CLASIFICACION DE LOS HORNOS USADO PARA LA FUSIÓN

CLASIFICACION DE LOS HORNOS USADO PARA LA FUSIÓN


Los hornos que se usan para fundir metales y sus aleaciones varían mucho en capacidad y diseño. Varían desde los pequeños hornos de crisol que contienen unos cuantos kilogramos de metal a hornos de hogar abierto hasta 200 toneladas de capacidad. El tipo de horno usado para un proceso de fundición queda determinado por los siguientes factores:

 Necesidades de fundir la aleación tan rápidamente como sea posible y elevarla a la temperatura de vaciado requerida.

 La necesidad de mantener tanto la pureza de la carga, como precisión de su composición.

 La producción requerida del horno.

 El costo de operación del horno.









LOS HORNOS PARA FUSION DE METALES:

Pueden clasificarse convenientemente en cuatro grupos principales, según el grado de contacto que tenga lugar entre la carga y combustible o sus productos de combustibles.

 Hornos en los cuales la carga se encuentra en contacto intimo con el combustible y los productos de combustión. El horno más importante en este grupo es el de cubilote.

 Hornos en los que la carga esta aislada del combustible pero en contacto con los productos de la combustión. Este tipo de hornos es el horno hogar abierto para la fabricación de acero.

 Hornos en que la carga se encuentra aislada tanto del combustible como de los productos de la combustión. El principal es el horno que se emplea un crisol que puede calentarse ya sea por coque, gas o petróleo.

 Hornos eléctricos. Pueden ser de tipo de acero o de inducción.



TIPOS DE HORNOS USADOS EN FUNDICION:

 El cubilote de fundición.

 Los hornos de reversos.

 Hornos rotatorios.

 Hornos de crisol.

 Hornos de crisol de tipo sosa.

 Hornos basculantes.

 Hornos de aire.

 Hornos eléctricos

Pueden ser de acero o de inducción.

Convertidores: no es fundamentalmente un horno de fusión, aun cuando se use en la producción de acero para manufactura de vaciado.

ARENA Y MEZCLA PARA MOLDEO

La arena es el material básico que emplea el moldeador para confeccionar sus moldes, para los diversos tipos de metales y aleaciones que usualmente se producen en los talleres y fabricas de producción.

La planta centralizadora de arena ubicada en un taller o fabrica suministra arenas ya preparadas mediante un sistema de cintas transportadoras a las distintas secciones del moldeo, a través de los depósitos y tolvas de almacenaje, situados en mayor altura y que reciben continuamente la arena usada para acondicionarla nuevamente.



DISTINTOS TIPOS DE ARENAS PARA MOLDEO

 Arena Verde: es una arena húmeda, es decir, que se ha secado.

 Arena seca: es aquella a la que se le ha eliminado toda la humedad antes de efectuar la colada, mediante el secado de enfurtas.

 Arenas de revestimiento o de contacto: es la que se apisona contra la cara del moldeo y una vez extraído este, formará la capa interna del molde.

 Arena de relleno: procede de los moldes ya colados y vuelve nuevamente a utilizarse después de preparada para rellenar el molde durante el moldeado.

OTROS TIPOS DE ARENA SON

 ARENA NEGRA

 ARENA SINTÉTICA

 ARENA NATURALES

 ARENA PARA MACHOS

 ARENA AL ACEITE.

FORMACION GRANULO METRICA Y CLASIFICACION DE YACIMIENTOS

Las cuencas para la fundición están constituidas en general por granos de cuarzo asociados a alguna clase de arcilla y es frecuente que contengan otros minerales en pequeñas cantidades como el feldespato.

La naturaleza de estos minerales depende de la roca de la que se origino la arena.

El color de las arenas varía entre el blanco puro y el rojo oscuro o pardo según las impurezas que contengan.

De acuerdo con los criterios manejados podemos dar a las arenas una clasificación atendiendo al agente principal que influyo en su formación en los depósitos que actualmente se conoce.

 ARENAS ARRASTRADAS POR EL VIENTO.

 ARENAS DE RÍOS O FLUVIALES.

 ARENAS DE LAGOS.

 ARENAS DE DESEMBOCADURAS.

 ARENAS DE PLAYAS.

 ARENAS DE GLACIARES.

