Cuproaluminios Expo Lab Fundicion(Trabajo) (Recuperado)

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FUNDICIÓN DE PRESENTADO A: ING. HUBER ANAYA

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FUNDICIÓN DE CUPROALUMINIOS

PRESENTADO A: ING. HUBER ANAYA

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DEFINICIÓN

Los Cuproaluminios son aleaciones con base cobre con un contenido del 5 a12% de Al, aunque en algunos países como estados unidos se usan composiciones de aluminio de hasta del 15%. También estas aleaciones pueden fabricarse con o sin elementos de aleación tales como el Fe, Ni, Mn pueden ser añadidos, con frecuencia varían de acuerdo al siguiente diagrama:

Diagrama 1. Elementos aleantes de los Cuproaluminios más comunes.

CLASIFICACIÓN

Los Cuproaluminios se pueden clasificar básicamente en dos tipos, aquellos susceptibles a los tratamientos térmicos y aquellos que no responden a ellos. Los que responden a los tratamientos térmicos usualmente incrementan la resistencia y la dureza con la aplicación del tratamiento. El desarrollo de la fundición de estos dos tipos de Cuproaluminios es básicamente el mismo, según la bibliografía es conveniente dar una clasificación a los diferentes tipos de Cuproaluminios existentes basándose en los constituyentes que entran en la estructura de estas aleaciones por lo que se pueden dividir en cuatro grupos de Cuproaluminios:

Fe

0,5% al 5% Aumenta la resistencia, la dureza, provoca un refinamiento de grano, y homogeniza la estructura.

Ni

Hasta el 5%Tiene propiedades similares a las del Fe, pero mas leves y aparte mejora la resistencia a la corrosión.

Mn

Hasta el 1.5%Provee constancia de volumen, mejora la resistencia al agua de mar y aumenta el limite de elasticidad.

Si

Hasta el 2%Mejora la maquinabilidad de la aleación.

M o n o f ás i c o s

B i n a r i o s

F o r m a d o s p o r l a f a s e α y e n c u y a c o m p o s i c i ó n n o e n t r a n m á s q u e c o b r e y a l u m i n i o . E n l a p r á c ti c a s u e l e n t e n e r d e 4 a 8 % d e a l u m i n i o . S o n a l e a c i o n e s d e g r a n u ti l i d a d , s u r e s i s t e n c i a m e c á n i c a n o e s t a n a l t a p e r o s u r e s i s t e n c i a a l a c o r r o s i ó n y a l d e s g a s t e e s e l e v a d a , ti e n e a l t a c a p a c i d a d d e d e f o r m a c i ó n , s o n r e s i s t e n t e s a l a c a v i t a c i ó n y s o n f á c i l m e n t e s o l d a b l e s .

Monofásicos

Complejos

Son los formados únicamente por la fase α, pero que además del cobre y aluminio entra en su composición otro elemento.

Bifásicos o

Polifásicos Binarios

Compuestos por Cu y Al entre 8 y 11% pero que en su estructura existen las fases α+β, pudiendo en determinadas circunstancias aparecer las fases γ2 + β.

Diagrama 2. Tipos de aleaciones presentes en el diagrama Cu – Al.

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PROPIEDADES DE LOS CUPROALUMINIOS

Los Cuproaluminios se caracterizan principalmente por las siguientes propiedades:

Las

aplicaciones de los Cuproaluminios dependen de las propiedades que se señalaron en los cuadros anteriores y de las cuales según sea la más importante se tienen las siguientes aplicaciones:

Diagrama 4. Aplicaciones de los Cuproaluminios según sus propiedades

Excelente resistencia a la corrosión. Resistencia a la oxidación en caliente.

Buenas características de fricción. Amagnetismo.

Buena resistencia mecánica en caliente y mejor a temperatura baja y ambiente .

Ausencia de chispas en el choque.

Soldabilidad excelente, incluso sobre acero.

Aspecto atractivo.

