 9.2 mm Asi se cumplen todas las condiciones de el método de los bebedero estándar. Fuente: Apuntes de Fundición, Ing. Mario Pástor.
b) Dimensionar y construir la mazarota según un procedimiento mediante el cual se asegure un
tiempo de solidificación de la pieza mayor que de la mazarota o montante:
Aquí la mazarota traba c)
Colocación de la caja en el lugar destinado al moldeo.
d) Ubicar el modelo dentro de la caja. e) Relleno de la caja con arena de moldeo debidamente preparada. f)
Apisonado de la arena para darle compactación.
g) Volcar la caja de fondo con modelo y tablero. h) Alisar la superficie libre de la arena alrededor del moldeo. i)
Colocar la caja de la tapa, poner en el sitio de alimentación, espolvorear arena seca fina para separar la arena húmeda de ambos moldes, rellenar la arena y apisonar la tapa.
EQUIPOS Y MATERIALES
6. RESULTADOS:
7. CONCLUSIONES
8. REFERENCIAS
1. Sydney H. Avner ., Introducción a la metalurgia física, 2a. ed., New York, McGraw-Hill, pp 477488. 2. Smith, W. F., Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales - 4a. ed. - Madrid: McGrawHill, 1993.p 434. 3. Metals Handbook.Microstructure of aluminum Alloy.Pag 258.
4. AVNER, Sidney. Introducción a la metalurgia Física. México, McGraw-Hill, 1995. P253. 5. Mercancías Peligrosas disponible en: [http://panelnaranja.es/clase 3/#sthash.8a87GQ8c.dpbs], fecha de consulta: 2013-06-12.
