El aluminio tiene un punto de fusión más bajo que el acero y el hierro fundido, lo que lo hace adecuado para procesos como la fundición en arena, fundición a presión por gravedad, y la fundición a baja presión. El proceso básico de fundición incluye la preparación de la carga, el calentamiento del aluminio, el control de la temperatura de fusión, la eliminación de escorias, el tratamiento del metal fundido cuando sea necesario y su vertido en un molde preparado.
Aunque el proceso en general es sencillo, un material de carga húmedo, una temperatura de fusión excesiva, una agitación demasiado intensa o un vertido inestable pueden aumentar el riesgo de porosidad, inclusiones de óxido y un llenado incompleto.
En este artículo se explica la temperatura de fusión del aluminio, el equipo necesario, los principales pasos del proceso, consejos prácticos para la fusión y las medidas de seguridad que deben seguir los operarios.
¿A qué temperatura se funde el aluminio?
El aluminio puro se funde a aproximadamente 660 °C. Sin embargo, en la producción real de piezas de fundición, las aleaciones de aluminio se utilizan con más frecuencia que el aluminio puro. Estas aleaciones pueden contener silicio, magnesio, cobre u otros elementos, por lo que no se funden a una temperatura exacta, sino que pasan por un intervalo de fusión.
Antes de que una aleación de aluminio se vuelva completamente líquida, suele pasar por un estado semisólido. Aunque la carga se haya ablandado o colapsado, es posible que aún quede algo de metal sólido en su interior. Por lo tanto, el estado de fusión debe confirmarse midiendo la temperatura, y no basándose únicamente en el aspecto.
En la práctica, la temperatura de fusión se mantiene normalmente por encima de la temperatura de liquidus de la aleación seleccionada, teniendo en cuenta en cierta medida la pérdida de calor que se produce durante la eliminación de escorias, el trasvase y el vertido.
Consejo para controlar la temperatura
Si la temperatura es demasiado baja, es posible que el aluminio fundido no tenga suficiente fluidez para rellenar paredes delgadas, nervaduras o zonas alejadas de la entrada de colada. Si la temperatura es demasiado alta, pueden aumentar la oxidación, la absorción de hidrógeno, el consumo de energía y la pérdida de elementos de la aleación.
Se debe utilizar un termopar para controlar la temperatura de fusión. La temperatura correcta de fusión y colada depende del tipo de aleación, la geometría de la pieza fundida y el proceso de fundición.
¿Qué equipo se necesita para fundir aluminio?
El equipo básico necesario para fundir aluminio incluye un horno, un crisol, instrumentos de medición de la temperatura, herramientas para la eliminación de escorias, equipo de trasvase y un molde preparado.
| Equipo o herramienta | Objetivo principal | Requisitos operativos |
|---|---|---|
| Horno | Calienta y funde la carga de aluminio | Seleccione en función del volumen de fusión, el método de calentamiento y los requisitos de control de temperatura. |
| Crisol | Retiene la carga y el aluminio fundido | Antes de su uso, comprueba que no haya grietas, erosión ni zonas de adelgazamiento local. |
| Termopar | Mide la temperatura del aluminio fundido | Mantén la posición de medición y la profundidad de inmersión lo más constantes posible. |
| Herramientas para la eliminación de escoria | Eliminar los óxidos y la contaminación de la superficie de la masa fundida | Manténlo seco y precalienta cuando sea necesario. |
| Herramientas de elevación o cucharas | Trasvasar y verter el aluminio fundido | Comprueba si presenta desgaste, deformaciones y si se puede manipular con seguridad |
| Moho | Recibe el aluminio fundido y da forma a la pieza moldeada | Mantener en un lugar seco y precalentar cuando lo requiera el proceso. |
Horno y crisol
Entre los equipos habituales para la fundición de aluminio se encuentran los hornos de crisol, los hornos de resistencia, los hornos de gas y los hornos de inducción. Estos sistemas se diferencian en cuanto a la velocidad de fundición, el control de la temperatura, el consumo energético y el volumen de producción adecuado.