Diagrama 3. Principales propiedades de los Cuproaluminios

Industria papeleraIndustria

petroquimica

Tuberias de gases de escape

Rejillas para hornos de gas

Matrices y punzones para

embutición

Piezas diversas de aparatos que trabajan a baja temperatura

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Figura 1. Aplicación del Cuproaluminios en la fabricación de tornillos.

Engranajes de piñones de gran resistencia, cojinetes para cargas elevadas piezas estructurales en general (incluyendo las que trabajan en agua salada), válvulas, guías y asientos de válvulas de motores de explosión, rotores para bombas hidráulicas, cigüeñales para dispositivos de alta velocidad válvulas de deslizamiento, bulones y tuercas para trabajar en ambientes corrosivos a temperatura elevada , monedas, medallas, etc.

TRATAMIENTOS TERMICOS

El concepto de algunos autores sobre el tratamiento térmico de los Cuproaluminios es que afecta directamente la fluencia y la fatiga, pero la mayoría acepta el tratamiento térmico para mejorar las características mecánicas, concluyendo que si el proceso de deformación, así como su composición y estructura son correctos, las características obtenidas son adecuadas. Cabe destacar la similitud de los bronces al aluminio con el diagrama hierro - carbono. Si se observa el diagrama de equilibrio Cobre - Aluminio se puede observar una gran similitud con los aceros. Por lo tanto los cupro-aluminios pueden sufrir transformaciones martensiticas.

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Diagrama de equilibrio

Figura 2. Diagrama de equilibrio Cobre - Aluminio

Al observar el diagrama de equilibrio binario de la figura 1, es notable que con porcentajes de aluminio inferiores a 9.4% de Al se obtienen cuproaluminios con una sola fase denominada α, que es una solución solida de cobre muy apropiada para ser trabajada en frio. A porcentajes mayores al 9.4% de Al, empieza a aparecer la fase β, a temperaturas superiores a 5650C hasta alcanzar el 14% en la cual la estructura es β totalmente. Esta fase, aunque es más resistente y más dura, puede ser trabajada en caliente, La fase β es estable hasta alcanzar los 5650C, punto en el cual se forma a partir de las fases α y γ2. L a fase γ2 se produce durante el enfriamiento lento, y debido a su baja ductilidad se suprime su formación mediante enfriamientos rápidos, o mediante la adición de elementos aleantes. Las aleaciones con un contenido de 7.4% de Al presentan cierta cantidad de β aunque el enfriamiento sea a velocidad normal, las condiciones de equilibrio indicadas en la figura 1, se alcanzan únicamente en enfriamiento lento y con un tratamiento de homogeneización.

La fase β confiere a las piezas fundidas elevada dureza y resistencia mecánica. Debido a que la transformación eutectoide se realiza muy lentamente, la fase β se encuentra a temperatura ambiente, aunque puede haber experimentado estas transformaciones secundarias en función del gradiente de enfriamiento. La presencia de algunos elementos como el Fe y él Ni, en los cuproaluminios, produce una nueva fase denominada κ, compuesta por Fe, Ni y Al, que empieza a

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formarse aproximadamente a los 9000C por descomposición de la fase β en un constituyente laminar o globular (en algunos casos) de α y κ. La figura 2 muestra la influencia del Fe y él Ni en el diagrama de equilibrio Cu - Al.

Figura 3. Influencia del Fe y él Ni en el diagrama de equilibrio Cu – Al

La diferencia es la presencia de una nueva fase κ. En el sistema cuaternario Cu, Al, Fe, Ni, la fase α absorbe a la fase β, prolongando la zona de la fase primaria (α). Al desplazarse la zona de estabilidad de β, la formación de γ2 se ve más restringida, por lo tanto la fragilidad de la aleación disminuye.

Es importante hacer mención de la semejanza que existe entre el diagrama Fe - C con el diagrama Cu - Al, la fase β, desempeña el papel de la austenita, la fase α el de la ferrita y la fase γ2 de la cementita. Los cuproaluminios contienen una cantidad de fase β, en función de las propiedades que se desean obtener.

