OTEA Fundición a presión de alumnio.

Fundición a presión de aluminio. Nuevos
procesos y aleaciones especiales.
Proyecto en colaboración con la Fundación Ascamm
1) INTRODUCCIÓN
2) PROCESO TRADICIONAL DE FUNDICIÓN A PRESIÓN
3) FUNDICIÓN A PRESIÓN EN VACÍO
4) SQUEEZE CASTING
5) PROCESOS SSM ( SEMI SOLID METAL) :
THIXOCASTING Y RHEOCASTING
6) NUEVAS ALEACIONES
7) BIBLIOGRAFÍA
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Fundición Al
INTRODUCCIÓN
El estudio consiste en recopilar información sobre la investigación y el desarrollo tecnológico
de nuevas aleaciones de aluminio y técnicas relacionadas con la fundición a presión.
El aluminio es el segundo metal más abundante sobre la tierra. Se obtiene por el proceso
Hall-Heroult , que consiste en la reducción electrolítica de la alúmina para obtener metal líquido, y tiene una densidad de 2.7 g/cm3 y un módulo de elasticidad de 70GPa.
Las aleaciones de aluminio tienen resistencias específicas excelentes. Muchas aleaciones de
aluminio responden fácilmente a los mecanismos de endurecimiento pudiendo llegar a ser 30
veces más resistentes que el aluminio puro. Presentan como propiedades benéficas una alta
conductividad eléctrica y térmica, comportamiento no magnético y resistencia a la oxidación y
corrosión.
Sin embargo no exhibe alto límite de endurecimiento, por lo que finalmente falla por fatiga
aún a bajos esfuerzos, la temperatura de fusión es relativamente baja y también lo es la dureza, lo que ocasiona una mala resistencia al desgaste.
Debido a estas características y a que presentan un importante potencial de desarrollo en
sectores como los transportes, en los que la relación de propiedades mecánicas a peso específico es importante, se ha venido desarrollando en el transcurso de los últimos años numerosas labores de investigación para la mejora tanto de procesos como de propiedades de estas aleaciones .
En este sentido se ha trabajado en desarrollar nuevas técnicas derivadas de la fundición a
presión que mejoren las limitaciones de la fundición tradicional y permitan el uso de nuevos
materiales cuyas propiedades combinen la resistencia y la ductilidad.
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Ilustración 1 Cortesía de UBE, Japón
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El fruto de esta investigación se puede ver reflejado en la siguiente gráfica, si tenemos en
cuenta el número de patentes registradas en los últimos cinco años relacionadas con la fundición a presión:
Ilustración 2 Análisis de patentes en fundición a presión
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Este mismo análisis por países se refleja en la grafica siguiente:
Ilustración 3 Análisis de patentes por países
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PROCESO TRADICIONAL DE FUNDICIÓN A PRESIÓN
Descripción
El proceso de fundición a presión se caracteriza por introducir material fundido a presión dentro de la cavidad de un molde, manteniendo la presión hasta la solidificación de la pieza.
Existen dos tipos de máquinas utilizadas para el proceso de fundición a presión, como son la
de cámara caliente y cámara fría.
Máquinas de cámara caliente:
La cámara de presión y el émbolo se encuentran sumergidos en el en metal fundido, por este
motivo se encuentran sometidos a altas temperaturas, es por ello que estas máquinas se utilizan para la inyección de metales de bajo punto de fusión como el plomo, estaño o cinc, de
manera que en estado líquido no ataquen el acero de la cámara y el émbolo de inyección. A
continuación se muestra un esquema del proceso de inyección en cámara caliente:
Ilustración 4 Cortesía www.diecasting.org
1-Cierre del molde 2-Relleno y enfriamiento 3-Eyección de la pieza 4-Lubricación
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Máquinas de cámara fría:
El metal fundido se vierte mediante una cuchara de colada en una cámara (que puede ser en
posición vertical o horizontal) donde un émbolo accionado hidráulicamente empuja el metal
hacia el interior del molde. El metal se inyecta a presiones altas, manteniéndose hasta que se
solidifica. El sistema de inyección no se sumerge en el metal fundido, por eso durante la colada en el molde padece cambios de presión y de temperatura mayores. En las máquinas de
cámara fría pueden utilizarse todos los metales y aleaciones colables, se utilizan aleaciones
de Aluminio, Cobre, Latón, Magnesio, Cinc, Estaño y Plomo. A continuación se muestra un
esquema del proceso de inyección en cámara fría:
Ilustración 5 Cortesía www.diecasting.org
1-cierre del molde 2-relleno y enfriamiento 3-eyección de la pieza 4-lubricación
(
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Ventajas
El proceso tradicional de fundición a presión presenta las siguientes ventajas:
Se obtiene casi la pieza final minimizando y a menudo eliminando los costes de mecanizado
en operaciones secundarias
Se obtienen secciones finas, piezas grandes de gran complejidad y detalles sutiles. En la mayoría de procesos de fundición a presión se necesita un exceso de espesor en la sección de
colada y material solo para permitir el llenado de la cavidad y/o de los rebosaderos, el ahorro
de material que se consigue fácilmente en la fundición a presión permite minimizar el peso
del material y por lo tanto el coste.
