¿Cómo prevenir las grietas en la fundición de metales?

Las grietas en la fundición son los defectos más costosos en la producción de metales. Dañan las piezas, desperdician materiales y retrasan los plazos de producción.

La clave para prevenir grietas es comprender los tres tipos principales: las grietas en caliente se forman durante la solidificación, las grietas frías aparecen después del enfriamiento y las grietas por contracción se desarrollan a partir de una contracción desigual.

Cada tipo requiere estrategias de prevención específicas. Mediante el control de la temperatura, el ajuste de la composición de la aleación y la optimización del diseño del molde, los fabricantes pueden eliminar la mayoría de las grietas en la fundición antes de que se produzcan.

lágrimas calientes

Los desgarros calientes son grietas irregulares que se forman cuando el metal está parcialmente sólido, entre los estados líquido y sólido. Se producen porque las diferentes secciones se enfrían a distintas velocidades, lo que crea tensión que desgarra el metal, débil y blando.

Estas grietas suelen aparecer en esquinas agudas, transiciones de material grueso a delgado y áreas restringidas donde el metal no puede moverse libremente durante el enfriamiento.

Estrategias de prevención de desgarros calientes:

• Reducir las esquinas afiladas – Redondear todas las esquinas internas con radios generosos para distribuir la tensión uniformemente durante la solidificación
• Controlar las tasas de enfriamiento – Utilizar enfriadores en secciones gruesas y aislamiento en áreas delgadas para lograr una solidificación uniforme en toda la fundición.
• Modificar la composición de la aleación – Agregue refinadores de grano como titanio o boro para crear estructuras de grano más pequeñas y fuertes que resistan el desgarro.
• Mejorar el diseño del molde – Cree núcleos plegables y secciones de molde flexibles que se muevan con el metal que se encoge en lugar de restringirlo.
• Optimizar la temperatura de vertido – Verter a la temperatura más baja práctica para minimizar los gradientes térmicos y reducir el tiempo de solidificación.

Grietas frías

Las grietas en frío se forman después de que la pieza fundida se haya solidificado completamente y se haya enfriado por debajo de los 400 °C. A diferencia de los desgarros en caliente, estas grietas tienen superficies lisas y suelen seguir los límites de grano.

Son resultado de tensiones residuales que exceden la resistencia del metal a temperaturas más bajas.

Métodos de prevención de grietas por frío:

• Controlar la velocidad de enfriamiento – Enfriar las piezas fundidas lentamente a través de rangos de temperatura críticos, especialmente para aceros con alto contenido de carbono y aleaciones frágiles.
• Tratar térmicamente de forma adecuada – Aplicar un recocido de alivio de tensiones inmediatamente después de la fundición para eliminar las tensiones internas antes de que provoquen grietas.
• Evite los cambios rápidos de temperatura – Nunca enfríe las piezas fundidas calientes en agua fría ni las exponga a corrientes de aire durante el enfriamiento.
• Diseño para espesor uniforme – Mantener un espesor de pared constante para evitar la concentración de tensión debido a las tasas de enfriamiento diferenciales
• Utilice la selección de aleación adecuada – Elija aleaciones dúctiles con buena tenacidad a baja temperatura para piezas sujetas a ciclos térmicos.

Grietas por contracción

Las grietas por contracción se desarrollan cuando el metal líquido no puede alimentar las zonas que se solidifican y contraen. Estas grietas suelen aparecer como huecos irregulares o defectos lineales en las últimas zonas en solidificarse.

Son más comunes en secciones pesadas y puntos calientes aislados.

Prevención eficaz de grietas por contracción:

• Diseñar elevadores adecuados – Elevadores de tamaño 1.5 veces más grandes que las secciones que alimentan y colóquelos en los puntos más altos y gruesos
• Crear solidificación direccional – Diseñe patrones de enfriamiento para que el metal se solidifique progresivamente hacia los elevadores, manteniendo las rutas de alimentación de líquido.
• Reducir el espesor de la sección – Reemplace las secciones sólidas con diseños acanalados o con núcleo que se enfrían de manera uniforme sin crear puntos calientes aislados
• Añadir ayudas para la alimentación – Utilizar manguitos exotérmicos y materiales aislantes en los tubos ascendentes para mantenerlos líquidos durante más tiempo que la fundición.
• Calcular el margen de contracción – Tenga en cuenta la contracción volumétrica típica del 5-7 % en el diseño del patrón y el dimensionamiento de las contrahuellas
• Mejorar los sistemas de compuertas – Diseñar canales y compuertas que mantengan la temperatura del metal y promuevan un llenado suave y sin turbulencias.