Tratamientos térmicos comunes

La estructura y consecuente susceptibilidad al tratamiento térmico de los cuproaluminios varía ampliamente con su composición. Los recocidos de ablandamiento y recristalizacion son en principio idénticos a los de los metales ligeros, no diferenciándose más que en el intervalo de temperaturas y la naturaleza de las atmosferas de los hornos.

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Aleaciones monofásicas

Con un porcentaje de Al hasta cerca de 10% pueden ser endurecidas por trabajado en frio. El recocido se lleva a cabo entre 4300C hasta un máximo de 7600C. No pueden ser endurecidas por envejecimiento pero la adición de ciertos elementos como Co y Ni, hacen a las aleaciones endurecibles por este método. En la tabla 1. Se muestran las propiedades mecánicas de algunos cuproaluminios tratable por envejecimiento, en comparación con una aleación Cu - 7% Al recocida.

Tabla1. Efectos del tratamiento térmico y el trabajado en frio en la resistencia a la tensión y el porcentaje de elongación de los cuproaluminios monofásicos.

Aleaciones bifásicas

Los cuproaluminios que contienen dos fases a temperatura ambiente contienen entre 9.5 a 16% de aluminio. Cuando otros elementos son adicionados, el aluminio equivalente esta en el rango de 8 a 14%. Los tratamientos de temple y revenido pueden asimilarse a los de los aceros; se acostumbra a usar las mismas denominaciones. Para las estructuras obtenidas el eutectoide de grano fino se prefiere en los bronces al aluminio los cuales no van a ser sometidos a tratamientos térmicos. La tabla 2 muestra

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Tabla 2. Efecto del tratamiento térmico sobre las propiedades de los cuproaluminios bifásicos

Si la estructura eutectoide es de grano grueso causado por el proceso de colada, se produce un autorecocido, que puede ser evitado adicionando elementos como Fe y Ni. Es curioso observar que debido a la similitud que tienen los tratamientos térmicos de los aceros con los de los cuproaluminios bifásicos, también existe la construcción de las curvas “s” para estos últimos. Muchos investigadores han buscado la presencia de transformaciones diferentes a las de los aceros. Una fase intermedia entre martensita y la estructura estable, podría ser análoga a la Vainita.

Las normas DIN correspondientes a las piezas fundidas no proveen tratamientos térmicos; las características obtenidas en las normas deben ser obtenidas en estado bruto, lo que a veces es bastante difícil. Como estas aleaciones de fundición presentan una estructura heterogénea que contiene la fase β, se puede recurrir a tratamientos simples o complejos, Con un recocido entre 700 a 8000C, se estabiliza la fase β, que permanece como tal después del enfriamiento al aire. La martensita obtenida en el tratamiento de temple se puede eliminar con un recocido de homogeneización a una temperatura próxima a la temperatura eutectoide. La fase β presenta una muy buena ductilidad, mientras que el microconstituyente eutectoide es frágil. Para piezas pequeñas y delgadas la fragilidad no se presenta debido a que la cinética de la transformación eutectoide es muy lenta, por lo tanto este peligro se presenta en piezas gruesas con dimensiones y espesores elevados. Es por esto que debe, aumentarse el gradiente térmico, para estos casos, en los cuales se puede recurrir a la adición de elementos como el Fe y él Ni, que restringen esta transformación. Además también se puede desmoldar la pieza una vez solidificada y enfriarla con aire comprimido. Con estas medidas se evita la fragilidad ocasionada por la transformación eutectoide

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Figura 4. Microestructuras metalografías de algunos cuproaluminos

MICROGRAFIA COMPOSICION DESCRIPCION1 85% Cu, 11% Al, 4% Fe,

2.5% NiHomogenizada a 8990C por dos horas y templada en agua. Se observan agujas blancas de α, en una matriz de β

2 81% Cu, 11.5% Al, 4% Fe, 4% Ni

Colada en arena. Se observan granos de α (blancos), en una matriz de eutectoide

3 81% Cu, 11% Al, 4% Fe, 4% Ni

Colada en arena. La disminución en el porcentaje de Al resulta en un aumento de la cantidad de α.