Este proceso es altamente productivo, los tiempos de ciclo para piezas pequeñas coladas en
matrices multicavidad pueden ser de tan solo unos pocos segundos, e incluso piezas muy
grandes requieren normalmente menos de un minuto de ciclo a ciclo.
Tradicionalmente ha tolerado las aleaciones a base de chatarra de menor coste. El material
normalmente es el componente de mayor precio en cualquier pieza colada y esta capacidad
de tener como fuente las aleaciones de menor coste es el mayor beneficio económico asociado al proceso tradicional de fundición a presión.
Limitaciones
Durante el proceso tradicional de fundición a presión el metal fundido se introduce a alta velocidad en el molde y la atmósfera que existe en la cavidad suele estar mezclada y atrapada
en la colada durante el llenado turbulento de la cavidad. Aunque la alta presión durante la solidificación puede reducir los poros atrapados hasta tamaños extremadamente pequeños, el
volumen total de poros sigue siendo significativo. En concreto, en el proceso tradicional de
fundición a presión, la colada a menudo contiene más de un uno por cien de huecos, mientras que otros procesos como el squeeze casting o thixocasting rara vez contienen más de
unas décimas en porcentaje de huecos.
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Debido a estos poros atrapados , aire y gases, comprimidos bajo alta presión durante la solidificación, las coladas no pueden ser expuestas a altas temperaturas, como sucede en los
tratamientos térmicos o en la soldadura, sin que aparezcan burbujas. Esto se debe a que el
metal se reblandece a altas temperaturas permitiendo la expansión de las burbujas. Algunas
variaciones del proceso mejoran el atrapamiento de gases, pero no hasta el punto de su eliminación o de un alta fiabilidad. La aplicación de niveles moderados de vacío al sistema de
impulsión y a la cavidad del molde durante el ciclo d llenado puede reducir el volumen de poros atrapados. En el proceso Pore-Free
TM
se purga el sistema de impulsión y la cavidad con
oxigeno, así, cuando se inyecta el metal fundido en la cavidad, se han formado diminutos óxidos sólidos y se ha creado una atmósfera que minimiza el atrapamiento de poros.
Otra limitación del proceso de fundición a presión que también comparten sus variantes, es
su limitada capacidad de contener machos desechables. Las altas velocidades a las que fluye
el metal y altas presiones que se alcanzan una vez se ha completado el llenado de la cavidad
originan graves tensiones en los materiales de los machos desechables utilizados en procesos como el moldeo en arena o en molde semi-permanente. Algunos materiales utilizados en
los machos resisten frente a estas condiciones menor que otros pero en este caso suelen ser
difíciles de separar de la colada. Mercury Marine ha utilizado machos de sal para formar
complejas configuraciones internas en motores de dos tiempos con gran éxito, y han surgido
nuevos conceptos de machos desechables lo que supone una gran promesa y tal vez esto no
sea una limitación en el futuro.
Todos los procesos de fundición en general requieren además instalaciones robustas y relativamente caras para someter el metal bajo altas presiones durante el rápido llenado de la cavidad y la solidificación. La amortización de un equipo de última tecnología y los costes de las
herramientas han de ser repartidos entre un gran numero de piezas, así que normalmente la
fundición a presión no es rentable cuando se fabrican menos de mil piezas al año o en total.
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FUNDICIÓN A PRESIÓN EN VACÍO
Descripción
El principio de este proceso es el siguiente: Si se elimina la atmósfera del sistema de inyección y la cavidad, entonces el aire capaz de ser mezclado y atrapado durante el llenado turbulento de la cavidad puede ser muy poco o ninguno. Con este fin, algunos sistemas de vacío
consiguen solamente un vacío parcial, 60 u 80 % y proporcionan un excelente ventilado. De
hecho mejoran significativamente el llenado y la integridad de las coladas, pero no pueden
fabricar piezas sin que aparezcan burbujas tras ser sometidas a un tratamiento térmico.
El objetivo de estos sistemas es eliminar virtualmente la atmósfera en el sistema de inyección
y la cavidad y así fabricar piezas sólidas, que puedan ser tratadas térmicamente y con propiedades mecánicas fiables y predecibles. Para conseguir esto, el sistema de inyección y la
cavidad deben estar bien sellados para evitar contener aire en el ambiente durante el vacío.
También se requiere un tortuoso camino entre la cavidad y la fuente de vacío para evitar verter metal fundido en el sistema de vacío cuando se ha alcanzado la presión límite al final de
cada inyección.
