UNIVERSIDAD

AUTÓNOMA
METROPOLITANA
Práctica 4: “Fusión de una aleación de aluminio en un horno de
crisol y vaciado en molde de arena”

Laboratorio de Fundición de los Materiales Metálicos.

Profesor: Suárez Rosales Miguel Ángel.

Grupo: CMA81.

Trimestre: 19-O

Horario: Miércoles de 14:30-17:30hr

Capítulos Puntaje Asignado Valor obtenido

Portada 0.25
Introducción 1
Objetivos 0.25
Procedimiento experimental 0.5
Resultados 2.5
Análisis de resultados 2.5
Conclusiones (individual) 2.5
Bibliografía 0.1
Integrantes (1) (2) (3)
Hidalgo Mendoza Jose Miguel (1)
Jiménez Hernández Gonzalo (2)
Sánchez Mondragón Jaime
Alberto(3)

Fecha de entrega: Miércoles 12 de Febrero del 2020.

Objetivos:
 Fabricar una pieza de aluminio por el proceso de fundición en arena en verde y
evaluar la calidad de la pieza obtenida en función de las variables de los procesos de
moldeo y fusión.
 Identificar los defectos superficiales e internos generados en la pieza de fundición.
Introducción
Aluminio
La combinación única de propiedades que presentan el aluminio y sus aleaciones, hacen de
este material uno de los más versátiles, económicos y atractivos para una amplia gama de
usos y aplicaciones; desde la fabricación de papel de aluminio para embalajes y usos
domésticos hasta aplicaciones de ingeniería más exigentes, como ser en fuselajes de
aeronaves.
Las aleaciones de aluminio ocupan el segundo lugar (con respecto a los aceros) en los
materiales que se utilizan con fines estructurales. Tienen una densidad de sólo 2,7 g/cm3
(aproximadamente un tercio del acero (7,83 g/cm3)); un pie cúbico de acero pesa alrededor
de 490 libras (222 Kg); un pie cúbico de aluminio, sólo alrededor de 170 libras (77 Kg). Este
peso tan leve, junto con la alta resistencia en algunas aleaciones de aluminio (próxima o
similar a la de algunos aceros estructurales), permite la construcción de estructuras ligeras
y resistentes, particularmente ventajosas en vehículos espaciales, aviones, y en todo tipo
de vehículos terrestres y náuticos.
Para su estudio, es conveniente dividir a las aleaciones de aluminio en dos grandes
categorías:

 Aleaciones de aluminio para moldeo (casting compositions).

 Aleaciones de aluminio para conformado (wroughtcompositions)

Una mayor diferenciación en cada una de las categorías arriba mencionadas, se puede
lograr teniendo en cuenta los mecanismos involucrados en la obtención de las propiedades
mecánicas finales. Los tratamientos térmicos de estas aleaciones se basan en las
solubilidades de las fases. Estos tratamientos incluyen el solubilizado, temple y
endurecimiento por precipitación.

Moldeo en verde
Es un procedimiento de molde perdido. Consiste en copiar un modelo, empleando arenas
o tierras de moldeo, las cuales contienen material arcilloso dándole a estas propiedades de
plasticidad, elasticidad y maleabilidad para poder obtener así la forma del mismo a través
de la compactación de dicho material. Una vez finalizado el moldeo, se extrae el modelo,
quedando así el molde en el cual luego se vierte el metal fundido. Esta técnica permite
obtener piezas que no requieren una buena calidad superficial.
El moldeo en arena es un proceso metalúrgico ampliamente utilizado en fundición ya que
casi todos los metales pueden ser trabajados por este método. Su principal característica es
el uso de moldes de arena para dar forma a piezas complejas de casi cualquier aleación.
Normalmente, el moldeo en arena tiene una tasa de producción baja ya que el molde debe
ser destruido para extraer la pieza, además el acabado superficial normalmente es
relativamente áspero con lo que es necesario un proceso de acabado final.
El proceso comienza con un modelo el cual es una réplica de la pieza deseada, excepto por
el hecho de que es ligeramente más grande para permitir la contracción del metal durante
la solidificación y enfriamiento. A continuación, se coloca una caja de moldeo y se llena con
arena. Después, se aplica presión a la arena para compactar firmemente contra la cara del
modelo. Al compactarse la arena, ésta mantiene y muestra la forma exacta del modelo
después de que se extraiga del molde. El siguiente paso es colocar los núcleos o machos si
los hubiere en la mitad inferior del molde, después la sección o mitad superior del molde se
fija en su lugar y entonces el molde se encuentra ya cerrado y listo para verter el material
fundido. Cuando la pieza se ha solidificado, se retira la arena y se devuelve para su
reacondicionamiento para un uso posterior. Un aspecto importante y económico del
moldeo en arena es que la arena puede ser reutilizada muchas veces, sólo necesitando
pequeños aportes de arena nueva, arcilla y agua.