4 81% Cu, 10.3% Al, 4% Fe, 4% Ni

Colada en arena. Los granos de α poseen un mayor tamaño debido a la disminución del contenido de Aluminio

5 81% Cu, 9.4% Al, 4% Fe, 4% Ni

Colada en arena. La estructura es prácticamente α, con trazas de eutectoide

681% Cu, 11% Al, 4% Fe, 4% Ni

Homogenizada a 8990C por dos horas y templada en agua. Se utilizo un reactivo de ataque diferente que en 1, lo cual revela partículas de una fase de Ni, Al, Fe.

Tabla 3. Composición y descripción de algunas muestras metalografías

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COMPOSICION Y CARACTERISTICAS MECANICAS

La composición química de los Cuproaluminios tiene notables efectos sobre sus características mecánicas. El efecto de impurezas es importante en este tipo de aleaciones, pues para piezas de alta calidad se requieren materias primas de alta pureza para evitar variaciones en la composición final y en sus propiedades.

RESISTENCIA A LA CORROSIÓN QUÍMICA

Los óxidos de aluminio, de cobre y aún los de níquel, cuando recubren estas aleaciones con una capa delgada las protege de corrosiones debido a la gran estabilidad que presentan estas fases. Además, como estas aleaciones son muy homogéneas, no presentan corrosión inter granular porque poco están sujetas a precipitaciones y segregaciones en la unión de los granos. En cambio su resistencia al agua del mar es muy buena haciendo que estas aleaciones, desde hace mucho tiempo, se utilicen en la industria naval y petroquímica.

Algunas sales de Fe, Cu, Mg, atacan químicamente la aleación haciendo desaconsejable su uso en presencia de ellas, tampoco es aconsejable usarlos para conservar productos alimenticios, porque les da cierta coloración haciéndolos inservibles.

El comportamiento de estas aleaciones en agua dulce es excelente, las pérdidas de peso debido a la cavitación y a la erosión son bajas en comparación con otras aleaciones. La corrosión electroquímica de estas aleaciones con otros metales es otro campo de aplicación. Las aleaciones base cobre son las únicas que pueden sustituir al acero en cuanto a la resistencia al desgaste se refiere. Cuando se tienen dos superficies en contacto hay desprendimiento de partículas que

Figura 5. Corrosión localizada

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aceleran el desgaste; los Cuproaluminios debido a su resistencia a la cizalla y a su dureza, disminuyen la formación de dichas partículas.

RESISTENCIA A LA TEMPERATURA

Cuando se necesitan piezas que trabajen con aire o vapor a temperaturas moderadas se recurre a los Cuproaluminios, puesto que mantienen a temperatura desde 350 a 4000C una buena parte de sus características mecánicas unidas a su resistencia a la corrosión y oxidación.

En cuanto al comportamiento de estas aleaciones a temperaturas inferiores a 00C se dice que es buena utilizándose por consiguiente en industrias tales como las dedicadas a obtenciones de gases en estado líquido, en donde se alcanzan temperaturas de -1820C.

FORMA O MODO DE SOLIDIFICACION DE LOS METALES Y ALEACIONES

La solidificación consiste esencialmente y de forma global en el progreso de una o varias interfaces, en las cuales las fases solidas crecen y las fases liquidas disminuyen. Los Cuproaluminios pertenecen al grupo 1 que son aleaciones que solidifican en capa delgada o gruesa, con frente continuo de solidificación conocida generalmente como solidificación exógena, en la cual la alimentación es intercristalina y se lleva a cabo por el flujo del liquido.

Los Cuproaluminios solidifican en capa delgada (debido a que el intervalo de solidificación del Cuproaluminio es muy pequeño) y frente continuo, lo que hace que presenten un rechupe axial, esto se debe a que en este caso las isotermas están muy cerca unas de otras, presentándose una autoalimentación durante la primera fase de la solidificación, al final al no existir esta autoalimentación se produce el rechupe en el eje de la pieza.