MOLDEO PARA FUNDICION

MATERIALES PARA MOLDEO

Para la confección de modelos se emplean materiales muy variados como son:

 MADERAS

 LOS METALES BLANDOS

 LAS ALEACIONES DE ALUMINIO

 EL HIERRO

 EL LATÓN

 EL YAYO

 LOS PLÁSTICOS, LA GOMA Y OTROS COMPUESTOS.

Cada material tiene características especiales que deben tenerse en cuenta al emplearse en un modelo.

TIPOS Y CLASIFICACIÓN DE LOS MODELOS

Los modelos como su nombre lo indica son la representación genérica de las piezas y están destinados a reproducir en negativo su forma en el molde de arena, para luego ser llenado con aleación liquida y obtener la representación real de una pieza o perfil deseado.

 MODELOS ENTERIZOS SENCILLOS.

 MODELOS ENTERIZOS COMPLEJOS.

 MODELOS DIVIDIDOS O PARTIDOS.

 MODELOS DIVIDIDOS COMPLEJOS.

 MODELOS INTERNOS O CAJA DE MACHO.



MAQUINA CENTRIFUGADORAS DE ARENA

Se basan todas en el mismo principio; lanzar al espacio por un mecanismo cualquiera la arena que se quiera desmenuzar, de modo que tal partes gruesas se desintegran por la acción de la resistencia.

TIPOS

 DESINTEGRADO CENTRIFUGO.

 CENTRIFUGADOR DE CINTA.

SISTEMA DE ALIMENTACION

El llenado de un molde con metal o aleación liquida es una operación importante y cuidadosa para obtener piezas sanas con buena estructura.

Para llevar el metal o aleación liquida al interior de un molde es preciso dotarlo con los correspondiente conductos de colada que unidos entre si contribuyen a que este fluya a la cavidad interna.

ELEMENTOS DEL SISTEMA DE ALIMENTACIÓN

Se llama sistema de alimentación al conjunto de tazas de colada, canales, respiraderos y mazarotas que unidos entre si conducen el metal o aleación liquida a la cavidad interna del moldeo.

Tipos de elementos que integran el sistema de alimentación para un molde de arena cualquiera:

 TAZA DE COLADA

 TAZA DE COLADA CÓNICA TRADICIONAL

 TAZA EN FORMA DE TACÓN DE ESCORIAS

 TAZA DE COLADA CON FONDO PLANO

 TAZA DE COLADA ANULARES

 TAZA DE COLADA DE DOBLE COMUNICACIÓN EXTERNA.









SEPARADORES DE ESCORIAS

Es el canal distribuidor intermedio de sección generalmente trapezoidal que une el orificio de bajada con los canales de admisión a la pieza.

TIPOS

 ESCORIADOR EN ZIGZAG

 ESCORIADOR CON CAMBIO DE DIRECCIÓN

 SEPARADOR DE ESCORIA CON MACHO FILTRO

 ESCORIA CON TRAMPA ANGULAR.

FUSION DE HIERRO COLADO

En esta fusión el cubilote se emplea en mayores escalas que cualquier clase de horno. El tamaño del cubilote generalmente se expresa en función del diámetro interno al nivel de las toberas. Esa dimensión rige al área transversal de la zona de fusión y el ritmo de fusión en toneladas por hora.

La carga metálica al cubilote consiste de hierro, en lingote, padecería de la fundición, padecería de hierro fundido comprando algunas veces padecería de hierro.

El hierro lingote de alto horno se vacía, ahora generalmente dentro de moldes metálicos en maquinarias adecuadas.

El coque usado como combustible en el cubilo debe ser de una variedad dura y densa con un contenido de cenizas no superior al 10% y un contenido de azufre de 10% como máximo.

Una vez fundido la primera carga de metal, la altura de la cama de coque reducirá en unos 15 cm. este coque quemado de la cama debe ser sustituido por una carga de coque o capa que sigue a la carga de metal.

Algunas veces se agregan pequeñas cantidades de feldespato con a caliza. Este es un mineral químicamente neutro, que se funde a bajas temperaturas y ayuda as a producir una escoria mas fluida en el cubilote.







El hierro dúctil o 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 DEL HIERRO DÚCTIL.



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.

. Alto límite elástico.

