La fundición a presión por gravedad es un proceso muy utilizado en el sector de la fundición. Antes de iniciar un proyecto de fundición, la selección del material suele ser uno de los primeros retos. ¿Qué materiales son adecuados para la fundición a presión por gravedad?
Hoy analizaremos las propiedades de los materiales y las aplicaciones de diversas aleaciones de aluminio adecuadas para la fundición a presión por gravedad.
Aleaciones de aluminio y silicio para la fundición a presión por gravedad
La mayoría de las aleaciones de aluminio que se utilizan habitualmente en la fundición a presión por gravedad pertenecen a la familia de las aleaciones de aluminio-silicio. La razón por la que estos materiales son adecuados para la fundición a presión por gravedad radica principalmente en las propiedades de fundición que aporta el silicio.
El silicio puede mejorar la fluidez del aluminio fundido, lo que permite que el metal líquido llene el molde metálico con mayor facilidad. En la fundición por gravedad, que se basa en el propio peso del metal fundido para completar el llenado del molde, la fluidez es muy importante. Si el material no tiene suficiente fluidez, las zonas de paredes delgadas, las nervaduras, las esquinas o las secciones más alejadas son más propensas a presentar defectos de colada, cierres en frío o perfiles incompletos.
Aunque las aleaciones de aluminio y silicio presentan una buena fluidez y conformabilidad en la fundición, las piezas con cambios evidentes en el espesor de las paredes o con requisitos de mecanizado posterior más exigentes pueden seguir presentando una alimentación insuficiente durante la solidificación, porosidad por contracción interna o defectos que quedan al descubierto tras el mecanizado.
Entre las aleaciones de aluminio y silicio, algunas calidades también contienen magnesio, formando así aleaciones de aluminio fundido de aluminio, silicio y magnesio, como las A356, A357, LM25, ZL101A y ZL104. La función del magnesio no es mejorar la fluidez, sino mejorar la respuesta del material al tratamiento térmico. Tras un tratamiento térmico adecuado, estas aleaciones de aluminio pueden alcanzar una mayor resistencia, dureza y estabilidad dimensional.
Propiedades y aplicaciones de la arena
La elección de las aleaciones de aluminio para la fundición a presión por gravedad suele depender de la resistencia, la tenacidad, la estanqueidad, la estabilidad dimensional, los requisitos de mecanizado y el objetivo de coste de la pieza. Existen diferentes calidades adecuadas para distintas condiciones de trabajo, y no existe un material que sea absolutamente universal.
Según los requisitos de rendimiento y los escenarios de aplicación de las piezas industriales habituales, las aleaciones de aluminio más utilizadas para la fundición a presión por gravedad pueden clasificarse en las siguientes categorías.
A356 / A357: Aleaciones de aluminio habituales para piezas de fundición a presión por gravedad de alto rendimiento
En el caso de las piezas moldeadas por gravedad que requieren una resistencia, tenacidad y estabilidad relativamente elevadas, las aleaciones A356 y A357 son opciones representativas entre las aleaciones de aluminio, silicio y magnesio.
A356 Presenta un buen comportamiento en fundición, resistencia a la corrosión y respuesta al tratamiento térmico. Tras el tratamiento térmico T6, su resistencia a la tracción suele superar los 240 MPa, su límite elástico supera los 180 MPa y su alargamiento se sitúa entre 8% y 9%. Es adecuado para llantas de automóvil, piezas del sistema de suspensión, carcasas de motores de vehículos eléctricos, piezas estructurales de brazos robóticos, cuerpos de válvulas de alta presión y otros productos.
El A357 puede considerarse una versión de alto rendimiento del A356. Presenta una mayor pureza del material y su resistencia a la tracción en el estado T6 puede superar los 350 MPa. Es más adecuado para piezas estructurales aeroespaciales y otras piezas industriales con requisitos más exigentes en cuanto a resistencia, tenacidad y fiabilidad.
Cabe señalar que las normas A356 y A357 establecen requisitos más estrictos para el proceso de tratamiento térmico. Los parámetros del tratamiento de solución, el temple y el envejecimiento deben controlarse estrictamente. En el caso de las ruedas, las piezas de pared gruesa o las estructuras con puntos calientes locales evidentes, también es necesario controlar las cavidades por contracción, la porosidad por contracción y otros defectos internos durante el proceso de fundición por gravedad.
ZL104: una aleación de aluminio que combina la estabilidad dimensional y la resistencia estructural
Para piezas moldeadas por gravedad con formas complejas y requisitos de precisión dimensional y estanqueidad, el ZL104 es una opción de material que merece la pena tener en cuenta.
ZL104, también conocida como ZAlSi9Mg, es una aleación de aluminio fundido con silicio, magnesio y manganeso según la norma nacional china. Presenta un buen comportamiento en la fundición, una baja contracción lineal, una baja tendencia a la fisuración en caliente y una buena estanqueidad a la presión. Es adecuada para piezas de pared delgada, piezas estructurales complejas y piezas fundidas de aleación de aluminio de tamaño mediano a grande.
En cuanto a sus prestaciones, la ZL104 puede reforzarse mediante tratamiento térmico, y su resistencia suele ser superior a la de las aleaciones comunes de aluminio y silicio, como la ZL101 y la ZL102. Tras el tratamiento térmico T6, su resistencia a la tracción suele superar los 230-240 MPa, y su dureza puede superar los 70 HB.
