Aleacion Al Si

 

Fundición de aleación Al-Si

Edgar Stiven Duran Uribe José Miguel Jiménez Martínez Andrés Fernando Quintana Rondón Edwin Yohany Villamizar Rivera

Fundentes

 

PROTECCIÓN

MODIFICACIÓN

AFINACIÓN

Protegen al metal líquido contra la absorción de los gases durante la fusión y evitan una oxidación exagerada del baño.

Contienen sales de sodio que mediante una reacción de intercambio, introducen sodio en la aleación Al-Si cercanas al eutéctico. El Estroncio cumple la misma función aunque con una eficiencia ligeramente menor.

Introducen elementos aleantes en las aleaciones con el objeto de

Utilizado: Coverall - Elimina inclusiones no

Reducción de la formación de - metálicas. óxidos - Rápida actuación

Utilizado: Aleación Al-Sr 

afinar la estructuramecánicas. y mejorar las características

Utilizado: Aleación Ti-B

Cálculos

 

ALEACIÓN 1: Al(89%)--Si(11%)   4000g  

3560g Aluminio 440g Silicio

Teniendo en cuenta que los pistones

ALEACIÓN 2: Al(91%)--Si(9%) Carga restante = 4000g -700g = 3300g   3300g  

3003g Aluminio 297g Silicio

tienen aproximadamente un 12% de Silicio: Masa pistones = ) = 3666,67g  pistones  = (3666,67*89%) = 3263,27g Al pistones  puro = (3560-3263,27) = 296,73g Al puro

Usando la ecuación M1C1=M2C2 para determinar la cantidad de Aluminio a agregar y diluir la cantidad de Silicio tenemos: 3300*11%=X*9% X = 4033g*1,03 = 4153g

Asumiendo un 3% pérdidas:  puro = 296,73g*1,03 = 306g Al puro

 puro a agregar  = 853g Al puro

 

Cálculos

 

 

FUNDENTE DE PROTECCIÓN Carga 1: 4000g Mfp = 4000*0,8% = 32g Carga 2: 3300g Mfp = 4153*0,8% = 33,22g

 

FUNDENTE MODIFICADOR (Al-Sr)

FUNDENTE AFINADOR   (Ti-B)

Carga 2: 4000g

Carga 2: 4000g

Mfm = ()

Mfm = ()

Mfm = 1,9g

Mfm = 2g

 

Análisis Químico

 

Resultados Ensayo de Composición Química

ALEACIÓN 1

ALEACIÓN 2

 

Posibles causas de error  Pérdidas por oxidación del Al

La porosidad de las muestras

Impurezas en los pistones

 

Designación

 

Designación para aleaciones por colada Elemento aleante principal Aluminio (99%) Cobre (4-4.6%) Silicio (5-17%) con adiciones de cobre y

Series 1XX.X 2XX.X 3XX.X

Aleación 1: 10,91% Al, 82,96% Si y 2,584% Cu.

S/iloicmagnesio io (5-12%) Magnesio (4-10%) Zinc (6.2-7.5%) Estaño

4XX.X 5XX.X 7XX.X 8XX.X

Aleación 2: 10,11% Al, 85, 21% Si y 2,259% Cu.

Otros

9XX.X

Designación: 382.0

Designación: 385.0

 

Análisis metalográfico

 

microestructura Diagrama de fases según sistema concentración eutéctico AlSi Ade lSi silicio y

 

Diagrama de equilibrio Al-Si

10,11% 10,91%

 

Fases intermetálicas del sistema Al-Si

 

Aleación Aluminio-10,11% Aluminio-10,11% Si a(382.0) (382 .0) Micrografía 100x Micrografía a 50x  

•

•

POROSIDAD

EUTECTICO α+Si DENDRITAS FASE α POROSIDAD

 

Aleación Aluminio-10,11% Si (382 (382.0) .0) •

Micrografía a 500x

•

Micrografía a 1000x

Si SEGREGADO

FASE α

EUTECTICO α+Si

Si DEL EUTECTICO

MICROSEGREGACIONES INTERMETÁLICAS Al2Cu

 

Aleación Aluminio-10,91% Si (385.0) •

Micrografía a 50x

 

•

Micrografía a 100x

 

Aleación Aluminio-10,91%Micrografía Si (385.0) a 1000x Micrografía a 500x •

•

INTERMETÁLICOS POSIBLES DE Mg2Si O AlFeSi

Efecto del refinador 

 

•

Micrografía a 100x Al-10,1 Al-10,11%Si 1%Si

•

Micrografía a 100x Al-10,91%Si

 

Análisis Mecánico

Ensayo de tracción

 

Aleación Al - 10% Si 160 140 120

   ]   a    P 100    M    [    O 80    Z    R    E 60    U 40    F    S    E

20 0    0    3    0    0    9    0    2    0    5    0    8    0    1    0   4    0    7    0    0    0    3    0   6    0    9    0    2    0    5    0    8    0    1    0   4    0    7    0    0    0    3    0   6    0    9    0    2    0    5    0    8    0    1    0    0    1    2  6    3    5   6    7    9    0    1    1    1    3    1  4    5    1  6    8    1    9    2    0    2    2    2    3    2  4    7    2    8    2    9    3    1    3    2    3    3    3    5    3  6  4    1    1    1    2  6    2

