Fundicion y hornos

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Fundicion y hornos

  1. 1. 1FUNDICIÓNSe denomina fundición y también esmelter al proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas pero tambiénde plástico, consistente en fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica.El proceso más tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy abundante en lanaturaleza y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilitaevacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido.La fundición en arena consiste en colar un metal fundido, típicamente aleaciones de hierro, acero, bronce, latón yotros, en un molde de arena, dejarlo solidificar y posteriormente romper el molde para extraer la pieza fundida.Para la fundición con metales como el hierro o el plomo, que son significativamente más pesados que el molde dearena, la caja de moldeo es a menudo cubierta con una chapa gruesa para prevenir un problema conocido como"flotación del molde", que ocurre cuando la presión del metal empuja la arena por encima de la cavidad del molde,causando que el proceso no se lleve a cabo de forma satisfactoria.CLASIFICACIÓN DE LAS FUNDICIONES. Por ser muchos y muy diferentes los factores que hay que tener encuenta para la calificación y selección de las fundiciones, es difícil establecer una clasificación simple y clara de lasmismas. La más antigua y conocida de las clasificaciones establece cuatro grupos: fundición blanca, gris, atruchada ymaleable. A estos cuatro grupos se añade en la actualidad otro grupo, el de las funciones especiales, en el que sepueden incluir las fundiciones aleadas que contienen elementos especiales, las fundiciones nodulares, aciculares,inoculadas, etc...Clasificación de las funciones por su micro estructura: Las fundiciones que se obtienen en los altos hornos y enlos cubilotes se pueden clasificar de acuerdo con la microestructura en tres grandes grupos:Fundiciones en las que todo el carbono se encuentra combinado, formando cementita y que al romperse presentanfractura de fundición blanca.Fundiciones en las que todo el carbono ser encuentra en estado libe, formando grafito. Son fundiciones ferríticas.Fundiciones en las que parte del carbono se encuentra combinado formando cementita y parte libre en forma degrafito. A este grupo que es el más importante de todos pertenece la mayoría de las fundiciones que se fabrican yutilizan normalmente, como son las fundiciones grises, atruchadas, perlíticas, etc... Es interesante señalar que en lapráctica es muy difícil encontrar fundiciones en las que todo el carbono aparezca en forma de grafito. Con un criterioamplio, también se podrían incluir en este segundo grupo, auque no encajan exactamente en él, las fundicionesmaleables, cuya matriz es de ferrita y en las que el grafito se presenta en forma de nódulos. La fundición maleable seobtiene en dos etapas: primero se fabrica la fundición blancas y hierro nodular.PRINCIPALES CONSTITUYENTES MICROSCOPICOS DE LAS FUNDICIONES. Los más importantes sonla ferrita, la cementita, la perlita (formada por ferrita y cementita), el grafito y la steadita. También aparecen enocasiones, la sorbita, la troostita, la bainita y la martencita. También se pueden señalar las inclusiones no metálicas desulfuro de manganeso, y como menos importante los silicatos complejos de hierro y manganeso. El grafito es unaforma elemental del carbono. Es blando, untuoso, de color gris oscuro, con peso específico = 2,25, que esaproximadamente 1/3 del que tiene el acero. Se presenta en estado libre en algunas clases de fundiciones, ejerciendouna influencia muy importante en sus propiedades y características. Estas dependen fundamentalmente de la formadel grafito, de su tamaño, cantidad y de la forma en que se encuentre distribuido. En las fundiciones grises, que sonlas de mayor aplicación industrial, se presentan en forma de láminas u hojuelas. En las fundiciones maleables sepresentan en forma de nódulos, y en otras especiales en forma esferoidal. En el caso defundiciones grises, lapresencia de grafito en cantidad importante, baja la dureza, la resistencia y el módulo de elasticidad, en comparación
