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Instituto Politécnico NacionalEscuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas

Departamento de Ingeniería en Metalurgia y Materiales

Desgasificado en fundición de Aluminiopor medio de pastillas de

Hexacloroetano

T E S I S

Que para obtener el titulo deIngeniero en Metalurgia y Materiales

P r e s e n t a n:Bautista Lujano Joel Alonso

Pasalagua Chávez Angélica Lilián

Director de Tesis:M. en C. Marcelo Hernández Velázquez.

México, D.F. Septiembre de 2008

DESGASIFICADO EN FUNDICIÓN DE ALUMINIOPOR MEDIO DE PASTILLAS DE HEXACLOROETANO

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AGRADECIMIENTOS.

Quiero iniciar agradeciendo a todas aquellas personas que hicieron posible queterminara este sueño, uno mas de los que me he propuesto realizar, con este trabajome ciento satisfecho, y espero que tu que lo estas leyendo también, dejo plasmadotiempo esfuerzo y dedicación en este escrito.Gracias a ti que me apoyaste, gracias por enseñarme lo que tenía que aprender perono es suficiente, y si la vida me lo permite deseo seguir aprendiendo más.Agradezco a las tres cosas que mas amo y las describiré como se me fueronotorgando.La primera es mi familia la cual me apoyo en las buenas y en las malas, me enseño loque ahora soy.La segunda es mi carrera ya que para mi es un orgullo ser INGENIRO y mas serMETALURGICO, y esta me llevo a conocer a mi nueva familiaLa tercera es ESMERALDA ya que me apoyaste cuando lo necesitaba y me ensañastemuchas cosas más de mí.Estoy muy agradecido con todos los amigos que me apoyaron en los momentosnecesario, en las aventuras y en las tristezas.

Como agradecimiento especial al profesor M. en C. Timoteo Pastrana Aponte que nosdio esta oportunidad de trabajar a su lado desarrollando la investigación y practicas deesta tesis.

Al igual al profesor M. en C. Marcelo Hernández Velásquez que nos dio su apoyopara finalizar con esta Tesis y todos aquellos profesores que nos apoyaron.

Y en general a todas las personas que nos apoyaron para lograr esto, mil graciasa todos.

“El secreto del éxito radica en saber qué debemos mantener cerca de nosotros y de quédebemos alejarnos. Nunca olvides que basta una persona o una idea para cambiar tu vidapara siempre (ya sea para bien o para mal)”. JACKSON BROWN

Joel Alonso Bautista Lujano.


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AGRADECIMIENTOS.

Papa, gracias por todo. Mamita, ya sabes que eres lo mejor y lo mas importante enmi vida, hay muchas cosas que no habría hecho sin ti. Son los mejores papás, graciasa ustedes entendí que las cosas mas importantes de la vida no las enseñan en laescuela ni en los libros, se aprenden con las experiencias, con los aciertos y loserrores.

Para Mis Hermanos, porque han sido los mejores hermanos y espero que tambiénsean los mejores padres, hagan algo bueno con sus hijos.

Para Mis Sobrinos, porque fueron gran apoyo, y me hicieron entender laresponsabilidad de tenerlos junto a mi, pero sobre todo que la mejor forma deaprender es enseñando.

Para Joel y el Prof. Timoteo, porque nos aventuramos a desarrollar un gran tema detesis que seguramente disfrutaron tanto como yo, y que espero también tengan lamisma satisfacción que yo al concluirla.

Para Javier e Hiliana, que se convirtieron en grandes amigos, que también meayudaron a seguir adelante con mi carrera.

Para Miguel, Arturo, Edgardo y Julio, que a pesar de la distancia, siempre hanseguido a mi lado, que me apoyan en lo que hago, aunque a veces ni lo sepan y a losque me une un lazo más grande que una simple amistad.

Para el Dr. Francisco Esparza Herrada, que me enseñó lo magnifico que es sermetalúrgico, vivir orgulloso de serlo y mas aun, encontrar en cada cosa de la vida loimportante de la metalurgia que solo gente como nosotros puede reconocer.

Angélica Lilian Pasalagua Chávez.


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CONTENIDORESUMEN

INTRODUCCIÓN

CLASIFICACION DE ALEACIONESAleaciones para ForjaAleaciones para Fundición

I. HIPOTESIS

II. FUNDAMENTOS TEORICOS

2.1 EL ALUMINIO

2.2 PROPIEDADES DEL ALUMINIO

2.3 CLASIFICACIÓN Y ELEMENTOS ALEANTES PARA ALEACIONES DEALUMINIO

2.3.1 Cobre2.3.2 Silicio2.3.3 Magnesio2.3.4 Zinc2.3.5 Manganeso2.3.6 Hierro2.3.7 Níquel2.3.8 Bismuto, Cadmio, Plomo, Estaño

2.4 PROPIEDADES MECÁNICAS2.4.1 Dureza2.4.2 Resistencia al ensayo de tracción2.4.3 Resistencia a la compresión, flexión, corte y torsión.

2.5 PROPIEDADES DE RESISTENCIA A TEMPERATURAS ELEVADAS2.5.1 Cambios de estado2.5.2 Proceso de fluencia

2.6 TECNOLOGÍA DE REFINACION.

2.6.1 Proceso Söderburg2.6.2 Proceso Precocido


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2.7 IMPUREZAS QUE AFECTAN A LAS ALEACIONES DE ALUMINIO

2.7.1 Impurezas metálicas

2.7.2 Impurezas no metálicas2.7.2.1 El corundum

2.7.3 Intermetálicos precipitados.

2.8 ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LA ALEACIÓN 3802.8.1 Composición Química2.8.2 Características de la aleación.

2.8.2.1 Especificaciones2.8.2.2 Aplicaciones

2.8.3 Propiedades Mecánicas de aleación 380.2.8.4 Propiedades Eléctricas2.8.5 Características de Fabricación

III. ESTADO DEL CAMPO

3.1 ELIMINACIÓN DE IMPUREZAS DEL ALUMINIO Y SU PURIFICACIÓN CONCLORO GASEOSO.

3. 2 PROCESOS INDUSTRIALES.

3.3 DESGASIFICADO3.3.1 Nitrógeno3.3.2 Argón

3.4 AVANCES EN EL DESGASIFICADO Y EQUIPOS ESPECIALES

3.5 INYECCIÓN DE FUNDENTES

IV. METODOS PARA INYECTAR GAS Y LIMPIEZA DEL METAL LIQUIDO

4.1 LANZAS TUBULARES DE GRAFITO

4.2 TAPONES POROSOS

V. COMPORTAMIENTO DEL HIDROGENO DURANTE LA FUSION

5.1 CONTROL DEL CONTENIDO DE HIDRÓGENO


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VI. EVALUACION DE HIDROGENO

6.1 TÉCNICAS DE MUESTRAS SÓLIDAS

6.2 TÉCNICAS DE MUESTRAS LÍQUIDAS6.2.1 Método de presión reducida (Straube-Pfeiffer Test)6.2.2 Prueba de la primera burbuja (Hycon Test)

6.2.3 Prueba de recirculación de gas (Telegas, Alscan)

6.3 MÉTODOS DE LECTURA DIRECTA

6.4 CONTROL DE INCLUSIONES

VII. INVESTIGACION EXPERIMENTAL

7.1 PREPARACIÓN DEL MATERIAL A FUNDIR.7.1.1 Clasificación de la Chatarra.

7.2 PREPARACIÓN DE LA ALEACIÓN.7.2.1 Composición del material a cargar7.2.2 Fusión del material o chatarra determinados7.2.3 Heterogeneidad en el baño metálico.

7.3 CONDICIONES DE LA FUSIÓN DE ALUMINIO7.3.1 Temperatura7.3.2 Herramienta a Utilizar7.3.3 Fundente y Escorificante7.3.4 Aleantes

7.4 LIMPIEZA DEL MATERIAL7.4.1 Fundentes7.4.2 Desgasificado7.4.3 Escoriador

7.5 FILTROS Y AFINADOR DE GRANO.7.5.1 Filtros7.5.2 Afinador de Grano

7.6 VACIADO DE ALUMINIO7.7. TOMA DE MUESTRA


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VIII. INVESTIGACION EXPERIMENTAL

8.1 CALCULO DE CARGA

8.2 DATOS EN GENERALES DEL PROCESO.

8.3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.8.3.1 PRACTICA 018.3.2 PRACTICA 028.3.3 PRACTICA 038.3.4 PRACTICA 048.3.5 PRACTICA 05

8.4 COMPARACION DE RESULTADOS

8.5 REFERENCIAS SOBRE PRÁCTICAS

IX. ANALISIS DE RESULTADOS

9.1 COMPOSICION QUIMICA CUANTITATIVA OBTENIDA EN LAS PRÁCTICAS

9.2 COMPOSICION QUIMICA CUALITATIVA OBTENIDA EN LAS PRÁCTICAS9.2.1 Imágenes de Elementos que componen la aleación por EDS.

9.3 MÉTODOS DE DIFRACCIÓN DE RAYOS X

CONCLUSIONES

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS


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RESUMEN

Presentamos algunas de las propiedades más importantes que tiene el aluminio, lascuales nos indica el tipo de pieza que tendremos en la solidificación, siendo una piezalibre de inclusión y porosidades o lo contrario.

Concluimos en hacer una investigación relacionada con uno de los problemasprincipales que tiene el aluminio que es la acumulación de porosidades en lasolidificación de la aleación, que influye en la calidad de una pieza.

La aleación que se optó para realizar la prueba es la designada A380, lascaracterísticas y propiedades de esta se mencionan ampliamente, aunque de manerageneral el Aluminio se comporta idénticamente en la mayoría de las aleaciones, siendoposible aplicar esta investigación a cualquier fundición que tenga como metal base elaluminio. Encontramos ventajas y pudimos comprobar el comportamiento de otro tipode aleaciones como la A356 entre otras de alto silicio y verificar que tienen uncomportamiento parecido.

Describimos el procedimiento de realización para la fundición de una aleación deAluminio, desde que la materia prima es seleccionada, continuando con la fusión,desgasificado, refinación y por ultimo el vaciado para la obtención de una pieza defundición, demostrando que tan eficiente es nuestro proceso de desgasificado.

