INVESTIGACIÓN SOBRE LA APLICACIÓN PRACTICA DE GALLETAS NECK-DOWN EN LA FUNDICIÓN DE ALEACIONES FERRROSAS Ulises Quintana, Arturo Garcia, Arturo GArcia, Daniel Porras, Yukinori Murayama MEPSA
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RESUMEN Dada la importancia que tiene, desde el punto de vista económico, el acabado de una pieza, tenemos los neck (unión entre la pieza y la mazarota formado por una galleta de corte) los cuales tienen que ser esmerilados; muchas veces con un mal diseño de estas galletas se obtienen piezas con rechupes lo que invalida la utilización de las mismas. Metalúrgica Peruana S.A. ha visto por conveniente investigar para cada una de las aleaciones que se fabrica, cual es el neck más adecuado, cuya mínima sección permita obtener piezas totalmente sólidas (sin rechupes). Se realizaron pruebas para determinar cuál es el diámetro adecuado de la boca de la galleta (Neck-Down Core) sin afectar la alimentación correcta de un bloque de prueba por la mazarota. Se fundieron probetas con necks desde el 20% hasta el 60% del diámetro de la mazarota; evaluando luego por ensayo ultrasónico y gammagráficos la presencia de defectos (rechupes), para determinar finalmente cuál es el diámetro de neck mas adecuado para cada tipo de aleación. Posteriormente se diseñó galletas para piezas reales, teniendo en consideración los datos obtenidos al nivel de prueba, comprobándose luego mediante análisis gammagráfico su solidez. En esta oportunidad se describe el procedimiento realizado y los resultados obtenidos utilizando un acero cromo-molibdeno de alto carbón en el cual se determino que el diámetro del neck optimo es equivalente al 35% del diámetro de la mazarota.
There were made tests to determine which the appropriate diameter of the Neck-Down is without affecting the correct feeding of steel blocks for the riser. We melted blocks with riser neck diameter about 20% to 60% respect the same riser diameter; the evaluation of this test was ultrasonic and gammagrafics for determination of defects (shrinkage), to finally determine which the neck diameter is the appropriate for each alloy. Later we designed neck-down cores for real castings, considering all information obtained from the test proceeded by gammagrafics test for solid casting confirmation. In this opportunity we describe the followed procedure and the conclusions obtained using a chromiummolybdenum steel with high-carbon. With this test, It was concluded that the proper neck-down diameter should be around 35% respect the riser diameter.
INTRODUCCIÓN Los necks vienen a ser la forma que se obtiene por medio de almas delgadas (galletas) colocadas entre una mazarota y la pieza que va a alimentar con un área de contacto reducido sin afectar la eficiencia de alimentación. Generalmente mucho tiempo de dedica a las operaciones de corte y esmerilado de las mazarotas que deben ser removidas, luego de obtener una pieza por fundición; con un diseño adecuado de estas galletas se puede obtener las siguientes ventajas comparado con un alimentador sin neck: a)
Una separación rápida de las mazarotas por golpe sin usar corte.
b)
Si es necesario corte, la sección obtenida (neck) siempre será menor y por lo tanto fácil de remover.
c)
Teniendo una sección mínima de neck, la operación de esmerilado subsecuente durante el acabado de la pieza será más rápida y menos costosa.
ABSTRACT Due the economic importance of the castings finishing surface we have the Neck-Down Core (union between the casting and the riser) that have to be burnish, also many times, with a wrong design cause shrinkage castings. Metalúrgica Peruana S.A. (MEPSA) has, developed necks for every alloys whose minimum section to obtain solid casting completely.
MECANISMO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS NECK-DOWM CORE (GALLETAS DE CORTE) Se coloca una alma de arena muy delgada o de refractario que tiene una abertura central pequeña entre la mazarota y la pieza fundida a fabricar (Fig. 1).
Las almas a veces llamadas "Washburn core" debido a su inventor forman un cuello restringido cuyas dimensiones de este deben ser tales que solidifiquen después de la pieza y antes del solidificación de la mazarota. Diversas investigaciones se han llevado a cabo (1), (2), (3) dando algunas sugerencias para el dimensionamiento de estas galletas. A continuación se describirá el procedimiento realizado para obtener las dimensiones adecuadas del diámetro del neck y espesor de la galleta cuando se funde un acero cromo-molibdeno.
Fabricacion del modelo Se utilizó un bloque (Fig. 3) cuyas medidas principales y el sistema de colada adoptado están considerados. El dimensionamiento de la mazarota se realizó utilizando en software de Simulación de Solidificación (SolidCast) en 3D y cuya instalación final se puede apreciar en la Fig. 4. Fig. 1
Durante la colada del acero líquido al molde, la galleta delgada se calienta casi instantáneamente a la misma temperatura que el metal y esta que teniendo una baja conductividad calorífica permanece muy caliente, esto puede ser observado a través de la simulación de solidificación (ver Fig. 2). La abertura de la galleta tiene los ángulos re-entrantes con puntas que ayudan a concentrarse el calor. Así la galleta se comporta como el acero caliente retardando la solidificación siempre y cuando el espesor y la abertura sean correctamente dimensionadas, las propiedades de alimentación son equivalentes a una mazarota sin alma refractaria.
