COLADA CONTINUA El Proceso Aunque el proceso de fundición continua, continua, también conocido como colada continua, es el más común para la producción de varillas, barras de diferentes secciones y láminas en acero de varios calibres y longitudes y con el que se obtiene más de un ter cio del acero que produce la industria en el mundo, actualmente, también se est á utilizando con gran éxito para la fundición de hierros gris y nodular, mejorando la calidad de los productos y reduciendo costos operativos.
Se denomina continuo porque per mite la solidificación y el retiro inmediato del metal de un molde de - terminado y adaptado, f inalizando álicas. con el corte a la longitud re qu e rida de las piezas met álicas.
Ventajas Fr ent e a otros Procesos de Fundición
Los hierros de colada continua presentan muchas venta jas notables si se los compara con otros hierros fundidos pues, debido a la naturaleza del proceso de fabricación, es posible evitar muchos defectos típicos de los métodos tradicionales que constituyen la mayor causa de pérdidas por deterioro y maquinado. Para entender los beneficios que ofrece el proceso de f un undición continua continua es indispensable describir los defectos más comunes que causa la fundición tradicional en el material y, cómo éstos son corregidos por la fundición de colada continua. Entre las fallas más frecuentes se encuent ran: ran:
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Burbujas de gas: en la fundición tradicional est e def ect o se present a int ernament e, con una apariencia redonda ó alargada de diferentes tamaños y con superficies internas suaves debido a los gases que producen los moldes y otros materiales de moldeo por las altas temperaturas del hierro fundido. En la producción de los hierros de colada continua, la coquilla, al estar fabricada de grafito, no pro- duce gases cuando soporta altas temperaturas, lo que inhibe la formación de álica. burbujas en la estructura met álica.
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Rechupes centralizados: vacío que se forma por f alt a de hierro fundido en la sección durante la solidificación. En la fundición continua, el flujo continuo de material fundido a través del horno de alimentación evita que esto ocurra.
Inclusión de escoria: Este residuo no metálico siempre se encuentra en las fundiciones que operan con moldes cerrados. Por lo general, esas impurezas se derraman junto con el hierro del crisol al molde. El proceso de fundición continua empieza vertiendo el hierro líquido en el horno de alimentación, lo que hace que impurezas, como la escoria, floten sobre el hierro líquido y facilite retirarlas y mantenerlas alejadas de la salida del hierro al molde de grafito ubicado en la base del horno. •
La colada o vaciado es uno de los procesos más antiguos que se conocen para trabajar los metales, es el proceso que da forma a un objeto al entrar material líquido en una cavidad formada en un bloque de arena aglomerada u otro material que se llama molde y dejar que se solidifique el líquido. En casi todos los hogares y oficinas hay numerosos objetos hechos por colada o moldeo. El automóvil normal emplea una gran variedad de piezas de diferentes materiales, hechas con diversos procedimientos de colado o vaciado. Productos de la Fundición Continua
A través del proceso de fundición continua se pueden producir una gran variedad de hierros, pero dentro de esa gran gama de productos se trabajan habitualmente dos tipos: el gris y el nodular que son aleaciones de hierro-carbono-silicio. Para obtenerlo, al hierro fundido se le añade carbono en cantidades que excedan la proporción de éste retenida en la solución sólida austenítica y se precipita formando grafito. El grafito puede presentarse en forma de laminillas, formando el hierro gris, o en nódulos componiendo el hierro nodular. •
Clases de hierro gris
Las clases de hierro gris producidas por fundición continua según las normas ASTM A48 son: Clase 30 - Hierro gris perlítico/ferrítico y, Clase 40 - Hierro gris perlítico. El primero, presenta como principal característica una excelente maquinabilidad, permitiendo más velocidad de corte y reducción del desgaste prematuro de las herramientas, buena absorción de vibraciones y excelente conductibilidad térmica y mecanizado fácil. Es apropia- do para la fabricación de productos con propiedades mecánicas medias, tales como bujes, poleas, anillos, cuellos. Esta clase de hierro no es recomendado para ser sometido a tratamientos térmicos de endurecimiento.
