Tecnología para la elaboración de crisoles de hierro gris resistentes a las altas temperaturas (página 2)

Hierros aleados con aluminio.

Los hierros aleados al aluminio consisten de dos grupos: los hierros grises y los hierros dúctiles. El grupo de baja aleación contiene de 1 a 7% Al, y el aluminio esencialmente reemplaza el silicio como el elemento grafitizante en estas aleaciones, en estos casos la matriz esta formada por una mezcla de ferrita y perlita. El grupo de alta aleación contiene de 18 a 22% de aluminio el grafito esta también en forma de láminas y la matriz es fundamentalmente ferritica. Los hierros aleados con aluminio entre estos dos rangos serán hierros blancos de fundición libres de grafito con carburos estables de aluminio y no tienen importancia comercial.

El aluminio refuerza significativamente la resistencia a la oxidación a las temperaturas elevadas y también aumenta la estabilidad de la fase ferrita a muy altas temperaturas hasta y más allá de 980 °C (1800 °F). Como los hierros aleados al silicio, los hierros al aluminio forman un óxido adherente y compacto en la superficie de la pieza que es muy resistente a nuevas penetraciones de oxígeno.

Desgraciadamente, los hierros aleados al aluminio son muy difíciles de fundir sin las inclusiones de escoria.

El aluminio en el hierro es muy reactivo a las temperaturas de fusión del mismo, y el contacto con el aire y la humedad debe ser insignificante. Debe tenerse cuidado de no romper la capa de óxido que se forma durante el vertido del metal en el molde para evitar las inclusiones de la escoria.

No obstante lo anterior en nuestro caso hemos escogido esa aleación, pues tenemos las condiciones para poder fundirla sin un gasto excesivo de recursos.

Para la producción de la aleación se escogió la de menos de 7 % pues presenta una buena resistencia a las altas temperatura y no tenemos problemas con la aparición de hierro blanco lo que podría hacer quebradizo el crisol y el uso de % por encima de 20, no llevaría a la necesidad de elaborara el metal en un horno y no como hemos previsto que es alear en cuchara y además podría traer mas dificultades con la aparición de inclusiones y óxidos durante la colada.

Como metal base se utilizo el que normalmente se utiliza para la confección de las camisas de automóvil ya que eso nos permite tener un metal con la temperatura adecuada para aplicar el sistema de aleación en la cuchara, la composición del mismo se muestra en la siguiente tabla.

Para realizar la aleación en la cuchara se introdujo el aluminio, para precalentarlo, en la cuchara, después de haberla calentado con metal de la colada anterior, una vez que se introdujo el aluminio se vertió el hierro fundido, el cual se peso mediante un dinamómetro, y se logro la fusión del aluminio no separando la escoria que se formo y que impidió la subsiguiente oxidación del metal, luego la cuchara se traslado hasta el molde y solo entonces fue que se separo la escoria para permitir el vertido del metal.

El vertido de realizó sin interrupciones par evitar la formación de inclusiones óxidos de aluminio.

La composición química resultante fue la siguiente:

Tecnología de fundición para el crisol.

Se realiza el análisis previo de la posibilidad de que la pieza pueda ser obtenida por fundición sin cambios de diseño, sin embargo se le añade el canal de sangrado para evitar tener que se construirlo durante su montaje. La adición del canal para el sangrado del crisol no hace más difícil, ni imposible de obtener la pieza. Para su producción se elige el método de moldeo manual teniendo en cuenta el peso de la pieza y que será una sola. La forma final de la pieza se puede ver en el la siguiente figura.

Fig. 1 Dibujo del Crisol

El plano divisor y la posición de llenado de la pieza se pueden ver en el plano adjunto.(anexo) Tal como aparece en el plano tecnológico el llenado es de forma vertical para facilitar el moldeo del macho natural, por la misma razón el plano divisor es el que se indica.

Cálculo del sistema de alimentación.

Para el cálculo del sistema de llenado lo primero es hacer el esquema de llenado (se puede ver en el plano adjunto), para el cálculo de las áreas se utiliza el método de velocidad especifica y para eso lo primero que se hace es calcular el tiempo de vertido según la formula siguiente.

La sumatoria del área de alimentación se determina por la fórmula:

El diámetro inferior del tragadero será: dti = 31 mm

El diámetro superior del tragadero será: dts = 35 mm

El canal escoriador es escalonado y por tanto las dimensiones de cada sección se pueden ver en el plano adjunto. a cada una de ellas son las siguientes:

El crisol que se fundió montado en el horno, se puede ver en la siguiente foto donde se puede apreciar su forma y su acabado superficial, además de la facilidad para su montaje.

Fig. 2 Montaje final del crisol en el Horno

Bibliografía.

1. Annual book of ASTM standards 2002 Section one: iron and steel products Volume 01.02 Ferrous Castings; Ferroalloys specification for gray iron castings for elevated temperatures for non-pressure containing part

2. R.m. Hathaway*, p.k. Rohatgi**research into the production of a light weight cast iron (lwci)

3. W. E. Boggs The high-temperature oxidation resistance of iron-silicon- aluminum alloys, oxidation metals vol. 10 n0 4 pag. 277- 289 Agosto 1976.

4. G.e. Belay Guía Tecnológica de Fundición.

5. ASM Handbook. Volumen 15. Casting.

6. Campbell. Qbe, feng. Butterworth-Heinemann, British Library Cataloguing in publication data 2000.

ANEXO.

Autor:

Msc. Ing. Ramón García Caballero.* Ing. Lázaro H. Suárez Lisca.*

Ing. Alexis Alonso Martínez. * Ing. Yudiesky Bernal Aguilar. *

Msc. Ing. Manuel López Escobar. * Ing. Simón de la Rosa.**

*Facultad de Ing. Mecánica.

**Taller de Fundición Román Roca.