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Tipo de galleta y sus dimensiones
Tabla III
Para el presente trabajo se fabricaron 9 cajas de alma que nos dieron aberturas desde 20 al 60 % de neck con respeto al diámetro de la mazarota. (Ver Tabla 1)
C
Mn
Si
P
S
0.85%
0.85%
0.45%
0.050%
0.050%
Tabla I Mazarota de 160 mm. de diámetro
Ni
Cr
Mo
Cu
Al
0.30%
2.45%
0.35%
0.30%
0.045%
Neck
20%
25%
30%
35%
Galleta
32 mm.
40 mm.
48 mm.
56 mm.
40%
45%
50%
55%
60%
64 mm.
72 mm.
80 mm.
88 mm.
96 mm.
Después de un tiempo de enfriamiento adecuado, se procedió a desmoldearlos para continuar con el proceso. Rotura de las mazarotas Se eliminaron las mazarotas utilizando un sistema de martillo que por el movimiento accionado por un operador calificado puede separar fácilmente por golpe la mazarota.
Propiedades fisicas de la arena utilizada Se utilizó arena sílice "sintética" seca, con un índice de finura de 50 AFS y con 1 % de finos. A continuación se presenta las propiedades de la mezcla obtenida antes y después del estufado durante 2 horas y 30 minutos a 230 °C. (ver Tabla II). Tabla II
En las siguientes imágenes se puede observar los resultados obtenidos. En la Fig. 5 y Fig. 6 se puede observar un bloque de prueba con su respectiva mazarota los cuales presentan defectos (rechupes) debido al diámetro reducido del neck.
Base arena Sílice Composición
STD
Arena Sílice
200 Kg.
Cereal
4 Kg.
Bentonita Sódica
1 Kg.
Agua
1.125 Gal.
Aceite de pescado
1.750 Gal. Propiedades
Permeabilidad en verde Resistencia compresión verde Humedad Resistencia tracción estufada Dureza al rayado
50 - 90 cc./seg. 3.0 - 4.5 PSI 4.0 - 6.0 % 170-230 PSI
Fig. 5
90 - 100
Moldeo y Colada Se moldearon 9 moldes del bloque, cada uno con una galleta, comenzando con el 20% hasta el 60% de neck con respecto al diámetro de la mazarota y una vez pintados y flameados, se acomodaron en 2 estantes y trasladados a la pista de vaciado para la colada respectiva; se fundieron entre 1540 - 1550 °C con un acero cromo-molibdeno de la siguiente composición química:
Fig.6
En la Fig. 7 y Fig. 8 se puede observar un bloque de prueba con su respectiva mazarota los cuales no se presentan defectos (rechupes) debido al diámetro adecuado del neck.
Fig. 10
INSPECCIÓN RADIOGRÁFICA Y ULTRASÓNICA Fig.7
Se inspeccionaron los bloques tanto mediante ultrasonido como por gammagrafía dándonos los siguientes resultados (Tabla IV). Tabla IV
Fig.8
ACABADO DE LAS PIEZAS Posteriormente se esmerilo y se acabaron todas las piezas (ver Fig. 9 y Fig. 10) para su respectiva inspección ultrasónica y radiográfica.
Neck
%
Evaluación Radiográfica
32 mm.
20
R
40 mm.
25
R
48 mm.
30
R
56 mm.
35
S
64 mm.
40
S
72 mm.
45
S
80 mm.
50
S
88 mm.
55
S
96 mm.
60
S
R = pieza rechupada
S = pieza sólida
APLICACIÓN PRÁCTICA DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS Habiéndose determinado en forma práctica que para este tipo de acero cromo-molibdeno el neck de la galleta a utilizarse es del 35% con respecto al diámetro de la mazarota, se fundieron varias piezas diferentes teniendo en cuenta estas consideraciones obteniéndose excelentes resultados.
CONCLUSIONES Fig. 9
Con el sistema de aceites para endurecimiento de las galletas no es necesario la utilización de es-
tructuras metálicas, ya que las propiedades obtenidas luego del estufado son muy elevadas. -
A partir de los resultados obtenidos en las pruebas para este tipo de metal se ha adoptado el uso de galletas con necks de 35% del diámetro de la mazarota como una práctica estándar.
-
Al reducir los diámetros del neck de las galletas se reducen el tiempo de acabado de cada pieza, lo cual significa un ahorro en el consumo de abrasivos.
-
MEPSA continua con las investigaciones del diámetro del neck de la galleta más adecuado para cada tipo de aleaciones (aceros de bajo carbono, aceros al manganeso, fierros blancos alto cromo, fierros grises, etc.) que son fabricadas por la empresa.
RERERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. F.J. Blaney, "Use of Necked-Down Risers on Steel Castings" Steel Foundry Facts, N° 48, June (1945). 2. R. Wlodawer, Directional Solidification of Steel Castings; Chapter 7. Perganon Press, Oxford 1973. 3. S.L. Finch, "Knock-off Feeder Heads, journal BSCRA 1953 (199 Apr. 5 - 10). 4. V. Kondic, "Metallurgical Principles of Founding", Edward Arnold (Publishers) Ltd. London 1973. 5. S.W. Brinson and Joseph A. Duma, "Observations in Knock-off Risers as Applied to Steel Castings". Transactions, AFS, Vol. 56, p. 586 (1948). 6. John Campbell. "Castings" Butterworth-Heinemann Ltd. 1995 7. Robert A. Willey B.S. Ass´t Technical and Research Director. Lesson Nine "Gates and Risers". Metals Engineering Institute.