Clases de hierro nodular
Respecto a las clases de hierro nodular de colada continua, estas se caracterizan principalmente por su estructura grafítica esferoidal que, en la práctica permite una excelente resistencia al desgaste y alta maquinabilidad, propiedad derivada del buen límite de resistencia a la tracción, que en la condición bruta, puede variar de 60.000 a 100.000 psi (400 a 700 Mpa) con alargamiento del 18 al 3 por ciento. Entre los hierros de esta categoría se encuentran: ASTM A536 Clase 60-40-18: hierro nodular ferrítico, es un hierro con grafito tipo I y II, en una matriz completa- mente ferrítica obtenida por tratamiento térmico. Además de su excelente maquinabilidad, la matriz ferrítica proporciona alta tenacidad y permeabilidad magnética. Este material presenta en condición bruta de fundición un límite de resistencia a la tracción y alargamiento, similares al acero SAE 1020 laminado en caliente. ASTM A536 Clase 65-45-12: hierro nodular ferritico/perlitico, las principales características del hierro nodular en las clases 60-40-18 y 6545-12, con matriz ferrítica y ferrítica/perlítica cuentan con buena maquinabilidad, excelente acabado superficial y excelente estanqueidad. ASTM A536 Clase 80-55-06: hierro nodular perlitico/ ferrifico y, ASTM A536 Clase100-70-03 Hierro nodular perlitico. Son hierros que poseen óptima templabilidad, elevadas propiedades mecánicas, límite de resistencia a la tracción y alargamiento similar al de los aceros SAE 1040/1045. Esto hace que estas clases sean una buena elección para aplicaciones de componentes de máquinas que exijan resistencia al desgaste y tratamientos térmicos superficiales, por ejemplo, engranajes, ejes, pernos para eje, tuercas, cuerpos moledores, vástagos de pistón, cojinetes, asientos de válvula, entre otros.
Elementos principales de una instalación de colada continua. 1. Cuchara de colada. (De vaciado por arriba o por el fondo) 2. Depósito distribuidor. (Asegura la perfecta separación de la escoria) 3. Lingotera. (Abierta por los dos extremos, sometida a movimiento alternativo) 4. Sección de refrigeración. (Corriente de agua o agua pulverizada) 5. Mecanismo enderezador. (Rodillos que obligan a pasar la barra entre ellos) 6. Mecanismo de corte. (Oxicorte, con varios sopletes para seccionar la barra) 7. Sistema de extracción. (Avance continuo, almacenamiento de barras). Tipos de máquinas de colada. 1. Máquina de molde recto vertical. 2. Máquina de descarga curva. 3. Máquina de molde curvado. Lingoteras: Son hechas de placas de cobre ensambladas con un espesor de 6 a 7mm, con envoltura de placas de acero para perfiles grandes y medios, y de tubos de cobre de espesor de 6 a 12 mm, con camisa externa que forma el conducto para circulación del agua, estos para perfiles pequeños. Las lingoteras fijas tienen de 1500 a 2500 mm de longitud y las lingoteras oscilantes tienen de 600 a 800mm, estas son las más usadas. El agua que realiza la refrigeración absorbe 1/3 del calor. Sobre el nivel del metal en la lingotera o a través de una ranura en la parte superior se lubrica el paso de la barra
por la lingotera con aceite de Movimiento oscilante de la lingotera:
colza
o
con
cera
de
parafina.
Permite mayores velocidades de colada. La lingotera desciende a una velocidad ligeramente superior a la de la barra, produciéndose el "deslingotado negativo". Las carreras de la lingotera están entre 10 y 60 mm, según la sección. Enfriamiento secundario: En la sección de enfriamiento la barra se solidifica totalmente, en esta sección hay una batería de boquillas que rocían con agua pulverizada la barra y grupos de rodillos guía y rodillos soportes que la conducen. El enfriamiento debe ser uniforme y el mínimo indispensable. Velocidad de extracción y capacidad de colada:
Se superan los 12 m/min para secciones pequeñas. La duración de la colada en la cuchara se limita a 45 minutos con vaciado de fondo y a 75 minutos con inclinación de la cuchara. Ventajas de la colada continua:
En la colada ordinaria se tienen los siguientes defectos: 1. Rechupes, uso de mazarotas, pérdidas de metal. 2. Segregaciones originan diferencias de composición entre cabecera y pie y entre paredes y centro de los lingotes. 3. Es necesario producir desbastes intermedios y lingotes cada vez mayores; por consiguiente se deben aumentar tamaños de hornos y laminadores. En la colada continua:
1. No hay rechupe porque el hueco que se produce a causa de la contracción se llena inmediatamente. 2. Se reduce la importancia de segregación transversal y desaparece la longitudinal, pues las secciones de la barra son relativamente pequeñas. 3. La colada continua es más rápida y sencilla que la colada en lingoteras, se disminuye por eso su costo de operación, se suprimen los hornos de fosa de precalentamiento de los lingotes y los trenes desbastadores.