Figura 6. Perfil de temperaturas en el molde

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PRODUCCION DE CUPROALUMINIOS

FUNDENTES

En la elaboración de aleaciones el fundidor se ve obligado a formar una escoria para proteger la carga y el metal fundido de los efectos nocivos de los gases de combustión, en la mayoría de los casos se trata de proteger la aleación liquida contra la oxidación, la absorción de los gases o de eliminar impurezas disueltas.

En la producción de las aleaciones cuprosas pueden usarse una gran variedad de fundentes que se pueden clasificar en varias categorías:

Diagrama 5. Tipos de Fundentes.

En el caso del Cuproaluminio se va a utilizar un fundente de protección llamado bórax el cual debe estar deshidratado y se caracteriza por ser muy buen disolvente de los óxidos metálicos y posee un índice de acidez muy elevado.

OXIDACION

En las aleaciones cuprosas el oxigeno reacciona con el cobre y forma el oxido cuproso, el cual es altamente soluble en el cobre liquido, la solubilidad del oxigeno en el cobre es muy baja, lo cual permite pensar que la posibilidad de que se produzcan poros es muy remota. Sin embargo la formación del oxido cuproso Cu2O y su precipitación en los límites de grano es motivo suficiente para controlar su contenido en estas aleaciones, este oxido de cobre es relativamente fácil de eliminar antes de la colada mediante la adición de desoxidantes como el fosforo, el carbono, o el monóxido de carbono, aunque con la presencia del elemento aleantes ósea el aluminio es suficiente para desoxidar este tipo de aleaciones. El aluminio en estado liquido es altamente oxidable por lo cual se debe evitar el contacto entre la aleación y el oxigeno.

Fundentes Oxidantes

Fundentes Reductores

Fundentes de Proteccion.

Fundentes Limpiadores

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Los factores que afectan la oxidación de los metales a alta temperatura se pueden resumir a continuación:

Se recomienda fundir lo más rápido posible para disminuirla, esto necesita ser complementado con la técnica de fusión utilizada, en los hornos de crisol se recomienda que la fusión comience en el fondo y progrese hacia arriba con el objeto de mejorar el rendimiento térmico y se usan aleaciones no ferrosas se recomienda efectuar la fusión con llama corta, para que así la carga sea calentada por el calos que atraviesa las paredes del crisol y en menor grado por el calor de la llama en contacto con el metal debido a su naturaleza oxidante, de esta forma se reducen las perdidas por oxidación.

DESOXIDACION

Todos los inconvenientes producidos por la presencia del oxigeno en las aleaciones, hace obligatorio la necesidad de eliminarlo antes de la colada por la adición de un desoxidante,

Naturaleza física

de la carga

La pérdida por oxidación aumenta al disminuir el tamaño de los constituyentes de la carga, es decir a medida que disminuye su modulo geométrico.

Sobrecalentamie

nto y tiempo

de manteni

miento del

metal dentro

del horno

Es necesario colar tan pronto el metal liquido tenga la temperatura de colada.

Velocidad de

fusión

La velocidad de fusión ejerce influencia en la perdida por oxidación de los metales y de sus aleaciones. Diagrama 6. Factores que afectan la oxidación a altas temperaturas.

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El desoxidante se establece según el diagrama de ellingham, el cual informa acerca del poder desoxidante de un metal, al indicar la presión de oxigeno en equilibrio metal-oxido, tomada como referencia, es decir puros.

Además de su poder reductor el desoxidante debe cumplir ciertas consideraciones de tipo tecnológico, entre estas existen dos de suma importancia:

Los productos de la reacción de desoxidación, deben separarse del baño líquido para que no queden trazas incluidas en el metal y pueda operarse una adecuada limpieza antes de la colada.

Ante la posibilidad de un pequeño exceso de desoxidante en la aleación, no debe presentar efectos negativos sobre las características mecánicas.

En las aleaciones cuprosas el desoxidante debe cumplir con las dos condiciones tecnológicas establecidas anteriormente, existen para estas aleaciones muchas sustancias que cumplen en diferentes grados con los requerimientos indicados. Entre otras se mencionan: el calcio, boruro de calcio, el magnesio, aluminio, litio, fósforo, boruro de manganeso, silicio, boro, y sodio. De todos ellos el más utilizado es el fósforo en forma de aleación cobre-fosforo con 7% a 15% de fósforo.

