Fundición

La fusión se realiza en un horno . Para cargar el horno se utilizan materia prima virgen, chatarra externa, chatarra interna y elementos de aleación. La materia prima virgen se refiere a formas comercialmente puras del metal primario utilizado para formar una aleación en particular . Los elementos de aleación pueden ser formas puras de un elemento de aleación, como el níquel electrolítico , o aleaciones de composición limitada, como las ferroaleaciones o las aleaciones maestras. La chatarra externa es material proveniente de otros procesos de conformado, como el punzonado , la forja o el mecanizado . La chatarra interna consiste en bebederos , mazarotas , piezas fundidas defectuosas y otros restos metálicos extraños producidos dentro de la planta.

El proceso incluye la fusión de la carga, el refinado del metal fundido, el ajuste de su composición química y su vaciado en un recipiente de transporte. El refinado se realiza para eliminar gases y elementos nocivos del metal fundido y evitar defectos de fundición. Se añade material durante el proceso de fusión para que la composición química final se encuentre dentro de un rango específico, según lo estipulado por las normas industriales o internas. Se pueden utilizar ciertos fundentes para separar el metal de la escoria o la escoria, y desgasificadores para eliminar los gases disueltos en metales que se disuelven fácilmente en gases. Durante el vaciado, se realizan los ajustes finales de la composición química. ^{[ 3 ]}

La desgasificación ^{[ 4 ]} es un proceso que puede ser necesario para reducir la cantidad de hidrógeno presente en un lote de metal fundido. Los gases pueden formarse en las piezas fundidas de metal de dos maneras:

1. por atrapamiento físico durante el proceso de fundición o
2. mediante reacción química en el material fundido.

El hidrógeno es un contaminante común en la mayoría de los metales fundidos. Se forma como resultado de reacciones químicas o a partir del vapor de agua o los lubricantes de la maquinaria. Si la concentración de hidrógeno en el metal fundido es demasiado alta, la pieza resultante será porosa; el hidrógeno saldrá de la solución fundida, dejando minúsculas burbujas de aire, a medida que el metal se enfría y solidifica. La porosidad suele deteriorar gravemente las propiedades mecánicas del metal.

Una forma eficaz de eliminar el hidrógeno del metal fundido consiste en burbujear un gas seco e insoluble a través de él mediante purga o agitación. Al ascender las burbujas, capturan el hidrógeno disuelto y lo llevan a la superficie. El cloro, el nitrógeno, el helio y el argón se utilizan con frecuencia para desgasificar metales no ferrosos. El monóxido de carbono se utiliza habitualmente para el hierro y el acero.

Existen diversos tipos de equipos que permiten medir la presencia de hidrógeno. Alternativamente, la presencia de hidrógeno puede medirse determinando la densidad de una muestra de metal.

En los casos en que aún persista la porosidad después del proceso de desgasificación, el sellado de la porosidad se puede lograr mediante un proceso llamado impregnación de metal .

Diagramas de dos tipos de patrones

Diagrama de un borrador sobre un patrón

En el proceso de fundición, se crea un modelo con la forma de la pieza deseada. Los diseños sencillos se pueden realizar en una sola pieza o modelo sólido. Los diseños más complejos se realizan en dos partes, llamadas modelos divididos. Un modelo dividido tiene una sección superior, llamada tapa, y una sección inferior, llamada cola. Tanto los modelos sólidos como los divididos pueden tener núcleos insertados para completar la forma final de la pieza. Los núcleos se utilizan para crear áreas huecas en el molde que de otro modo serían imposibles de lograr. El punto donde se separan la tapa y la cola se llama línea de partición .

Al crear un patrón, lo mejor es biselar los bordes para que pueda retirarse sin dañar el molde. Esto se conoce como inclinación . Lo contrario de la inclinación es el socavado, donde parte del patrón queda debajo del material del molde, lo que imposibilita su extracción sin dañarlo.

El modelo está hecho de cera, madera, plástico o metal. Los moldes se construyen mediante diversos procesos que dependen del tipo de fundición, el metal a verter, la cantidad de piezas a producir, el tamaño de la pieza fundida y su complejidad. Estos procesos de moldeo incluyen:

• Fundición en arena : molde de arena verde o aglutinada con resina. 
• Fundición a la cera perdida : patrón de poliestireno con una mezcla de cerámica y molde de arena. 
• Fundición a la cera perdida : modelo de cera o similar utilizado como molde de sacrificio sobre un molde cerámico. 
• Fundición en molde cerámico – Molde de yeso. 
• Fundición mediante proceso V : Se utiliza plástico termoformado al vacío para formar moldes de arena. No requiere humedad, arcilla ni resina. 
• Fundición a presión – Molde de metal. 
• Fundición de lingotes : Molde sencillo para producir lingotes de metal, normalmente para su uso en otras fundiciones. 
• Moldeo con arcilla expandida : un molde construido que se utiliza para fundir objetos grandes, como cañones , cilindros de máquinas de vapor y campanas. 

En una fundición, el metal fundido se vierte en moldes . El vertido puede realizarse por gravedad o con la ayuda de vacío o gas a presión. Muchas fundiciones modernas utilizan robots o máquinas de vertido automáticas para verter el metal fundido. Tradicionalmente, los moldes se vertían a mano con cucharones .