La ventaja del ZL104 radica en su buena estabilidad dimensional. Las piezas son menos propensas a presentar deformaciones evidentes durante un uso prolongado o ante cambios de temperatura. Por ello, se utiliza habitualmente en carcasas de bombas hidráulicas, tubos de admisión de motores, cárteres, culatas, bloques de cilindros, piezas de fundición de gran tamaño tipo caja, piezas navales, componentes de maquinaria de construcción y otros productos.
Cabe señalar que el ZL104 no es adecuado para un uso prolongado en condiciones de trabajo superiores a 200 °C. Al mismo tiempo, esta aleación tiene una clara tendencia a absorber gases y es propensa a presentar defectos de tipo «pinhole». Durante la fusión y el vertido, deben llevarse a cabo adecuadamente los procesos de refinado y desgasificación, y debe controlarse que el flujo del metal fundido sea uniforme.
LM25 / ZL101A: Opciones fiables para la fundición por gravedad industrial convencional
Para las piezas de fundición por gravedad industrial que no requieren un rendimiento extremo, pero que necesitan materiales consolidados y fiables y unos costes controlables, el LM25 y el ZL101A son opciones relativamente seguras.
La LM25 es una aleación de aluminio fundido de uso común según la norma británica BS 1490, mientras que la ZL101A es una aleación mejorada de aluminio, silicio y magnesio ampliamente utilizada en la norma nacional china. Ambas pertenecen a la categoría de aleaciones de Al-Si-Mg tratables térmicamente y combinan un buen comportamiento en fundición, resistencia a la corrosión y aplicabilidad en ingeniería.
Las ventajas del LM25 residen en su proceso de fabricación consolidado, su buena resistencia a la corrosión y su aplicación estable. Se utiliza habitualmente para carcasas de automoción, carcasas de bombas, piezas de fundición para el sector naval, piezas de equipos alimentarios y piezas estructurales en general. El ZL101A puede considerarse una versión mejorada y de alta calidad del ZL101. Su composición y prestaciones se acercan a las del A356, y presenta un buen comportamiento en el proceso de fundición, buena maquinabilidad y estanqueidad a la presión. Es adecuado para llantas de automóvil, cuerpos de bombas, carcasas, piezas de fundición para la industria naval y piezas estructurales de vehículos de nueva energía.
En cuanto a la selección de materiales, el LM25 resulta más adecuado para piezas industriales convencionales que requieren resistencia a la corrosión, estabilidad en el proceso y control de costes. El ZL101A resulta más adecuado para piezas fundidas de aleación de aluminio con mayores requisitos de resistencia, estanqueidad, calidad de la microestructura y estabilidad en el mecanizado posterior.
Cabe señalar que, durante la fundición por gravedad, debe controlarse la temperatura de vertido del LM25 para evitar un aumento de la porosidad y una disminución de las propiedades mecánicas. En el caso del ZL101A, es necesario controlar la porosidad por contracción, los poros finos y las inclusiones de óxido. Durante la fusión, deben llevarse a cabo adecuadamente los procesos de refinado y desgasificación, y debe mantenerse un flujo uniforme del metal fundido.
ADC12 / A380: Aleaciones de aluminio alternativas que combinan un buen equilibrio entre coste y facilidad de fundición
En el caso de las piezas de aleación de aluminio en las que se da mayor importancia al control de costes, a las formas complejas y a la eficiencia en el conformado, se pueden considerar los materiales ADC12 y A380 como alternativas para su evaluación. Sin embargo, su uso es más habitual en la fundición a presión. Cuando se utilizan en proyectos de fundición por gravedad, es necesario evaluar su idoneidad en función de los requisitos de rendimiento y los riesgos de defectos.
Tanto el ADC12 como el A380 pertenecen a la familia de aleaciones de aluminio fundido Al-Si-Cu. Presentan una buena fluidez y conformabilidad en la fundición, y son adecuadas para piezas de aleación de aluminio con estructuras complejas y grandes variaciones en el espesor de las paredes. Se utilizan habitualmente en los sectores de la automoción, la motocicleta, la electrónica y la electricidad, los equipos de comunicaciones, los accesorios de iluminación y las carcasas para productos mecánicos en general.
Cabe señalar que las aleaciones ADC12 y A380 tienen un contenido de cobre relativamente alto y una elongación relativamente baja. Su plasticidad, estanqueidad a la presión y resistencia a la corrosión en algunos entornos no son tan buenas como las de las aleaciones de Al-Si-Mg, como las A356, ZL101A y ZL104. En el caso de piezas sometidas a presión, piezas estructurales críticas para la seguridad o piezas de fundición por gravedad utilizadas en entornos complejos de servicio a largo plazo, se deben evaluar en primer lugar los materiales más adecuados para la fundición por gravedad.
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Desde opciones de alto rendimiento, como las aleaciones A356 y A357, pasando por las aplicaciones estables de las aleaciones ZL104 y ZL101A, hasta opciones rentables como las aleaciones ADC12 y A380, cada aleación de aluminio tiene sus propias estructuras de piezas y escenarios de aplicación adecuados.
MinHe Casting ofrece servicios de fundición a gravedad de aleaciones de aluminio. También podemos analizar la carga de las piezas, la temperatura de trabajo, la estanqueidad, la precisión dimensional, el tratamiento térmico, el mecanizado posterior con CNC y otros factores, de acuerdo con los planos del cliente, las condiciones de trabajo y los objetivos de coste. Esto le ayuda a seleccionar una aleación de aluminio más adecuada y a reducir los riesgos de defectos y de rendimiento derivados de una selección inadecuada del material.