Actualmente existen varias versiones de fundición a presión en vacío con diferentes niveles
de vacío como Hodoler/Optivac TM, Thurner TM, Verticast TM, o. Vacural TM.
Vacural
TM
. es un proceso ofrecido por Mühler Weingarten, Alemania, y consiste en evacuar
completamente el sistema de inyección y la cavidad, mientras que el metal fundido se vierte
en vacío en el inyector y entonces se inyecta a alta presión en el molde.
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Instalación del proceso Vacural TM
1. Horno
2. Tubería de succión
3. Cámara de fundir
4. Pistón
5. Placa fija
6. Parte fija del molde
7. Válvula de vacío
8. Parte móvil del molde
9. Cavidad
Ilustración 6 Cortesía de Müller Weingarten, Alemania
10. Válvula
11. Bomba de vacío
12. Tanque de vacío
Alcoa utilizó este equipo para desarrollar a partir de Vacural TM el proceso AVDC (Alcoa Vacural Die Casting) que actualmente emplea para hacer componentes de chasis para automoción. Una vez se cierra el molde, el aire se evacua a través del molde y la cámara de llenado
y el metal fundido se vierte en la cámara de llenado a baja presión. Los equipos de colada
tiene fuerzas de cierre de entre 750 y 4100 t y pueden fabricar piezas de más de 20 Kg.
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Ventajas
El proceso de fundición a presión en vacío es capaz de conseguir secciones de colada muy
delgadas ( menos de 2mm). La piezas son sólidas y pueden ser tratadas térmicamente, si se
requiere, sin la aparición de burbujas. Si se utilizan aleaciones especiales la fundición a presión en vacío proporciona coladas de gran ductilidad.
Limitaciones
Es difícil mantener los altos niveles de vacío necesarios en moldes complejos, especialmente
en aquellos con numerosas guías. Muchas superficies y uniones se han de sellar contra las
fugas o la intrusión de la atmósfera ambiental.
Las instalaciones y herramientas necesarias son relativamente caras, la naturaleza de las
aleaciones utilizadas y gran gasto de material durante el proceso hacen que la fundición a
presión en vacío sea más cara que el proceso tradicional. Aun así las piezas obtenidas en este proceso pueden ser muy rentables.
Las piezas delgadas son difíciles de extraer de un molde de acero y enfriar a temperatura
ambiente sin una combadura significante y el consecuente proceso de enderezado requerido
para contrarrestar este efecto.
Aleaciones especiales: Silafont-36 y Magsimal-59
La mayoría de las aleaciones que se utilizan en procesos como los de Alcoa son aleaciones
AlSi. La resistencia media de las coladas es de 240MPa, la deformación media de 15 % y el
espesor de pared mínimo es aproximadamente de 2 mm. Las coladas obtenidas con estas
aleaciones normalmente necesitan un tratamiento térmico para aumentar sus propiedades
mecánicas. Para evitar el aumento de coste de realizar este proceso, Alcoa ha desarrollado la
aleación C446, cuyas propiedades son parecidas a las de la aleación AlSi9Mg ( EN AC
43300, Silafont-36) sin tratamiento.
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Por otro lado, las típicas aleaciones secundarias que se utilizan en el proceso de fundición a
presión tradicional contienen un 1% o más de hierro para prevenir la “soldadura” de la colada
al molde de acero. El aluminio fundido se ha denominado merecidamente “solvente universal”
ya que tiene una fuerte afinidad para disolver otros metales. La fase eutéctica ternaria Al-FeSi sucede con un 0.8% de hierro, así si la aleación fundida ya contiene un alto nivel de hierro,
existe en el metal fundido una reducida fuerza de conducción que le lleva a atacar y disolver
el acero desprotegido del molde durante el llenado de la colada.
Sin embargo, el hierro en estos niveles tan altos forma fases primarias con aluminio, silicio y
otros componentes de la aleación. Estas fases son especialmente perjudiciales para la ductilidad, siendo ésta una de las propiedades más importante para las piezas resultantes.
La soldadura cobra importancia a altas velocidades (<10m/s) y de normal a alta temperatura
(670 ºC o más) y más durante la fundición a presión en vacío que en otros procesos como el
squeeze casting (baja velocidad) o tixocasting (baja temperatura).
Para superar el problema de la soldadura durante el vacío se necesitaron aleaciones especiales. Rheinfelden Aluminium en Alemania, ha desarrollado dos aleaciones especialmente para
procesos de fundición a presión en vacío: Silafont-36 y Magsimal-59. Ambas contienen un
0.5-05% de manganeso, que ha sido probado como un efectivo sustituto del hiero para prevenir la soldadura.