  2. 2. 2con los valores que corresponderían a las mismas microestructuras sin grafito, es decir, a la matriz que se puedeconsiderar como un acero. El grafito, además reduce casi a cero su ductilidad, su tenacidad y su plasticidad.En cambio, el grafito mejora su resistencia al desgaste y a la corrosión. Disminuye el peligro de los agarrotamientospor roces de mecanismos y piezas de máquinas y motores, ya que en cierto modo actúa como un lubricante. Tambiénmejoran la maquinabilidad y reduce las contricciones durante la solidificación. Cuando se presenta en forma denódulos o esferoidal, la reducción de la resistencia y de la tenacidad es menor. Por ello estas fundiciones tienenmayores resistencia y alargamiento que las fundiciones grises ordinarias. La steadita es un compuesto de naturalezaeutéctica, duro y frágil de bajo punto de fusión ( 960 º c) que aparece en las fundiciones de alto contenido en fósforo (en general se presentan cuando el P> 0.15%). La steadita tiene un 10 % de fósforo y su peso especifico es próximo aldel hierro. Las principales características de la ferrita se señalan al estudiar el acero. Cuando se presenta en lasfundiciones suele tener en disolución cantidades muy importantes de silicio que elevan su dureza y resistencia. Perlita. Aquí conviene señalar que, debido a la presencia de silicio, el contenido de carbono de la perlita de las fundicioneses menor al de los aceros. Al variar en las fundiciones el silicio de 0.5 a 3 %, varia el % de carbono de la perlita de0.8 a 0.5 %. Ledeburita. Es el constituyente eutéctico que se forma en el enfriamiento de las fundiciones a 1145º Caproximadamente, en el momento en el que termina la solidificación. Está formada por 52% de cementita y 48% deaustenita saturada. La ledeburita no existe a temperatura ambiente en las fundiciones ordinarias, debido a que en elenfriamiento se transforma en cementita y perlita. Sin embargo, en las fundiciones se puede conocer las zonas dondeexistió la ledeburita, por el aspecto eutéctico con que quedan esas agrupaciones de perlita y cementita. Colaboradopor: Peter E. para arquitectura y construccion en ARQHYSPROPIEDADES DE LAS FUNDICIONES. El empleo de la fundición para la fabricación de piezas para usos muydiversos, ofrece, entre otras las siguientes ventajas:Las piezas de fundición son, en general más baratas que las de acero, y su fabricación es también más sencilla poremplearse instalaciones menos costosas y realizarse la fusión a temperaturas relativamente poco elevadas, siendomenores que las correspondientes a los aceros.Las fundiciones son, en general, mucho más fáciles de mecanizar que los aceros.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 laaparición de zonas porosas que en las piezas fabricadas con acero fundido.Para numerosos elementos d motores, maquinaria, etc., son suficientes las características mecánicas que poseen lasfundiciones. Su resistencia a la compresión es muy elevada (50 a 100 Kg./mm²) y su resistencia a la tracción (12 a 90Kg./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.Su fabricación exige menos precauciones que la del acero.Como la temperatura de fusión de las fundiciones es bastante baja, se pueden sobrepasar con bastante facilidad, por loque en general suele ser bastante fácil conseguir que las fundiciones de estado líquido tengan gran fluidez, y con ellose facilita la fabricación de piezas de poco espesor. En la solidificación presentan mucha menos contracción que losaceros y además su fabricación no exige como en la de los aceros, el empleo de refractarios relativamente especiales.En el caso particular de la fundición nodular, posee excelentes características y en muchos casos llegan a ser una grancompetencia para el acero. Colaborado por: Peter E. paraarquitectura y construccion en ARQHYS.
