Mecanismo y control del proceso de los defectos por inclusiones de escoria en piezas de aluminio de pared delgada fundidas mediante el proceso CPC de contrapresión
Las inclusiones de escoria son cuerpos extraños no metálicos atrapados en el interior de la matriz de la pieza fundida. Las principales fuentes son la escoria de óxido, los fragmentos de materiales refractarios, los residuos de agentes desmoldeantes y los restos de filtro; la manipulación de la masa fundida, el sistema de canalización y la capacidad de escape determinan la tasa de defectos por escoria en los procesos de fundición por presión baja (LPDC), por gravedad y CPC de contrapresión.
Hay que distinguir la inclusión de escoria del defecto de pliegue de óxido: la inclusión de escoria es una fase extraña de tipo partícula discreta; el pliegue de óxido se origina a partir de la piel de óxido plegada de la superficie del metal fundido. Ambos reducen el rendimiento mecánico, aunque la causa raíz y el enfoque de resolución difieren enormemente en el caso de las piezas estructurales de vehículos eléctricos (VE) fundidas en molde.
Generación primaria de óxido y escoria: la superficie del metal fundido reacciona con el oxígeno atmosférico durante el vertido, el trasvase de la cuchara y la inclinación de la misma. La fina y frágil capa de óxido se rompe y se mezcla con el metal fundido; una vez atrapada, se convierte en una inclusión de escoria de gran superficie en los lotes de moldes para fundición por contrapresión (CPC).
Fuentes exógenas secundarias de escoria: fragmentos de filtros cerámicos dañados, material refractario desprendido de la cuchara, lodos del fondo del horno y residuos de agente desmoldeante desprendidos de la cavidad del molde. Estas partículas extrañas entran en la pieza fundida independientemente de la oxidación del metal fundido en la producción de moldes para fundición por gravedad.
Principio básico antiscarla del sistema de canalización: evitar el flujo en chorro de caída libre. Un chorro incontrolado rompe la superficie del metal fundido y arrastra la escoria de óxido hacia el canal de entrada; el diseño de canalización con llenado por la parte inferior reduce la turbulencia superficial en la producción de llantas de aluminio mediante fundición LPDC.
Puntos de riesgo de fallo del filtro: grietas en la placa del filtro, sellado inadecuado entre el filtro y la caja del filtro. El metal fundido se desvía del filtro a través del espacio libre, y la escoria sin filtrar fluye directamente hacia la cavidad del molde; la inspección visual no puede detectar pequeños huecos en el sellado del filtro para los moldes de fundición de aluminio.
Riesgo de escoria relacionado con la curva de llenado CPC: una velocidad de llenado inicial excesivamente rápida provoca una oleada de metal fundido. La onda de oleada arrastra la escoria acumulada en la superficie del canal de colada y la transporta a la sección de pared delgada de la pieza fundida en el caso de las piezas estructurales para vehículos eléctricos (EV).
Función de la ventilación para el control de la escoria: una ventilación bien diseñada permite que la escoria atrapada fluya hacia la ranura de ventilación junto con el metal fundido de la parte delantera. Una ventilación desgastada u obstruida pierde su capacidad de descarga de escoria, por lo que esta se acumula en la zona sin salida de la cavidad de los moldes de fundición por contrapresión (CPC).
Clave de identificación metalográfica: las inclusiones de escoria de óxido contienen una fase abundante de Al₂O₃; la escoria refractaria presenta una composición a base de Si-O; la espectroscopia de dispersión de energía (EDS) distingue el origen de la escoria para el análisis de fallos de calidad en moldes de fundición por gravedad.
Flujo de trabajo prioritario para la resolución de problemas: confirmar el tipo de escoria mediante análisis EDS; comprobar la turbulencia en la transferencia de la masa fundida, la integridad del filtro y el estado de sellado; optimizar la velocidad de llenado inicial; inspeccionar el estado de envejecimiento de los refractarios de la cuchara y el horno para los lotes de prueba de fundición LPDC.
Riesgo de calidad oculto: las diminutas partículas de escoria dispersas suelen pasar la inspección por tomografía computarizada (XCT). Estas microescorias se convierten en el origen de grietas por fatiga en los componentes de automoción sometidos a carga en proyectos de fundición de aluminio.
Nota sobre disputas transfronterizas de calidad: los clientes extranjeros suelen atribuir las inclusiones de escoria exclusivamente a un defecto del molde. De hecho, la mayoría de los defectos por escoria se remontan al sistema de transferencia de la masa fundida y al sistema de filtración, y no al hardware del molde.
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Preguntas frecuentes
P: ¿Cuál es la diferencia fundamental entre una inclusión de escoria y un defecto de pliegue de óxido?
R: Las inclusiones de escoria son partículas extrañas discretas; el pliegue de óxido proviene de la piel de óxido de la superficie del metal fundido que se ha plegado.
P: ¿Qué idea de diseño del sistema de colada evita que el chorro en caída libre arrastre óxido y escoria?
R: Adoptar un sistema de colada de llenado inferior para reducir la turbulencia en la superficie del metal fundido durante el llenado.
P: ¿Por qué la holgura de sellado de la placa filtrante provoca inclusiones de escoria incluso con el elemento filtrante intacto?
R: El aluminio fundido se desvía del filtro a través del hueco, y la escoria sin filtrar fluye directamente hacia la cavidad.
P: ¿Qué comportamiento del proceso CPC conlleva el riesgo de que la escoria acumulada en el canal de colada se introduzca en la pieza fundida?
R: Una velocidad de llenado inicial excesivamente alta genera una oleada de metal fundido dentro del sistema de canales de colada.
P: ¿Qué herramienta analítica identifica la composición química y el origen de los diferentes tipos de escoria?
R: La espectroscopia de dispersión de energía (EDS), junto con la observación metalográfica, distingue la fase de la escoria.
P: ¿Por qué las inclusiones de microescoria pueden pasar desapercibidas en la inspección no destructiva por XCT?
R: Las partículas de escoria dispersas de pequeño tamaño son difíciles de detectar mediante rayos X, pero provocan fallos por fatiga.
P: ¿De dónde proceden principalmente las inclusiones de escoria de tipo refractario exógeno?
R: Del revestimiento refractario descascarillado de la cuchara o del horno, y de fragmentos rotos del filtro cerámico.
