Use of SEM and EDS analysis in the investigation of Al-Si-Cu piston alloy cast porosity

Utilización de análisis SEM y EDS en la investigación de la porosidad de la fundición de aleación de pistón Al-Si-Cu

La formación de porosidad se detectó en la sección más delgada de la fundición, en las proximidades de la superficie de fundición y cerca de la línea central de la pared. Para investigar la causa de la formación de porosidad se utilizó microscopía óptica para definir la estructura de la fundición. Tras los primeros resultados, se realizaron análisis SEM y EDS. Basándose en los resultados es posible definir la causa de la porosidad observada. Algunos poros tienen su origen en la fase de llenado del molde y en el arrastre de las películas de óxido, mientras que otros aparecen debido a una alimentación insuficiente durante la solidificación.

INTRODUCCIÓN

El defecto más común en la fundición de aluminio en molde permanente es la porosidad. Existen varios mecanismos de formación de porosidad: arrastre de gas, precipitación de gas durante la solidificación y alimentación insuficiente (contracción por solidificación).

El arrastre de gas es, por naturaleza, producto de la turbulencia superficial del metal fundido durante el llenado del molde, mientras que la precipitación de gas es un defecto causado por un gas residual en la masa fundida inicial sobresaturada. Dado que el hidrógeno es el único gas disuelto de forma significativa en las aleaciones de aluminio [1], los poros de gas hidrógeno son casi el único defecto de precipitación de gas que se produce en estas aleaciones.

El proceso de solidificación de la mayoría de las aleaciones comerciales basadas en aluminio implica una contracción significativa del volumen; por lo tanto, la alimentación correcta es esencial.

Según Campbell [1] hay cinco mecanismos de alimentación distintos: alimentación líquida, alimentación en masa, alimentación interdendrítica, alimentación en ráfaga y alimentación sólida.

Considerando la buena conductividad térmica y el amplio rango de congelación de las aleaciones de aluminio, el mayor impacto en la formación de poros se da ampliamente a la alimentación interdendrítica. Debe tenerse en cuenta que la porosidad por contracción es frecuentemente iniciada por un poro de gas que actúa como semilla.

Aunque el fenómeno de formación de porosidad ha sido intensamente estudiado [2, 3, 4] no existe una herramienta universal para predecir la aparición de este defecto [5]. Lee et all en su artículo [5] observaron dos contradicciones y un aparente desacuerdo entre los dos grupos de autores. Un grupo de autores afirma que la porosidad se reduce con el aumento del tiempo de solidificación, pero por otro lado hay investigadores que han encontrado justo lo contrario - que el contenido de porosidad disminuye con el aumento de la velocidad de solidificación. Estas contradicciones son consecuencia de la gran complejidad del proceso de fundición.

En este trabajo se estudia la formación de porosidad en pistones de fundición fabricados con una aleación de Al-Si-Cu. La localización de la porosidad es muy inusual, ya que aparece en la sección más delgada de las piezas fundidas, con un espesor de pared de unos 3,5 mm.