  3. 3. 3SEGURIDAD PARA TRABAJADORES EN FUNDICIONESEn las fundiciones existen muchos peligros: El ambiente caliente y el potencial de quemaduras o incendios alrededorde los hornos y los crisoles. De los metales fundidos se desprenden gases. Los materiales utilizados en los moldes dearena pueden crear sílice cristalina. Los dispositivos de corte, los chorros de arena y el esmerilado crean polvo. Lasbandas transportadoras, las trituradoras y prensas de troquelado presentan peligros de atrapar o aplastar partes delcuerpo. Estas actividades combinadas producen un ambiente ruidoso. Los trabajadores necesitan buenas prácticas detrabajo, ventilación adecuada y equipos de protección personal (PPE, por sus siglas en inglés) para estar seguros.Los PPE le protegen contra el ambiente de la fundición. Use zapatos de cuero, guantes y anteojos con resguardoslaterales. Un sombrero con ala le protege contra salpicaduras. Use protección para los oídos en ambientes ruidosos.Cuando trabaje directamente con metales fundidos, en el calor o cerca de las llamas, use un casco de seguridad,delantal, chamarra o capa, chaparreras y polainas de cuero, de tela de fibra de vidrio con recubrimiento de aluminio,de telas sintéticas o de lana tratada. Considere una careta de tela de alambre, dependiendo de las tareas que haga.Ya que los hornos, crisoles y metales en las fundiciones se encuentran a tan altas temperaturas, tenga cuidado altrabajar. No trabaje con equipos o procesos que no conoce. Esté consciente de dónde tiene las manos cuando trabajacon bandas transportadoras y maquinaria automatizada. Todos los equipos que use deberán funcionar debidamente.Inspeccione los equipos de la fundición con frecuencia para detectar grietas o indicios de desgaste.Nunca meta agua al horno o a los crisoles. Cualquier residuo de agua puede ocasionar una explosión peligrosa. Viertay funda el metal en áreas que tengan una superficie no combustible, tal como metal o arena. Cualquier metal fundidoque se derrame puede desplazarse a grandes distancias, por lo que hay que mantener las áreas de trabajo libres deobstáculos. Se debe tener a la mano un extinguidor Clase D, junto con una pala y arena limpia y seca para combatirincendios.De los metales fundidos se desprenden gases que pueden ser peligrosos si se respiran. Cuando sea posible, usemetales limpios para alimentar los hornos. El fundir chatarra puede generar gases provenientes de pinturas,lubricantes, recubrimientos o aditivos de plomo, níquel o cromo que son peligrosos si se respiran. Use buenaventilación por medio de campanas de extracción y use equipos de respiración aprobados médicamente para usted,que le queden bien y en los que usted haya recibido capacitación para utilizar.La arena de los moldes frecuentemente contiene sílice. Quedar expuesto a sílice cristalina, puede causar silicosis, unaenfermedad de los pulmones, o cáncer del pulmón. Use buena ventilación y medidas de control del polvo, tales comomateriales de fijación para controlar la sílice cristalina. Empacar los moldes, sacudirlos o limpiar las piezas fundidastambién puede ser una fuente de sílice cristalina, por lo tanto se deben usar equipos de respiración y trabajar en unárea con buena ventilación. Los procesos cerrados y/o automatizados pueden reducir aún más su exposición asustancias peligrosas en el aire.HORNO DE FUNDICIÓNUn horno de fundición es una maquina usada para crear metales a partir de su forma mineral. Un horno de fundiciónrudimentario tambien puede usarse para crear hierro ybronce, pero un horno de fundición es necesario paracrear aluminio o acero. Aunque el horno de fundición lleve mas recursos y tiempo para construir que su contraparteprimitiva, y no puede construirse en el exterior, procesa los recursos de forma mas eficiente, siendo necesarios menosingredientes para crear la misma cantidad de metal.Un horno de fundición solo se puede construir dentro de un edificio. No se puede construir en vehículos. Mientrasque el horno de fundición rudimentario debe construirse en el exterior.
  4. 4. 4 HORNOS USADOS PARA LA FUNDICIÓN.Los hornos que se usan para fundir metales y sus aleaciones varían mucho en capacidad y tamaño, varían desde lospequeños hornos de crisol que contienen unos cuantos kilogramos de metal a hornos de hogar abierto hasta 200toneladas de capacidad. El tipo de horno usado para un proceso de fundición queda determinado por los siguientesfactores: La necesidad de fundir la aleación tan rápidamente como sea posible y elevarla a 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 tipos de hornos que se usan en un proceso de fundición son: Horno de crisol (móvil, estacionario y basculante). Horno eléctrico. Horno por inducción. Horno de arco eléctrico. Horno basculante. Horno de cubilote.Hornos de crisol.En estos hornos se funde el metal, sin entrar en contacto directo con los gases de combustión y por esta razón sellaman algunas veces hornos calentados indirectamente. Hay 3 tipos de hornos de crisol que se usan en los talleres defundición:Horno de crisol móvil: el crisol se coloca en el horno que usa aceite gas o carbón pulverizado para fundir la cargametálica, cuando el metal se funde, el crisol se levanta del horno y se usa como cuchara de colada.Horno de crisol estacionario: en este caso el crisol permanece fijo y el metal fundido se saca del recipiente medianteuna cuchara para posteriormente llevarlo a los moldes.Horno de crisol basculante: el dispositivo entero se puede inclinar para vaciar la carga, se usan para metales noferrosos como el bronce, el latón y las aleaciones de zinc y de aluminio.