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SQUEEZE CASTING
Introducción
Existen dos versiones distintas de squeeze casting, directo e indirecto. Sin embargo, ambas
utilizan el mismo principio: el metal fundido se introduce en la cavidad con una mínima turbulencia y solidifica bajo presión alta en un molde cerrado muy robusto, normalmente férrico. La
alta presión y un contacto íntimo de la aleación fundida con la superficie metálica del molde
produce una solidificación muy rápida, small secondary dendrite arm spacing (SDAS), mímima porosidad y excelentes propiedades mecánicas.
Direct squeeze casting
También se denomina liquid-metal forging, ya que se consigue en instalaciones más parecidas a las de forja que a las de fundición a presión. En este proceso, el metal líquido se vierte
en la parte inferior de un molde contenido en una presa hidráulica entonces se cierra la parte
superior del molde y se aplica una presión alta (normalmente 100 MPa o más) sobre el total
de la cavidad hasta que la pieza solidifica. Como no se trata de una variación del proceso de
fundición a presión no se continuará detallando el proceso.
Indirect squeeze casting
Este proceso sin embargo, si es semejante al de fundición a presión pues se lleva a cabo con
equipos y herramientas parecidos. Durante este proceso, el metal fundido debidamente preparado, limpio con grano refinado y modificado, se vierte en el mango inyector de una máquina horizontal o vertical, como muestra la figura.
Ilustración 7 Cortesía de Ube Machinery, Japón
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A partir de aquí, se inyecta en el molde a través de unos bebederos relativamente grandes y
a una velocidad relativamente lenta (normalmente por debajo de 0.5m/s). El metal fundido solidifica bajo presiones que varían ente un mínimo de 55MPa y un máximo de 300MPa, aunque el rango más utilizado es de 80 a 110MPa.
Ventajas
Es el proceso más indicado para piezas de seguridad en automoción como pivotes de dirección. Es especialmente útil para piezas pesadas como los pivotes pero está limitado considerablemente para piezas delgadas como marcos de chasis o soportes.
A356 (Al7SiMg, EN AC-42000)es una de las aleaciones más populares utilizadas en squeeze
casting, pero eso no significa que sea la única aleación. Casi cualquier aleación de las utilizadas en molde permanente podría ser candidata para squeeze casting.
Como el metal fundido permanece en íntimo contacto con el molde de acero a través de la
solidificación, el SDAS de la superficie de las coladas suele ser excepcionalmente pequeño
(del orden de 10 a 15 micras) y la textura de las superficie de la colada es muy fina. Ambas
características mejoran las propiedades de fatiga e impacto lo que hace que estas coladas
funcionen muy bien durante los test de durabilidad de los productos de automoción.
Este contacto íntimo entre el metal fundido y el molde durante la solidificación tambien proporciona un frío intenso en las coladas de estructuras, proporcionando valores de SDAS entre 25 y 35 micras.
Las propiedades mecánicas de las coladas también son muy buenas.
Limitaciones
Presenta las siguientes desventajas:
Vida útil del molde relativamente corta, las temperaturas típicas de fundición durante el proceso de squeeze casting son de 700 a 730 º C, un poco más altas que las típicas de fundición
a presión, de 650 a 660 º C, así que la diferencia de temperatura entre el molde y el metal
fundido es más alta y esta diferencia es la que lleva al comienzo de la fatiga térmica en la superficie del molde
Costoso proceso de eliminación de bebederos, se deben serrar de las piezas coladas
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Poco apropiado para paredes delgadas o piezas muy detalladas
Cavidad limitada, las altas presiones limitan el área proyectada que una maquina de tonelaje
puede contener
Limitada capacidad para contener machos internos desechables, como en otros procesos a
alta presión.
Aleaciones especiales: Magsimal-59
Como se ha comentado antes la aleación A356 es una de las aleaciones más populares utilizadas en squeeze casting, pero casi cualquier aleación de las utilizadas en molde permanente podría ser candidata para ser utilizada.
Con la A356 se consiguen valores de resistencia a tracción de 300-320MPa, 230-250 de límite elástico y 10-145 de deformación. La versión superior de la misma aleación con magnesio
A357, consigue una mayor resistencia, 360MPa de resistencia a tracción y 295MPa de límite
elástico pero a costa de ductilidad 5-6%. En cambio, la versión inferior con magnesio (F356)
proporciona menos resistencia, 20MPa resistencia a tracción y 150MPa de límite elástico pero con una mayor ductilidad.
Para obtener estas propiedades mecánicas es indispensable utilizar un tratamiento térmico lo
que significa un envejecimiento artificial. Por este motivo Rheinfelden desarrolló una aleación
especial, Magsimal-59, que proporciona unas sofisticadas propiedades mecánicas sin necesidad de aplicar un tratamiento térmico.
