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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).
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).
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de septiembre 2011
(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
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(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.
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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.
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(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.
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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).
2° caso Getti con
giunzioni a T. Nel caso
di presenza di giunzioni a T evitare l'applicazioni di manicotti,
minimaterozze (fig.2) e men che meno materozze in sabbia in coincidenza
alle giunzioni pena il potenziamento del punto caldo all'interno
della giunzione esistente. In questi casi lo spostamento del
punto di alimentazione verso il bordo (meno caldo) della flangia
superiore assicura una migliore direzionalità (fig.3).
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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).
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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)
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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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