Fundicion
Propiedades de las fundiciones.
El empleo de la fundición para la fabricación de piezas para usos muy diversos, ofrece, entre otras las siguientes ventajas: a) Las piezas de fundición son, en general más baratas que las de acero, y su fabricación es también más sencilla por emplearse instalaciones menos costosas y realizarse la fusión a temperaturas relativamente poco elevadas, siendo menores que las correspondientes a los aceros. b) Las fundiciones son, en general, mucho más fáciles de mecanizar que los aceros. c) Se pueden fabricar con relativa facilidad piezas de grandes dimensiones y también piezas pequeñas y complicadas, que se pueden obtener con gran precisión de formas y medidas, siendo además en ellas mucho menos frecuentes la aparición de zonas porosas que en las piezas fabricadas con acero fundido. d) Para numerosos elementos de motores, maquinaria, etc., son suficientes las características mecánicas que poseen las fundiciones. Su resistencia a la compresión es muy elevada (50 a 100 Kg./mm²) y su resistencia a la tracción (12 a 90 Kg./mm²) es también aceptable para muchas aplicaciones. Tienen buena resistencia al desgaste y absorben muy bien (mejor que el acero) las vibraciones de máquinas, motores, etc., a que a veces están sometidas. e)
Su
fabricación
exige
menos
precauciones
que
la
del
acero.
f) Como la temperatura de fusión de las fundiciones es bastante baja, se pueden sobrepasar con bastante facilidad, por lo que en general suele ser bastante fácil conseguir que las fundiciones de estado líquido tengan gran fluidez, y con ello se facilita la fabricación de piezas de poco espesor. En la solidificación presentan mucha menos contracción que los aceros y además su fabricación no exige como en la de los aceros, el empleo de ref ractarios relativamente especiales. g) En el caso particular de la fundición nodular, posee excelentes características y en muchos casos llegan a ser una gran competencia para el acero. FUNDICIÓN NODULAR
Al encontrarse el carbono en forma esferoidal, la continuidad de la matriz se interrumpe mucho menos que cuando se encuentra en forma laminar; esto da lugar a una resistencia a la tracción y tenacidad, mayores que en la fundición gris ordinaria. La fundición nodular se diferencia de la fundición maleable en que normalmente se obtiene directamente en bruto de fusión sin necesidad de tratamiento térmico posterior. Además los nódulos presentan una forma más esférica que los aglomerados de grafito, más o menos irregulares, que aparecen en la fundición maleable. El contenido total en carbono de la fundición nodular es igual al de la fundición gris. Las partículas esferoidales de grafito se forman durante la solidificación, debido a la presencia de pequeñas cantidades de alguno elemento de aleación formadores de nódulos, normalmente magnesio y cerio, los cuales se adicionan al caldero inmediatamente antes de pasar el metal a los moldes. La cantidad de ferrita presente en la matriz en bruto de colada depende de la composición y de la velocidad de enfriamiento. Las fundiciones ferríticas son las que proporcionan la máxima ductilidad, tenacidad y maquinabilidad.
Estas fundiciones, bien en bruto de fundición o tras haber sufrido un normalizado, pueden presentar también una matriz constituida en gran parte por perlita.