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PROCESOS SSM ( SEMI SOLID METAL) : THIXOCASTING Y
RHEOCASTING
Introducción
Hasta ahora se ha denominado a los procesos de conformado semisólido, procesos SSM en
Norte América y thixocasting o thixoforming en Europa. Pero actualmente, se ha tenido en
cuenta otra distinción a la hora de utilizar estos términos. En función del estado del material
de entrada se ha denominado thixocasting, si el material de entrada es un lingote (que ha sido colado previamente para obtener su microestructura), o rheocasting si el material de entrada es un lodo, (metal fundido en estado pastoso). En los últimos años se han desarrollado
nuevas tecnologías de rheocasting como New Rheocasting o Sub Liquidus Casting , por lo
que se denomina procesos de conformado en estado semisólido (SSM) al conjunto de todos
ellos.
Ilustración 8 Lingote típico de thixocasting
Cortesía de IFAM, Alemania
Thixocasting
Durante muchos años este proceso ha sido el más utilizado y el lingote que podía cortarse
fácilmente con un cuchillo como si fuera mantequilla, como muestra
la figura anterior(
Ilustración 8 ) ha sido el símbolo de los procesos SSM.
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Fundición Al
El proceso consiste en recalentar, normalmente por inducción, un lingote obtenido aplicando
agitación electromagnética durante la su fabricación, que después se coloca en el inyector de
una máquina semejante a la de fundición a presión y se inyecta en la cavidad.
El resultado es un producto de microestructura globular. Los glóbulos son el resultado de:
La fragmentación de las dendritas por agitación electromagnética durante la fabricación del
lingote.
La baja energía de forma adquirida cuando las pequeñas dendritas se encuentran suspendidas a la temperatura de precalentamiento del lingote
La posterior fragmentación de la estructura alfa durante el flujo en el molde
La temperatura correcta de proceso es aquella en la que la mayoría de la fase α del aluminio
se encuentra en estado sólido y la mayoría de la fase globular y eutéctica Al-Si permanecen
fundidas. En las aleaciones más utilizadas, A356 y A357, esta condición representa aproximadamente el cincuenta por ciento del volumen del sólido.
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Fundición Al
La fase globular α en la fase eutéctica es thixotrópica, de ahí su nombre, esto quiere decir
que , sin aplicar ningún esfuerzo, los lingotes recalentados mantienen su forma y pueden ser
colocados en el inyector de una máquina de fundición a presión utilizando simplemente unas
pinzas, pero una vez que se ha aplicado un esfuerzo, como el que se aplica con el pistón, el
material fluye fácilmente aunque como un líquido viscoso.
Y esta es la mayor ventaja de los procesos semisólidos, la naturaleza viscosa del material
semisólido permite fluir a gran velocidad manteniendo un frente fluido estable. En otras palabras, geometrías que en fundición a presión tradicional se colarían a altas velocidades (<10
m/s) acompañadas de gran cantidad de aire atrapado, se pueden colar en estado semisólido
a velocidades relativamente altas (quizás 2 m/s o más) manteniendo un frente estable de metal, es decir, sin aire atrapado. Un fluido semisólido en el interior de la cavidad de un molde es
mucho menos irregular que un fluido líquido a alta velocidad y puede llenar secciones delgadas incluso mejor que el líquido en muchas ocasiones. En resumen, el metal semisólido es
capaz de llenar las mismas secciones delgadas y proporcionar el mismo grado de detalle y
complejidad que la fundición a presión tradicional a la vez que consigue piezas sin burbujas
atrapadas que pueden ser tratadas térmicamente sin la aparición de poros.
Por otro lado, el lingote, material de entrada de este proceso, en cuyo proceso de fabricación
es necesario aplicar agitación electromagnética, es mucho más caro que un lingote convencional y no se puede reutilizar sin ser de nuevo conformado en lingote siguiendo el proceso
descrito. Por este motivo, los costes del material de entrada a menudo contrarrestan los beneficios económicos de este proceso y han servido como elemento disuasorio para su extensión en la mayoría de sectores industriales como automoción.
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Algunas empresas como Bühler, Suiza, han diseñado máquinas para este proceso. La que
aquí se muestra es una adaptación de una de inyección a presión con un horno de preparación de material adjunto.
Ilustración 9 Máquina de thixocasting
New Rheocasting
Los costes asociados con la producción de lingotes para procesos de thixocasting, han llevado en los últimos años al desarrollo de varias alternativas, cuyo material de entrada fuera un
lodo en lugar de un lingote, que pudiera ser reutilizado en planta.
Es el caso de New rheocasting, técnica patentada por Ube, Japón, que combina la tecnología
de squeeze casting vertical con una nueva manera de procesar el material globular precursor.
El líquido fundido se coloca en un horno caliente y se cuela en un carrusel de crisoles especialmente diseñado, bombeando el aluminio desde el horno de mantenimiento.
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Fundición Al
Los crisoles se enfrían mediante chorros de aire homogéneamente distribuidos en su entorno.
La estructura globular se obtiene controlando el enfriamiento del material durante el proceso
de solidificación.
En la etapa final del carrusel se alcanza el estado semisólido, y la temperatura se homogeniza en todo el crisol mediante un horno de inducción.