TRATAMIENTO TERMICO DE LA FUNDICION BLANCA

TRATAMIENTO TERMICO DE LA FUNDICION BLANCA


Se domina como tratamiento térmico el proceso al que se someten los metales con el fin de optimizar sus propiedades mecánicas, principalmente la dureza, la resistencia y la tenacidad. Los materiales a los que se emplea el tratamiento térmico son, primordialmente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono.

Preparar una fundición maleable a corazón negro

Fundición blanca

Las fundiciones blancas no contiene grafito libre, en cambio todo el carbono se presenta combinado como Fe2C. Sus características son:

- Excepcional dureza y resistencia a la abrasión

- Gran rigidez y fragilidad

- Pobre resistencia al choque

- Dificultad para lograr uniformidad de estructura metalografía según el espesor Desde el estado liquido, se forman cristales de ausentita que disuelven cada vez mas carbono hasta llegar a la temperatura eutéctica, en donde el liquido remanente

reacciona para formar el eutéctico ledeburita y cementita. Como la reacción ocurre a alta temperatura (1100`C) la ledeburita aparece como una mezcla gruesa.

Al bajar la temperatura, la austenita segrega carbono porque baja la solubilidad, de

manera que da lugar a la precipitación de cementita proeutectoide mayormente sobre la cementita ya presente.

A la temperatura eutectoide (723`C), la austenita con 0,8% de carbono se transforma en perlita por la reacción eutectoide.

La estructura típica de una fundición blanca consiste en dendritas de austerita transformada (perlita) rodeadas de una red interdendrítica de cementita.

La cementita es un compuesto intermetálico duro y frágil que forma una red interdendrítica. Esta característica hace a la fundición blanca muy dura y resistente al desgaste pero frágil y difícil de maquinar. Su aplicación esta en aquellos lugares donde la resistencia a la abrasión y desgaste es lo mas importante ya que no admite ninguna...

FUNDICION MALEABLE

GRIS NODULAR MALEABLE

ALEADA




Los hierros maleables son prototipos especiales de hierros producidos por el tratamiento térmico de la fundición blanca. Estas fundiciones se someten a rígidos controles y dan por resultado un micro estructura en la cual la mayoría del carbono está en la forma combinada de cementita, debido a su estructura la fundición blanca es dura, quebradiza y muy difícil de maquinar.

La fundición blanca se produce en el horno de cubilote, su composición y rapidez de solidificación separa coladas que se transformarán con tratamiento térmico en hierro maleable. La fundición blanca también se utiliza en aplicaciones donde se necesita buena resistencia al desgaste tal como en las trituradoras y en los molinos de rodillos.



FUNDICIÓN NODULAR

Al contrario de una fundición gris, la cual contiene hojuelas de grafito, la fundición nodular tiene una estructura de colada que contiene partículas de grafito en forma de pequeños nódulos esferoidales en una matriz metálica dúctil. De este modo la fundición nodular tiene

Una resistencia mucho mayor que una fundición gris y un considerable grado de ductilidad, estas propiedades y otras tantas pueden mejorarse con la utilización de tratamientos térmicos.

Al igual que una fundición gris, este material tiene la ventaja de poseer una excelente fluidez. De este modo es posible obtener piezas de reducidos espesores, siempre que se asegure un flujo lineal y calmado a la hora de llenar los moldes, esto es imprescindible para evitar el endurecimiento de los bordes y la formación de carburos en las secciones más delgadas.

La fundición nodular se fabrica tratando el hierro liquido bajo en azufre (< 0,02% en peso) en

Cuchara, con un aditivo que contiene magnesio (0,04 a 0,06% en peso) para luego ser noculado usando una aleación de silicio minutos antes de ser vertido. En general, los rangos de composición química son similares a los de la fundición gris, pero en este caso existe un importante número de diferencias.

Para obtener la mejor combinación de resistencia, ductilidad y tenacidad, la materia prima debe ser escogida de modo que sea baja en impurezas. Particularmente deben evitarse aquellos elementos que promueven la reacción perlifica de la matriz.

