Embed Size (px)
Citation preview
Información / Mayo 2014
40
2. FUNDAMENTO DE LA LAMINACIÓN
El objetivo de la laminación es producir una defor-mación permanente en el metal aprovechando suductilidad. Para ello se le hace pasar entre dos ci-lindros que giran a la misma velocidad y en senti-do contrario, y cuya separación es inferior al espe-sor del material a su entrada entre ellos. La presiónque ejercen los cilindros sobre el material hace quese reduzca su espesor, aumentando proporcional-mente, en consecuencia, la longitud del productoque emerge de ellos. Se cumple la ecuación:
Volumen de material = Sección x Longitud =Constante
En la FIGURA 1 se ve que durante el trabajo, el lin-gote se ve sometido a la acción de una fuerza Rnormal a la superficie de contacto según un radiodel cilindro. Esta fuerza, resultante de todas lasfuerzas elementales que actúan sobre la superficiede contacto, puede descomponerse en dos. Una esla componente horizontal o de estiramiento S = Rsen α, la otra es la componente normal o de aplas-tamiento N = R cos α.
El avance del lingote es debido al rozamiento en lasuperficie de contacto. Para ello es necesario quese cumpla la desigualdad f N ≥ S. En ella f es el co-eficiente de rozamiento entre cilindro y lingote. Sise cumple esta condición, se tiene una fuerza hori-zontal T = f N – S que hace avanzar el lingote,mientras la componente N lo aplasta. Por efectodel aplastamiento y estirado, el metal adquiere u-na estructura estratificada en el sentido de la lami-
Moldeo de cilindros de laminación(Parte I)PPoorr EEnnrriiqquuee TTrreemmppss GGuueerrrraa yy JJoosséé LLuuiiss EEnnrrííqquueezz..UUnniivveerrssiiddaadd PPoolliittééccnniiccaa ddee MMaaddrriidd
1. INTRODUCCIÓN
En la presente monografía se estudia la fabricaciónde piezas cilíndricas resistentes al ataque químicoy/o mecánico. Unas, los tubos y camisas, son hue-cas; otras, los cilindros de laminación, son maci-zas. En la publicación anterior se describió la fabri-cación de camisas para motores Diesel marinos,aquí se trata el moldeo de cilindros de laminación.
Mediante laminación se convierten en formas co-merciales las palanquillas y planchones obtenidosen máquinas de colada continua o en trenes des-bastadores blooming-slabing. Algunas formas (ca-rriles, vigas…) son directamente utilizables. Otras,como chapa o alambre, sufren transformaciónposterior. A veces se realiza una operación adicio-nal que mejora las características mecánicas o decorrosión. Las operaciones básicas de trabajo delos metales en estado sólido son:
— Conformación: Laminación, forja y otros.
— Acabado: Deformación en frío, recubrimientos,mecanizado, soldadura.
— Mejora de propiedades: Tratamientos térmicoso termomecánicos.
La diferencia fundamental entre laminación y forjaradica en que en la primera la deformación se pro-duce en una sola dirección del espacio, mientrasque en la forja se modifica tridimensionalmente laforma del metal. Por laminación se obtienen perfi-les largos o planos y por forja piezas sueltas.
parte del trabajo de deformación de la estructuracristalina se transforma en calor.
3. CAJAS DE LAMINACIÓN
El equipo elemental para laminar se conoce como“caja de laminación”. Consta de estructura sopor-te, cilindros y elementos auxiliares (motores, coji-netes, ampuesas, transmisiones cardan, etc.).
Partes de un cilindro son:
— Tabla, comprendida entre los cojinetes. Sueleocupar la mayor parte del rodillo y realiza eltrabajo de laminación. En los cilindros de pla-nos es lisa y en los de “largos” (redondos, angu-lares, vigas…) tiene mecanizados unos canalesque dan forma al perfil (FIGURAS 3 y 4). Para re-ducir la flexión de los cilindros por efecto de lacomponente vertical, la longitud de la tabla nosuele ser más de 3,5 veces su diámetro.
— Cuello son las dos partes cilíndricas que giranalojadas en los cojinetes.
