Los defectos por inclusiones de óxido reducen considerablemente el comportamiento frente a la fatiga de las piezas de fundición de aluminio. El manejo de la masa fundida, el diseño de los canales de colada, el ajuste de la curva de contrapresión y el comportamiento de llenado del molde controlan conjuntamente la generación de óxido en los procesos de fundición LPDC, por gravedad y por contrapresión CPC.
El flujo turbulento de la masa fundida durante el trasvase de la cuchara crea películas de óxido plegadas. Ni siquiera la desgasificación estándar puede eliminar las inclusiones de óxido plegadas; las estadísticas muestran que el 42 % de los desechos por inclusiones de óxido de gran tamaño se debe a que la altura de caída de la cuchara de colada supera los 120 mm en las fundiciones de aleaciones de aluminio.
El llenado por contrapresión CPC depende de un frente laminar estable. Una tasa excesiva de aumento de presión provoca un oleaje del metal fundido en el interior del canal de colada; la superficie del metal fundido se pliega y genera nuevas capas de óxido. Una tasa de aumento de presión superior a 0,015 MPa/s eleva significativamente la tasa de inclusiones de óxido en los moldes de piezas estructurales para vehículos eléctricos.
La geometría del sistema de colada determina el estado del flujo del metal fundido. Las esquinas afiladas en el interior del canal de colada provocan la separación del flujo y turbulencias en la superficie; una transición suave de gran radio (R ≥ 8 mm) suprime el plegamiento de la superficie del metal fundido, lo que permite optimizar el canal de colada en los moldes de fundición por gravedad.
El óxido de la superficie del material fundido debe permanecer intacto durante el llenado. Una vez rota, la película de óxido queda atrapada dentro de la matriz de la pieza fundida; la simulación de volumen de fluido de Procast CAE realiza un seguimiento del movimiento de la superficie libre para predecir las zonas de alto riesgo de atrapamiento de óxido en los moldes de fundición LPDC.
Un tiempo de mantenimiento prolongado del aluminio fundido dentro del crisol favorece el crecimiento de una capa gruesa de óxido. Cuando la duración de la retención supera las 3,5 horas, la perturbación mecánica desprende fácilmente fragmentos gruesos de óxido que se introducen en el metal fundido; la operación de desnatado de la cuchara debe realizarse de forma rigurosa antes de la transferencia.
El diseño del colector con trampa de escoria intercepta los fragmentos de óxido. El volumen de la trampa de escoria debe alcanzar entre el 11 % y el 14 % del volumen total del colector; una trampa de escoria de tamaño insuficiente no puede capturar los residuos de óxido entrantes y introduce contaminantes directamente en la cavidad de fundición para los moldes de fundición por contrapresión (CPC).
La geometría reentrante del interior de la cavidad provoca el cierre de la superficie del metal fundido. Dos frentes de fundido separados convergen y atrapan la película de óxido superficial; este defecto suele confundirse con porosidad por gas durante la inspección de calidad in situ de los lotes de piezas en bruto de llantas de aluminio.
Una temperatura del metal fundido superior a 750 ℃ acelera el engrosamiento de la película de óxido. Un sobrecalentamiento más elevado mejora la fluidez, pero aumenta la tendencia a la oxidación; la práctica en taller recomienda mantener la temperatura de colada entre 710 y 735 ℃ para equilibrar la capacidad de llenado y el riesgo de generación de óxido.
Característica metalográfica de la inclusión de óxido: estructura de película en capas finas, a menudo acompañada de microporosidad en las proximidades. A diferencia de la inclusión de escoria, que contiene impurezas de partículas refractarias, estos dos tipos de defectos requieren medidas de mejora completamente diferentes para las piezas estructurales de fundición de vehículos eléctricos (EV).
Secuencia de resolución de problemas del proceso: primero estabilizar la pendiente de aumento de la contrapresión; a continuación, optimizar la altura de caída de la transferencia de la cuchara y el radio de transición del canal de colada; evitar el aumento ciego de la temperatura de fusión, que agrava la oxidación en los proyectos de moldes de colada por gravedad.
Nota de comunicación técnica transfronteriza: los defectos por inclusiones de óxido no pueden resolverse simplemente aumentando el tiempo de desgasificación. La desgasificación elimina el hidrógeno disuelto, pero tiene un efecto limitado sobre los fragmentos de óxido sólido ya formados en el interior de la masa fundida de aluminio.
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Preguntas frecuentes
P: ¿Qué umbral de altura de caída de la cuchara aumenta drásticamente la tasa de desechos por óxido plegado?
R: Una altura de caída de la cuchara de colada superior a 120 mm representa el 42 % de los rechazos por inclusiones de óxido.
P: ¿Qué tasa de aumento de presión en el CPC provoca el riesgo de plegamiento en la superficie del fundido?
R: Una tasa de aumento de presión superior a 0,015 MPa/s induce un flujo turbulento y el atrapamiento de óxido.
P: ¿Cuál es el radio de transición mínimo en las esquinas de los canales para suprimir la turbulencia del flujo?
R: Mantenga un radio R ≥ 8 mm en las esquinas internas de los canales para lograr un flujo laminar suave del fundido.
P: ¿Cuál es el límite superior recomendado para el tiempo de retención del aluminio fundido dentro del crisol?
R: Evite mantener la masa fundida durante más de 3,5 horas para prevenir la formación de una capa gruesa de óxido.
P: ¿Qué proporción volumétrica debe ocupar el colector de escoria con respecto al volumen total del canal de colada?
R: El volumen del colector de escoria debe alcanzar entre el 11 % y el 14 % del volumen total del canal de colada.
P: ¿Cuál es el intervalo de temperatura de colada equilibrado que reduce el riesgo de oxidación al tiempo que preserva la fluidez?
R: La temperatura de colada recomendada es de 710-735 ℃ para la producción de piezas de fundición de aleaciones de aluminio.
P: ¿Por qué una desgasificación prolongada no puede eliminar los fragmentos sólidos de inclusiones de óxido ya existentes?
R: La desgasificación elimina el hidrógeno disuelto; no puede filtrar los residuos sólidos de óxido ya formados.
