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El mazarotado de los hierros nodulares - errores comunes de diseño

J.Alva




Introduccion

La capacidad de autoalimentacion es una caracteristica de los hierros nodulares que permite de minimizare el numero de mazarotas. Desgraciadamente esta capacidad no es una costante del material y puede variar en modo notable dependiendo de la calidad del molde, de la llamada calidad metalurgica (CM) y non ultimo de la geometria o configuracion de la pieza en examen. Estos factores no son gobernables al 100% y por este motivo una solucion cierta para obtener piezas sanas debe preveer un contatto bastante directo entre la mazarota y el punto o puntos calientes de la pieza.
Para conseguir una mayor reproducibilidad, el modulo della mazarota (o tambien del manguito) en general debe ser en lo posible un 20% mayor al del punto mas caliente de la pieza. Il modulo del cuello deve avere almeno il 70% del valore di quest'ultimo. Entre los otros puntos calientes de la pieza y aquel mayor se debe mantenere un contacto termico nuevamente igual al 70% del modulo del punto caliente consderado. Donde asegurar una buena direccionalidad, las mazarotas o manguitos deben ser en lo posible calientes (con ingreso de caldo). Ello non es naturalmente necesario para las minimazarotas.
Funcionalidad de las mazarotas
La funzionalidad de la mazarota es a su vez dependiente de la temperatura de vaciado y del diseño del sistema de llenado. Temperature bajas y/o ataques de colada gordos en las mazarotas portan a un fallo de las mismas con conseguiente presencia de defectos aun cuando las mazarotas son proporzionadas correctamente (fig.1a).

Las fotos se pueden ver en la revista impresa, o en el PDF de la revista en http://www.metalspain.com/fundidores-gifa2.htm


La razon reside en el hecho que la mazarota perdiendo contacto con la presion atmosferica, non està en grado de bombear metal de alimentacion a la pieza (fig.1b). De este fenomeno no son exentes ni siquiera los manguitos, specialmente exotermicos en el caso de bajas temperaturas de llenado (< 1300°C)(fig.2a, fig.2b). Los rechupes se localizan en la zona de contacto con la pieza si es que el punto caliente de esta se encuentra en esa zona. Si no el defecto permanece en el interior de la pieza (fig.2c).

 

 

(a) (b)
Fig.1 (a) Mazarota rechupada superficialmente por perdida de presion positiva; (b) radiografia de un conjunto materozza- pieza en acero: en la izquierda el contacto con la atmosfera ha sido mantenido, en cambio a derecha no

 

 

(a) (b) (c)
Fig.2 (a) Manguito que se presenta exteriormente deprimido, signo de presion negativa (b) cavidad de rechupe consecuente en la zona de contacto. La causa: temperatura de vaciado demasiado baja (c) rechupe interior por fallo de la mazarota descubierto durante el mecanizado
Errores comunes de diseño
Es experiencia del autor que en el diseño de las mazarotas (y non solo en le nodular) algunos errores se cometen en modo repetitivo por el personal de las oficinas tecnicas. Tales errores son relacionados con:
1. una errada valoracion de modulos;
2. un errado posicionamiento del las mazarotas;
3. fallo en la identificacion de fenomenos de saturacion termica;
4. una errada distribucion del metal.
Se ilustraràn con casos reales algunos de estos errores haciendo uso del software "SOLIDCast" della Finite Solutions Inc. (www.finitesolutions.com). Ello demostrarà la utilidad de esta tecnica en el identificar a priori el riesgo de defectos que de otra manera pasarìan inobservados.
Valoracion errada de modulos
Con frecuencai las mazarotas se eligen sin realizar previamente un analisi de modulos de la pieza, en parte simplemente porque su calculo no resulta facil en caso de geometrias complejas. Cualquiera sea la razon, el posicionamiento se hace basandose exclusivamente sobre las posibilidades de aplicacion ofrecidas por el modello. Ello porta normalmente a tropezar con problemas de integridad que aunque lieves pueden no ser tolerables.
1° caso ­En la fig.3 el empleo de una minimazarota mucho mas caliente que la pieza no ha evitato la presencia de porosidades en la zona interior de union. La distancia al punto caliente es evidentemente excesiva. La simulacion la ha individuado sin dificultad. La tonalidad anaranjada en el punto caliente anticipa una porosidad bastante visible.