El uso generalizado del fósforo como agente desoxidante en estas aleaciones se debe además de cumplir con los requerimientos tecnológicos anotados, a su bajo precio y en especial por que forma una escoria aglomerada, fácil de remover, constituida por fosfato cuproso proveniente de la reacción:

Con excepción de la aleaciones cobre – níquel y cobres con alta conductividad eléctrica, el fósforo es un desoxidante adecuado para la mayoría de las aleaciones base cobre. Para asegurar el poder desoxidante del fosforo sea el adecuado, es necesario que quede una cierta cantidad residual en la aleación con el fin de prevenir la formación de porosidades durante el llenado de los moldes y la solidificación de las piezas.

Para un fosforo residual de 0.01%, corresponde a una adición de fosforo de 0.02% a 0.03%; lo que equivale a agregar 0.1% - 0.2% de la aleación cobre-fosforo.

DESGASIFICACIÓN

Existen varios desgasificantes que pueden añadirse al baño pocos minutos antes de antes de colocarlos. Por lo general están en polvo y se introduce al baño al tiempo que se agita este. El principal método utilizado en la industria fundidora para desgasificar a los Cuproaluminios es:

2 P+4Cu+7O→2 (Cu2OP2O5)

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INYECCION DE GAS

Un modo consiste en calentar de nuevo el baño a 500C y proceder a desgasificarlo – haciendo burbujear nitrógeno seco durante 5 o 10 minutos con una intensidad suficiente- para agitar el baño tanto que el metal salpique.

Frecuentemente se utiliza este método para eliminar impurezas y extraer gases de las aleaciones liquidas, para este tipo de aleaciones el método se realiza por acción mecánica. Los gases que generalmente se usan para desgasificar por acción mecánica son el argón, el nitrógeno, y muy raramente el CO2.

El nitrógeno debe inyectarse seco, ya sea a través de un fundente, o por intermedio de un tubo refractario poroso que produce pequeñas burbujas que arrastran los gases. La eficiencia de este método dependerá del tamaño de las burbujas, de su número y de la profundidad del baño liquido. A menor tamaño y mayor numero de las burbujas, más eficiente será la desgasificación al aumentarse al máximo las superficie de contacto entre el hidrogeno, óxidos y nitrógeno.

El nitrógeno como desgasificante presenta las siguientes ventajas:

Incoloro No es toxico No produce humo

Se suelen utiliza velocidades de 85 a 200 dm3 por minuto. La cantidad mínima de nitrógeno se estima en 227 dm3 por tonelada para obtener los mejores resultados. El aluminio absorbe el oxigeno del baño produciendo alúmina, quedando el material desoxidado y la alúmina, que por su menor densidad pasa a la parte superior en forma de escoria, se remueve antes de iniciar la colada. La técnica de fusión involucraría la temperatura de colada lo cual es conveniente que sea lo más baja posible para evitar mucha absorción de hidrogeno y oxigeno por lo que recomendable guardar relación con los espesores de la pieza a fundir, lo que equivale a decir que piezas con espesores menores de 15 mm requieren temperatura de 12200C aproximadamente, en las de espesores de 15 a 40mm la temperatura debe oscilar entre 1180 a 12000C, en cuanto a los de espesores superiores a 40mm debe colocarse de 1125 a 1150oC.

Con temperatura de colada bajo no solo se consigue una aleación mejor desgasificada y sin alúmina sino que se mejora considerablemente las características mecánica. Las cucharas, espumaderas, etc., que estén en contacto con la aleación deberán precalentarse y estar perfectamente secas.

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FUSION

La adecuada elección del sistema de fusión, puede significar la diferencia entre el éxito y el fracaso de una fundición. La carga la fusión, los tratamientos al metal líquido y la colada, son fases claves en la calidad metalúrgica y en la productividad del proceso. Se considera que para obtener una aleación liquida debe tenerse en cuenta la composición química adecuada, la temperatura de colada deseada, la escorificación, y la desgasificación.

