Errores más frecuentes en la fundición de aluminio en arena

La mayoría de los defectos de la fundición en arena de aluminio –porosidad, sopladuras, llenados incompletos, inclusiones, rechupes y grietas– tienen varias causas recurrentes: arena y mezcla de moldeo inadecuadas, molde mal preparado, fusión deficiente, temperatura de vertido incorrecta, sistema de colada mal diseñado y enfriamiento no controlado. Analizamos los errores más habituales en la fundición en arena de aluminio y explicamos cómo evitarlos.

En resumen

• La humedad y los gases de la mezcla de moldeo son una causa frecuente de sopladuras: la mezcla debe tener la humedad y la permeabilidad adecuadas, y los machos, una ventilación correcta.
• El aluminio líquido absorbe hidrógeno con facilidad y forma óxidos, por lo que la aleación debe refinarse y colarse sin turbulencias.
• La temperatura de colada se elige según la aleación y el espesor de pared, normalmente entre 680 y 760 °C. Una temperatura demasiado baja provoca defectos de llenado; una demasiado alta favorece la porosidad.
• Las rechupes en secciones gruesas se evitan con mazarotas y solidificación dirigida.
• Las grietas se favorecen con esquinas agudas, machos rígidos y el desmoldeo prematuro de la pieza.

Calidad inadecuada de la arena

La arena de moldeo determina la permeabilidad del molde, su resistencia y el acabado superficial de la pieza. Una arena demasiado fina da una superficie lisa, pero deja pasar mal los gases y aumenta el riesgo de sopladuras. Una arena demasiado gruesa permite una buena evacuación de gases, pero el metal penetra entre los granos y la superficie queda rugosa. Las impurezas y el polvo en la arena de reciclaje también son problemáticos, ya que aumentan la cantidad de gases y reducen la resistencia del molde.

Cómo prevenir: controlar la granulometría, el contenido de aglutinante, la humedad y la permeabilidad de la arena; reponerla con arena nueva y eliminar el polvo de la arena de reciclaje. Los moldes para aluminio suelen fabricarse con arena más fina que para fundición de hierro, lo que proporciona una superficie de pieza más lisa, típicamente Ra aprox. 4–10 µm.

Proporciones incorrectas de la mezcla

En las arenas clásicas ligadas con bentonita, la proporción de arena, aglutinante y agua es clave. Demasiada agua significa más vapor durante el colado, y con ello sopladuras y picaduras en la superficie de la pieza, además de un molde más débil. Muy poca agua hace que la arena se desmorone y reproduzca mal el modelo, y los granos arrancados por el chorro de metal forman inclusiones de arena.

En las arenas autofraguantes, el equivalente es la proporción de resina y catalizador y el tiempo transcurrido entre el mezclado y el moldeo. Muy poco aglutinante produce un molde débil que se desmorona; demasiado genera más gases durante el colado y dificulta el desmoldeo. Por ello, los componentes se dosifican por peso, preferiblemente de forma automática, y se controlan periódicamente las propiedades de la arena. En nuestra área de moldeo, la arena se prepara con un sistema de mezcla con dosificación automática, y los moldes se compactan automáticamente.

Preparación imprecisa del molde

• Desplazamiento de las mitades del molde – cajas mal cerradas provocan desplazamiento en el plano de partición y dimensiones fuera de tolerancia.
• Desplazamiento o flotación del macho – un macho sin apoyo firme en las marcas de macho cambia el espesor de pared o es desplazado por el metal.
• Compactación de la arena insuficiente o irregular – el molde se deforma bajo la presión del metal y los granos sueltos llegan a la pieza.
• Falta de ventilación – los gases del molde y de los machos no tienen salida y forman sopladuras.
• Cavidad contaminada – la arena suelta y los restos de molde dejados tras el cierre provocan inclusiones y defectos superficiales.

Error	Efecto en la pieza
Desplazamiento de las mitades del molde	desplazamiento en el plano de partición, dimensiones fuera de tolerancia
Desplazamiento del macho	paredes irregulares, perforaciones
Compactación insuficiente de la arena	deformaciones, inclusiones de arena
Falta de ventilación	sopladuras de gas
Arena suelta en la cavidad	inclusiones de arena, defectos superficiales

Fusión descuidada: hidrógeno y óxidos

El aluminio líquido absorbe hidrógeno, principalmente de la humedad del aire, de la carga, de las herramientas y del revestimiento del horno. Durante la solidificación, la solubilidad del hidrógeno disminuye bruscamente y el gas se libera en forma de poros finos. El segundo problema son los óxidos: remover el metal o verterlo desde altura arrastra películas de óxido al baño, que en la pieza se convierten en inclusiones y núcleos de poros.