Los resultados logrados son expresados en formas de tablas, graficas y fotografíaspara tener respaldo en las prácticas realizadas.


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INTRODUCCIÓN

La Industria de Fundición del Aluminio, se ha vuelto muy importante en nuestros díasya que es una aleación reciclable, ligera y económicamente atractiva para invertir enella; además de estas propiedades, cuenta también con propiedades térmicas yeléctricas de alta calidad, y a su vez cuando son combinadas con otros elementos dealeación, dan como resultado un material con propiedades idóneas, que satisfacen lasdemandas de las industrias que así lo requieran.

El aluminio no sufre cambios alotrópicos que puedan alterar su funcionamiento y quea su vez le confiere una alta plasticidad.

Durante la investigación de este trabajo, en específico durante la experimentación,desarrollaremos un proceso de fundición en el cual analizaremos las principalesdificultades que se presentan durante el mismo y que perjudican el desempeño delproducto al final de la fusión y su comportamiento para el que ha sido diseñado.Problemas tales como la formación de porosidades e inclusiones debidas a unareacción con el gas Hidrógeno causante de estas imperfecciones.

En referencias bibliográficas, encontramos que las aleaciones de aluminio se dividenprincipalmente en dos grupos según las propiedades que estas tengan, esto es:

· Aleaciones para deformación plástica.· Aleaciones para fundición.

El objetivo de este trabajo esta orientado en las aleaciones para fundición, y por lotanto es primordial conocer puntos importantes de esta clasificación:

· Estas aleaciones, si contienen silicio en altos porcentajes, proporcionanbuena fluidez y colabilidad.

· Las propiedades se controlan mediante el endurecimiento por soluciónsólida, que a su vez controla el tamaño y forma de grano primario.

· El enfriamiento rápido que se obtiene en fundiciones a presión o en moldespermanentes incrementa la resistencia al refinar el tamaño de grano ymicro constituyente eutéctico.

Su comportamiento depende de conjuntos de variables como lo son los aleantes,excluyendo el aluminio puro, las impurezas de Fe y Si las cuales determinan laspropiedades mecánicas. Algunos de sus principales aleantes son: Cu, Si, Mg, Zn yMn (su efecto se analiza posteriormente).


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CLASIFICACION DE ALEACIONES

Las aleaciones de aluminio se clasifican dependiendo de los elementos de aleación quecontengan, al igual que el tipo de endurecimiento que estos tiene. En las Tablas 1 y2 se muestra la designación.

Tabla 1. Clasificación de Aleaciones para Forja

1XXX Aluminio comercialmente puro No endurecible por envejecimiento

2XXX Al-Cu y AL-Cu-Li Endurecible por envejecimiento3XXX Al-Mn No endurecible por envejecimiento

4XXX Al-Si y Al-Mg-Si Endurecible por envejecimiento si estapresente el magnesio

5XXX Al-Mg No endurecible por envejecimiento6XXX Al-Mg-Si Endurecible por envejecimiento7XXX AL-Mg-Zn Endurecible por envejecimiento8XXX Al-Li,Sn,Zr,B Endurecible por envejecimiento9XXX No utilizado actualmente

Tabla 2. Clasificación de Aleaciones para Fundición1XX.X Aluminio comercialmente puro No endurecible por envejecimiento2XX.X Al-Cu Endurecible por envejecimiento3XX.X Al-Si-Cu o AL-Mg-Si Algunos son endurecibles por envejecimiento

4XX.X Al-Si No endurecibles por envejecimiento5XX.X Al-Mg No endurecibles por envejecimiento7XX.X Al-Mg-Zn Endurecible por envejecimiento8XX.X AL-Sn Endurecible por envejecimiento9XX.X No utilizado actualmente


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JUSTIFICACIÓN

El Aluminio presenta propiedades que le permiten ser uno de los metales con mayorfacilidad de trabajo y mejores propiedades finales, después de su procesamiento; sinembargo, es durante este mismo donde se presenta uno de los factores que conllevana imperfecciones internas y externas de la pieza final que a su vez le impiden un mejordesarrollo, aumentando los costos y los tiempos de proceso.

Este problema, es común en la industria de la fundición de las aleaciones metálicas,llevándonos al comienzo de una investigación en donde propondremos unmejoramiento al proceso y al acabado de las piezas producidas; de este modo,analizamos los factores que afectan el proceso y las soluciones que se hanimplementado y que sugerimos para obtener mejores resultados.


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I. HIPÓTESIS.

Con las dificultades que se presentan en el proceso de fusión de aleaciones dealuminio, hemos encontrado que se pueden utilizar algunas alternativas que lo lleven aobtener mejores resultados.

Deseamos esquematizar e implementar por medio de un diagrama de bloques, unproceso eficiente de fusión de aluminio, lo que llevará a la reducción de costos, no senecesitarán instalaciones especiales, lo cual se logra mediante la organización en eldesarrollo del proceso, se mejorara la eficiencia, y por supuesto la mejora interna yexterna de las piezas fundidas de aluminio.

De los principales cambios que tenemos planeados, será la fabricación y preparacióncorrecta de moldes y la desgasificación con pastilla de hexacloroetano al final delproceso de fusión, como se muestra en el diagrama de la Figura. 1

Figura 1. Diagrama de proceso de fusión de Aluminio


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II. FUNDAMENTOS TEORICOS

2.1 EL ALUMINIOEl químico Hans Christian Oersted lo aisló por medio de un proceso químico utilizandopotasio y cloruro de aluminio, posteriormente el químico alemán Friedrich Wöhlermejoró el proceso utilizando potasio metálico y cloruro de aluminio. Wöhler fue elprimero en medir la densidad del aluminio y demostrar su ligereza.

En 1854, Henri Saint-Claire Deville obtuvo el metal en Francia reduciendo el cloruro dealuminio con sodio.

Tiempo después, el proceso para obtener el aluminio primario a partir de alúmina, fuedesarrollado a la par por dos investigadores: Paul Louis Toussaint Heroult (Normandía,Francia) y Charles Martín Hall (Ohio- Estados Unidos), éste último es el método conmayor relevancia y prevalescencia.Es éste proceso (Hall-Heroult), el que permite mediante la reducción electrolítica,que sea el aluminio uno de los metales mas utilizados.

2.2 PROPIEDADES DEL ALUMINIO· Densidad de 2.70 g/cm3· Comportamiento no magnético· Resistencia a la oxidación y corrosión· Las aleaciones de aluminio pueden llegar a ser 30 veces más resistentes

que el aluminio puro· Excelente relación peso / resistencia· Reciclable

2.3 CLASIFICACIÓN Y ELEMENTOS ALEANTES PARA ALEACIONES DEALUMINIO

· Los elementos principales de las aleaciones de aluminio, son:

En menores cantidades se encuentra frecuentemente como impurezas o aditivos:

· Hierro

Para el caso de aleaciones especiales, se adiciona:

· Zinc· Manganeso· Magnesio

· Silicio· Cobre

· Níquel· Estaño· Plomo

· Cadmio· Bismuto


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A continuación se presentan los diferentes elementos de aleación, al igual elementosque ocasionan las impurezas que han sido mencionados previamente y su efecto enlas aleaciones de Aluminio.

2.3.1 CobreEn las aleaciones Cobre-Aluminio, el silicio se presenta en cantidades menoresdisminuyendo la solubilidad de las fases Cu-Al; son susceptibles al tratamientotérmico, generando un precipitado en solución, por medio de temple y envejecimiento.Ofrecen excelentes propiedades como resistencia mecánica, alta dureza y excelenteresistencia a la abrasión y corrosión. La Figura 2 muestra el diagrama binario Al(α)-Cu.

2.3.2 SilicioEs el principal elemento de aleación en la fundición de aluminio, debido a suspropiedades metalúrgicas, tales como variabilidad, aumentando la fluidez en elvaciado, reducción de la deformación en caliente y la contracción durante lasolidificación. El silicio aumenta su resistencia mecánica, dureza, aunque con unaligera disminución en su ductilidad y maquinabilidad; el comportamiento de lasaleaciones Aluminio-Silicio se puede mostrar en un diagrama binario tal como el de laFigura 3, y se clasifican en hipereutécticas (con contenido >11.8% de Si), ohipoeutécticas (con <11.8% de Si.)

La Figura 2. Diagrama Binario de Al(alfa) - Cu

La Figura 3. Diagrama Binario de Al(alfa) - Si


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2.3.3 Magnesio Durante la temperatura de solubilidad, disminuye bruscamente la temperatura delentorno. A ese efecto se le da el nombre de envejecimiento de la aleación, que esforzar la precipitación de un compuesto de magnesio de la solución sólidasupersaturada presentándose de una forma muy dispersa en la segunda faseresultando un fortalecimiento en la tracción, dureza y una disminución en su ductilidad;mejora propiedades a temperaturas altas y características de terminado superficial aespejo. Son difíciles de vaciar con tendencia a alta formación de escorias y contraccióndurante la solidificación, el diagrama binario Al-Mg se muestra en la Figura 4.

2.3.4 ZincLa Figura 5 muestra el diagrama binario Al-Zn; cuando una aleación tieneconcentraciones menores a 3% de Zn, tienen poco efecto en las propiedades. Se handesarrollado recientemente aleaciones Aluminio-Zinc-Manganeso, que desarrollan altaresistencia a temperatura ambiente, estas son susceptibles a altas contracciones ytendencia al agrietamiento en caliente.

La Figura 4. Diagrama Binario de Al(alfa) - Mg

La Figura 5. Diagrama Binario de Al(alfa) - Zn


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2.3.5 ManganesoEl manganeso no se considera un elemento de aleación como tal, si no más bien es unrecolector de Hierro, precipitándolo, pero en cantidades mayores a las requeridas,puede ser perjudicial. En la Figura 6 se muestra el diagrama binario Al-Mn.

2.3.6 HierroSe considera como impureza, aunque está presente de manera habitual en todas lascomposiciones de las aleaciones, siendo una principal fuente de compuestosintermetálicos complejos, que precipitan en conjunción con los demás constituyentesde la aleación, provocando fragilidad, reducción de resistencia y ductilidad.La Figura 7 muestra el diagrama binario Al-Fe.