Defectos de fundición
Los defectos, que suelen aparecer con frecuencia en las piezas fundidas, tienen en general
su origen en que alguna parte del proceso no ha sido debidamente controlada. La fusión,
colada y solidificación comprenden muchas operaciones complicadas, siendo un control
perfecto imposible. No es sorprendente que en el proceso de fundición se encuentren
mayor variedad y número de defectos, que en cualquier otro proceso de fabricación. Los
defectos de fundición son numerosos, y pues que cada uno puede ser provocado por
muchas causas, se comprende lo difícil que puede ser establecer una clasificación .
Defectos por solidificación en aleaciones de aluminio
Junta fría
Este defecto aparece cuando dos porciones del metal fluyen al mismo tiempo, pero hay una
falta de metal líquido en alguna zona de la pieza debido a la solidificación o enfriamiento
prematuro.

 Las causas típicas incluyen: Metal insuficiente para llenar el molde, el metal solidifica
antes de llenar el molde, molde demasiado frio o con ventilación inadecuada.
 Solución: Aumentar la temperatura de vaciado, precalentar el molde, incrementar
la permeabilidad de la arena.
Cavidad por contracción
Este defecto es una depresión de la superficie o un hueco interno en la fundición debido a
la contracción por solidificación en la última región que solidifica. Ocurre frecuentemente
cerca de la parte superior de la fundición, (Rechupe).

 Causas: Temperatura de vaciado muy alta, falla al proporcionar metal líquido para
alimentar áreas donde la cavidad por contracción se está formando, solidificación
prematura de los bebederos y mazarotas debido a una baja temperatura de vaciado
o mal diseño del sistema de alimentación. Modificación deficiente de la aleación,
ausencia de solidificación direccional o requerimiento de un gradiente de
temperatura
 Solución: Reducir la temperatura de vaciado, utilizar correctamente y
proporcionalmente los alimentadores (mazarotas), hacer uso de alimentadores y
polvos de cobertura aislantes.
Llenado incompleto
Este defecto aparece en una fundición que solidifico antes de completar el llenado de la
cavidad del molde.
 Las causas típicas incluyen: Fluidez insuficiente del metal fundido, baja temperatura
de vaciado, vaciado que se realiza muy lentamente y/o sección transversal de la
cavidad del molde muy delgada.
Micro-poros (pinhole)
Cavidades pequeñas distribuidas uniformemente, los cuales se observan después del
maquinado. Los orificios pueden ser redondos o irregulares (con tamaños menores de
1.6mm de diámetro promedio).

 Casusas (Gas hidrogeno expulsado del metal liquido durante la solidificación) debido
a: Humedad en los fundentes, refractarios y herramentales que se introducen en el
horno, material de retorno con grasa, sobrecalentamiento del baño, fusión lenta, lo
cual permite que los gases de la atmosfera del horno entren en la solución liquida y
desgasificado inadecuado del baño.
 Solución: Almacenar los fundentes, libres de humedad, utilizar crisoles bien curados,
precalentar y cubrir las herramientas con pintura refractaria, fundir con rapidez y
evitar sobrecalentamiento de la carga, no interrumpir el proceso de fusión,
desgasificar previo al vaciado de la pieza.
Inclusiones de arena
Huecos de forma irregular que contienen arena generalmente localizados en la superficie
de la pieza

 Causas: Deficiencia en la cohesión de la arena, apisonamiento demasiado suave,

sistema de colada erróneo.
  Solución: Mejorar la resistencia de la superficie, limpiar el molde con aire, mezclar
la arena eficientemente e incrementar la cantidad de aglutinante, aumentar la
presión de apisonamiento.
Defecto flash
Exceso de metal en forma de lámina que se forma en la parte media de las piezas,
generalmente en la línea de partición.