En la fundición de lotes pequeños se suele utilizar un crisol para contener la carga y el aluminio fundido. Los materiales más habituales para los crisoles son el grafito, la arcilla-grafito y el carburo de silicio. El tipo adecuado debe ajustarse al diseño del horno y al método de calentamiento.
Antes de cada uso, se debe comprobar que el crisol no presente grietas, erosión grave, adelgazamiento local ni daños en el fondo. No se debe seguir utilizando un crisol dañado.
Las latas de acero de pared fina no son adecuadas como crisoles fiables para la fundición de aluminio. La exposición prolongada a altas temperaturas puede provocar que se oxiden, se deformen o se rompan. Además, los recipientes de acero pueden introducir hierro en la masa fundida.
Herramientas para la temperatura y la manipulación
Para medir la temperatura del aluminio fundido se utiliza un termopar. Para facilitar la comparación de los datos de cada lote del horno, la ubicación de la medición y la profundidad de inmersión de la sonda deben mantenerse razonablemente constantes.
Las herramientas de eliminación de escorias se utilizan para eliminar los óxidos y la contaminación de la superficie del metal fundido. Las herramientas de elevación de crisoles o las cucharas de colada se utilizan para mover y verter el metal fundido.
Todas las herramientas que puedan entrar en contacto con el aluminio fundido deben estar secas. Es posible que también sea necesario precalentar las herramientas frías para reducir la pérdida de temperatura local y el riesgo de salpicaduras provocadas por la humedad.
El molde debe prepararse antes de que el aluminio alcance la temperatura de colada. En los moldes de arena, hay que comprobar el estado de la cavidad, los canales de colada y los conductos de ventilación. Los moldes permanentes suelen precalentarse según el proceso de fundición.
Cómo fundir aluminio para la fundición
Paso 1: Preparar y cargar la carga de aluminio
Empieza por verificar el tipo de aleación de aluminio. Las distintas aleaciones contienen diferentes niveles de silicio, magnesio, cobre, hierro y otros elementos. No se deben mezclar materiales simplemente porque tengan un aspecto similar.
Las cargas de los hornos industriales suelen incluir lingotes de aluminio nuevos y material de retorno controlado del mismo grado de aleación. El material de retorno puede proceder de canales de colada, coladas ascendentes o piezas de fundición rechazadas, pero es necesario controlar su origen y proporción.
La mezcla de diferentes grados de aleación puede hacer que la composición final se sitúe fuera del rango requerido y afecte a las propiedades mecánicas o a la respuesta al tratamiento térmico.
Antes de introducir el material en el horno, retira de él cualquier resto de aceite, plástico, pintura, arena e insertos de acero. Las piezas grandes se pueden cortar en trozos que quepan en el horno o en el crisol, para que se calienten de forma más uniforme.
Todo el material que se vaya a cargar debe estar seco. No se debe introducir directamente en el horno aluminio almacenado al aire libre, piezas recién lavadas, componentes huecos sellados ni material que pueda contener líquido retenido.
Las latas de aluminio se pueden fundir, pero sus paredes delgadas provocan una elevada pérdida por oxidación, y sus recubrimientos generan humo y residuos. Por lo tanto, por lo general no son adecuadas como materia prima controlada para la fundición industrial.
Cargue la carga con cuidado. No se deben dejar caer piezas pesadas sobre el crisol o el revestimiento del horno. Tampoco se debe llenar el crisol por completo, ya que se necesita espacio para que la carga se asiente, para añadir material adicional y para retirar las escorias.
Paso 2: Calentar la carga y controlar la temperatura de fusión
El horno debe calentarse siguiendo su procedimiento de funcionamiento. En algunos procesos de fundición, se empieza formando un pequeño baño de metal fundido antes de añadir el resto de la carga por lotes.
El aluminio sólido suele fundirse más rápido tras entrar en contacto con el baño de fusión. Sin embargo, añadir una cantidad excesiva de material frío de una sola vez puede provocar una caída significativa de la temperatura y alargar el tiempo total de fusión.