El hierro en altas concentraciones siempre es perjudicial en las aleaciones de Aluminiopara los procesos de moldeo en verde, molde permanente, siendo requerido uncontrol estricto del contenido de este elemento en las composiciones químicas de lasaleaciones automotrices; en algunas condiciones es beneficioso mejorando la dureza yresistencia al agrietamiento en caliente.

La Figura 6. Diagrama Binario de Al(alfa) - Mn

La Figura 7. Diagrama Binario de Al(alfa) - Fe


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2.3.7 Níquel

El níquel es normalmente una impureza aceptable, hasta un nivel de 0.5% en lamayoría de las aleaciones sin efecto perjudicial. Para cuando se requierenpropiedades mecánicas a altas temperaturas, el elemento incrementa la resistencia ala tracción, reducción al efecto del agrietamiento. Se observa en la Figura 8 eldiagrama binario.

2.3.8 Bismuto, Cadmio, Plomo, EstañoEn fundición, estos elementos, tienen una solubilidad muy baja. Son consideradoscomo impurezas inestables. En concentraciones más altas que su limite de solubilidad,el precipitado intermetálico resultante provee propiedades de fragilidad, agrietamientoen caliente y reducción de propiedades mecánicas en estado sólido y formaciónexcesiva de escorias durante la fusión. Se muestran los diagramas binarios en lasFiguras 9, 10,11 y 12.

La Figura 9. Diagrama Binario de Al(alfa) - Sn

La Figura 8. Diagrama Binario de Al(alfa) - Ni


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La Figura 10. Diagrama Binario de Al(alfa) – Pb

La Figura 11. Diagrama Binario de Al(alfa) - Bi

La Figura 12. Diagrama Binario de Al(alfa) - Cd


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2.4 PROPIEDADES MECÁNICAS

Las propiedades mecánicas sirven en la mayoría de los casos como base paradictaminar sobre un material metálico, con vistas a un fin de aplicación concreto. Acontinuación, se da un resumen de las propiedades mecánicas (Tabla 3) másimportantes del Aluminio no sólo sometido a esfuerzo continuo, si no tambiénoscilante y por impacto.

2.4.1 DurezaLa mayoría de las veces se da en los materiales de Aluminio la dureza Brinell, estodebido a la naturaleza blanda de las aleaciones base Aluminio. Estos valores seextienden desde 15 HB para aluminio puro, hasta casi 110 HB para aleaciones Al-Zn-Mg-Cu1.5 endurecido térmicamente. Los valores de la dureza determinados por otrosmétodos, como el Vickers o el Knoop, apenas tienen significado práctico en estemetal. De vez en cuando, se utiliza la microdureza, una variante del método Vickers,para determinar la dureza en capas anodizadas.

Tabla 3. Propiedades mecánicas del Aluminio

Material Resistencia A LaTensión (Kg./cm2)

Resistencia A LaCedencia (Kg./cm2) % De Elongación

Al puro 457.40 175.92 60

Al purocomercial 914.81 351.85 45

Aleación de Alendurecida porsolución sólida

1125.92 422.22 35

Al trabajado enfrío

1688.88 1548.14 15

Aleación de Alendurecida por

dispersión2955.54 1548.14 35

Aleación de Alendurecida porenvejecimiento

5840.72 175.92 11


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2.4.2 Resistencia al ensayo de tracción

Las propiedades que se obtienen en el ensayo de tracción para sirven para juzgar laresistencia de los materiales metálicos en general, son aplicables a las aleaciones deAluminio. Generalmente estos valores son el limite elástico de 0.2%, la respuestamáxima a la tracción, el alargamiento a la fractura, así como la estricción de ruptura.

En general, la resistencia aumenta con el aumento en elementos de aleación. Eldominio de la resistencia en cada aleación surge, en todo, como consecuencia de losaumentos de resistencia que se consiguen por deformación en frío o endurecimientopor tratamiento térmico. Los distintos elementos de aleación actúan de modo muydiferente en cuanto al aumento de resistencia.

Al aumentar la resistencia, aumenta el límite 0.2% más rápido que la resistencia a latracción, independientemente del mecanismo que motive el aumento de la resistencia.Este aumento se nota especialmente cuando el aumento de resistencia tiene lugar pordeformación en frío. En general, no se desean altas relaciones entre los límiteselásticos (límite 0.2% y resistencia máxima) ya que expresan un comportamientorelativamente quebradizo del material, razón fundamental por la que no se puedeaumentar de forma arbitraria la resistencia de un material metálico.

2.4.3 Resistencia a la compresión, flexión

En los materiales alumínicos se puede admitir que el valor del limite de flexión 0.2%(parámetro de la resistencia a la compresión), es igual al valor límite elástico 0.2% detracción. La resistencia a la compresión o el límite de flexión 0.2% tienen importanciaprincipalmente en las piezas sometidas a compresión tales como cojinetes de fricción.

La resistencia a la flexión en las aleaciones de Aluminio, teniéndose en cuenta laspertenecientes a la fundición, en aquellos casos en que, al realizar el ensayo detracción no es posible determinar el límite elástico con suficiente exactitud a causa desu pequeño valor.

La resistencia al cizallamiento (corte), es importante para el cálculo de la fuerzanecesaria para el corte y para determinadas construcciones. No existen valoresnormalizados, generalmente se encuentran entre el 55 y 80% de la resistencia a latracción.

Casi nunca se determina la resistencia a la torsión, si se considera una distribuciónlineal de tensiones, pueden considerársele igual a la resistencia al cizallamiento.


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2.5 PROPIEDADES DE RESISTENCIA A TEMPERATURAS ELEVADASAl aumentar la temperatura, disminuyen la resistencia a la tracción, el límite elástico yla dureza, en tanto que, en general, aumenta el alargamiento hasta el punto defractura y la estricción de la misma. El factor tiempo juega un papel esencial en ladeterminación de valores de resistencia para altas temperaturas. Esta influencia seexterioriza de dos maneras:

2.5.1 Cambios de estadoBajo la influencia de temperaturas elevadas, se pueden producir modificacionespermanentes en la estructura de los materiales que han experimentadoendurecimiento por deformación en frío, estas traen consigo una disminución de laresidencia mecánica.

2.5.2 Proceso de fluencia

A temperaturas elevadas, el material puede experimentar deformaciones lentasbajo la acción de cargas en reposo, aumentando la velocidad en el cambio deforma con el incremento de la temperatura y de la tensión. Al mismo tiempo,pueden surgir tensiones por debajo de la resistencia a la tracción o el límiteelástico 0.2%

2.6 TECNOLOGÍA DE REFINACION.

Existen de manera particular dos procesos de fundición de aluminio en estadoprimario, cuya diferencia radica elementalmente con el tipo de ánodo que requierecada una. Estos procesos son:

2.6.1 Proceso SöderburgLa tecnología del Proceso Söderburg utiliza un ánodo continuo que se pone en la celdaen forma de asta, y es calcinado en la misma celda. Este proceso se muestra en laFigura 14.

Figura 14. Proceso de refinación de Aluminio tipo Söderburg


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2.6.2 Proceso PrecocidoLa tecnología del precocido (mostrada en la Figura 15), utiliza ánodos múltiplesprecocidos que se encuentran suspendidos en cada celda por medio de unas varillas.Los ánodos son cambiados según se desgasten y éstos a su vez son reciclados para laformación de nuevos ánodos.

Figura 15. Proceso de refinación de Aluminio tipo Precocido


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2.7 IMPUREZAS QUE AFECTAN A LAS ALEACIONES DE ALUMINIO

Las impurezas que afectan las aleaciones de aluminio en estado líquido se clasificancomo:

· Impurezas Metálicas· Inclusiones no Metálicas· Compuestos Intermetálicos

2.7.1 Impurezas metálicas

Son simplemente elementos metálicos que están fuera de los límites de composiciónde la aleación, en algunas ocasiones, los metales pesados como estaño, plomo, zinc,cadmio y níquel.

Una de las impurezas metálicas durante la fusión, es el magnesio, siendo un elementomuy fácil de eliminar, por medio de su combinación con el cloro.

2.7.2 Impurezas no metálicasSe generan durante la fusión por oxidación de los materiales, de carga deherramientas sucias, de erosión de refractarios y fundentes químicos usados en elproceso de preparación de aleaciones para el vaciado.

2.7.2.1 El corundumEs una inclusión que a menudo se encuentra en las piezas de aleación de aluminiopara fundición. Es particularmente encontrado en forma de macro inclusiones,siendo un oxido de aluminio tipo alfa; esta forma es sumamente densa y dura, elcual se encuentra en las paredes y piso del horno. La formación es por una bajacalidad de los refractarios usados comúnmente, con bajos contenidos de agentesno-mojables por el aluminio en la composición del refractario, temperaturas altas,atmósferas de horno negativas, acción de la flama directa sobre el metal y unaineficiente practica de remoción de escoria en el interior.

2.7.3 Intermetálicos precipitados.

Hay varios compuestos intermetálicos que se forman naturalmente siendo el resultadode ciertos fenómenos de cristalización-solidificación en estado sólido.

Estos micro constituyentes son parte integral de la metalurgia de las aleaciones dealuminio para la fundición y no se pueden evitar. Generalmente, estas fases no sonperjudiciales para las propiedades de la aleación durante el procesamiento, ycomportamiento de la misma; existen dos excepciones notables en este hecho. En elprimer caso, la fase aluminio-silicio contiene cierta cantidad de hierro causando algúnproblema como la fragilidad en las propiedades mecánicas, resistencia a la fatiga,ductibilidad, resistencia al impacto, cuando la fase tiene forma de aguja.


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La segunda excepción ocurre principalmente en aleaciones de fundición, se conocenormalmente como lodo. Es un compuesto intermetálico consistente de hierro, cromoy manganeso como constituyentes elementales y una matriz de aluminio-silicio; estoda lugar a una expresión llamada factor lodo:

Fe + 2 Mn + 3 Cr ---- 1.8

Al exceder 1.8, entonces la formación del lodo, probablemente ocurra y esta misma,está en función de la temperatura y composición.