DEFORMACIÓN UNITARIA

Ensayo de tracción

 

Aleación Al - 10% Si 160 140    ]   a    P    M    [    O    Z    R    E    U    F    S    E

120 100

 

80 60 40 20 0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    0    2    0    0    0    8    0   6    0    0    2    0    0    0    8    0    8    2    7    0    8    8    0  6    2  4   4    2    0    9    2    1    3  6    5  4    7    9    1    0    1    2    1  4  4    1  6    8    1    1  6    2    3  4    2    5    1    2    2    3    3    3    3  6

DEFORMACIÓN UNITARIA

   

Resultados ensayo de tracción

=

 

161 

169.6 − 161

% 

=

169.6

 

∗ 10 100 0

% = 5.07 %

 

Ensayo de dureza

 

FractografíaFractografía ensayo de tracción

 

Aplicación Al-Si

 

  s   a   c    i    t   c    é    t   u   e   o   p    i    h   s   e    i   n   o   c   a   e    l

Componentes automotrices

Sensibles a las porosidades Ruedas, pistones, suspensiones o partes de los motores

   A  

Aleación Al- Si para pistón de motocicleta Constituir una pared móvil de la cámara de combustión, transmitiendo a la energía de los gasesmediante de la combustión al cigüeñal un movimiento alternativo dentro del cilindro.

El pistón se encuentra sometido a esfuerzos a compresión en la cabeza.

También experimenta esfuerzos cíclicos a compresión debido a su función

 

Aleación Al- Si para pistón ddee motocicleta

Pistón HONDA XR-250 •

•

Diámetro interno: 72 mm Espesor: 5 mm

(Fuente: UDEA MORTORCYCLE PARTS Co., Ltd )

 

 

Aleación Al- Si ppara ara pistón de motocicleta

Circulo de Mohr

 

Aleación Al- Si para pistón de motocicleta

Mapa de cedencia de MörhCoulomb (Esfuerzo máx= 161 MPa )

 

Prueba de colabilidad

 

Colabilidad

Capacidad de llenar un molde de dimensiones estandarizadas

Etapa crítica en la fabricación de piezas

 

Parámetros que afectan la colabilidad

Variables de la aleación

Composición química, intervalo de solidificación, viscosidad y calor de fusión

Variables del molde y la interacción molde - metal

 Transferencia de calor, conductividad térmica molde - aleación, densidades, calor específico

Variables de la prueba

Sección del canal, temperatura de colada y contenido de óxidos e impurezas

y tensión superficial

 

La fluidez aumenta hasta un 17 – 18% Si

Alta calor defluidez fusión porque del Si esel4,5 veces el del Al Al

Intervalo de solidificación es inverso a la fluidez

La fluidez aumenta con el sobrecalentamiento porque retrasa la nucleación y el

crecimiento  

Resultados Ensayo de Composición Química

Impurezas como el Fe, Ti, Zr, Cr y Mn disminuyen ligeramente la fluidez

ALEACIÓN 1

ALEACIÓN 2

 

Prueba de colabilidad

 

 

Resultados Ensayo de Composición Química

ALEACIÓN 1

ALEACIÓN 2

 

Ti < 0,12% 5% la disminuye fluidez un

Efectos del afinador de grano

Ti > 0,12% aumenta un 9% la fluidez

Al agregar Al – B siempre aumenta la fluidez

 

Aumenta la porosidad Efecto del modificador Disminuyen ligeramente la fluidez

 

Efecto de la limpieza de la aleación

A mayor cantidad de óxidos menor fluidez

 

Conclusiones

 

Del ensayo de colabilidad se concluye que la aleación fabricada tiene una fluidez sobresaliente

Los resultados de la segunda aleación se vieron afectados tanto  por errores de algunos algunos cálculos como por efectos de la oxidación

El efecto del desgasificado desgasificadorr tuvo el comportamiento opuesto al esperado puesto generó mas  porosidades en en comparación a la que no se la añadió

Debido a la gran cantidad de elementos aleantes se observó en la microestructura la formación de algunas fases intermetálicas combinadas con el Al y el Si.

Respecto al refinador añadido se comprobó que hubo un afino de las dendritas de la aleación

Las propiedades mecánicas se vieron disminuidas por el efecto de las porosidades, defectos superficiales, compuestos intermetálicos y esfuerzos térmicos.

BIBLIOGRAFÍA

 

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  Menéndez R Javier (2014). Ensayos de colabilidad de aleaciones de aluminio mediante molde en espiral (Tesis de Master de Ciencia y Tecnología de Materiales, Universidad de Oviedo, España).

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 Delgado M Federico (2016). Fabricación y caracterización de la aleación de aluminio reciclado con adición de silicio particulado (Tesis deMagister en Ingeniería de Materiales y Procesos, Universidad Nacional de Colombia, Colombia).

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  ASM International (1991). Volume 2 Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials. Detroit: ASM Handbook Committee

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 ASM International Interna tional (1991). V Volume olume 3 Alloy Phase Diagrams Diagrams.. Detroit: ASM Handbook Committee

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 Baquero A Arnaldo (1998). Propiedades de la fundición. Bucaramanga: Publicaciones UIS.

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http://www.matweb.com/search/CompositionSearch.aspx

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Programa de simulación MDSolids 4.0