Desgaste erosivo en cajas de corazones usadas en la industria automotriz

Rodríguez Hernández, Julián (2014) Desgaste erosivo en cajas de corazones usadas en la industria automotriz. Doctorado thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

La fabricación de moldes de arena silica es parte importante del proceso de obtención de piezas vaciadas. En este trabajo se presenta una serie de pruebas y análisis en los acero herramienta tipo AISI H13 y P20 empleados para la fabricación de moldes metálicos para la obtención de corazones de arena utilizados en la construcción de moldes complejos para piezas de aluminio para la industria automotriz, principalmente cabezas y monobloques. Debido al proceso de llenado a alta presión con arena silica en las cavidades de los moldes metálicos, se origina un daño por desgaste erosivo. Este daño puede generar múltiples defectos, principalmente dimensionales en las piezas vaciadas. Para desarrollar esta investigación se hizo una intensa revisión bibliográfica de los principales factores que promueven el desgate en componentes metálicos y principalmente en aquellos en los que su sistema incluye la presencia de partículas duras que producen daño por erosión. Se evaluaron los materiales de principal uso para la fabricación de moldes como lo son aceros 4340, 4140, H13 y P20. Se elaboraron una serie de prototipos mecánicos que mediante un chorro de arena a alta presión impactaban la superficie de los aceros a diferentes ángulos y diferentes velocidades, provocando el daño por erosión. En base a estos prototipos y las variables empleadas se definió y diseñó un equipo tribológico para pruebas de erosión, identificado como “ERO-FIME II”. En este equipo se utilizaron variables como cantidad de partículas erosionantes, presión a la que se inyecta el flujo de arena, el ángulo de impacto y la distancia de impacto, entre otras. En este estudio, se seleccionaron los aceros H13 y P20, a partir de los cuales se fabricaron una serie de probetas planas con diferentes tratamientos térmicos 2 y durezas. La Índice de Erosión se calculó en base a la masa perdida en las probetas ensayadas y la masa utilizada de material erodente en cada ensayo. La caracterización de las probetas ensayadas fue mediante microscopia óptica y electrónica. En base a los ensayos realizados se encontró que el acero H13 presentó un comportamiento del tipo dúctil donde el mayor índice de erosión se presentó entre los ángulos de impacto de 30° y 40°. En el caso del acero P20 la condición de mayor dureza mostro un comportamiento frágil siendo la mayor erosión a un ángulo de impacto de 90° En ambos casos se observaron mecanismos de desgaste por micro-corte y deformación como consecuencia del impacto de las partículas. Las probetas de menor dureza mostraron un incremento de la dureza en la sub-superficie impactada. Este trabajo aportó información tecnológica sobra las condiciones a las que están sujetas las cajas de corazones cuando son impactadas por un flujo de arena a alta presión. El conocimiento aquí generado, puede ser aplicado a condiciones reales de operación de plantas de fundición, con el objetivo de incrementar la vida útil de las cajas de corazones, mejorar los diseños geométricos y de selección de los materiales, incrementar la calidad de las piezas fundidas, evitar rechazos por secciones fuera de especificación dimensional, y sobretodo, proponer protocolos de mantenimiento de las cajas de corazones donde pueda predecirse su índice de erosión, optimizar el número de soplos reales antes de mantenimiento, mejorar la práctica de reparación. De esta manera contribuir en una mejora en la industria nacional productora de piezas fundidas de aluminio para el mercado nacional e internacional.

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