Los lodos son muy perjudiciales ya que esta fase es sumamente dura, afectando a lavida útil de la herramienta de maquinado, su fractura e inconsistencia de maquinadocuando se producen piezas de alta precisión.

2.8 ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LA ALEACIÓN 380

Para la realización de las prácticas en este trabajo, decidimos fabricar probetas con laaleación denominada A380, cuyos elementos aleantes y composición se encuentran enla Tabla 5.

2.8.1 Composición Química

Tabla 4. Elementos aleantes y composición de la aleación A380

2.8.2 Características de la aleación.

2.8.2.1 EspecificacionesAMS A380.0: 4291, Former ASTM 380.0:SC84B, A380.0:SC84A, SAE.380.0: 308.a380.0: 306, UNS number 380.0: A03800. A380.0 A13800, Government. A380.0: QQ-A-591, Foreign. 380.0: Canadá, CSA SC84

2.8.2.2 AplicacionesLimpiadores de vacío, pulidoras de pisos, partes para automóviles e industriaseléctricas, armazones y alojamientos para motores. Es la aleación mas ampliamenteusada. Es poco soldable, y la resistencia aumenta a temperaturas altas cuando recibeun recubrimiento de cobre.

SAE ASTM Si Fe Cu Mn Mg Ni Zn Sn

A380 380 7.5-9.5

1.3máx.

3.0-4.0

0.50máx.

0.10máx.

0.50máx.

3.0máx.

0.35máx.


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2.8.3 Propiedades Mecánicas de aleación 380.

Propiedades de Tensión· Modulo Elástico: 71.0Gpa (10.3x106 psi)· Esfuerzo de Fatiga: 138 Mpa (20 ksi)

Características en Masa:· Densidad 2.71g/cm3 (0.098lb/in3) a 20º C

Características Térmicas:· T Liquido: 595 ºC· T Sólido: 540 ºC

Coeficiente lineal de expansión térmica:· De 20 a 200 ºC la 380.0 22.0Um/m * K

Conductividad Térmica:· 96.2 W/m*K a 25ºC

2.8.4 Propiedades Eléctricas

Conductividad Eléctrica:· Volumétrico 27% IACS a 20ºC

Resistencia Eléctrica:· 65nΩ*m a 20ºC

2.8.5 Características de Fabricación

Temperatura de Fusión:· 650 a 760 ºC

Temperatura Fusión de Forja:· 635 a 705ºC

Temperatura de Recocido:· Para incrementar la ductilidad, 260 a 370ºC mantenido de

4 a 6 horas, enfriamiento en horno o enfriado atemperatura ambiente

Temperatura de relevado de esfuerzos:· 175 a 260 ºC, Mantenido la temperatura de 4 a 6 horas,

enfriado en aire.


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III. ESTADO DEL CAMPO.

3.1 ELIMINACIÓN DE IMPUREZAS DEL ALUMINIO Y SU PURIFICACIÓN CONCLORO GASEOSO.

El aluminio que se extrae de los baños electrolíticos, denominado bruto, contieneimpurezas metálicas (Fe, Cu, Si, Zn, etc.) y no metálicas (Al2O3 y otros óxidos), asícomo otros gases (H2, O2, N2, CO, CO2)

Para eliminar estas impurezas, el aluminio en estado líquido es soplado con gas cloro.Al hacer pasar el gas cloro a través del aluminio líquido se forma cloruro de aluminio:

La temperatura del proceso es superior a 700°C, en estas condiciones, cuando el gascloro pasa por el metal líquido, absorbe las partículas de óxidos, fluoruros, carburos, yasí estas partículas se cubren en una envoltura gaseosa del cloruro de aluminio; asísubirán a la superficie en forma de polvo gris que se evacua. El paso del clorocontribuye también al desprendimiento de los gases disueltos en el aluminio.

Al sedimentarse en el horno, el aluminio fundido se depura de modo que se eliminenlos gases e inclusiones no metálicas; con ellos mezclando el aluminio procedente dediversos baños, se puede obtener lotes con pureza deseable.

Con la ayuda de este procedimiento, la pureza del aluminio primario alcanza valoresde 99.5- 99.85 %.

Aun con eso, algunas áreas de la técnica moderna requieren de un aluminio conmayor pureza tal como 99.996% o más.

Un aluminio con tal pureza se obtiene:· Afinando de forma electrolítica,· Por fusión en zonas localizadas o· Con destilación a través de subcompuestos.

El afino electrolítico consiste en un electrolito fusible con una temperatura próxima a lade fusión del aluminio y en base a las propiedades electropositivas, este elemento sedeposita en el cátodo; Las impurezas más electropositivas no se disuelvenanodicamente y se acumulan en la aleación del ánodo. De esta forma se obtiene unaluminio de 99.996% de pureza.

La llamada fusión por zonas, se fundamenta en la solubilidad de las impurezas en unmetal sólido, incluyendo el aluminio, que es mas baja que en el fundido.

Barras procedentes de la purificación electrolítica, son colocadas en cajas hechas degrafito puro, estas a su vez se colocan en tubos de cuarzo en el cual esta creado unvacío que protege al aluminio de la oxidación. En torno al cuarzo se coloca un inductor


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que fundirá a la barra de aluminio en una zona específica mientras que la parterestante de la barra queda sólida; el inductor se desplaza a lo largo de la barra conuna velocidad determinada. Las impurezas se acumulan en la masa fundida hacia elextremo del lingote, que al final será eliminada.

Por esta vía, se puede obtener el aluminio cuya pureza alcanzará un valor de99.9999% pero la producción de este tipo de aluminio es bastante costosa.

Finalmente, se ha ideado un procedimiento especial de destilación que tiene augeúltimamente en algunos campos de aplicación. En este caso, la destilación delaluminio se lleva a cabo a través de los subcompuestos haciendo pasar el cloruro ofluoruro de aluminio, en estado gaseoso por encima del aluminio fundido a unatemperatura de 1000°C y más.

Se forma un compuesto gaseoso inestable, que una vez enfriado, se descompone enaluminio y cloruro o fluoruro de aluminio. Por este procedimiento, se logra una purezade 99.99997 a 99.99999% de Al, rebasando los costos de producción de el anteriorproceso. Por lo tanto algunos de los procesos de producción de aluminio son bastantecostosos pero existen varias alternativas para su producción, esto depende del uso delmaterial y del tipo de investigación que se realice con este.

3. 2 PROCESOS INDUSTRIALES.

Previamente, en este trabajo, ha quedado establecido uno de los problemas que conmayor frecuencia se presenta durante la fusión del Aluminio y la afinidad que surgecon el Hidrógeno durante la misma y en la colada, debido al aumento de lasolubilidad del gas en el metal con el aumento de la temperatura.

Una cantidad considerable de Hidrógeno es captado por el Aluminio durante la fusióny es expulsado durante la solidificación formando burbujas, algunas de estas sedesplazan hacia la superficie, pero otra cantidad importante permanece en el metalsolidificado causando porosidades en la pieza sólida.

Para la formación de estas porosidades, también es un elemento que tiene graninfluencia, la presencia de inclusiones en el metal pues funcionan como nucleantesdurante la solidificación.


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3.3 DESGASIFICADOEl objetivo primordial del desgasificado es en efecto reducir el nivel de Hidrógeno en elmetal líquido, como el de reducir el número de inclusiones. La desgasificación esutilizada por lo tanto, para evitar la porosidad ocasionada por la presencia deHidrógeno durante la solidificación.

Como se observa en la Figura 16, consiste básicamente en la inyección de un flujo degas de arrastre (regularmente se emplean Argón o Nitrógeno) en el aluminio fundido;es importante aclarar que este procedimiento se realiza justo antes de realizar lacolada del metal fundido.El mecanismo de desgasificado, trabaja en el metal líquido realizando la difusión delHidrógeno a las burbujas del gas de arrastre gracias a la diferencia de presión parcialde Hidrógeno entre el gas de arrastre y el aluminio líquido.

Figura 16. Ejemplo de desgasificado con gas Argón

De los parámetros más importantes de considerar en el procedimiento de ladesgasificación del aluminio en este caso, y que determina la eficiencia del mismo esel tamaño de las burbujas que provoca la inyección del gas de arrastre; si la burbujadel gas es demasiado grande, la desgasificación es menos eficiente, mientras quecuando la burbuja es pequeña, la eficiencia en el proceso es mayor.

Otros aspectos de consideración, son: el suministro de burbujas (un numerosuficiente) y la protección de la superficie del metal líquido (que evite la reabsorciónde hidrógeno)

Existen desgasificantes tradicionales como el gas Cloro, Hexacloroetano yDiclorodifluorometano, que han sido sustituidos debido a la cantidad de contaminantesque emiten durante su inyección; es por eso que han sido sustituidos principalmentepor los gases inertes que aumentan la calidad del producto y la eliminación de gasescontaminantes.


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Se presenta a continuación los tipos de desgasificantes estudiados durante lainvestigación:

3.3.1 NitrógenoEs un gas incoloro, no corrosivo y no flamable, inerte excepto cuando secalienta a temperaturas muy altas. Al ser un gas no corrosivo, no es necesarioun equipo especial para su almacenamiento y control.Ha sido utilizado en estos procesos obteniendo buenos resultados, aunque conligeras desventajas, pues su tiempo para desgasificar es prolongado, reduce losniveles de producción y aumentan los costos en el consumo de energía.

3.3.2 ArgónEs un gas monoatómico, incoloro, inodoro, no corrosivo y no flamable. Noreacciona con ningún elemento o compuesto, por lo que no requiere tanquesde almacenamiento o equipos de flujo especiales. Su eficiencia comodesgasificante es muy alta y su emisión de contaminantes es nula, la remociónde hidrógeno es mayor y los tiempos de desgasificación son menores que losdel Nitrógeno.

El desgasificado de aleaciones en fundición, se logra en algunos casos agregandopequeñas cantidades de gases halógenos (como el gas Cloro); en recientesaplicaciones industriales, se ha utilizado también Hexafluoruro de Azufre combinadocon gases inertes.

