Principales causas de la formación de ampollas en la fundición a presión explicadas

TL;DR

Las ampollas en la fundición por presión son un defecto superficial caracterizado por burbujas elevadas causadas por la expansión del gas atrapado justo debajo de la piel del metal. La causa principal es el atrapamiento de gas o aire como resultado del flujo de metal turbulento y la ventilación inadecuada del moho. Otros factores críticos incluyen temperaturas excesivas del metal fundido o del molde, aplicación inadecuada de lubricantes para el molde, y contaminantes o imperfecciones físicas dentro de la propia aleación de aluminio.

El papel de la captura de gas y aire en la formación de ampollas

La causa más fundamental de ampollas en la fundición por presión es la captura de gas dentro de la cavidad del molde durante la inyección de metal. Las ampollas son esencialmente una forma específica de porosidad de gas, donde el gas atrapado se encuentra justo debajo de la superficie de la fundición. A medida que el metal fundido se solidifica, este gas atrapado está bajo una presión inmensa. Cuando la pieza se expulsa del molde, se elimina el soporte externo, y la piel metálica todavía suave puede ser empujada hacia afuera por el gas en expansión, formando una ampolla distinta.

Este gas puede provenir de varias fuentes. El más común es el aire que ya está presente en la cavidad del molde y el sistema de corredores antes del disparo. Si el metal fundido se inyecta demasiado rápido o si la trayectoria de flujo no se optimiza, crea turbulencia. Este flujo turbulento y caótico se dobla sobre sí mismo, atrapando bolsas de aire que no pueden escapar antes de que el metal se solidifique. Como se detalla en un análisis técnico de CEX Casting , un diseño deficiente de compuertas y canales es un motivo frecuente, ya que no logra proporcionar un flujo suave y laminar del metal hacia el molde.

La ventilación inadecuada es otro factor crítico. Las ventilaciones son pequeños canales diseñados para permitir que el aire dentro de la cavidad escape mientras el metal fundido la llena. Si estas ventilaciones están obstruidas, son demasiado pequeñas o están mal colocadas, el aire no tiene a dónde ir y queda atrapado dentro de la pieza fundida. El resultado son porosidades y, si está cerca de la superficie, ampollas. Optimizar el sistema de ventilación es un paso crucial para prevenir este tipo de defecto.

Para mitigar el atrapamiento de gas y aire, se deben implementar varias prácticas recomendadas:

• Optimizar el diseño de compuertas y canales: Utilice software de simulación de flujo en moldes para diseñar un sistema que promueva un llenado suave y no turbulento de la cavidad del molde.
• Asegurar una ventilación adecuada: Diseñe y mantenga ventilaciones y compuertas de desbordamiento limpias y eficaces para permitir la evacuación completa del aire.
• Controlar la velocidad de inyección: Ajuste el perfil de inyección, especialmente la fase inicial de inyección lenta, para expulsar suavemente el aire de la cavidad antes de que comience la llenado a alta velocidad.
• Utilice asistencia de vacío: Para componentes críticos, la implementación de un proceso de fundición a presión bajo vacío puede extraer activamente el aire de la cavidad antes de la inyección, eliminando prácticamente el riesgo de defectos por gases atrapados.

Parámetros del proceso: cómo la temperatura y los lubricantes causan ampollas

Más allá del atrapamiento físico de aire, los parámetros operativos del proceso desempeñan un papel importante en la creación de condiciones propicias para la formación de ampollas. El control de la temperatura y la aplicación de lubricantes son dos de las áreas más críticas a gestionar. Temperaturas excesivamente altas, ya sea en el metal fundido o en el molde mismo, pueden agravar los problemas relacionados con gases. Según una revisión de Sunrise Metal , las altas temperaturas pueden aumentar la presión de vapor dentro de la aleación fundida y provocar la descomposición de los lubricantes del molde, liberando gases que quedan atrapados.

Los lubricantes para moldes, o agentes desmoldantes, son necesarios para evitar que la pieza fundida se adhiera al molde, pero su uso inadecuado es una causa importante de porosidad por gas y ampollas. Cuando se aplica demasiado lubricante o se hace de forma irregular, el exceso de líquido puede acumularse en el molde. Al entrar en contacto con el metal fundido caliente, este lubricante en exceso se vaporiza instantáneamente, generando un gran volumen de gas que no tiene tiempo de escapar a través de las válvulas de ventilación. Como señala un informe de The Hill & Griffith Company , el lubricante del émbolo suele ser el mayor contribuyente individual, especialmente cuando se utiliza lubricante adicional para compensar una punta de émbolo desgastada.

La humedad es otra causa clave. Cualquier humedad residual en el molde, proveniente de fugas en las tuberías de agua, rociadores goteantes o incluso del propio agente desmoldante, se transformará en vapor al inyectarse el metal. Este vapor se comporta como cualquier otro gas atrapado, creando presión bajo la superficie de la pieza fundida que puede provocar ampollas. Por tanto, mantener un entorno de molde seco es fundamental.

