La fundición de metal semisólido ( SSM ) es una variante de forma casi neta de la fundición a presión . [1] El proceso se utiliza hoy en día con metales no ferrosos, como aluminio, cobre, [2] y magnesio, pero también puede funcionar con aleaciones de temperatura más alta para las que no se dispone de materiales de matriz adecuados actualmente. El proceso combina las ventajas de la fundición y la forja . El proceso lleva el nombre de la propiedad del fluido tixotropía , que es el fenómeno que permite que este proceso funcione. Simplemente, los fluidos tixotrópicos fluyen cuando se cortan, pero se espesan cuando están de pie. [3]El potencial de este tipo de proceso se reconoció por primera vez a principios de la década de 1970. [3] Hay tres procesos diferentes: thixocasting , reocasting , thixomolding . SIMA se refiere a un proceso especializado para preparar aleaciones de aluminio para tixocasting mediante trabajo en caliente y en frío.
El SSM se realiza a una temperatura que coloca al metal entre su temperatura liquidus y solidus . Idealmente, el metal debería ser sólido del 30 al 65%. La mezcla semisólida debe tener una viscosidad baja para ser utilizable, y para alcanzar esta viscosidad baja el material necesita un primario globular rodeado por la fase líquida. [2] El rango de temperatura posible depende del material y para las aleaciones de aluminio puede ser de hasta 50 ° C, pero para un rango de fusión estrecho, las aleaciones de cobre pueden ser solo de varias décimas de grado. [4]
La fundición semisólida se usa típicamente para aplicaciones de alta gama. Para las aleaciones de aluminio, las piezas típicas incluyen piezas estructurales médicas y aeroespaciales, piezas que contienen presión, piezas de defensa, soportes de motor, arneses de sensores del colector de aire, bloques de motor y carcasas de filtros de bombas de aceite. [5]
Procesos
Hay varias técnicas diferentes para producir piezas fundidas semisólidas. Para las aleaciones de aluminio, los procesos más comunes son la tixocasting y el reocasting .
Con las aleaciones de magnesio, el proceso más común es el moldeado . [6]
Thixocasting
Thixocasting utiliza un tocho prefabricado con una microestructura no dendrítica que normalmente se produce agitando vigorosamente la masa fundida mientras se cuela la barra. El calentamiento por inducción se usa normalmente para recalentar las palanquillas al rango de temperatura semisólido, y las máquinas de fundición a presión se usan para inyectar el material semisólido en matrices de acero endurecido. Thixocasting se realiza comercialmente en América del Norte, Europa y Asia. Thixocasting tiene la capacidad de producir componentes de muy alta calidad debido a la consistencia del producto que resulta del uso de palanquilla prefabricada que se fabrica bajo las mismas condiciones ideales de procesamiento continuo que se emplean para fabricar material forjado o rodante. [7] La principal desventaja es que es caro debido a los tochos especiales que se deben utilizar. Otras desventajas incluyen un número limitado de aleaciones y la chatarra no se puede reutilizar directamente. [8]
Reocasting
A diferencia de la tixocasting, que recalienta una palanquilla, la reocasting desarrolla la suspensión semisólida a partir del metal fundido producido en un horno típico de fundición a presión. [7] Esta es una gran ventaja sobre la tixocasting porque da como resultado una materia prima menos costosa, en forma de aleaciones de fundición a presión típicas, y permite el reciclaje directo. [8] Sin embargo, la reocasting también plantea problemas de control del proceso, de modo que después de un aumento inicial de actividad, se procesa muy poco material mediante reocasting.