— Trefles o trébedes. Son los extremos en los quese realiza el acoplamiento con la “chocolatera”
nación (“fibra”). Este cambio de estructura aumen-ta extraordinariamente su tenacidad.
Si se disminuye el diámetro de los cilindros lacomponente S crece. La experiencia indica que losmejores resultados se obtienen con ángulo α = 24º.En la FIGURA 2 se representan en vista espacial lasfuerzas que actúan.
FIGURA 1. Forma de actuar un laminador.
FIGURA 2. Fuerzas que actúan en la laminación.
El lingote, además de aplastarse y alargarse, se en-sancha (FIGURA 3), pasando de las dimensionesiniciales (a1, h1) a las nuevas (a2, h2). Durante la la-minación en caliente el lingote no se enfría porque
FIGURA 3. Cilindros de laminación.
Mayo 2014 / Información
41
(extremo del árbol cardánico) que transmite elmovimiento del motor al rodillo.
El cilindro tiene superficie dura, más que el acero alaminar, para reducir el desgaste por fricción, perodebe ser tenaz porque soporta fuertes solicitacio-nes transversales durante el trabajo.
En la laminación para chapa se efectúan grandesreducciones de espesor y es preciso vencer pre-siones y esfuerzos transversales. Para ello las ca-jas son compuestas, con rodillos "de trabajo" y"de apoyo". Los de trabajo suelen ser de pequeñodiámetro y buen acabado superficial; pues entreellos pasa el material que se lamina. Los de apoyotienen mayor diámetro y soportan el esfuerzo deflexión transmitido por los de trabajo. En la FIGU-RA 5 se tiene el esquema de una caja "cuarto"(cuatro cilindros) de un tren continuo o semicon-tinuo para chapa, con los dos tipos de cilindroscitados.
Esto se ve en la FIGURA 6. Caja cuarto desbasta-
dora reversible, que encabeza el conjunto de ca-jas acabadoras de un tren semicontinuo para pla-nos.
En el caso de aceros que sufren un gran endureci-miento por deformación en frío, no es suficiente u-na pareja de cilindros de apoyo y las cajas son mul-ticilíndricas, con cilindros intermedios entre los detrabajo y apoyo (FIGURA 7).
Un ejemplo típico de estas cajas son los trenes Sendzi-mir (FIGURA 8) y Sundwig-Sendzimir (FIGURA 9) pa-ra laminación en frío de acero inoxidable.
Los cilindros se fabrican con materiales como:
— Fundición con grafito laminar, a veces alta enfósforo, colada en arena, coquilla o contra en-friador.
— Fundición con grafito esferoidal, colada como laanterior; a veces tratada después de colada.
— Las mismas fundiciones, pero centrifugadas.
— Acero colado atmosféricamente o centrifugado.
Información / Mayo 2014
42
FIGURA 4. Partes de un cilindro.
FIGURA 5.
FIGURA 6.
4.1. MOLDE COMBINADO ARENA - METAL
El primero de los ejemplos (FIGURAS 10, 11 y 12) re-presenta el sistema clásico de fabricación. El mol-de tiene sus zonas superior e inferior elaboradascon arena aglomerada con resinas sintéticas (haceaños era arena aglutinada con bentonita y estufa-do posterior o aglomerada con silicato sódico o ce-
— Acero colado en lingotera y forjado posterior-mente.
— Acero refundido bajo electroescoria y forjado.
— Carburo de wolframio en polvo, comprimido ysinterizado.
— Rodillos compuestos, con un núcleo tenaz y u-na camisa dura.
4. MOLDEO DE RODILLOS EN ARENAO COMBINADOS
Inicialmente, el molde era íntegramente de arena yla colada se hacía verticalmente en una sola opera-ción, con entrada tangencial de caldo por el fondopara tener colada tranquila y mayor limpieza finaldel material. Hace casi un siglo se desarrolló el mé-todo de colada doble, llenando con metal duro ycompletando con metal tenaz. El proceso puedehacerse en un molde combinado, con partes de a-rena y partes metálicas, o íntegramente de arenapero con enfriadores incrustados. Se describen acontinuación.
Mayo 2014 / Información
43
FIGURA 7.FIGURA 8.