Mantén la tapa del horno cerrada siempre que sea posible. Abrirla con frecuencia provoca pérdidas de calor y expone el aluminio fundido a una mayor cantidad de aire.
A medida que se funde la carga, controle la temperatura con un termopar. Una vez alcanzada la temperatura de proceso requerida, debe evitarse cualquier calentamiento innecesario.
Un sobrecalentamiento excesivo aumenta la oxidación y la absorción de hidrógeno, y también puede provocar la pérdida de elementos de aleación, como el magnesio. Una temperatura insuficiente puede hacer que parte de la carga no se funda o que se reduzca la fluidez durante el vertido.
También debe evitarse agitar enérgicamente. El aluminio fundido forma rápidamente una película de óxido en la superficie, y un movimiento excesivo puede hacer que esa película se incorpore a la masa fundida.
Paso 3: Eliminar las escorias y tratar la masa fundida
Normalmente se forma una escoria gris o oscura en la superficie del aluminio fundido. Puede contener óxidos, impurezas y una cierta cantidad de metal retenido.
Las herramientas para la eliminación de escorias deben estar secas y debidamente precalentadas. El material superficial debe retirarse suavemente, en lugar de removerlo repetidamente en la masa fundida.
Si las películas de óxido se introducen en el metal líquido, pueden quedar en la pieza fundida en forma de inclusiones, zonas débiles o vías de fuga.
En algunos procesos de fundición se utiliza un fundente específico para la eliminación de escorias, con el fin de facilitar la separación de los óxidos del aluminio metálico. El tipo de fundente y su dosificación deben adaptarse a la aleación y a las condiciones del proceso, pero el fundente no puede sustituir a una preparación adecuada de la carga ni a una manipulación cuidadosa.
Cuando se habla de añadir sal, normalmente se hace referencia a fundentes de aluminio a base de sal especialmente formulados, y no a la sal de mesa común. El bórax tampoco es un fundente estándar de uso general para la fundición de aluminio. En el caso de la fundición habitual en lotes pequeños, un material de carga limpio, un control estable de la temperatura y una eliminación cuidadosa de las escorias suelen ser más fiables que añadir materiales no verificados.
En el caso de las piezas fundidas con requisitos de calidad interna más exigentes, puede que también sea necesario desgasificar el aluminio fundido. En la producción industrial se suele recurrir al desgasificado rotativo con nitrógeno o argón para reducir el contenido de hidrógeno de la masa fundida.
Cuando la composición de la aleación es fundamental, también se puede analizar una muestra con un espectrómetro para confirmar que los principales elementos de aleación se mantienen dentro del rango requerido.
Paso 4: Preparar el molde y verter el aluminio
El molde debe estar listo y seco antes de que el aluminio alcance la temperatura adecuada para su vertido.
Es necesario comprobar que el molde de arena presente una cavidad íntegra, así como el sistema de entrada de material y los conductos de ventilación. En fundición a presión por gravedad, el molde permanente debe mantenerse dentro de un rango de temperatura adecuado para que el metal no se solidifique demasiado rápido tras entrar en la cavidad.
El vertido debe ser suave y continuo. Un vertido demasiado rápido puede aumentar las salpicaduras, la incorporación de aire y la turbulencia. Un vertido demasiado lento puede provocar una pérdida de temperatura y hacer que el metal comience a solidificarse antes de que la cavidad se haya llenado por completo.
La distancia de caída libre del aluminio fundido debe reducirse al mínimo posible. Una caída desde una altura elevada aumenta la incorporación de aire y la formación de una película de óxido. Incluso una masa fundida que ya haya sido desnatada o desgasificada puede volver a contaminarse si la transferencia y el vertido no se realizan de forma estable.
Tras el vertido, hay que dejar que la pieza fundida se solidifique lo suficiente antes de proceder al desmoldeo o a su extracción del molde. A continuación, se puede retirar el sistema de canales y, según sea necesario, proceder a la limpieza, el tratamiento térmico o el mecanizado.
Consejos para fundir mejor el aluminio
Además de seguir los pasos básicos de la fusión, existen varias prácticas operativas que pueden ayudar a mantener unas condiciones de fusión más estables.