Se Selecciona la técnica de fusión con el objeto de disminuir las pérdidas a fuego, aumentar el rendimiento térmico del horno y mejorar el coeficiente de transformación del proceso de fundición se realizara de la siguiente manera:

Elegir chatarra de composición conocida y que en lo máximo sea de una pureza considerable y además que facilite perdidas de fusión bajas, alrededor de 0.1 y 0.3% de aluminio. Como la composición de la chatarra en la mayoría de los casos no se conoce lo primero a realizar será seleccionar los elementos constitutivos de la carga metálica de acuerdo a su naturaleza física es decir utilizar en mayor proporción elementos con elevado modulo geométrico.

Si la materia prima a utilizar se encuentra muy oxidada puede realizarse la fusión de esta chatarra con el fin de limpiarla de las impurezas que la acompañan y así producir una aleación más limpia y con mejores características mecánicas.

Precalentar el horno, el crisol y la carga (para proteger el crisol de choques térmicos), deben precalentarse también los elementos utilizados en la agitación del metal cucharas y espumaderas y además deben ser recubiertos con una pasta el día anterior a la fabricación de la aleación para evitar al máximo la contaminación de la aleación.

Utilizar un horno y/o crisol, en atmosfera débilmente oxidante, que no haya sido utilizado para fundir aleaciones que contengan elementos contaminantes como el Pb el Br y el Sí.

Cargar el horno cuando el crisol este de color rojo cereza, el crisol debe cargarse completamente introduciendo rápidamente chatarra menuda del material base (para crear un charco de metal liquido ya que las mayores pérdidas se originan al comienzo de la fusión más exactamente cuando la carga esta sólida) y después chatarra más gruesa debidamente precalentada junto con el respectivo fundente en este caso bórax el cual debe estar deshidratado y debidamente calculado.

Fundir la carga y agregar el aleante ósea el aluminio debidamente precalentado.

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Calentar la aleación hasta la temperatura de colada, lo cual debe realizarse lo más rápidamente posible para evitar al máximo la oxidación de Al.

Desoxidar si es necesario, ya que el aluminio es un excelente desoxidante para el cobre.

Se debe tener en cuenta el tiempo de duración de la aleación en el horno, pues entre mayor sea la permanencia mayor será el riesgo de absorción de hidrogeno de la atmosfera del horno.

Remover la escoria y desgasificar.

Colar la aleación, El trasvaso de la aleación liquida es otro consideración importante porque el chorro del metal debe ser lo más corto posible y evitarse la turbulencia.

Limpiar el crisol apenas se termine de colar ya que de esta manera es más fácil remover el metal, esto debe hacerse para cuidar el crisol de la dilatación del metal en una nueva fusión.

Introducir el crisol dentro del horno para que se enfrié.

Pre-calentamiento

de la carga

Introduccion de la carga al horno

Obtención llama ligeramente

oxidante

Adecuación del molde a colar

Precalentar el aluminio

Adiccion del aluminio al %

deseado

Retiro del crisol del horno

Remocion de la escoria

Colada en las probetas de

flexion y forja

Pruebas de Flexion y Forja

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Diagrama 7. Procedimiento para realizar la fusión de cupro-aluminio.

CALCULOS

Se van a elaborar 6 kilos de aleación con una composición del 5% y del 10% de Al.

Aleación con 5% de Al o aleación monofásica

Al=5%corresponde en pesoa300 g

Cu=90%corresponde en peso a5700g

Es necesario tener en cuenta las pérdidas que se dan por el uso de atmósfera oxidante.