Thixomoldeo
Para las aleaciones de magnesio, el tixomoldeo utiliza una máquina similar al moldeo por inyección. En un proceso de un solo paso, las virutas de aleación de magnesio a temperatura ambiente se introducen en el extremo posterior de un barril calentado a través de un alimentador volumétrico. El barril se mantiene bajo una atmósfera de argón para evitar la oxidación de las virutas de magnesio. Un transportador de tornillo ubicado dentro del barril alimenta las virutas de magnesio hacia adelante a medida que se calientan en el rango de temperatura semisólido. La rotación del tornillo proporciona la fuerza de corte necesaria para generar la estructura globular necesaria para la fundición semisólida. Una vez que se ha acumulado suficiente lechada, el tornillo avanza para inyectar la lechada en una matriz de acero. [9]
Activada por fusión inducida por deformación (SIMA)
En el método SIMA, el material se calienta primero a la temperatura SMM. A medida que se acerca a la temperatura de solidus, los granos se recristalizan para formar una estructura de grano fino. Una vez pasada la temperatura de solidus, los límites de los granos se funden para formar la microestructura SSM. Para que este método funcione, el material debe extruirse o laminarse en frío en el estado de templado semiduro. Este método está limitado en tamaño a los diámetros de barra inferiores a 37 mm (1,5 pulg.); debido a esto, solo se pueden fundir partes más pequeñas. [10]
Ventajas
Las ventajas de la fundición semisólida son las siguientes: [11]
- Piezas complejas producidas en forma neta
- Libre de porosidad
- Contracción reducida
- Excelente desempeño mecánico
- Estanqueidad a la presión
- Tolerancias estrechas
- Paredes delgadas
- Tratables térmicamente (T4 / T5 / T6)
- Buen acabado superficial
Se utilizan altas presiones de consolidación para producir piezas de alta integridad, y las temperaturas requeridas para fundir metal semisólido son más bajas que las de fundición normal; Los materiales de acero para herramientas convencionales se utilizan normalmente en aplicaciones de producción. La falta de materiales adecuados para matrices de alta temperatura limita la fundición de metales de alto punto de fusión, como acero para herramientas y estelita , solo a aplicaciones experimentales. Otras ventajas incluyen la facilidad de automatización, consistencia, tasas de producción iguales o mejores que las tasas de fundición a presión , sin atrapamiento de aire, bajas tasas de contracción y microestructura uniforme. [3]
Desventajas
Debido a que la tixotropía (estado semisólido) es un estado intermedio en sentido físico o reológico , este proceso es muy sensible a condiciones como la temperatura ambiente. Por lo tanto, las instalaciones de producción requieren un mayor grado de control sobre las condiciones del proceso, lo que exige equipos más costosos y una mejor capacitación del operador.
Ver también
Referencias
Notas
- ^ "¡Bienvenido a MyNADCA!" . diecasting.org . Consultado el 20 de agosto de 2015 .
- ↑ a b Young, pág. 1.
- ^ a b c Lowe, Anthony; Ridgway, Keith; Atkinson, Helen (septiembre de 1999), "Thixoforming" , Materials World , 7 (9): 541–543.
- ^ Vinarcik, Edward J. (2003), Procesos de fundición a presión de alta integridad , 1 , Wiley-IEEE, págs. 91–101, ISBN 978-0-471-20131-1.
- ^ P. Kapranos, Proc. 10º Inter. Conf. Procesamiento semisólido de aleaciones y composites, Aquisgrán, Alemania y Lieja, Bélgica, 2008
- ^ S. LeBeau & R Decker, "Diseño microestructural de aleaciones de magnesio tixomoldeadas", Proc. 5to Inter. Conf. Procesamiento semisólido de aleaciones y compuestos, Golden, Colorado, 1998
- ^ a b Stephen P. Midson, Fundición semisólida de aleaciones de aluminio: una actualización, ingeniero de fundición a presión , septiembre de 2008
- ^ a b John L., Jorstad (septiembre de 2006), "Tecnología del futuro del aluminio en fundición a presión " , Ingeniería de fundición a presión : 18–25, archivado desde el original (PDF) el 2010-12-11.
- ^ Stephen P. Midson, Robert K. Kilbert, Stephen E. Le Beau y Raymond Decker, "Directrices para la producción de componentes semisólidos tixomoldeados de magnesio utilizados en aplicaciones estructurales", Proc. 8º Inter. Conf. Procesamiento semisólido de aleaciones y compuestos, Limasol, Chipre, 2004
- ^ Joven, p. 2.
- ^ Stephen P. Midson, NADCA Semi-Solid & Squeeze Casting Conference, Rosemont, Illinois, 1996
Bibliografía
- Young, Kenneth P., Fundición de metales semisólidos: reducción del costo de las piezas de aleación de cobre (PDF) , Oficina de asistencia técnica de Massachusetts, archivado desde el original (PDF) en 2006-10-07.
enlaces externos
- Video de una celda de forja automática para SSM