Processes at the inetrface molten metal-sand mold

Procesos en la superficie interior del molde de metal fundido y arena

En este trabajo se estudiaron los procesos que tienen lugar en la interfase metal líquido-molde de arena durante la fundición y cristalización del metal. El molde se fabricó utilizando el método CO₂ -, con la adición de componentes activos, tales como: MgO, TiO₂, AlK(SO₄)₂ y Na₂SO₄. A la temperatura de vertido del acero líquido, estos componentes activos sufren una descomposición en el molde, causada por la liberación de calor durante el vertido, la cristalización y el enfriamiento de las piezas fundidas. Los silicatos, que tienen una influencia importante en la calidad de la superficie de la fundición, se forman como resultado de la interacción entre el material del molde y el acero líquido.

INTRODUCCIÓN

El conformado de una pieza de fundición suele controlarse en la interfase metal líquido-molde, es decir, durante el periodo de enfriamiento, en el intervalo de temperaturas que va desde la temperatura de colada hasta la temperatura ambiente. En este intervalo se produce un notable intercambio de calor entre el metal líquido y el molde. La formación de una pieza moldeada va seguida de muchos procesos que influyen considerablemente en la calidad de la pieza.

En la interfase metal líquido-molde se producen muchas reacciones químicas y/o metalúrgicas. Los productos de estas reacciones se establecen en ambos lados, es decir, tanto en el lado de la colada como en el lado del molde.

Durante la consideración de las interacciones en la interfaz entre el molde y el metal líquido, deben incluirse las siguientes variables: metal primario (M), elementos de aleación (M₁, M₂, ...M_i), oxígeno (O), óxidos de material del molde (RO) y temperatura. Pueden producirse tres tipos de reacciones químicas entre los participantes en el proceso en la superficie del molde [1]: 

M₁,M_i + 1/2O2= M₁O,M_iO (1) 

M₁,M_i + RO= M₁O,M_iO + R (2) 

M₁O,M_iO + RO= M₁O-RO,M_iO-RO (3)

El equilibrio de estas reacciones viene determinado por el comportamiento de la interfase entre el molde y el metal líquido.

La reacción entre el metal y el oxígeno puede representarse mediante la ecuación general (3).

La composición del óxido que se forma en la superficie del metal depende de las propiedades del material de fundición. En el caso de un acero al carbono, entre los óxidos predominan los óxidos de hierro, principalmente el óxido de hierro (II) (FeO) con una temperatura de fusión de 1 370 °C. Estos óxidos, muy sobrecalentados a la temperatura de colada del acero, son muy activos y líquidos, y reaccionan con el material del molde, formando silicatos. Los silicatos formados tienen ciertas propiedades físicas y químicas: alta tensión superficial, baja viscosidad (5-10 Pa-s), temperatura de fusión óptima (800-900 °C) y alto potencial de oxidación[2].