Metal Perdida (%)

Cobre (Cu) 1.0

Aluminio (Al) 3.0

Hierro (Fe) No se considera

Níquel (Ni) No se considera

Tabla 4. Perdidas (%) de cada metal

Pérdidas de Carga.PerdidadeCobre=5700∗1%PerdidadeCobre=57 g

Perdidade Aluminio=300∗3%Perdidade Aluminio=9 g

Cobre y aluminio a pesar

Teniendo en cuenta las pérdidas:

PesoTotal a pesar=pesoTe órico+Pesode lasPerdidas

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CobrePesoTotal delCobre=5700+57

PesoTotal delCobre=5757 g Aluminio

PesoTotal de Alumino=300+9

PesoTotal de Aluminio=309g

Es necesario retirar aproximadamente 1 kilogramo de esta aleación monofásica para realizar pruebas de forja y de Flexión.

Probetade Forja=250 g

Probetade Flexi ón=750 g

Aleación con 10% de Al o aleación bifásica:

Para fabricar esta aleación se parte de la aleación monofásica. Quedaron 5 kg de aleación monofásica con un contenido de cobre del 95% y de aluminio del 5%. Para fabricar la aleación al 10% deben ser adicionados teóricamente 250g de Al. Considerando la pérdida por oxidación deben ser agregados 7.5 gramos mas es decir se debe adicionar 257.5 g a la aleación monofásica para hacerla bifásica al 10%, aunque se le adicionaron los 250g teóricos pues como las aleaciones monofásicas están en el rango del 8-11% se cumple con las especificaciones necesarias para la obtención de una aleación bifásica.

Al igual que las aleaciones monofásicas a las aleaciones bifásicas también se les realizará la prueba de forja y flexión para poder realizar una comparación entre ellas.

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MICROESTRUCTURA CUPROALUMINO BIFASICO

100X 400X

ANALISIS DE RESULTADOS

Fig. Eliminación de escoria

Figura 7. Micrografías del microscopio óptico de la universidad industrial de Santander, aleación bifásica atacada con Nital al 2%.

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Fundición de la aleación vaciado del metal liquido

Ensayo de forjaColada del material

Ensayo de flexión

Micrografía observada en lupa

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CONCLUSIONES

La probeta monofásica α (5% de Al) se comportó más dúctil en frío que la probeta bifásica (10% de Al), ya que la primera probeta se dejo conformar con el martilleo a diferencia de la segunda, la cual se quebró durante el proceso de conformado. Este fenómeno lo explica la presencia de la fase β en la probeta bifásica, la cual le da un carácter duro pero frágil a la vez, en condiciones de trabajado en frío.

Se pudo comprobar que la probeta correspondiente a la aleación bifásica tuvo un comportamiento dúctil en el conformado en caliente

La probeta bifásica tiene una alta resistencia a la tracción pero una baja ductilidad, esto fue lo que se obtuvo con los ensayos realizados a la probeta. Pues la deformación con el martillo (forja) fue pequeña y para hacer el ensayo de doblez se necesito de mayor fuerza que para la probeta monofásica.

La coloración de la probeta inicial (5% de Al) se debe a la oxidación al aire que sufre esta aleación, por eso se presenta un color dorado, en vez de un color rojizo que es lo que se espera por el alto contenido de Cu (95% de Cu).

BIBLIOGRAFIA

ALONSO, Arnaldo A, Las Propiedades de Fundición, Segunda Edición, División Editorial y de Publicaciones UIS.

AMERICAN SOCIETY FOR METALS, Source Book on Cooper and Cooper Alloys, A comprehensive collection of outstanding articles from the periodical and reference literature, metals park, Ohio, 1979.

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ASM METALS HANDBOOK, Atlas of Microstructures of Industrial alloys, metals park, Ohio, 1979.

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Figura4.http://es.wikibooks.org/wiki/Patolog%C3%ADa_de_la_edificaci%C3%B3n/Instalaciones_hidr%C3%A1ulicas/Lesiones/Fontaner%C3%ADa/Erosi%C3%B3n_de_las_tuber%C3%ADas_debido_a_la_corriente_l%C3%ADquida

Figura 5. http://www.interempresas.net/MetalMecanica/Articulos/19185-Aplicacion-de-la-simulacion-numerica-a-los-procesos-de-fundicion-de-metales.html

Figura 6. http://www.ruizsystems.es/catalogos_pdf.html