Usar gases halogenados, produce una mejor remoción pues colecta ademásinclusiones y da mayor fuerza a la remoción del Hidrógeno en el metal fundido.

Es una consideración importante, definir el gas a utilizar en el desgasificado, pues deeste mismo, dependerá de manera directa la composición de la escoria1.

3.4 AVANCES EN EL DESGASIFICADO Y EQUIPOS ESPECIALESPor ser este un proceso que ha logrado mejoras sustanciales en la producción depiezas de aluminio, la investigación ahora resulta importante para la aplicación denuevos métodos de desgasificación.

Durante la investigación, hemos encontrado que investigaciones de carácter industrial,han arrojado resultados tales como el uso de equipos de desgasificación rotatorios queaumentan la eficiencia para reducir el contenido de Hidrógeno en el aluminio fundido.

Bajo condiciones normales de operación, este equipo remueve también pequeñascantidades de sodio y estroncio, provenientes de tratamientos y/o modificaciones

1 En investigaciones consultadas, se encuentra que el gas Argón crea una escoria con menos metal atrapado,mientras que la mezcla entre Nitrógeno y Hexafluoruro produce una escoria con alto contenido de metalatrapado.


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anteriores que permiten de igual manera una mejora con respecto a los resultadosobtenidos en la utilización de lanzas de inyección de gas.

Este equipo, realiza la remoción de Hidrógeno también con la inyección de un gasinerte, pero no es únicamente un medio para inyección, sino que además creaburbujas finas y permite que el aluminio sea bombeado a través de las entradas delrotor.

A diferencia del uso solamente de una lanza de inyección de gas, este proceso obtieneuna remoción de Hidrogeno de una cantidad cercana a poco más de 50 % delcontenido inicial de Hidrógeno en un tiempo de 5 minutos, en comparación con laremoción de menos del 50 % en 20 minutos obtenido del mismo proceso empleandouna lanza.

La lanza produce tamaños de burbuja con tamaños considerables y poco uniformes,que producen una turbulencia en la superficie con riesgo de formación de óxidosperjudiciales para la pieza final.

3.5 INYECCIÓN DE FUNDENTES

Se ha acoplado por la técnica de Flecha / Rotor (Figura17), ganando aceptación en losprocesos de Aluminio por fundición en las técnicas de tratamiento de metal.

La inyección de fundentes mejora la acción de limpieza más que la simple adiciónmanual de los mismos en el proceso de fusión.

Figura 17. Ejemplo de equipo de desgasificado con rotor.


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Esta, es una técnica que consiste en la dispersión de gases e inyección de fundentes,dando como resultado tratamientos mas cortos, reducción de formaciones de escoria,una mejora global al proceso, mejora en la limpieza del metal y un tratamiento in-situde la escoria que se genera en el proceso, reduciendo de esta forma el volumengenerado y obteniendo así, escorias mas secas, con menor contenido de metal.

Es importante mencionar que el proceso de inyección de fundentes se utiliza tambiéncomo un sistema de adición de elementos de aleación, modificadores de estructura desilicio o refinadores de grano.

La aplicación de inyecciones de fundente proporciona una mayor eficiencia en laresuperación de los elementos inyectados.


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IV. METODOS PARA INYECTAR GAS Y LIMPIEZA DEL METALLÍQUIDO

4.1 LANZAS TUBULARES DE GRAFITO.Es el método más simple, con la desventaja de tener una menor eficiencia. Lasburbujas que se obtienen por este método son grandes y cuentan con muy pocotiempo de residencia en el metal líquido. El procedimiento se realiza en hornos y paramejores resultados es necesario utilizar varias lanzas o moverlas durante el proceso demodo que puedan abarcar todo el volumen de material.

4.2 TAPONES POROSOSSuele ser una solución intermedia para tratamiento de metal tanto en hornos como encanales de transferencia. Según se observa en la Figura18, el sistema es de instalaciónfija y también requiere un número necesario de tapones para alcanzar todo el volumena tratar.

Figura 18. Función de tapones porosos para fusión de Aluminio


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V. COMPORTAMIENTO DEL HIDRÓGENO DURANTE LA FUSIÓN

A pesar de ser el Hidrógeno un elemento no deseable por las consecuencias queocasiona, puede ser controlado beneficiando a la pieza final.

El óptimo contenido de Hidrógeno que pueda ser tolerado en el baño metálico,depende de factores diversos como:

· Composición de la aleación· Proceso y formación del molde utilizado· Modificación por silicio· Filtración de metal· Temperatura del metal

El contenido de Hidrógeno permitido en el metal líquido, debe ser establecido demanera inicial, considerando dos aspectos importantes:

· Cómo controlar el contenido de Hidrógeno dentro de los parámetros delproceso (eliminación o adición de Hidrógeno)

· Cómo medir el contenido de Hidrógeno de la aleación.

Para obtener el contenido deseable de Hidrógeno en el metal líquido, éste puede serdesgasificado o ligeramente desgasificado. De igual forma, el metal ya en su formasólida puede clasificarse como:

· Desgasificado,· Parcialmente desgasificado,· Sin desgasificar e· Intencionalmente gasificado.

5.1 CONTROL DEL CONTENIDO DE HIDRÓGENOEl contenido de hidrógeno para el proceso de fusión, se determina en base a unacantidad mínima y máxima para contrarrestar defectos de fundición como lacontracción, las grietas superficiales, los rechupes y para evitar defectos deporosidades.

Existen por tanto, métodos intencionales de introducción de Hidrógeno en el metallíquido utilizando madera, fundentes, vapor o amoniaco; todos estos elementos, con lacapacidad de adicionarse durante la fusión continua.


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VI. EVALUACIÓN DE HIDRÓGENOExisten técnicas para determinar el contenido de hidrógeno en aleaciones de aluminio,que se clasifican en tres grupos:

· Técnicas en muestras sólidas· Técnicas en muestras líquidas· Métodos de lectura directa

6.1 Técnicas de muestras sólidasLas técnicas de muestras sólidas son esencialmente en laboratorios de investigación ydesarrollo, pero no son comunes en prácticas de piso, se mencionan a continuación,pero se suprimirán para un análisis o referencias posteriores:

· Inspección visual· Inspección radiográfica· Inspección bajo rayos ultravioleta· Inspección de la microestructura· Prueba de tensión· Prueba de fugas· Ausencia de porosidad después del maquinado·

6.2 Técnicas de muestras líquidasLas técnicas de muestras líquidas incluyen entre otras:

6.2.1 Método de presión reducida (Straube-Pfeiffer Test)

Una muestra es tomada y se deja solidificar bajo presión reducida de un crisolpintado. A medida que la presión se reduce, los poros gaseosos se expanden yproducen poros mayores comparados con los que se forman por solidificaciónbajo presión atmosférica. La porosidad de la probeta se evalúa por observaciónvisual en un corte central, o midiendo cuantitativamente la densidad de lamisma. El contenido de inclusiones puede modificar la distribución de laporosidad interna.

6.2.2 Prueba de la primera burbuja (Hycon Test)

Se toma una muestra de aproximadamente 200g de metal liquido en una cámarade vacío. Se observa desde afuera la superficie del líquido, y a medida que lapresión se reduce, hasta unos 0.05-0.10 bar., aparecen burbujas de Hidrógenoen la superficie. Al parecer la primera burbuja, se anota la presión ytemperatura, a partir de la cual puede calcularse aproximadamente el contenidode hidrógeno mediante una curva de calibración.


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6.2.3 Prueba de recirculación de gas (Telegas, Alscan)

Se mide el hidrógeno de forma directa. Consiste en hacer recircular una ciertacantidad de nitrógeno a través de una probeta porosa sumergida en el aluminiolíquido, de esta manera el gas portador se va enriqueciendo en 1-1 hastaalcanzar en algunos minutos, el equilibrio de presiones parciales, el contenido dehidrógeno se determina midiendo la conductividad térmica de la mezcla N-H.

Esta prueba ha dado origen a todos los métodos de medición directa delcontenido de hidrógeno.

6.3 MÉTODOS DE LECTURA DIRECTALos métodos de lectura directa, consisten en un examen visual de la superficie de lamuestra. Si la muestra da indicios en una superficie abombada o convexa indica queel baño líquido tiene un contenido relativamente alto de gas.

Por otra parte, si el espécimen muestra una superficie hundida o cóncava, indica queel baño líquido tiene bajo contenido de hidrógeno.

Estas condiciones se observan en la Figura 19

Figura 19. Ejemplos de piezas obtenidas de colada.

Otra evaluación visual consiste en cortar la muestra a la mitad y examinar ambasmitades para ver si existe porosidad interna y luego compararlas con muestras patróncomo las que se incluyen en la Figura20.

Esta comparación puede llevarse a cabo después de pulir ambas secciones de lamuestra, con métodos de preparación metalográfica.


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Figura 20. Patrón comparativo de porosidades para método visual.

Igualmente, existen métodos de evaluación semicuantitativa que se obtienencalculando la densidad relativa de las muestras enteras de los especimenessolidificados bajo la prueba de presión reducida.

La densidad relativa es un método rápido, eficaz, simple y de gran aplicación; consisteen pesar la muestra en aire y luego en agua. La densidad relativa se determinadividiendo el peso del espécimen en aire entre el peso del espécimen en aire menos elpeso en el agua.


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La densidad relativa en un buen indicador del contenido de gas en el baño. Cuantamás alta la densidad relativa del espécimen, menor el contenido de gas presente en el

baño. La mayoría de las fundiciones utilizan el método de densidad relativa paraestablecer la máxima y mínima cantidad de hidrógeno que el proceso pueda tolerar.

Es importante considerar que las operaciones que requieren el uso de los hornos decrisol para la fusión u ollas de transferencia para el metal líquido, generalmentedetermina la densidad relativa antes de liberar el metal. Las fundiciones que usanhornos de reverbero para fusión continua evalúan la densidad relativa con variosintervalos de tiempo, generalmente cada una, dos o tres horas, dependiendo de lavariabilidad del proceso establecido.

Existen, de igual forma, aparatos de medición directa basados en el método de gasrecirculado y que proporcionan el contenido real de Hidrógeno presente en el metalfundido.