A continuación, se extrae el componente metálico solidificado del molde. Si el molde es de arena, esto se puede hacer mediante agitación o volteo. De esta forma, la pieza se separa de la arena, que aún permanece adherida a los canales de alimentación y las compuertas metálicas, que son los conductos por donde el metal fundido llegó al componente.

El desmoldeo consiste en la eliminación de las cabezas, los bebederos, las compuertas y las mazarotas de la pieza fundida. Los bebederos, las compuertas y las mazarotas pueden eliminarse con sopletes de corte , sierras de cinta o discos de corte cerámicos. Para algunos tipos de metal y con ciertos diseños de sistemas de alimentación, los bebederos, los bebederos y las compuertas pueden eliminarse rompiéndolos de la pieza fundida con un mazo o maquinaria de extracción especialmente diseñada. Las mazarotas generalmente deben eliminarse mediante un método de corte (véase más arriba), pero algunos métodos más recientes de extracción de mazarotas utilizan maquinaria de extracción con diseños especiales incorporados en la geometría del cuello de la mazarota que permiten que esta se rompa en el lugar correcto.

El sistema de alimentación necesario para producir piezas fundidas en un molde genera un exceso de metal —que incluye cabezas, mazarotas y bebederos (a veces denominados colectivamente bebederos)— que puede superar el 50 % del metal necesario para llenar el molde. Dado que este metal debe refundirse como material de desecho, el rendimiento de una configuración de alimentación específica se convierte en una consideración económica importante al diseñar diferentes sistemas de alimentación, para minimizar el costo del exceso de bebederos y, por lo tanto, los costos totales de fundición.

El tratamiento térmico es un conjunto de procesos industriales y metalúrgicos que se utilizan para alterar las propiedades físicas, y a veces químicas, de un material. Su aplicación más común es la metalúrgica. Los tratamientos térmicos también se utilizan en la fabricación de muchos otros materiales, como el vidrio. El tratamiento térmico implica el uso de calentamiento o enfriamiento, normalmente a temperaturas extremas, para lograr un resultado deseado, como el endurecimiento o el ablandamiento de un material. Las técnicas de tratamiento térmico incluyen el recocido , el endurecimiento superficial , el endurecimiento por precipitación , el revenido y el temple . Si bien el término "tratamiento térmico" se aplica únicamente a los procesos en los que el calentamiento y el enfriamiento se realizan con el propósito específico de alterar intencionalmente las propiedades, el calentamiento y el enfriamiento a menudo ocurren de forma incidental durante otros procesos de fabricación, como el conformado en caliente o la soldadura.

Tras el desmoldeo y el tratamiento térmico, pueden quedar restos de arena u otros materiales de moldeo adheridos a la pieza fundida. Para eliminar estos restos, la superficie se limpia mediante un proceso de granallado. Este proceso consiste en proyectar un material granular contra la superficie de la pieza fundida para desprender mecánicamente la arena adherida. El material puede proyectarse con aire comprimido o mediante una rueda de granallado. El material de limpieza impacta la superficie de la pieza fundida a alta velocidad para desprender los restos de moldeo (por ejemplo, arena, escoria). Se pueden utilizar diversos materiales para limpiar superficies fundidas, como acero, hierro, otras aleaciones metálicas, óxidos de aluminio, microesferas de vidrio, cáscaras de nuez, levadura en polvo, entre otros. El material de granallado se selecciona para potenciar el color y la reflectancia de la superficie fundida. Algunos términos utilizados para describir este proceso son limpieza, granallado con microesferas y granallado con arena . El granallado con perdigones puede utilizarse para endurecer y dar un acabado más uniforme a la superficie.

El último paso del proceso de fundición suele consistir en rectificar, lijar o mecanizar el componente para conseguir las dimensiones, la forma física y el acabado superficial deseados.

La eliminación del material sobrante de la compuerta, denominado residuo, se suele realizar con una amoladora o lijadora . Estos procesos se utilizan porque su velocidad de eliminación de material es lo suficientemente lenta como para controlar la cantidad de material que se retira. Estos pasos se realizan antes de cualquier mecanizado final.

Tras el rectificado, se mecanizan las superficies que requieren un control dimensional preciso. Muchas piezas fundidas se mecanizan en centros de fresado CNC . Esto se debe a que estos procesos ofrecen mayor precisión dimensional y repetibilidad que muchos procesos de fundición. Sin embargo, hoy en día es común utilizar piezas fundidas sin mecanizar.

Algunas fundiciones ofrecen otros servicios antes de enviar los productos fundidos a sus clientes. Es común pintar las piezas fundidas para prevenir la corrosión y mejorar su aspecto visual. Algunas fundiciones ensamblan las piezas fundidas para formar máquinas completas o subconjuntos. Otras fundiciones sueldan varias piezas fundidas o metales forjados para formar un producto terminado. ^{[ 3 ]}

Cada vez más, los procesos de acabado se realizan mediante máquinas robóticas, que eliminan la necesidad de que un humano muela o rompa físicamente las líneas de separación, el material de alimentación o los alimentadores. Las máquinas pueden reducir el riesgo de lesiones a los trabajadores y disminuir los costos de los consumibles, al tiempo que aumentan la productividad. También limitan la posibilidad de errores humanos y aumentan la repetibilidad en la calidad del rectificado. ^{[ 5 ]}