FUNDICIÓN NODULAR
Microestructura de la fundición nodular ferrítico perlítica La fundición nodular, dúctil o esferoidal se produce en hornos cubilotes, con la fusión de arrabio y chatarra mezclados con coque y piedra caliza. La mayor parte del contenido de carbono en el hierro nodular, tiene forma de esferoides. Para producir la estructura nodular el hierro fundido que sale del horno se inocula con una pequeña cantidad de materiales como magnesio, cerio, o ambos. Esta microestructura produce propiedades deseables como alta ductilidad, resistencia, buen maquinado, buena fluidez para la colada, buena endurecibilidad y tenacidad. No puede ser tan dura como la fundición blanca, salvo que la sometan a un tratamiento térmico, superficial, especial. Este tipo de fundición se caracteriza porque en ella el grafito aparece en forma de esferas minúsculas y así la continuidad de la matriz se interrumpe mucho menos que cuando se encuentra en forma laminar, esto da lugar a una resistencia a la tracción y tenacidad mayores que en la fundición gris ordinaria. La fundición nodular se diferencia de la fundición maleable en que normalmente se obtiene directamente en bruto de colada sin necesidad de tratamiento térmico posterior. El contenido total de carbono de la fundición nodular es igual al de la fundición gris. Las partículas esferoidales de grafito se forman durante la solidificación debido a la presencia de pequeñas cantidades de magnesio o cerio, las cuales se adicionan al
caldero antes de colar el metal a los moldes, la cantidad de ferrita presente en la matriz depende de la composición y de la velocidad de enfriamiento.
Las fundiciones nodulares perlíticas presentan mayor resistencia pero menor ductilidad y maquinabilidad que las fundiciones nodulares ferríticas. Resistencia Lím. fluencia psix1000 60-40-18 42000 28000 65-45-12 45000 32000 80-55-06 56000 38000 100-70-03 70000 47000 120-70-02 84000 63000 Clase
Dureza brinell 149-187 170-207 187-255 217-267 240-300
alargamiento (%) 18 12 6 3 2
Clasificación de la fundición nodular teniendo en cuenta sus características mecánicas de acuerdo con la norma ASTM A-536. Cada día se están sustituyendo muchos elementos de máquinas que tradicionalmente eran de fundición gris o acero por fundición nodular. Esta fundición recibe tratamiento de aleación con contenido de Mg cuando está por solidificar. El Mg al tener una muy alta reacción con el O hace que aumente violentamente el volumen, formando esferas. El C se dispone como nódulos en forma de esferas. Estas esferas se ubican en una matriz de ferrita o perlita de acuerdo al tratamiento térmico. Características: 1. Buena fluidez y moldeabilidad 2. Excelente capacidad de mecanizado 3. Buena resistencia al desgaste 4. Tiene un número de propiedades semejantes a las del acero tales como alta resistencia, tenacidad, ductilidad, conformabilidad en caliente y templabilidad.
Fundición nodular La fundición nodular se obtiene mediante la introducción controlada de magnesio en el hierro fundido, y bajas proporciones de azufre y fósforo. Se obtiene de este modo una extraordinaria modificación en la micro-estructura del metal, ya que el carbono se deposita en la matriz ferrítica en forma de esferas al contrario de lo que ocurre en el hierro gris, en el que el carbono toma la forma de láminas. El resultado de este importantísimo cambio de estructura, es un hierro mucho más fuerte, resistente y elástico. . Resistencia a la compresión. . Aptitud al moldeo. . Resistencia a la abrasión. . Maquinabilidad. . Resistencia a la fatiga. VENTAJAS DE LA FUNDICION NODULAR
Una de las ventajas más importantes que aporta este material es la reducción de peso en las piezas, lo que permite disminuir las cuadrillas de instalación y aligerar el transporte. Para seguir enumerando ventajas, podríamos mencionar un apreciable aumento de la resistencia a la tracción (420 N/mm2) respecto de las ya elevadas de las fundiciones grises (180 a 200 N/mm2); también la capacidad de alargamiento que rebasa ampliamente el 5%. Por ello este tipo de fundición, que sigue conservando las excelentes propiedades de resistencia a la corrosión de las fundiciones de hierro, se comporta desde un punto de vista mecánico, prácticamente como el acero. En resumen, aún poseyendo el mismo contenido de carbono que la fundición gris, la fundición dúctil añade tres características importantes:
Resistencia a la tracción y a los choques. Alargamiento importante.