Tomando en cuenta la cantidad de Hidrógeno medida con cualquier método y latemperatura a la cual se realizan estas mediciones, es posible construir una gráfica enla que se ejemplifica el comportamiento del Hidrógeno durante el proceso, como laque se muestra a continuación en la grafica 1.

Grafica 1. Concentración de hidrogeno vs. Temperatura de proceso


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Considerando estos datos, se puede observar que la línea que representa el contenidode hidrógeno en función del tiempo puede evaluarse en tres secciones diferentes quese clasifican como:

· Estabilizador del sensor

· Operación de desgasificación

· Mantenimiento de temperatura del baño líquido después de ladesgasificación.

En la gráfica observamos que el hidrógeno continúa bajando su nivel incluso despuésde terminada la desgasificación debido probablemente a los residuos de nitrógenopresentes en el baño; de igual forma, existe un ligero crecimiento después del puntomás bajo de contenido de Hidrógeno como un comportamiento normal del gas encontacto con la atmósfera del metal líquido.Estas técnicas de medición pueden utilizarse para la medición del metal fuera del crisoldurante el proceso de vaciado, aunque como lo muestra la gráfica siguiente, elcontenido de Hidrógeno, tendrá una variación considerable con respecto al mismométodo de lectura en el metal dentro del crisol.

Si se utiliza equipo de medición directa de Hidrógeno, se puede llevar a cabo unacorrelación entre el contenido de Hidrógeno en la aleación y la densidad relativa de lasmuestras solidificadas en la prueba de presión de vacío. Para establecer dichacorrelación, se requiere evaluar las muestras solidificadas bajo la prueba de presiónreducida a intervalos determinados durante la edición del contenido de Hidrógeno, asise construye la grafica 2.

Grafica 2. Relación entre el contenido de Hidrógeno en baño líquido y la densidadrelativa de una aleación de Aluminio A357.0 fundida en un horno de crisol.


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Es evidente observar en la figura que la densidad relativa disminuye a medida que elcontenido de Hidrógeno aumenta.

Con estos datos, se realiza el cálculo de una línea que represente la pendiente de larelación entre estos datos, que predecirá el contenido de Hidrógeno en el baño,aunque esto será posible solo si los datos de la densidad relativa se deben a lacantidad de Hidrógeno en el baño. Estos datos se presentan en la grafica 3, que sepresenta a continuación.

Grafica 3. Relación entre densidad relativa y contenido de hidrogeno.

En la Tabla 4, se tienen datos de las densidades relativas y sus correspondientesconcentraciones de Hidrógeno las cuales son comúnmente utilizadas en diferentesfundiciones de Aluminio

Tabla 4. Densidades relativas y nivel de H en aleaciones de AluminioALEACION DENSIDAD RELATIVA NIVEL DE H ml/ 100g Al

C355.2 2.63-2.69 0.090-0.076

A356.2 2.61-2.66 0.100-0.072

A357.2 2.63-2.66 0.094-0.074

319 2.69-2.74 0.075-0.055

319 2.30-2.50 0.215-0.165

319 2.10-2.30 0.265-0.215

380 2.71 0.098-0.074


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6.4 CONTROL DE INCLUSIONESLas inclusiones y partículas no metálicas mas comunes que se encuentran en elaluminio líquido son óxidos diversos, carburos, nitruros, boruros. También son deconsideración las partículas que se pueden desprender de los materiales refractariosde los hornos y pintura que recubren canales y herramientas.

La evaluación del contenido de inclusiones se realiza de manera común por análisismetalográficos, sin embargo, la concentración de inclusiones en el metal es tan bajaque para obtener información estadísticamente significativa es necesario pulir áreasexcesivamente grandes y resulta difícil llevar a cabo en práctica.

Es por esto, que se han desarrollado métodos de concentración de inclusiones queconsisten en hacer pasar una cierta cantidad de metal por filtro de 10 mm deporosidad muy fina, y analizar posteriormente el residuo retenido en el filtro.


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VII. INVESTIGACIÓN EXPERIMENTAL

7.1 PREPARACIÓN DEL MATERIAL A FUNDIR.

7.1.1 Clasificación de la Chatarra.Como la mayoría de la materia prima es reciclada, podemos tener variascomposiciones químicas para el fundidor, este es un problema que se presentacomúnmente, por lo tanto se debe separar el material.

En esta experimentación, el material es un lingote de Aluminio con una composiciónquímica de:

De 99.5% de Aluminio y el resto de Si, Mg entre otros por lo tanto se puede decir quese trabajara con materia prima optima.

Pero es necesario, aclarar que cuando la materia prima procede de material de re-uso(chatarra), deben utilizarse procedimientos de separación que permitan conocer losmateriales que se tienen disponibles. Pueden realizarse de las siguientes formas:

· Procedimiento físico: apariencia, color, ensayos de plegado, por peso si lamagnitud del material lo permite.

· Procedimiento magnético: el aluminio no es atraído por imanes.

· Análisis de composición: tomar muestras de la materia prima y enviarlas aanálisis de laboratorio.

7.2 PREPARACIÓN DE LA ALEACIÓN.

Cuando se prepara una aleación, es necesario efectuar un balance de los elementospresentes en los materiales que formarán la carga fundir, y al fundir el material, sedeben de considerar variantes tales como:

7.2.1 Composición del material a cargar

De manera regular, las cargas están constituidas por cierto porcentaje de chatarra yde algunos lingotes de composición determinada; esto permite obtener unaaleación con los límites especificados si la fusión ocurre en buenas condiciones.

7.2.2 Fusión del material o chatarra determinados

La composición química del metal líquido puede sufrir alteraciones, comoempobrecimiento o enriquecimiento de algunos de sus elementos de aleación,como Magnesio o Hierro. Durante el proceso deben ser analizadas muestras y deser necesario, ajustar la aleación. Es importante mencionar que los elementosaleantes no deben agregarse en un mismo tiempo y en un solo sitio.


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7.2.3 Heterogeneidad en el baño metálico.

La heterogeneidad puede deberse a una mala agitación en el baño del metalliquido, especialmente cuando lleva elementos como el cobre, níquel, manganeso,titanio y magnesio, por lo que se deberá homogeneizar el baño hasta obtener unacomposición definida.

7.3 CONDICIONES DE LA FUSIÓN DE ALUMINIO

7.3.1 TemperaturaEs preciso tomar en cuenta que la fusión se debe llevar a cabo en un tiempo mínimo,evitando que el metal permanezca a temperaturas elevadas, esto es, temperaturasmayores a 750°C. De ser necesario, para evitar estas condiciones, es recomendableutilizar un ventilador de horno para enfriar el metal, pero es preciso evitar elsobrecalentamiento, por lo cual se deben controlar las temperaturas por medio determopares.

7.3.2 Herramienta a UtilizarEs recomendable utilizar herramientas de hierro fundido, cuidadosamente revestidasde carbonato y precalentadas, esto debido a que las aleaciones de aluminio quecontienen silicio atacan rápidamente al hierro y al acero y mas lentamente al hierrofundido.

7.3.3 Fundente y EscorificanteUtilizar fundente totalmente seco. Para utilizar el fundente se debe considerar:

· La temperatura de la carga (entre 680 y 710°C)

· La cantidad de chatarra a fundir (3 Kg.)

· El tiempo de reacción o reposo (que va de 1.30 a 2.20 minutos)

7.3.4 AleantesSe cargarán en un área libre de escoria, distribuyéndoles por todo el horno. No seagregarán todos los lingotes al mismo tiempo y en un solo sitio.


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7.4 LIMPIEZA DEL MATERIAL

7.4.1 FundentesLa producción de piezas de aluminio de alta calidad, está determinada por el grado depureza del metal empleado. La presencia de gas, óxidos y otras impurezas causanpiezas defectuosas.

Los fundentes, se emplean para formar una capa protectora sobre el metal durante lafusión. Así prevé la oxidación y minimiza la absorción de Hidrógeno y algunos otrosgases que perjudican el metal, igualmente, evitan las pérdidas de calor por radiación yayudan a la fusión por su reacción exotérmica. Las propiedades de un fundente, seenlistan en la Tabla 5.

TABLA 5. CARACTERISTICAS DEL FUNDENTE UTILIZADO (FLUX 431-A)

PARAMETRO DESCRIPCION

APARIENCIA POLVOCOLOR ROSA CLARO

HUMEDAD (%) 1DENSIDAD APARENTE (gr/cc) 1.17-1.28SÓLIDOS INSOLUBLES (%) 25-29

P.H. 4-5TEMPERATURA DE TRATAMIENTO

(ºC) 650-730

CLORUROS TOTALES (%) 62-67

CARACTERISTICAS FUNDENTE DE COBERTURA CONEXOTERMICIDAD MODERADA

MALLA %

50 18 +/- 2

80 10 +/- 1GRANULOMETRIA

100 8 +/- 1


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7.4.2 DesgasificadoAnteriormente en este trabajo, se estableció el objetivo principal del desgasificado, porlo que este es considerado como parte de la limpieza del material durante el procesode fusión.

Es importante igualmente, mencionar en este apartado, que la desgasificacióncontribuye durante el proceso de fusión a deshacerse de óxidos finos y algunaspartículas que ascienden a la parte superior del baño metálico y que el uso de tabletasdesgasificadoras tiene mayor eficiencia cuando la temperatura es menor, se añadencon la ayuda de herramientas libres de productos óxidos (como una campana) y elrango de temperatura optimo va de los 700 a 720°C. las propiedades de las pastillasdesgasificadoras se enlistan en la Tabla 6.

TABLA 6. CARACTERISTICAS DE PASTILLAS DESGASIFICADORAS (EXA-C)

PARAMETRO DESCRIPCION

APARIENCIA PASTILLACOLOR BLANCOPUREZA 99.8

PUNTO DE SUBLIMACION (ºC) 183- 187H2O (%) 0.005 MAX.HCl (%) 0.04 MAX

NH4Cl (%) 0.005PESO (gr) 52 +/- 2

ESPESOR (mm) 1.5DIAMETRO (mm) 5.0

7.4.3 EscoriadorLas cenizas del fundente junto con los óxidos y basuras, se dejan reposar de 5 a 10minutos y se procede a sacar la escoria del horno con un rastrillo, este proceso debeser antes del vaciado del metal líquido.