Para prevenir ampollas causadas por parámetros del proceso, los operadores deben seguir las siguientes acciones correctivas:

1. Mantener un control estricto de la temperatura: Asegurarse de que tanto la aleación fundida como el molde se mantengan dentro de sus rangos de temperatura especificados para evitar el sobrecalentamiento y la formación excesiva de gas.
2. Aplicar lubricante con moderación y de forma uniforme: Utilizar sistemas de pulverización automatizados para aplicar un recubrimiento mínimo y consistente de un agente desmoldante de alta calidad y bajo residuo.
3. Permitir tiempo de evaporación: Asegurarse de que haya un retraso suficiente después de la pulverización para que cualquier agua o disolvente presente en el lubricante se evapore completamente antes de cerrar el molde.
4. Realizar mantenimiento regular: Revisar periódicamente la presencia de fugas en líneas de agua o hidráulicas y repararlas, y asegurarse de que las boquillas de pulverización no goteen.

Defectos materiales y físicos como causas raíz

La categoría final de causas se relaciona con la integridad del material de fundición y la presencia de discontinuidades físicas dentro del flujo de metal. Las ampollas pueden originarse a partir de contaminantes presentes en la propia aleación. Por ejemplo, elementos con puntos de ebullición bajos, como el plomo o el cadmio, pueden vaporizarse durante el proceso de fundición o el tratamiento térmico posterior, creando presión interna de gas. De manera similar, las aleaciones de aluminio pueden absorber hidrógeno durante la fusión, el cual intentará escapar durante la solidificación, provocando porosidad y ampollas.

Los defectos físicos introducidos durante el proceso de llenado también son altamente perjudiciales. Investigación publicada en Engineering Failure Analysis destaca que las escamas frías—piezas semisolidificadas de metal que se desprenden de las paredes del cilindro de inyección—son una causa principal de ampollas grandes, especialmente en zonas cercanas al sistema de alimentación. Estas escamas crean discontinuidades en la microestructura de la pieza fundida. El gas presente en estos vacíos se expande durante el tratamiento térmico, formando ampollas superficiales significativas. Otros defectos similares incluyen gotas frías, disparos fríos y películas de óxido, todos los cuales alteran la homogeneidad del metal y actúan como puntos de inicio para la formación de ampollas.

Prevenir estos defectos relacionados con los materiales requiere un control riguroso de todo el proceso, desde el manejo de las materias primas hasta la producción final. Es esencial asociarse con un proveedor que demuestre un fuerte compromiso con el control de calidad. Por ejemplo, los fabricantes de piezas automotrices de alto rendimiento a menudo confían en procesos certificados como IATF16949 y en controles de calidad internos para garantizar la integridad del material desde el inicio hasta el final, una práctica fundamental para prevenir tales defectos.

Para comprender mejor estas causas distintas, la siguiente tabla compara las ampollas originadas por porosidad de gas frente a aquellas provocadas por defectos físicos o químicos:

Las soluciones incluyen precalentar y secar completamente las materias primas, utilizar aleaciones de alta pureza e implementar tratamientos efectivos de desgasificación con nitrógeno o argón para eliminar el hidrógeno disuelto antes de la fundición.

Preguntas frecuentes sobre ampollas en fundición a presión

1. ¿Cuál es la causa principal de las ampollas en la fundición a presión?

La causa principal de las ampollas es el gas atrapado, normalmente aire de la cavidad del molde, que queda encerrado debido al flujo turbulento del metal fundido y una ventilación insuficiente. Este gas, situado justo debajo de la superficie de la pieza fundida, se expande y empuja hacia afuera la capa superficial blanda del metal, formando una burbuja.

2. ¿Puede el tratamiento térmico provocar la aparición de ampollas en una pieza fundida por presión?

Sí, el tratamiento térmico es un factor común que desencadena la formación de ampollas. Una pieza puede parecer perfecta en su estado justo después de la fundición, pero si hay gas atrapado o una discontinuidad física bajo la superficie, las altas temperaturas del tratamiento térmico harán que el gas se expanda significativamente, revelando el defecto como una ampolla superficial.

3. ¿Cómo se diferencia una ampolla de la porosidad general?

Las ampollas son un defecto a nivel superficial o cercano a la superficie, que aparece como protuberancias elevadas sobre la piel de la pieza fundida. La porosidad general, por otro lado, se refiere a huecos que pueden estar ubicados en cualquier parte dentro de la pieza fundida, incluso profundamente en su interior. Aunque ambas son causadas por gas atrapado, las ampollas son específicamente aquellos poros lo suficientemente cercanos a la superficie como para deformarla.