Formación de inclusiones no metálicas en fundiciones

Las fuentes de inclusiones y gases en el metal fundido incluyen principalmente varios aspectos: residuos y gases de la descomposición térmica y vaporización de los patrones, escoria y gases generados durante la fundición del metal fundido, escoria de óxido formada por la oxidación del metal fundido, disolución de gases específicos por el metal fundido a alta temperatura e impurezas externas que entran en la cavidad del molde sellado.

Entre estas escorias y gases, la escoria producida en la fundición del metal fundido representa la mayor proporción, seguida de la escoria generada por las reacciones entre los gases disueltos en el metal fundido a alta temperatura y el propio metal, así como los óxidos formados por la oxidación del metal fundido. De hecho, los residuos de la vaporización y descomposición térmica de los patrones ocupan una proporción relativamente pequeña. Sin embargo, el mal sellado de las cavidades de los patrones permite la invasión de impurezas externas, lo que puede inducir graves defectos de inclusión masiva.

Estas escorias, gases e impurezas sólidas mezcladas externamente presentan baja densidad. Flotan lentamente hacia arriba durante el llenado y enfriamiento del metal fundido antes de la solidificación, y derivan hacia áreas con menor presión lateral bajo presión negativa. Si tales escorias y gases escapan de las piezas fundidas mientras el metal permanece líquido, no ocurrirán defectos de inclusión ni de soplado.

En las empresas de fundición de espuma perdida, las cámaras de presión negativa de los sistemas de presión negativa de cajas de arena se disponen mayormente en la parte inferior y las paredes circundantes de las cajas de arena. La dirección de extracción de presión negativa es perpendicular a la dirección natural de flotación ascendente de las escorias y gases, lo que dificulta la flotación ascendente y la descarga de impurezas y gases.

Los factores termodinámicos y cinéticos que rigen la formación y eliminación de inclusiones en el metal fundido facilitan la aparición de defectos de inclusión en las piezas fundidas de espuma perdida, al tiempo que dificultan su eliminación. Debido a la diversidad de materias primas y auxiliares adoptadas por las fundiciones nacionales, y bajo la presión de la continua reducción de costos, el acero de desecho y el arrabio comprados contienen composiciones complicadas y abundantes impurezas.

La mayoría de las fundiciones funden chatarra de acero en hornos de inducción de frecuencia media para la producción de fundición, lo que resulta en un alto contenido de elementos de impurezas en el metal fundido. Mientras tanto, los materiales de patrón utilizados por las empresas nacionales de fundición de espuma perdida son en su mayoría espuma de poliestireno para construcción y embalaje. Las complejas reacciones físicas y químicas entre el llenado de metal fundido y los materiales de patrón producen abundantes productos de pirólisis, lo que aumenta aún más las inclusiones en el metal fundido.