  5. 5. 5Hornos eléctricos.Producen temperaturas muy elevadas y son los más indicados para la desulfuración y desfosforacion de la fundición ypara la obtención de aceros especiales, porque en ellos el metal se allá libre de todo cuerpo extraño.Pueden usarse para el afinamiento de la fundición cargándolos de trozos de hierro o viruta y haciendo luego laadicción de los elementos necesarios.Hornos por inducción.Usa corriente alterna a través de una bobina que genera un campo magnético en el metal, esto causa un rápidocalentamiento y la fusión del metal de alta calidad y pureza. Estos hornos se usan para casi cualquier aleación cuyosrequerimientos sean importantes.Horno de arco eléctrico.La carga se funde por el calor generado por 3 electrodos gigantes, el consumo de potencia es alto y pueden diseñarsepara altas capacidades de fusión y se usa principalmente para la fundición de acero, una vez que el material estafundido el horno se inclina para verter el acero fundido dentro de una olla.Horno basculante.Son hornos móviles apoyados sobre un sistema de sustentación, usualmente se les utiliza cuando es necesaria unaproducción relativamente grande de una aleación determinada. Luego el metal es transferido a los moldes en unacuchara, con la excepción de casos especiales en que es vaciado directamente, la desventaja de este horno es que elpunto de descarga acompaña el movimiento basculante.Horno de cubilote.Consiste en un tubo de mas de 4 metros de longitud y pueden tener desde 0.8 a1.4 metros de diámetro, se carga por laparte superior con chatarra de hierro, coque y piedra caliza y se utilizan para hacer fundición de hierros colados.El mayor problema de estos hornos es que sus equipos para el control de emisiones contaminantes son más costososque el propio horno y por ello no se controlan las emisiones de polvo y por lo tanto no se autoriza su operación.Horno rotativo.Se compone de una envuelta cilíndrica de acero, revestido con material refractario y puede girar lentamente alrededorde su eje principal este horno es usado para la fundición de cobre, bronce, latón y aluminio.Hornos de aire.Esta integrado por un crisol de arcilla y grafito los que son extremadamente frágiles, estos crisoles se colocan dentrode un confinamiento que puede contener algún combustible solidó como carbón o los productos de la combustión.
  6. 6. 6Laminado.Es un proceso de deformación en el cual el espesor del material de trabajo se reduce mediante fuerzas de compresiónejercidas por rodillos opuestos. Los rodillos giran para jalar el material de trabajo y simultáneamente apretarlo entreellos.La mayoría de los laminados se realiza en caliente debido a la gran cantidad de deformación requerida, los metaleslaminados en caliente están generalmente libres de esfuerzos residuales y sus propiedades son isotropitas.Laminación en caliente.Consiste en recalentar el planchon (materia prima) en los hornos a una temperatura de 1200 ºC, para posteriormentepasar por la etapa de reducción, que consiste en una serie de desbaste y un proceso de acabado donde la laminaalcanza el espesor deseado; posteriormente pasa por una mesa de enfriamiento y enrollado, seguidamente la laminarolada en caliente esta lista para salir al mercado, pasar al templado o continuar en procesos posteriores. Todo esteproceso es completamente automatizado.Laminación en frió.Consiste en reducir el espesor de la lamina mediante molinos de laminación en frió, dándole al mismo tiempo laspropiedades de resistencia, dureza, y modifican la micro estructura del acero. El proceso cuenta con funcionesautomáticas que incluyen la regulación de la velocidad además de un control de espesores.La lamina puede pasar a un proceso de lavado electrolítico, que consiste en eliminar cualquier remanente de aceitesoluble en la lamina, o bien directamente a los hornos de recocido.El proceso de templado le da a la lámina las propiedades metalúrgicas de dureza, resistencia y control de rugosidadsuperficial, por último, en el proceso de tensión nivelado se inspeccionan y mejoran las características de forma yplaneza que se crean en el proceso de laminación, teniendo como resultado un producto extraplano y sin defecto.

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