Un brazo robotizado coge la lingotera e invirtiéndola, deja caer el material en la máquina NRC
y a continuación se inyecta.
Ilustración 10 Proceso New Rheocasting
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Fundición Al
La principal diferencia entre la microestructura del lingote obtenido por agitación electromagnética y la del lodo obtenida justo antes del llenado del molde, es que la microestructura del
lingote siempre tiene fase eutéctica atrapada en el interior dela fase globular α y la del lodo
no.
Ilustración 11 Diferencia entre microestructuras
Sub liquidus Casting
Otro proceso prometedor con lodo de material de entrada y coste muy bajo es el Sub liquidus
Casting. Fue desarrollado por la empresa THT Presses en el año 2001, y combina el diseño
del equipo y la utilización de afinadores de grano, con un procesado simple del metal fundido
mediante un cuidadoso control de temperatura.
Una máquina de 100Tm, puede inyectar hasta 12kg de aluminio. Son máquinas de inyección
vertical, y la partición del molde es horizontal. El material entra directamente del horno de
mantenimiento o fusión a la máquina de inyección. El material líquido se introduce en la máquina de inyección a baja temperatura, próxima a la temperatura requerida en estado semisólido y, en poco tiempo, mediante el control de temperatura y la adición de afinadores de grano, se forma el lodo. Este se introduce en la máquina por uno o varios canales de inyección.
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Fundición Al
Ilustración 12 Proceso Sub Liquidus Casting
La ventaja de este proceso es que el lodo se forma en el interior del inyector por lo no requiere de instalación adicional ni tiempo de obtención del lodo.
Ventajas
En general los procesos de conformado semisólido son capaces de obtener las mismas dimensiones, detalles y paredes delgadas que el proceso tradicional de fundición a presión.
Se obtiene casi piezas finales con mínimo mecanizado
Se obtienen piezas de gran complejidad y paredes delgadas de poco peso, con el mínimo
material necesario
Ciclos más rápidos
Mayor vida útil del molde.
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Fundición Al
Otra ventaja posterior, en concreto de procesos de rheocasting, es la capacidad de utilizar
aleaciones normales de fundición y de reutilizarlas en planta
Limitaciones
La única limitación corresponde al proceso de thixocasting, por el elevado coste que requiere
para obtener los lingotes y por la incapacidad de reutilizar el material sin antes volver a formar
un nuevo lingote.
Aleaciones especiales. Thixalloy 630 y Thixalloy 650
Las aleaciones más utilizadas son la A356 y la A357. estas aleaciones tienen un alto contenido eutéctico y ofrecen buenas propiedades mecánicas cuando son tratadas térmicamente.
La empresa SAG, Austria, suministra estas aleaciones en lingotes para procesos de thixocasting y las ha patentado como Thixalloy-630 para la A356 y Thixalloy-650, para la A357.
Para el proceso de Sub Liquidus Casting la empresa Hydelko, Noruega, ha patentado afinadores de grano como TiBloy que proporciona un eficiente resultado en aleaciones típicas como la A356.
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Evolución
La siguiente gráfica muestra el análisis de patentes relacionadas con thixocasting de los últimos años:
Ilustración 13 Análisis de patentes thixocasting
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Si se realiza el estudio por países se obtiene la siguiente gráfica:
Ilustración 14 Análisis por países thixocasting
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NUEVAS ALEACIONES
1 Silafont-36
Descripción
Es una aleación de aluminio empobrecida en hierro para fundición a presión del tipo AlSi9MnMg con Sr. La adición de estroncio proporciona mayor ductilidad. La aleación con manganeso impide la adherencia y mejora el desmoldeo.
Esta aleación fue desarrollada por Rheinfelden con el objetivo de alcanzar la máxima deformación para valores de esfuerzo medios en comparación con las aleaciones tradicionales.
Puede incluso ser sometida a tratamiento térmico consiguiendo valores de deformación por
encima del 15% o valores de resistencia a la tracción de 260MPa.
Además de estas propiedades mecánicas esta aleación presenta las propiedades necesarias
para el proceso de fundición a presión, es decir, funde excelentemente, no presenta adherencia a la cavidad del molde y es fácilmente trabajable.
Presenta buena resistencia a la corrosión, alta durabilidad, es fácilmente soldable para la
construcción de perfiles de aluminio y es apropiada para remachado y roblonado, características que cobran mayor importancia, cada vez en más aplicaciones, pero en especial en el
sector de automoción.