 FUNDICIÓN GRIS

En la maquinaria moderna se aplica en gran escala la fundición gris; el peso especifico de las piezas de fundición constituye en termino medio el 50% del peso de las maquinas fabricadas, durante los últimos 30 años las propiedades mecánicas de las piezas de fundición se han elevado en mas de 3 veces si en 1920 él limite de resistencia a la rotura era de 20Kg/mm2, en el tiempo presente este limite alcanza de 60-70 Kg/mm2. La fundición gris es una aleación de hierro con contenido variable de carbono (2-4.5%), silicio (0.5-3.5%), manganeso (0.5-1.5%), fósforo (0.1-1.0%), y azufre (hasta0.15%), los cuales determinan las diferenciasen las propiedades de la fundición. De los elementos indicados los más importantes son el carbono y silicio.

 TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS ACEROS Y FUNDICIONES

 FUNDAMENTOS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO

Es el conjunto de operaciones del calentamiento permanente y enfriamiento de las aleaciones de metales en estado sólido con el fin de cambiar su estructura y conseguir las propiedades físicas y mecánicas necesarias del mismo.

Los tratamientos térmicos con cambios estructurales están basados en tres tipos generales de reacciones:

1 transformación alotrópica, que es la base de la mayoría de las reacciones en los aceros.

-Precipitación o envejecimiento cuando la solubilidad de una fase en el material disolvente es mayor a una temperatura que a otra inferior a aquella.

-Descomposición, que comprende la transformación de ciertas fases en otras, con propiedades más convenientes y cuya aplicación más importante es la obtención de la fundición maleable.

PROCESO DE CIANURACIÓN

PROCESO DE CIANURACIÓN


Cianuración es un tratamiento termoquímico que se da a los aceros. Cuando se quiere obtener una superficie dura y resistente al desgaste, esto se logra empleando un baño de cianuro fundido, la cianuración se puede considerar como un tratamiento intermedio entre la cementación la nitruración ya que el endurecimiento se consigue por la acción combinada del carbono y el nitrógeno a una temperatura determinada.



PROCESO DE NITURACIÓN

Nitruración es un tratamiento termoquímico que se le da al acero. El proceso altera su composición aumentando el nitrógeno mientras es caldeado. El resultado es un aumento de la dureza superficial de las piezas. Además incrementa la resistencia a la corrosión y a la fatiga. Otra variante de este procedimiento, es el proceso tenifer.

PROCEDIMIENTO

La nitruración puede ser en horno o iónica. En el primer caso la pieza se implanta en un horno en el que se carga a la atmósfera con amoníacoy rápidamente se caldea a temperaturas de alrededor de 500°C. Esto forma que el amoníaco se altere en nitrógeno e hidrógeno; el hidrógeno se aísla del nitrógeno por contraste de densidad y el nitrógeno, al asociarse con la superficie de la pieza, logra un recubrimiento de nitruración.

En otro proceso de la nitruración iónica, las moléculas de amoníaco se destrozan por razón de la aplicación de un campo eléctrico. Esto se obtiene sometiendo al amoníaco a una diferencia de potencial de entre 300 y 1000 V. Los iones de nitrógeno se dirigen hacia el cátodo (que consiste en la pieza a tratar) y reaccionan para establecer el nitruro de hierro, Fe2N.

este tratamiento proporciona una gran dureza superficial a la pieza, la velocidad de encaje es muy lenta, alrededor de 1 mm en 100 horas de tratamiento, pero no precisa de temple posterior. Las fragmentos de la pieza que no se quieran nitrurar se deben envolver con un baño de estaño-plomo al 50%.

APLICACIÓN DE LA NITRURACION

La nitruración se aplica principalmente a piezas que son sometidas regularmente a grandes fuerzas de rozamiento y de carga, tales como pistas de rodamientos, camisas de cilindros, etc. Estas aplicaciones requieren que las piezas tengan un núcleo con cierta plasticidad, que absorba golpes y vibraciones, y una superficie de gran dureza que resista la fricción y el desgaste.

Las piezas que se hayan pasado por un proceso de nitruración se pueden usar en trabajos con temperaturas de hasta 500 °C (temperatura de nitruración), temperatura a la cual el nitrógeno comienza a escaparse de la pieza, eliminando los efectos de la nitruración y disminuyendo la dureza de la pieza.

Acero para nitruración

No todos los aceros son aptos para nitrurar, ya que en ocasiones el procedimiento puede resultar contraproducente, tales como los aceros al carbón, en los que el nitrógeno penetra demasiado rápido en la estructura y la capa nitrurada tiende a desprenderse.

