La aleación de aluminio fundido erosiona continuamente la superficie del molde a altas temperaturas. La temperatura de la masa fundida, el tiempo de permanencia y el tratamiento superficial determinan conjuntamente la gravedad de la erosión en los insertos de acero H13 de los moldes de fundición por LPDC, por gravedad y por contrapresión (CPC).
Una temperatura de la masa fundida superior a 740 ℃ acelera la erosión química de la superficie del acero H13. Las estadísticas del taller muestran que la tasa de erosión aumenta un 46 % cuando la temperatura de vertido supera el límite superior especificado para la producción de piezas en bruto de llantas de aluminio.
Un tiempo de permanencia prolongado del metal fundido en el interior de la cavidad amplifica la reacción en la interfaz. En los moldes de fundición por gravedad con un tiempo de ciclo >6 min, la profundidad de erosión local puede alcanzar entre 0,03 y 0,05 mm tras solo 1200 ciclos en las zonas de entrada de los canales de colada de los moldes de piezas estructurales de vehículos eléctricos.
Una capa de nitruración cualificada de entre 0,08 y 0,12 mm actúa como barrera contra la erosión del aluminio. Sin tratamiento de nitruración, los insertos de entrada sufren una pérdida de material entre un 38 % y un 44 % más rápida con parámetros de colada idénticos en la producción en serie de aleaciones de aluminio en fundición.
Una refrigeración local insuficiente eleva la temperatura de la superficie del inserto por encima de los 500 ℃. En tales condiciones, incluso una temperatura de la masa fundida estrictamente controlada sigue generando una erosión evidente; los resultados del campo térmico de Procast CAE identifican de antemano estas zonas de alto riesgo del molde.
El impacto turbulento del metal fundido agrava la erosión localizada. Cuando la velocidad de llenado supera los 0,5 m/s, el desgaste mecánico se suma a la corrosión química; el 33 % de los fallos graves por erosión de los insertos se concentran en los puntos de impacto directo de la entrada de colada en el molde de fundición LPDC.
La superficie erosionada del molde genera defectos recurrentes de adherencia. La aleación de aluminio se adhiere a las microcavidades de la superficie de acero desgastada; la expulsión forzada desgarra la superficie de la pieza fundida y acelera aún más el deterioro de la superficie del molde en el caso de los moldes de fundición por contrapresión (CPC).
El nitruro excesivo tiene un efecto contrario: la capa compuesta frágil se desprende bajo el impacto del metal fundido. Las zonas desprendidas pierden la barrera protectora, lo que conduce a una erosión localmente acelerada a pesar de que, en la inspección de entrada, se haya registrado un espesor adecuado de la capa de nitruro.
Sugerencia para el control de la erosión: registrar la rugosidad superficial Ra de los insertos de la canalización cada 600-800 ciclos. Cuando el valor de Ra supera los 12,5 μm, la erosión entra en una fase acelerada; programar un pulido o una reparación local antes de que se produzca un aumento de los desechos relacionados con el pegado.
La optimización del sistema de canalización desvía el flujo de metal fundido a alta velocidad lejos de las superficies críticas de los insertos. Reducir la velocidad de impacto local por debajo de 0,35 m/s disminuye la magnitud global de la erosión en aproximadamente un 51 % en los conjuntos de moldes de fundición por gravedad.
Requisito de dureza del material base: la superficie de trabajo del inserto H13 debe mantener una dureza de HRC 42-47. Si la dureza desciende por debajo de HRC 42 tras un servicio prolongado a alta temperatura, aumenta significativamente la tendencia a la erosión química en los moldes de piezas estructurales de vehículos eléctricos.
Un recubrimiento superficial ligero de nitruro de boro puede servir como capa de protección auxiliar, aunque dicho recubrimiento es consumible. El ciclo de renovación del recubrimiento deberá definirse en el manual de mantenimiento; confiar únicamente en el recubrimiento no puede sustituir a la nitruración ni a un diseño razonable del campo térmico para los moldes de fundición de aluminio.
(Número de palabras: 891)
Preguntas frecuentes
P: ¿Qué umbral de temperatura de colada acelera la erosión de los insertos H13 por el aluminio fundido?
R: Una temperatura del fundido superior a 740 ℃ provoca un aumento del 46 % en la tasa de erosión superficial.
P: ¿Qué espesor de capa de nitruración proporciona una barrera antierosión óptima?
R: Una capa de nitruración efectiva de 0,08-0,12 mm reduce la erosión de la zona de entrada entre un 38 % y un 44 %.
P: ¿Qué velocidad de llenado provoca un efecto grave de erosión por desgaste superpuesto?
R: Una velocidad local de impacto del metal fundido superior a 0,5 m/s provoca un desgaste combinado intenso.
P: ¿Qué valor de Ra indica una fase de erosión acelerada en las superficies de los insertos de la zona de entrada?
R: Un valor de Ra superior a 12,5 μm indica la necesidad de pulido o de reparación local de la superficie.
P: ¿Qué velocidad objetivo se puede alcanzar mediante la optimización de la entrada de material para mitigar la erosión?
R: Mantener la velocidad de impacto por debajo de 0,35 m/s para reducir la magnitud de la erosión en un 51 %.
P: ¿Cuál es el rango de dureza HRC para el rendimiento antierosión de los insertos de H13?
R: Mantener un valor de HRC entre 42 y 47; una dureza inferior aumenta considerablemente el riesgo de erosión por material fundido.
P: ¿Puede el recubrimiento superficial sustituir por completo al tratamiento de nitruración para la protección contra la erosión de los moldes?
R: No, el recubrimiento consumible solo actúa como medida auxiliar, no puede sustituir a la nitruración.