Nomenclatura
Composición química
AlSi9Mg
Si
Fe
9,5-11,5 0,15
Cu
Mn
Mg
0,03 0,5-0,8 0,1-0,5
Zn
Ti
Otros
0,10
0,15
Sr
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Propiedades
Dureza
Límite elás- Resistencia
Proceso de
Deformación Brinell
Clasificación tico
Rp0,2 a tracción
fundición
A [%]
HB 5/2502
2
[N/mm ]
Rm [N/mm ]
30
A presión
F
120 - 150
250 - 290
5 - 10
75 - 95
A presión
aw T5
155 - 245
275 - 340
4-9
90 - 110
A presión
ka T4
95 - 140
210 - 260
15 - 22
60 - 75
A presión
wa T6
210 - 280
290 - 340
7 - 12
100 - 110
A presión
ü T7
120 - 170
200 - 240
15 - 20
60 - 75
Principales proveedores
Rheinfelden. Alemania
www.alurheinfelden.com
www.sag.at
SAG. Austria
Empresas que lo utilizan
Fonderie Masue. Fancia
www.fonderie-masue.fr
Gibs Die Casting Corp. USA
www.gibbsdc.com
Hess Form+ Licht. Alemania
www.hess-form-licht.de
Sapa AB. Suecia
www.sapagroup.com
Handtmann . Alemania
www.handtmann.de
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2 Masigmal-59
Descripción
Magsimal-59 es una aleación empobrecida en hierro del tipo AlMgSiMn. La microestructura
consiste en Aluminio y una dispersión muy fina de eutéctica ternaria.
Fue desarrollada por Rheinfelden, Alemania, con el propósito de obtener una aleación que
proporcione sofisticadas propiedades mecánicas sin necesidad de tratamiento térmico, para
procesos con alta velocidad de solidificación como el squeeze casting o procesos de fundición a presión.
Posee excelentes propiedades mecánicas y dinámicas en espesores de pared finos. Muy
soldable y apropiada para remachado. Alta resistencia a la corrosión y apta para el pulido
mecánico .
Tiene aplicación en piezas de seguridad de automoción obtenidas por fundición, construcciones estables y dinámicas y construcciones con perfil de aluminio.
Nomenclatura:
AlMg5Si2Mn
Composición química
Si
Fe
Cu
Mn
Mg
Zn
Ti
Be
1,8-2,6
0,2
0,05
0,5-0,8
5,0-6,0
0,07
0,20
0,004
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Propiedades
Límite elásProceso de
Rp0,2
Clasificación tico
fundición
2
[N/mm ]
A presión
F
>220
A presión
F
160 - 220
A presión
F
140 - 170
A presión
F
120 - 145
Resistencia
a tracción
2
Rm [N/mm ]
>300
310 - 340
250 - 320
220 - 260
Espesor de
Deformación
pared
A [%]
[mm]
10 – 15
<2
12 - 18
2–4
9 - 14
4–6
8 - 12
6 – 12
Principales proveedores
Rheinfelden. Alemania
Fundición Al
email: observatorio@aimme.es
www.alurheinfelden.com
Empresas que lo utilizan
Gibs Die Casting Corp. USA
Handtmann . Alemania
AE Group. Alemania
www.gibbsdc.com
www.handtmann.de
www.ae-group.de
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Fundición Al
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3 Castasil-37
Descripción
En 1994 Rheinfelden presentó la primera aleación de alta ductilidad para fundición a presión,
Silafont-36, que hoy en día está consolidada en el mercado. Un año más tarde presentó
Magsimal-59, una aleación de superiores propiedades mecánicas y ductilidad en estado F,
cuyas ventas están creciendo. Y en 2004 presentó Castasil-37, una nueva aleación de
fundición a presión, para aplicaciones que requieren alta resistencia al envejecimiento a largo
plazo.
Se trata de una aleación del tipo AlSi, empobrecida en hierro, cobre y zic lo que asegura una
buena resistencia a la corrosión. Posee una excelente ductilidad (<12%) y límite elástico
medio (<120Mpa), en estado F, lo que permite en muchas ocasiones evitar el tratamiento
térmico. No muestra un aumento de las propiedades mecánicas influenciado por las altas
temperaturas, como las que se dan en los compartimentos de los motores, por lo que se
puede considerar un material estable. Esto se debe a su bajo contenido de Magnesio por
debajo de 0.06%.
Es muy soldable y debido a sus características, es un material muy apropiado para piezas
estructurales como pivotes, marcos y pilares de automoción.
Nomenclatura
Composición química
AlSi9Mn
Si
Fe
8,5-10,5 0,15
Cu
Mn
Mg
Ti
Sr
0,05
0,35-0,60
0,06
0,2
0,006-0,025
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Propiedades mecánicas
Límite elásProceso de
Clasificación tico
Rp0,2
fundición
2
[N/mm ]
A presión
F
140
A presión
F
120
A presión
F
105
A presión
F
95
Fundición Al
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Resistencia
a tracción
2
Rm [N/mm ]
280
260
250
220
Espesor de
Deformación
pared
A [%]
[mm]
12
2
14
3
14
4
14
6
Principales proveedores
Rheinfelden. Alemania
www.alurheinfelden.com
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Fundición Al
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4 Maxxalloy ultra
Descripción
La empresa SAG, Austria, ha desarrollado una aleación empobrecida en hierro de alta ductilidad cuyas excelentes propiedades mecánicas permiten en muchas ocasiones evitar el tratamiento térmico.