Para este proceso resulta conveniente que en la composición de la aleación haya una cierta cantidad de aluminio (1% aproximadamente). Algunos ejemplos de aceros aptos para la nitruración son:

 ACERO PARA NITRURACIÓN AL CR-MO-V DE ALTA RESISTENCIA

La composición extra de este acero es la siguiente: 0,32% C, 3,25% Cr, 0,40% Mo y 0,22%V. Una vez tratado alcanza una resistencia mecánica de 120 kg/mm2. La capa nitratada se adhiere muy bien al núcleo sin temor a descascarilla miento. Se utiliza para construir piezas de gran resistencia y elevada dureza superficial para resistir el desgaste.

 ACERO PARA NITRURACIÓN AL CR-MO-V DE RESISTENCIA MEDIA

La composición extra de este acero es 0,25% C, 3,25%Cr, 0,40% Mo y 0,25% V. Tiene características y aplicaciones parecidos al anterior, solamente que su resistencia mecánica es de 100kg/mm2.

 Acero para nitruración al Cr-Al-Mo de alta dureza: la composición extra de este acero es 0,40% C, 1,50% Cr, 0,20% Mo y 1% Al. La capa nitrurada de este acero puede descascarillarse y es de gran fragilidad. Se utiliza para piezas que soporten una resistencia media y la mayor dureza superficial posible.

Este tratamiento también es aplicable a algunos aceros inoxidables, aceros al cromo-níquel y ciertas fundiciones al aluminio o al cromo.

FUNDICION

Productos carburados presentados o que se pueden presentar, después de la solidificación, eutéctica (eutéctica de cementita en las fundiciones blancas y eutéctica con grafito laminar en los grises). En ausencia de otros elementos distintos del carbono, este corresponde a c>1,7%. Este contenido límite varia con los demás elementos, pero puede ser definido en función del análisis químico como la red de eutéctica de cementita (o las plaquitas de grafito) se oponen a las deformaciones plásticas, estos productos son pocos o nada maleables.

Es en esencia una aleación hierro carbono que contiene eutéctica.

En las etapas iniciales de la manufactura del hierro y del acero, la fusión del metal no constituía una parte integral de proceso. El mineral se reducía químicamente empleando carbón vegetal y la masa esponjosa. Resultante se forjaba para darle una consistencia compacta. La técnica de la producción de las altas temperaturas no había avanzado lo suficientemente en una época para hacer posible la fusión del hierro en una escala industrial, aun hoy en día, algunos metales como por ejemplo: el tungsteno, que tienen punto de fusión muy elevados, se producen mas convenientemente por métodos de metalúrgica de polvo. Sin embargo, en el grueso de la producción metalúrgica, la fusión y vaciado constituyen los pasos primarios de los procesos de manufactura.

La introducción de metales tales como el titanio en la esfera de las operaciones metalúrgica, trajo consigo nuevas dificultades a resolver. El titanio fundido reacciona no solamente con la mayor parte de los gases, sino que también ataca a todos los refractarios ortodoxos empleados en los hornos. El método un tanto nuevo de fundir el titanio, por medio de un arco eléctrico en un crisol de cobre enfriado por agua, es el que se emplea actualmente.

REQUISITOS PRINCIPALES DE UN METAL FUNDIDO ANTES DEL VACIADO SON

o Que su composición química y pureza se haya mantenido durante la fusión.

o Que se encuentre a la temperatura de vaciado correcta.









La obtención de temperatura de vaciado correcta es sumamente importante si se vacía el metal o la aleación a una temperatura demasiado baja puede no fluir adecuadamente y no llenar todas las regiones del molde y en el mejor de los casos se puede resultar un vaciado con numerosas rechupes.

El uso de una temperatura de vaciado innecesariamente alta por otra parte puede conducir a una fusión gaseosa y la formación de burbujas en el vaciado resultante.

Durante la fusión pueden ocurrir cambios en la composición de la carga, es probable que esto suceda cuando uno de los ingredientes es volátil a la temperatura de vaciado de la aleación.

La fuente más común de impurezas durante un proceso de fusión es el combustible o los productos de la combustión.

Según (Ballay) podemos clasificar en cuatro grupos una serie de fundiciones especiales que respondan a necesidades muy variadas:

 Fundiciones grises y metálicas

 Fundiciones blancas especiales

 Fundiciones refractarias

 Fundiciones resistentes a la corrosión.