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7.5 FILTROS Y AFINADOR DE GRANO.

7.5.1 FiltrosLos filtros tienen como objetivo primordial, retener las inclusiones, escoria y óxidosque se forman en al aluminio fundido al fluir desde los hornos, por los canalones,hacia los moldes. Este trabajo es realizado por la cama de aluminio que cubre elfondo del filtro. Otra función importante del filtro es la desgasificación del aluminio loque ocurre como ya se ha mencionado anteriormente con el burbujeo de gasesinertes.

7.5.2 Afinador de GranoSe da este nombre al alambrón de titanio-boro que se agrega en los filtros durante elvaciado. Su propósito es mejorar la estructura granular del lingote, y así poderaumentar la velocidad de extrusión, cuando el producto es un lingote que seráempleado para conformado mecánico. En la Figura 21 se observan micrografías deuna estructura con grano refinado

Figura 21. Estructura con grano refinado.


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7.6 VACIADO DE ALUMINIOEs necesario, tener en control los parámetros de operación del vaciado del Aluminio deforma continúa, revisarlos de manera periódica para en caso de ser necesario, realizara tiempo los ajustes correspondientes. Son consideraciones:

· Asegurarse de contar con todas las herramientas necesarias (flotadores,tubos guía, etc.)

· Revisar los moldes

· Asegurarse de que esta utilizado convenientemente el refinador de grano

· Verificar la temperatura del metal en hornos filtros y canales

· Revisar la velocidad de extracción de las barras, cantidad de agua deenfriamiento y lubricación.

7.7 TOMA DE MUESTRAUna vez conocida la composición destinada para una aleación y además del análisis dela chatarra o del material fundido, se debe revisar y verificar la composición que tieneel metal para ajustar la aleación añadiendo los aleantes necesarios antes de variar.

El tomar una muestra antes de vaciar en muchos casos depende del material fundido,y esta práctica la debe de poner en funcionamiento el supervisor de fundición, cadavez que lo crea conveniente.

Al momento del vaciado, deben tomarse dos muestras para certificación del material.

Es de vital importancia recalcar que todas las muestras que se envíen al laboratorio decontrol de calidad para su análisis, deben estar libres de escoria.


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VIII. INVESTIGACION EXPERIMENTAL

8.1 Calculo de Carga

Realizando el cálculo de carga (Tabla 7) con una base de 3 Kg., considerando que loselementos agregados son puros y nuestra materia prima (aluminio) es de 99.5% depureza obteniendo los siguientes resultados:

Tabla 7.- Se muestra el calculo de carga realizado para la obtención de la aleación deAluminio, Siendo como base de calculo 3Kg

Si Fe Cu Mn Mg Ni Zn SnMínimo 7.5 1.3 3 0.5 0.1 0.5 3 0.35

Máximo 9.5 1.3 4 0.5 0.1 0.5 3 0.35

Promedio 8.5 1.3 3.5 0.5 0.1 0.5 3 0.35

Base 3000g

Si Mínimo 225 Mn Mínimo 15 Zn Mínimo 90

Máximo 285 Máximo 15 Máximo 90

Promedio 255 Promedio 15 Promedio 90

Fe Mínimo 39 Mg Mínimo 3 Sn Mínimo 10.5

Máximo 39 Máximo 3 Máximo 10.5

Promedio 39 Promedio 3 Promedio 10.5

Cu Mínimo 90 Ni Mínimo 15 Al Resto

Máximo 120 Máximo 15

Promedio 105 Promedio 15


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8.2 DATOS EN GENERALES DEL PROCESO.

Se realiza la aleación tomando el promedio para evitar problemas de exceso deelementos.En el proceso se cuido que el material ocupado como cuchara, pinzas entre otrasllevara un precalentamiento para evitar introducir humedad en el baño, al igual seevitaría que pudiese haber un choque térmico.El crisol ocupado es de carburo de silicio, el cual fue nuevo para evitar contaminar laaleación con una capacidad de 5 kg.Para el proceso de desgasificado se usaron las pastillas de hexacloretano, nombradascon anterioridad en esta tesis. Las cuales fueron ocupadas en diferente forma para lasdistintas prácticas, obteniendo resultados diferentes.En el proceso de vaciado se preparo un molde en verde para la obtención de probetasmetalograficas, en el cual se aplicaron los conocimientos obtenidos en las visitasrealizadas dándonos buenos resultados.

A continuación se lleva acabo una descripción más detallada a los hechos, en la cualmostramos como variables, el tiempo de la fusión, temperatura, retiro de escoria,cantidad de desgasificante, estado del metal líquido y tiempo de vaciado las cuales sonbastante importantes para la experimentación.

8.3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

El primer paso es elaborar el molde para el vaciado en arena en verde, que tomaaproximadamente 40 minutos desde la mezcla con agua y bentonita, hasta lacolocación en adobera cerca de la zona de vaciado.

10 minutos antes de terminar por completo la elaboración del molde, el horno esencendido y se coloca el crisol dentro. Cerca del horno, son colocados los elementosaleantes con mayor punto de fusión (en este caso, Hierro, Cobre y Níquel), comoprecalentamiento para acelerar la fusión de todo el baño metálico.

Cuando el crisol se encuentra al rojo vivo, se agrega el fundente y entre 2 y 3 minutosdespués se agrega Aluminio y los elementos que se encontraban enprecalentamiento. Una vez que comienza a observarse la formación del bañometálico, se cuentan nuevamente entre 2 y 3 minutos para comenzar a agregar lossiguientes elementos, espaciados entre si por un minuto de diferencia.

Es importante que los elementos finales en agregar sean Silicio y Magnesio, por sualta afinidad a formar óxidos y por lo tanto una cantidad grande de escoria, se deja untiempo no mayor a los 3 minutos para que reaccionen todos los elementos de laaleación y se le retira la primera escoria formada.


49

Considerando que la temperatura no debe sobrepasar los 750 °C, al acercarse a los700 grados se debe agregar los elementos finales y pasado el tiempo mínimo despuésde agregar Magnesio (que será el último elemento en agregarse), se agrega la pastilladesgasificadora con las precauciones necesarias para evitar la intoxicación.

Una vez agregada la pastilla desgasificadora, se deja reaccionar un tiempo no mayorde 2 minutos con los extractores de aire prendidos, debido a que se desprende HCl, yse le da otra limpieza de escoria, la cual es la ultima ya que el siguiente paso es elvaciado directo en el molde siendo el tiempo máximo para realizar el vaciado de 2 a4 minutos, para evitar una nueva absorción de hidrógeno y formación de escoria.

Previendo la posibilidad al momento del vaciado, de tener un sobrante de materialliquido, debe calentarse una lingotera también de hierro fundido al tiempo en el quese agregan los dos últimos elementos de aleación.

Terminado el vaciado, se procede a limpiar el crisol de material pegado a las paredes yposteriormente, a su enfriamiento. Mientras, el tiempo de solidificación de la pieza enel molde será aproximadamente de 10 a 15 minutos.La pieza solidificada debe limpiarse de arena que haya quedado adherida y se procedeal análisis visual, comparativo y metalográfico de las piezas obtenidas.


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8.3.1 PRACTICA 1PROCESO DE DESGASIFICADO EN FUNDICION DE ALUMINIO POR MEDIO DE

PASTILLAS DE HEXACLOROETANO

Hora Operaciones Detalles y Observaciones

15:00 Inicio de practicaRevisión de materiales, equipos de

trabajo y de seguridad. Organización detiempos

Calentamiento de CrisolCalentamiento del Horno15:30-16:00

Calentamiento del Metal a Fundir

Durante el tiempo de espera, sepreparan los equipos a utilizar durante

la fusión y el vaciado, mantenerloscerca y listos a utilizar.

16:00 Inicio de Fusión(Agregar Aluminio)

Aluminio cortado que debe acomodarsedentro del crisol, considerando las

dimensiones de éste.

16:30-17:15 (separaciónentre cada

elemento de1’30”)

Intermedio de Fusión(Agregar los elementos aleantes)

Los elementos de mayor punto defusión se agregan al momento de

formarse el baño metálico de aluminio.Así consecutivamente hasta el

magnesio, que será el ultimo elementoen agregarse

17:15-17:25 Fusión de Aleación Una vez agregados los elementos, elbaño metálico debe homogeneizarse.

17:25 TemperaturaLa temperatura NO debe sobrepasar los720° pues el hidrógeno será mas difícil

de eliminar

17:25-17:35 Introducción de Pastillas Se introduce cuidadosamente unapastilla

17:35-17:38 Reposo

Cuando la mayor cantidad de gases sehayan evaporado, y en un tiempomenor a 3 minutos, para mejores

resultados

17:38-17:40 TemperaturaLa temperatura no debe alcanzar los

760°, para evitar de nuevo la formaciónde mas hidrógeno gaseoso

17:40-17:50 Vaciado Con una velocidad uniforme para evitarotro tipo de imperfecciones de la pieza

17:50-18:20 Solidificación Observar la evaporación de gases através del molde.

18:20-18:30 Revisión de piezaLa pieza presenta zonas de alta

porosidad y se observa que parte de laarena queda adherida.


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15:00 Inicio de prácticaAlgunos materiales son reutilizados, el

equipo es el mismo de la prácticaanterior.

Calentamiento de Crisol

Calentamiento del Horno15:30-16:00


Los elementos de aleación sonseparados minuciosamente yordenados según se agreguen


El lingote de aluminio cortado en piezasmás pequeñas.




Hierro y cobre se agregan en el primermomento de la formación de bañometálico. Magnesio es agregado

minutos antes de la desgasificación.

17:15-17:25 Fusión de Aleación El baño metálico es homogeneizadocon una cuchara.

17:25 TemperaturaLa temperatura NO debe sobrepasarlos 720° pues el hidrógeno será mas

difícil de eliminar

17:25-17:35 Introducción de Pastillas Se introducen dos pastillas dehexacloroetano

17:35-17:38 Reposo


resultados





18:10-18:20 Revisión de pieza Se observa cantidad considerable deporosidad, arena adherida.