- Utiliza material de carga limpio y seco: El aceite, los recubrimientos, la humedad y otros tipos de contaminación aumentan la formación de humo y escorias, así como los riesgos para la seguridad.
- Evita el sobrecalentamiento prolongado: Una vez alcanzada la temperatura de proceso requerida, evite aumentos innecesarios de la temperatura o tiempos de mantenimiento prolongados para reducir la oxidación, la absorción de hidrógeno y la pérdida de elementos de la aleación.
- Limita la agitación y la exposición al aire: Evita agitar enérgicamente y mantén la tapa del horno cerrada siempre que sea posible para reducir la formación de una película de óxido y su arrastre.
- Precalentar las herramientas y los moldes: Las herramientas para la eliminación de escorias, las cucharas de colada y el resto de equipos que entren en contacto con el metal fundido deben estar secos y debidamente precalentados. Los moldes permanentes también deben precalentarse según lo establecido en el proceso.
- Vierte de forma suave y continua: Un vertido estable con una distancia de caída libre limitada contribuye a reducir las salpicaduras, la incorporación de aire y la formación de una nueva capa de óxido.
Precauciones de seguridad para fundir aluminio
Antes de iniciar la operación, los operarios deben comprobar que su equipo de protección, el entorno de trabajo y las herramientas de manipulación sean adecuados para trabajar con metal fundido. La fusión del aluminio implica altas temperaturas y metal líquido. Una protección inadecuada o unas prácticas de trabajo deficientes pueden provocar quemaduras, salpicaduras de metal o riesgos de incendio. Deben respetarse las siguientes precauciones:
- Utiliza el equipo de protección adecuado: Utiliza guantes resistentes al calor, una pantalla facial, gafas de seguridad, ropa de trabajo de manga larga o un delantal ignífugo, y calzado de seguridad adecuado para trabajos con metal fundido. Evita dejar la piel al descubierto en la zona donde puedan producirse salpicaduras.
- Mantén una buena ventilación: Fundir el aluminio en un lugar bien ventilado para que se puedan eliminar el humo y los gases procedentes del aceite, los recubrimientos u otros contaminantes.
- Mantén el aluminio fundido alejado de la humedad: El material de carga, los crisoles, las herramientas para la eliminación de escorias, las cucharas de colada y los moldes deben mantenerse secos. La humedad puede convertirse rápidamente en vapor y provocar salpicaduras violentas de metal.
- Utiliza herramientas adecuadas para altas temperaturas: Utilice crisoles, herramientas de elevación, tenazas de acero, herramientas para desespumar y cucharas de fundición diseñadas para trabajar a altas temperaturas. Antes de utilizarlas, compruebe que no presenten grietas, desgaste, deformaciones ni que su manejo sea inseguro.
- Prepárate para los incendios de metales: Mantenga cerca de la zona de trabajo un equipo adecuado de extinción de incendios en metales y asegúrese de que los operarios conozcan el procedimiento de emergencia de la instalación. No se debe utilizar agua directamente sobre aluminio fundido derramado o en llamas.
- Mantén despejada la zona de trabajo: La ruta utilizada para transportar y verter el aluminio fundido debe estar nivelada, limpia y libre de obstáculos. El personal que no sea imprescindible debe permanecer fuera de la zona de trabajo para reducir el riesgo de colisión o interferencia.
Conclusión
La fundición de aluminio implica la preparación de la carga, la inspección de los equipos, el calentamiento, el control de la temperatura, la eliminación de escorias, el tratamiento de la masa fundida y el vertido en un molde preparado.
En la fundición habitual de lotes pequeños, las principales prioridades son mantener secos los materiales y las herramientas, conservar una temperatura de fusión estable y evitar una agitación excesiva o un vertido inestable. La producción industrial también exige un control más riguroso del grado de la aleación, la proporción de material de retorno, el contenido de hidrógeno y las inclusiones de óxido, con el fin de reducir los defectos internos y mantener la uniformidad entre los distintos lotes de producción.