 

Fig.3 (a) la situacion real (b) el modelo simulado con la minimazarota en alto
2° caso ­ En la fig.4 si ilustra un caso similar. L'alimentacion con el manguito aislante, tambien mucho mas caliente que la pieza, no ha podido evitar la presencia de porosidades en la zona bajo el circulo. Delante a la imposibilidad de modificar tempestivamente la geometria del modello nella zona di contatto, el defecto fué aceptado.

 

(a) (b)
Fig.4 (a) la situazione reale (b) il modello simulato
Posicionamiento errado
Por errado posicionamiento se entiende la aplicacione de mazarotas o manguitos o aun minimazarotas en zonas relativamente frias que no aseguran un contacto termico suficiente con el punto caldo de la pieza.
1° caso Piezas con bridas a L. Es costumbre en estos casos mazarotar las piezas a traves de la brida en modo lateral (fig.5a). Facilmente se pueden experimentar rechupes en la union entre la brida y el cuerpo aun utilizando manguitos (fig.5b). Los elementos en color verde indicarn los ingresos de metal.
La solucion sugerida en estos casos es aquella de aplicar la mazarota en posicion frontal respecto a la brida evitando la union (fig.5c). De este modo la mazarota (con o sin manguito) se posiciona en modo mas favorable respecto al punto caliente.

 

Fig.5 Solucion tradicional en el mazarotado de piezas con bridas (a) el modelo inicial simulado (b) el resultado real (c) el modelo modificado simulado
2° caso ­ Piezas con uniones en T. En el caso de presencia de uniones en T evitar la aplicacion de mazarotas, manguitos, etc. en coincidencia a estas uniones pena el potenciamiento del punto caliente presente en el interior de la union existente (fig.6a, fig.6b). En estos casos el desplazamiento del punto de aplicacion hacia el borde (menos caliente) de la brida superior asegura una mejor direccionalidad (fig.6c).

 

 

Fig.6 (a) El caso real (b) la simulacion (c) la modificacion que resuelve la direccionalidad

Presenza de formas de saturacion
Puede suceder a veces que aplicando la mazarota en piezas con bridas siguiendo las indicaciones precedentes, las porosidades tiendan a persistir. Tambien en este caso la simulacion està en grado de anticipar tal evento.
1°Caso ­ En el moyù ilustrado en la fig. 7a se evidencia una porosidad en la union (bajo el circulo) a pesar de la aplicacion a breve distancia de una minimazarota termicamente suficiente (fig.7b). El motivo se explica con fenomenos de saturacion entre la minimazarota y el moyù (fig.7c).

 

Fig.7(a) Defecto presente bajo el circulo a pesar del uso de una minimazarota (b) la simulacion advierte una falta de direccionalidad (c) perfil de las temperaturas en la pieza y en el molde. La zona amarilla bajo el circulo señala una saturacion termica local del molde
2° caso. Un defecto muy comun son los rechupes en los cuellos cuando las mazarotas o incluso manguitos se posicionan en el interior de piezas de forma anular o de revolucion. Una fonderia lamentaba rechazos por tal defecto que aparentemente se acentuava cuando se recurria a un manguito. La simulacion ha evidenciado fenomenos de saturacion termica en el macho que contenia el manguito (fig.8)

 

Fig.8 (a) El analisis de modulos mostraba que el manguito en el interior del macho favorecia la formacion de un punto caliente en la zona del cuello que motivaba la presencia de defectos persistentes de rechupe (b) perfil de temperaturas: la zona del macho aparece termicamente alterada
Conclusiones
El mazarotado de piezas en hierro nodular de siempre representa un enigma para muchas fundiciones. Ello es debido al hecho que el mecanismo del ritiro no es una constante del material. Tal mecanismo es dependiente de la calidad del molde, de la calidad metalurgica y non ultimo de la configuracion o geometria de la pieza. Esta ultima puede dar lugar a fenomenos solapados de saturacion termica. A estos se agregan los fallos ocasionales de mazarotas y manguitos por las causas ya elencadas. De los ejemplos se evidencia las dificultades que se pueden encontrar en la solucion de los problemas de sanidad o integridad basandose exclusivamente en la experiencia e incluso en calculos basados en la teoria de modulos. La utilizacione de la simulacion como complemento de esta teoria representa sin duda la solucion natural de tal problematica.

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