 Posibles causas: Diseño del sistema de alimentación inapropiado, mal diseño de los
modelos insuficiente el apriete de la caja de moldeo, apisonado no uniforme de la
arena, los daños o desgaste de la caja de moldeo, metal sobrecalentado, excesiva
fluidez.
 Soluciones: Usar un sistema de alimentación apropiado, controlando la presión
metalostatica, apretar apropiadamente la caja de moldeo, agregar pesos extras en
la parte superior de la caja, disminuir la temperatura de vaciado del metal.
Algunos otros son debidos al molde de arena:
- Sopladuras: Este defecto es una cavidad de gas en forma de pelota causada por un
escape de gases del molde durante el vaciado. Ocurre en la superficie de la parte
superior de la fundición o cerca ella. La baja permeabilidad, pobre ventilación y el
alto contenido de humedad en la arena del molde son las causas generales.
- Puntos de alfiler: Es un defecto similar al de las sopladuras que involucra la
formación de numerosas cavidades pequeñas de gas en la superficie de la fundición
o ligeramente por debajo de ella.
- Caídas de arena: Este defecto provoca una irregularidad en la superficie de la
fundición, que resulta de la erosión del molde de arena durante el vaciado.
- Costras: Son áreas rugosas en la superficie de la fundición debido a la incrustación
de arena y metal. Son causadas por desprendimientos de la superficie del molde que
se descascaran durante la solidificación y quedan adheridas a la superficie de la
fundición.
- Penetración: Cuando la fluidez del metal líquido es muy alta, éste puede penetrar
en el molde o en el corazón de arena. Después de la solidificación, la superficie de
la fundición presenta una mezcla de granos de arena y metal. Una mejor
compactación del molde de arena ayuda a evitar esta condición.
- Corrimiento del molde: Se manifiesta como un escalón en el plano de separación
del producto fundido, causado por el desplazamiento lateral del semimolde superior
con respecto al inferior.  Corrimiento del corazón. Un movimiento similar puede
suceder con el corazón, pero el desplazamiento es generalmente vertical. El
corrimiento del corazón y del molde es causado por la flotación del metal fundido.
 Sistemas de colada.
Los sistemas de coladas son dispositivos necesarios para conducir el metal líquido a la
cavidad del molde. Los elementos básicos del sistema de colada pueden apreciarse en
el siguiente esquema donde se destaca:
 Colado o bebedero: conductor vertical a través del cual el metal entra en el canal.
 Pozo de colado: sección usualmente redondeada al final del bebedero, utilizando
para ayudar a controlar el flujo de metal que entra en la canal.
 Canal: sección comúnmente horizontal a través de la cual el metal fluye o es
distribuido mediante entradas a la cavidad del molde.
 Portadas o entradas: canales secundarios variables en número de acuerdo con el
diseño de la pieza a través de las cuales el metal deja el canal para penetrar en la
cavidad del molde.
 Cavidad de colado: sección colocada en muchas ocasiones en la parte superior del
bebedero de manera de darle facilidad al operador para mantener el metal dentro
y permitir el flujo continuo, así mismo minimiza o evita la turbulencia y promueve la
entrada al bebedero solo de metal limpio para ello usualmente emplean filtros.
 Filtros: pequeños dispositivos empleados en la cavidad de colada en coacciones en
el pozo de colada, de manera de separar la escoria del metal y de esta forma permitir
un flujo de metal limpio.

Material y equipo
- Equipo de seguridad completo
- Caja de moldeo
- Arena de reúso de sílice con bentonita
- Accesorios para moldeo (apisonador, razador, polvo desmoldeante, tubos y otros)
- Molino chileno
- Cubetas
- Palas
- Modelos
- Horno de gas
- Crisol
- Pinzas para crisol
- Pirómetro
- Carretilla para transporte de arena
- Caretas para fundición
Procedimiento Experimental

1.- Primero se puso la chatarra de 2.- Preparación de la arena:

aluminio dentro del crisol, el cual
estará previamente dentro del horno Se prepararon 3 botes de arena de
a gas. Se encendio el horno y se silice con bentonita en el molino 3.- Acarreo de la arena:
espero a que el aluminio quedase chileno agreando el agua de manera
conveniente. Se Llevo la arena de moldeo a la mesa
completamente fundido.
de trabajo con ayuda de la carretilla.
esto una vez que se tenian listos el
modelo que se emplearia, los tamices y
todas las herramientas de moldeo.

