Porosidad en Fundición, sus causas y formas de evitarlas

La fundición a presión se destaca como el método más eficiente y rápido para fabricar grandes volúmenes de piezas de aluminio, zinc o magnesio, ofreciendo acabados superficiales excelentes, características y tolerancias constantes, y minimizando el desperdicio de materia prima.

La porosidad se refiere a la presencia de agujeros o vacíos en una pieza de metal fundido que, en su mayoría, es sólida. Estos poros pueden variar en tamaño, desde microscópicos (microporos) hasta grandes vacíos medibles en milímetros cúbicos o más. Los poros no siempre son de forma circular, sino que también pueden adoptar la forma de grietas lineales irregulares.

Existen dos causas principales de la porosidad: la contracción por solidificación y la porosidad gaseosa. Analicemos esto un poco más en profundidad.

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La contracción por solidificación ocurre cuando el material fundido se inyecta en el molde y comienza a solidificarse al entrar en contacto con las paredes frías de la herramienta. Esta solidificación provoca que el metal se encoja, pero la velocidad de contracción varía según la geometría del molde y el tipo de aleación utilizada.

La zona del metal semilíquido, más alejada de la pared del molde, se conoce como “fango” y es donde es más probable que se formen poros. Además, a medida que el metal fundido se solidifica, puede bloquear el flujo del líquido en otras partes del molde, lo que resulta en la formación de poros al impedir la completa licuefacción de todas las características del diseño.

La porosidad gaseosa se produce de diversas formas.

En el caso del aluminio, el hidrógeno puede escapar de la suspensión y llenar los espacios con gas hidrógeno. También puede quedar aire atrapado dentro del molde que no se evacuó por completo durante el llenado de la cavidad, lo que se conoce como “aire arrastrado“. Además, otros líquidos pueden mezclarse con el metal fundido durante la inyección, como agentes de desmoldeo, fluidos hidráulicos derramados o incluso humedad atmosférica. Estos líquidos pueden evaporarse rápidamente y formar burbujas de gas. Los líquidos u aceites que no se evaporan se convierten en contaminantes que pueden generar inclusiones en la pieza final.

Ahora que comprendemos las causas principales de la porosidad, veamos las tres subcategorías en las que pueden clasificarse los poros resultantes:

1. Porosidad ciega: los poros comienzan en la superficie de la pieza y se extienden hacia el interior del metal. Estos poros generalmente no afectan la resistencia mecánica, pero pueden ser propensos a la corrosión. Es posible sellar estos poros después de la fundición, especialmente si la pieza requiere mantener la presión, como en el caso de un cilindro hidráulico.
2. Porosidad pasante: los poros comienzan en la superficie y crean canales que atraviesan la pieza, saliendo por la pared opuesta. Esto resulta en fugas y requeriría sellar los poros desde ambos lados.
3. Porosidad totalmente cerrada: estos poros existen dentro del cuerpo del metal y no están expuestos al exterior, a menos que se penetre en ellos posteriormente durante el mecanizado. Normalmente, la existencia de estos poros no es evidente a menos que se realice una tomografía computarizada (TC) después de la fundición o si se abre la pieza por motivos de diagnóstico.

En términos de tolerancias admisibles para la porosidad, generalmente representa alrededor del 5% del volumen total de la pieza. No es realista eliminar por completo la porosidad, sino asegurarse de que esté contenida en áreas donde no sea perjudicial para la función o apariencia de la pieza.

Por lo tanto, al elaborar un dibujo de diseño o un archivo CAD, es importante designar claramente estas áreas con un conjunto de especificaciones y tolerancias para defectos admisibles, al igual que se haría con las tolerancias dimensionales.

Las especificaciones de porosidad suelen incluir: el número de poros en un volumen determinado, el tamaño máximo permitido por poro y el porcentaje de volumen total de la pieza.

Los fabricantes utilizan esta información para ajustar los parámetros de moldeo en consecuencia, permitiendo la porosidad en algunas áreas menos críticas y evitándola en otras. Es esencial tener en cuenta estas compensaciones desde el principio de un proyecto.

Existen prácticas recomendadas de diseño de herramientas que deben aplicarse para prevenir las causas más comunes de porosidad.

• Mantener espesores de pared uniformes para evitar el enfriamiento desigual de la pieza.
• Colaborar estrechamente con el fundidor a presión para discutir las opciones de materias primas en función de la aplicación y el diseño, considerando el índice de contracción.
• Mejorar el diseño del molde para evitar esquinas afiladas o áreas donde el aire pueda quedar atrapado, añadiendo respiraderos adicionales y optimizando el sistema de compuertas/canales para permitir una mejor ventilación.

¿Qué hacer con las piezas que se desechan por no cumplir con los estándares exigidos?

Mis disculpas si hubo alguna confusión en mi respuesta anterior. Permíteme aclarar los puntos:

Cuando se trata de piezas fundidas con mucha porosidad y que no cumplen con los estándares de calidad, generalmente se consideran las siguientes opciones:

1. Análisis de la causa: Es importante investigar y comprender las causas de la porosidad excesiva en las piezas fundidas. Esto puede implicar revisar el diseño de la pieza, los materiales utilizados, los parámetros de fundición, entre otros factores. Identificar la causa raíz de la porosidad ayuda a evitar problemas similares en el futuro.
2. Reparación: En algunos casos, es posible llevar a cabo acciones correctivas para reducir o eliminar la porosidad en las piezas fundidas. Esto puede incluir técnicas como soldadura, llenado de poros con materiales adecuados, tratamiento térmico adicional u otros métodos de reparación. Sin embargo, la viabilidad y el costo de estas acciones dependerán del grado de porosidad y de la importancia de la pieza en cuestión.
3. Reciclaje: Si las piezas fundidas con porosidad no se pueden reparar de manera económica o no cumplen con los requisitos de calidad necesarios, se pueden reciclar o retratar. Dependiendo del material utilizado, las piezas pueden someterse a procesos de fusión y refinado para su reutilización en la producción de nuevas piezas o para otros fines.
4. Rechazo o desecho adecuado: En casos en los que la porosidad es severa y no se pueden aplicar las opciones anteriores, las piezas pueden ser rechazadas y consideradas como desechos. En este caso, es importante asegurarse de seguir las regulaciones y prácticas adecuadas para el manejo de residuos, especialmente si los materiales utilizados en la fundición son tóxicos o peligrosos.