Cómo prevenir: secar y precalentar la carga y las herramientas, no sobrecalentar el metal, refinar la aleación (por ejemplo, por burbujeo con gas inerte o con fundentes refinadores), retirar las escorias antes del colado y limitar el trasvase del metal. En los siluminios (aleaciones Al-Si) también se aplica la modificación, que mejora la estructura y las propiedades mecánicas. En nuestra fundición realizamos el refinado y la modificación de la aleación.

Temperatura de colada inadecuada

La temperatura de colada se elige según la aleación, el espesor de pared y el tamaño de la pieza; para las aleaciones de fundición de aluminio habituales suele estar entre 680 y 760 °C. Una temperatura demasiado baja provoca defectos de llenado y cierres en frío, sobre todo en paredes delgadas y lejos del bebedero. Una temperatura demasiado alta aumenta la absorción de hidrógeno y la oxidación del metal, y favorece las rechupes y una estructura más gruesa.

Cómo prevenir: medir la temperatura del metal en el horno y en la cuchara justo antes del colado, acortar el tiempo de transporte del metal al molde y colar de forma continua y sin interrupciones; interrumpir el chorro es un camino directo a un cierre en frío.

Sistema de alimentación y colada mal diseñado

El aluminio es sensible al llenado turbulento del molde. Una velocidad excesiva del metal en los canales de colada provoca salpicaduras, turbulencias y el plegado de películas de óxido, y un chorro que cae desde altura arrastra aire. El sistema de colada debe introducir el metal con suavidad, preferiblemente desde la parte inferior de la cavidad, y los filtros retienen los óxidos antes de que lleguen a la pieza.

La segunda función de la tecnología es la alimentación. El metal se contrae durante la solidificación, por lo que las secciones gruesas que solidifican al final necesitan mazarotas o enfriadores, y la solidificación debe progresar desde las partes delgadas de la pieza hacia la mazarota. Sin ello, se forman cavidades y porosidad de contracción en los nudos térmicos. El sistema de colada y las mazarotas se diseñan cada vez más con ayuda de simulación por ordenador.

Enfriamiento inadecuado de las piezas fundidas

La pieza se enfría de forma irregular en el molde: las paredes delgadas más rápido y las secciones gruesas más lento. Cuando la contracción es frenada por un macho rígido o por el molde, aparecen grietas en caliente en zonas aún calientes y, tras el enfriamiento, tensiones y deformaciones. Desmoldear la pieza demasiado pronto aumenta el riesgo de alabeo y grietas.

Cómo prevenirlo: diseñar espesores de pared uniformes y esquinas redondeadas, utilizar machos de una masa que, tras la colada, pierde resistencia y no impide la contracción, y extraer la pieza fundida tras un tiempo de enfriamiento adecuado. La velocidad de solidificación también influye en la estructura: las secciones más finas tienen una estructura más fina y mejores propiedades. Si la pieza fundida requiere tratamiento térmico, sus parámetros se seleccionan en función de la aleación; los describimos en la página tratamiento térmico de piezas fundidas.

Defectos más frecuentes en las piezas de fundición en arena: causas y prevención

Defecto	Causas más frecuentes	Cómo prevenirlas
Burbujas y poros de gas en la superficie	masa húmeda, ventilación insuficiente del molde y de los machos, exceso de aglutinante	control de la humedad y del aglutinante, ventilación
Porosidad por gas (hidrógeno)	hidrógeno en la aleación, carga y herramientas húmedas, sobrecalentamiento del metal	carga seca, refinado de la aleación, temperatura adecuada
Rechupes y porosidad por contracción	falta de alimentación en secciones gruesas, acumulaciones de material en el diseño	mazarotas, enfriadores, espesores de pared uniformes
Llenados incompletos y juntas frías	temperatura del metal demasiado baja, interrupciones en el colado, paredes delgadas alejadas de la colada	temperatura de colada, sistema de alimentación, colada continua
Inclusiones de óxidos y arena	colada turbulenta, arena suelta, desmoronamiento del molde	sistema de colada tranquilo, filtros, compactación adecuada
Grietas en caliente	contracción restringida, esquinas agudas, machos rígidos	radios de acuerdo, machos deformables, espesores de pared uniformes
Dimensiones fuera de tolerancia	desplazamiento del molde, desplazamiento del macho, compactación deficiente	ensamblaje preciso del molde, soporte de los machos, control de la masa

Más información sobre la porosidad en nuestro artículo porosidad en la fundición en arena: cómo superarla, y sobre el diseño que limita los defectos, en guía de diseño de piezas fundidas de aluminio.

Preguntas frecuentes

Piezas de aluminio fundidas en arena: solicite presupuesto

Fundimos exclusivamente aleaciones de aluminio: en moldes de arena, piezas de 1 a 100 kg, en cajas de hasta 1000 mm, con mezclas autofraguantes y termofraguantes. Envíe el plano o el modelo 3D y prepararemos un presupuesto. Más información sobre la tecnología en la página fundición de aluminio en moldes de arena. Solicite un presupuesto.