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15:00 Inicio de practicaPrevia medición de material y elementos

aleantes. Mismo equipo. Cambio decrisol por contaminación




Elementos aleantes organizados yordenados.


Piezas de lingote cortadas en trozos máspequeños.






17:15-17:25 Fusión de Aleación Baño metálico uniforme.

17:25 TemperaturaLa temperatura NO debe sobrepasar los720° pues el hidrógeno será más difícil

de eliminar

17:25-17:35 Introducción de Pastillas Se introduce una pastilla deHexacloroetano.

17:35-17:38 Reposo


resultados




17:45-18:00 SolidificaciónDeben pasar al menos 15 minutos yobservar la evaporación de gases a

través del molde.

18:00-18:10 Revisión de pieza Pieza entera con menores porosidadesvisibles, poca arena adherida.


53



















de eliminar

17:25-17:35 Introducción de Pastillas Se introduce pastilla y media deHexacloroetano.

17:35-17:38 Reposo


resultados





18:00-18:10 Revisión de pieza Pieza entera con menores porosidadesvisibles, poca arena adherida.


54



















de eliminar

17:25-17:35 Introducción de Pastillas Se introduce una pastilla y media deHexacloroetano.

17:35-17:38 Reposo


resultados





18:15-18:45 Revisión de piezaDe manera superficial no se observan

porosidades considerables, en el centroson minimas.


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8.4 COMPARACION DE RESULTADOS:

Tabla 8 La comparación de los resultados obtenidos en las practicas.

PRACTICA 1 2 3 4 5

CANTIDAD DEPASTILLA 1 2 1 1 ½ 1 ½

TIEMPO DEVACIADO 10 MIN 10 MIN 5 MIN 5 MIN 4 MIN

POROSIDADES(SEGÚN TABLACOMPARATIVA)

#65.3

2.38

#65.3

2.38

#52.9

2.45

#52.9

2.45

#20.182.59

Como se observa en la Tabla 8, los mejores resultados se obtienen con un tiempomenor a cinco minutos y con una pastilla y media de Hexacloroetano.

Estos parámetros fueron las variaciones durante todas las prácticas de este trabajo deinvestigación.

8.5 REFERENCIAS SOBRE PRÁCTICAS.

Es importante hacer mención que los procesos de análisis de porosidad, métalograficoy químico se realizan de manera separada, por lo que no se enlistan en la tablaanterior, y cuyos resultados se han reportado en páginas anteriores.

Los tiempos de trabajo han sido aproximados en cada práctica, esto es, que puedendiferir en tiempo alrededor de 2-4 minutos. (Ver reportes de prácticas 1-5)

También es de consideración el número de personas que realizan este proceso, eneste caso, solo dos; aunque en el área industrial pueden ser hasta de 10 para unapieza tomando en cuenta también del tamaño de la misma y la cantidad de materialpara fusión.

Durante el proceso de fundición, es necesario utilizar equipo especial para evitardaños directos a la salud; el equipo básico para esto es: mascarilla para vaporesácidos, goggles y/o lentes de seguridad además del equipo que siempre debeutilizarse durante todos los procesos de fundición: guantes, traje de asbesto, caretas,polainas, delantal, etc.


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IX. ANÁLISIS DE RESULTADOS

9.1 COMPOSICION QUIMICA CUALITATIVA OBTENIDA EN LAS PRÁCTICAS

Los siguientes resultados (Tabla 9) muestran la composición química de la muestra oprobetas que fueron tomadas del proceso de fusión.

Tabla 9.- Composición química de alguna de las practicas realizadas para obtener laaleación de aluminio

Elemento Fusión 1Peso %

Fusión 2Peso %

Fusión 3Peso %

Fusión 4Peso %

Fusión 6Peso %

Mg 0.08 0.06 0.02 0.01 0.08Al 72.74 74.75 77.85 83.05 86.20Si 20.5 18.27 14.6 11.15 8.89Mn 0.15 0.20 0.63 0.78 0.2Fe 1.08 0.85 1.05 0.71 0.93Ni 0.31 0.47 0.51 0.31 0.29Cu 2.12 2.29 1.44 1.4 2.43Zn 2.96 3.04 2.78 2.61 1.74Sn 0.06 0.07 0.13 0.02 0.2


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9.2 COMPOSICION QUIMICA CUANTITATIVA OBTENIDA EN LAS PRÁCTICAS

Imágenes de Elementos que componen la aleación por EDS.

Las Figuras 22, 23 muestran los elementos presentes en la aleación durante el análisisquímico realizado por la técnica de EDS, en ellas se observan los resultados de laspracticas en dos piezas diferentes. Estas figuras son referencias de la cantidad deelementos aleantes presentes, y son un complemento de los resultados obtenidos enla tabla anterior.

Figura 22. Se muestra los tipos de elemento que tiene la aleación realizada en ellaboratorio, tomando como referencia las partículas segregadas en la fusión del

Aluminio

Figura 23. Se muestra los tipos de elemento que tiene la aleación realizada en ellaboratorio, tomando como referencia toda la probeta


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9.3 POROSIDAD.

Se observo una disminución conforme se realizaron las prácticas de fundición, de lascuales se tomaron estas imágenes, y se muestra un comparativo con la Figura 8mencionada anteriormente.

Es importante agregar que de manera visual se observa en las piezas de manerasuperficial en el exterior un mejor acabado conforme se controlan la cantidad deporosidades en el interior de la pieza, esto debido en gran medida a la disminución degases y a la salida de los mismos en la solidificación.

1.- Pieza de Fusión N. 6 - Porciento 5.3 - Densidad 2.38





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· Nota: Las imágenes han sido modificadas para su observación en el presentetrabajo de investigación.

En conjunto, estos resultados muestran el avance logrado a lo largo de las practicasrealizadas, esto es que, en un inicio obteníamos piezas con carentes cualidadessuperficiales y con una cantidad muy alta de porosidades que difícilmente podían serutilizadas de ser el caso, especialmente por la cantidad de procesos que de maneraadicional debiera dársele. Aunado a esto, como se observa en el análisis químico de laTabla 9, los elementos de aleación no se encontraban homogéneos en la pieza y estodaba lugar a resultados poco fiables.

La pieza tres tiene un avance considerable en el tiempo de vaciado que permite uncambio en la cantidad de porosidades y con la cual ya se obtienen mejores resultadosen el análisis químico. Aumento el control en todo el proceso de fusión y lacomparación con las piezas de las dos fusiones anteriores se observa en las figuras decomparación con la tabla de porosidades.

Finalmente, en la fusión 5 se obtienen los resultados esperados con la variación entiempo de vaciado y la cantidad de pastilla introducida en el baño metálico, y con loscontroles puestos en practica previamente, incluso, el análisis químico cumple con lasreferencias y se concluye con las practicas experimentales.



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CONCLUSION

En el término de este trabajo de práctica e investigación, encontramos que con laaplicación de un proceso controlado mediante un diagrama de flujo, se producenpiezas con las cualidades necesarias y la calidad requerida para su funcionamiento, sinla necesidad de un equipo para procesos especiales.

Viéndose esto reflejado en la reducción de costos debido al ahorro en insumos, enpersonal y en materiales, manteniendo la calidad y la cantidad de aleación producida,enfocado a industrias de competencia a nivel micro y medio que no requieranprocesos especiales o de gran complejidad.

El proceso de desgasificado con pastillas de hexacloroetano, es un proceso que sepuede aplicar a industrias de las denominadas medianas/pequeñas, puesto que es unproceso que no requiere de equipo especial (salvo el utilizado en todos los procesos defundición) para su correcto funcionamiento.

Según las practicas que realizamos, comprobamos que las piezas obtenidas puedentener una calidad con las mejores condiciones para su funcionamiento siempre, inclusosin contar con una gran cantidad de personal para el proceso.

Desgasificar con pastillas de hexacloroetano no trajo variaciones en el análisis de loselementos aleantes de la fundición, pues como se observa en las tablas de análisisquímicos finales, los elementos están en los niveles que marcan las normas decomposición química, por lo tanto el resultado en este campo para las practicas essatisfactorio.

El campo principal del desarrollo de este trabajo es la cantidad de porosidades de laspiezas finales obtenidas, y como se observa en las Figuras 25-29, este método nospermitió también obtener una pieza final con el mínimo de porosidades que involucraun mejor funcionamiento y desempeño de las piezas que se obtienen al final de esteproceso.

Es por todo esto que al final de este proyecto de investigación y practica concluimosque, el proceso de desgasificado con pastillas de Hexacloroetano es viable y seencuentra en condiciones de aplicarse a industrias con buenos resultados siguiendo lascondiciones de operación correctamente como se menciona en el diagrama de flujo yen los reportes de practicas experimentales, aunado a todos los antecedentesprácticos que se tienen en las diversas áreas de fundición de aleaciones de Aluminio.


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BIBLIOGRAFIA

1. “ASM Handbook Vol2 Properties and Selection: No Ferrous Alloy and

Special – Purpose Materials”, ASM International 1990, pagina 168

2. “ASM Handbook Vol3 “Alloy Phase Diagrams” ASM International 1990,

pagina 40-56

3. Frak King, “El Aluminio y sus Aleaciones”, Limusa 1992 pagina 55-130

4. Ing. Salvador Tovar F, “Metalografía y Tratamientos de las Aleaciones de

Aluminio-Silicio”; Metallic’s System Co. L.P.

5. Rafael Gallo, “Consideraciones practicas para controlar el hidrogeno en

fundiciones de aluminio”, Foseco Inc. EE.UU.

6. “Practicas para fundición y colada continua, ingeniería de Proceso

Capacitación y Administración”, ALCOMEX.S.A

7. Manual del Aluminio, Aluminio Industrial Mexicano, S.A Almexsa

8. R.Acuña Laje – M.V. Canullo “Tratamiento de Metal Liquido en Aluar”

Aluminio Argentino SAIC, Conferencia

Información de Soporte.

· 1993-2003 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.

· http://es.wikipedia.org/

· http://www.rincondelvago.com/

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