5.- Preparacion de las pinzas de

4.- Construcción del Molde: vaciado :
Se realizó el molde de la pieza Una vez terminado el molde con todos Se precalentaron las pinzas para
seleccionada. Elegiendo lo requerimientos necesarios, este se crisol y se puso una capa de arena
cuidadosamente como serian las partes coloco en la zona de vaciado donde se en el piso (cerca de la zona de
que constituiriian el molde (bebedero, verterá el metal fundido. vaciado) donde se colocaria el
copa, pozo del bebedero, etc.) para crisol. También se coloco el
cumplir con los objetivos planteados. sistema de basculación sobre la
arena.

Se destapo el horno, con ayuda de las pinzas fue 6.- Vaciado del metal fundido:
tomado el crisol y colocado en la cama de arena
previamente puesta y sobre el sistema de basculación. Una vez realizado lo del paso anterior se
procedio a alzar el crisol con el sistema
Nota: Antes de verter el aluminio dentro del molde, se de basculación y se virtio el aluminio
tomo la temperatura a la cual está. Al aluminio no se fundido en el molde.
desgacifico ni se le quito la escoria.

Se espero a que solidificara el metal

(aluminio), tomando el tiempo de 7.- Limpieza de la pieza:
solidificación. Cuando el molde se Prosiuiendo con la practica y como Ya realizado lo anterior se
encontro a una temperatura manejable, penultimo paso se limpio la pieza, procedio a Inspeccionar la
fue tomado con los guantes y se procedio cortando los pedazos sobrantes con el pieza de aluminio en busca
a deshacerlo para sacar la pieza fundida. arco como la mazarota, bebedero, de defectos y reportarlos.
Si la pieza seguia muy caliente, fue ataques, etc.
metida en agua para enfriarla.
Resultados
Análisis de resultados
Conclusiones
Sánchez Mondragón Jaime Alberto
Hidalgo Mendoza José Miguel.
Jiménez Hernández Gonzalo
Al finalizar esta práctica fue posible obtener una pieza de aluminio por medio del proceso de
fundición en arena en verde y así poder llevar a cobo la evaluación de la calidad de la pieza realizada
reproduciendo adecuadamente la pieza metálica después de enfriada, desmoldada y limpiada para
así observar los defectos producidos en el proceso de moldeo y fundición.

La pieza obtenida de aluminio por medio de fundición en molde de arena presento varios defectos,
tanto externos como internos, debido a que los parámetros de moldeo no fueron controlados para
la obtención de dichos defectos ya que generar estos era uno de los objetivos de esta práctica.

Estos defectos se asocian a diferentes fenómenos como lo fueron:

- El proceso de enfriamiento: el molde y el metal intercambian calor con el medio ambiente,

con la consecuente disminución de temperatura, y por efecto de la solidificación se produce
cambios en el aluminio.
- La temperatura de vaciado: No se desgacificado ni se escorifico del baño metálico.
- Propiedades de la arena: Presentaba muchas inconsistencias que afectaron a la formación
de los defectos en la pieza de aluminio.
- La técnica para la fabricación del molde: La fuerza en el apisonamiento no uniforme, el no
cribado de la arena, etc.

También se observó que cada una las características pueden generan un defecto diferente en la
pieza de fundición, por ejemplo, un mal apisonamiento puede generar arrastre de la arena de
moldeo y del modelo a realizar, al no realizar la desgasificación se puede genera porosidad en la
pieza y al no quitar la escoria puede ocasionar inclusiones no metálicas dentro de la pieza ya fundida.

Bibliografía
 G. N. Vanderplaats, "Numerical Optimization Techniques for Engineering Design -
With Applications", McGraw-Hill, York, EUA, 1984.
 M.A. Padilla, “Antología métodos y procesos de fundición de metales”, Imágenes y
aplicaciones digitales, pp. 22-36, México D.F, 1992.
 Intelángelo, R., Bonato, A. (2018). Fundición y moldeo. Universidad Nacional de
Rosario. (p.p. 3-6).
 Garavito, J. (2008). Curso de procesos de manufactura: Fundición. Escuela
Colombiana de Ingeniería. (p.p. 6-15).