Sus propiedades mecánicas dependen del espesor de pared. La resistencia y la deformación
disminuyen cuando aumenta el espesor por lo que es apropiada para la fabricación de piezas
sometidas a altos esfuerzos
Nomenclatura
AlMg5Si2Mn
Composición química
Si
Fe
Cu
Mn
Mg
Zn
Ti
Otros
2,2-3
0,2
0,02
0,6-0,8
5,6-6,2
0,07
0,05015
0,02
Propiedades
Dureza
Límite elás- Resistencia
Proceso de
Deformación Brinell
Clasificación tico
Rp0,2 a tracción
fundición
A [%]
HB 5/2502
2
[N/mm ]
Rm [N/mm ]
30
A presión
F
220
350
14-16
95-100
A presión
F
200
330
9-12
90-100
Principales proveedores
SAG. Austria
www.sag.at
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Espesor de
pared
[mm]
2–4
4–6
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Fundición Al
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5 Unifont-94
Descripción
Una opción para eliminar el tratamiento térmico es utilizar aleaciones “self-hardening” (tipo
AlZnSiMg), la principal de ellas se conoce como AlZn10Si8Mg (UNIFONT®-94).
Esta aleación alcanza altos valores de resistencia a la tracción y de límite elástico, sin embargo su baja ductilidad limita su rango de aplicación.
Se puede mecanizar y pulir fácilmente pero no presenta buena resistencia frente a la corrosión
Nomenclatura
AlZn10Si8Mg
Si
Fe
8,5- 9,5 0,4
Composición química
Cu
Mn
Mg
Zn
Ti
0,03
0,4
0,3-0,5
9,0-10,0
0,10
Propiedades
Dureza
Límite elás- Resistencia
Proceso de Estado de
Deformación Brinell
tico
Rp0,2 a tracción
fundición
tratamiento
A [%]
HB 5/2502
2
[N/mm ]
Rm [N/mm ]
30
A presión
rl T1
230 - 280
300 - 350
2-4
110 - 120 0
Principales proveedores
Rheinfelden. Alemania
SAG. Austria
www.alurheinfelden.com
www.sag.at
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Fundición Al
6 Thixalloy 630
Descripción
La empresa SAG suministra lingotes de la aleación A356 en material globular para procesos
de thixocasting
Nomenclatura
Al7Si0.3Mg
Composición química
Si
Fe
Cu
Mn
Mg
Ti
6,5-7,5
Max
0,15
Max
0,05
Max
0.10
0.250.40
0,010.15
Propiedades mecánicas
Límite elásProceso de
Deformación
Clasificación tico
Rp0,2
fundición
A [%]
2
[N/mm ]
Thixoforming T6
200-260
8-18
Principales proveedores
SAG. Austria
www.sag.at
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Fundición Al
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7 Thixalloy 650
Descripción
La empresa SAG suministra lingotes de la aleación A357 en material globular para procesos
de thixocasting
Nomenclatura
Al7Si0.6Mg
Composición química
Si
Fe
Cu
Mn
Mg
Ti
6,5-7,5
Max
0,15
Max
0,05
Max
0.03
0.450.60
0,010.15
Propiedades mecánicas
Límite elásProceso de
Clasificación tico
Rp0,2
fundición
2
[N/mm ]
Thixoforming T5
190-210
Thixoforming T6
270-300
Resistencia
a tracción
2
Rm [N/mm ]
250-280
320-340
Deformación
A [%]
6-11
8-11
Principales proveedores
SAG. Austria
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Fundición Al
8 Mercalloy 366
Mercury Marine ha desarrollado una nueva aleación , Mercalloy 366, que ofrece mayor
ductilidad y resistencia frente al resto de aleaciones del proceso tradicional de fundición a
presión.
Actualmente utliza está aleación para la contrucción de hélices de aluminio. Y la versión
superior, la 367, para las carcasas de los motores fuera borda.
Sus propiedades mecánicas se pueden ver en las siguientes gráficas.
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Fundición Al
BIBLIOGRAFÍA
John L. Jorstad High Integrity Die Casting Process Variations International conference on structural
Aluminium Casting. Noviembre 2003
Baile Puig, Maria Teresa Estudio de la Conformación de Componentes Aluminio-Silicio en Estado
Semisólido Tesis UPC, Julio 2005
Mathéo Software. Análisis de patentes: Colada bajo presión o por inyección. Observatorio tecnológico
de AIMME . Junio 2005
Mathéo Software. Análisis de patentes: Fundición tixotrópica. Observatorio tecnológico de AIMME .
Noviembre 2005
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