FIGURA 9.
mento). Los extremos constituyen los trefles quedan soporte y giro al cilindro en su operación. Laparte central, que es la zona de trabajo propiamen-te dicha, se cuela contra molde metálico enfriador.
En la parte superior del molde según la posición decolada está la mazarota, que alimenta la solidifica-ción del metal líquido y evita rechupe o grietas decontracción. Este efecto alimentador se refuerzacolocando un manguito aislante o exotérmico alre-dedor de la mazarota y con la adición de polvo exo-térmico de cobertura al final de la colada, con elmolde completamente lleno. Es buena práctica "re-colar", adicionando caldo sobre la mazarota hastasolidificación total, momento que se conoce por-que deja de “tragar” el molde.
En el caso de rodillos de fundición, en la primerafase de llenado con el molde cerrado y puesto enposición vertical, se cuela (FIGURA 10) una fundi-ción blanca, muy dura, que al solidificar rápida-mente forma la corteza del cilindro en su zona detrabajo. El molde se llena hasta el borde superior
de la tabla. La fundición en contacto con la coquillasufre un enfriamiento rápido y solidifica (parte ne-gra de la figura), mientras que el extremo inferiordel rodillo y el corazón de la tabla permanecen lí-quidos.
La coquilla extrae rápidamente el calor de la capade fundición solidificada, la cual se templa y ad-quiere gran dureza y resistencia al desgaste. Sinembargo, un cilindro fabricado en su totalidad coneste material adolecería de una gran fragilidad,que le invalidaría para un trabajo que involucragrandes esfuerzos transversales o de tenacidad.
Por ello, en la segunda fase, descrita en la FIGURA11, se cuela una fundición, gris o nodular, menosdura pero mucho más tenaz, que desaloja la fundi-ción blanca colada anteriormente, la cual sale porel rebosadero situado inmediatamente encima delnivel de la extremidad superior. El metal cae a undepósito anexo y se reutiliza como carga fría en co-ladas posteriores. La fundición blanca solidificadaen contacto con la coquilla permanece sólida, pero
Información / Mayo 2014
44
FIGURA 10. Colada de cilindros de laminación. Sistema clásico.Primera fase.
FIGURA 11. Colada de cilindros de laminación. Sistema clásico.Segunda fase.
Carbono Silicio Manganeso Azufre Fósforo
3,00% 0,65% 0,25% 0,08% 0,40%
La combinación de alto fósforo y bajo silicio, juntocon el enfriamiento producido por la parte metáli-ca del molde, genera dureza y resistencia al des-gaste.
En la FIGURAS 14 y 15 está el sistema para cilindroacabador de fundición muy dura templada. Cuan-do se desea obtener cilindros de hierro fundido dealta aleación (1,5 – 2,5 % Cr y 4 – 5 % Ni, con adiciónde algo de Mo) es imposible maquinar el productobruto y, además, el cilindro resultante sería muyfrágil. Como en casos anteriores se recurre a fabri-carlo con dos metales de características distintas.
En el molde de las figuras citadas se cuela la fundi-ción aleada, se deja que la solidificación progreseen las capas superficiales de la pieza en contactocon la parte metálica del molde. Se vierte despuésuna fundición tenaz que desaloja del corazón de lapieza a la fundición aleada; ésta sale por la canale-ta de rebose que se ve en el lateral de las figuras. Acontinuación se tapona la canaleta y se cuela másfundición tenaz, esta vez por la mazarota, hastaque la totalidad del molde, incluída la mazarota, seha llenado.
Estos sistemas de doble colada son eficientes paraobtener, en una sola operación, una pieza que
su temperatura es aún suficiente para soldarse conla entrante, sin que se produzca solución de conti-nuidad.
Cuando la cantidad calculada de fundición blancaha salido por el rebosadero se obtura éste y el be-bedero. Se completa la colada del molde mediantellenado final con fundición gris o nodular por lamazarota (FIGURA 12). La colada ha finalizadocuando el manguito exotérmico está lleno de caldoy se ha cubierto con polvo exotérmico de cobertu-ra, recolando entonces hasta solidificación total.Esta forma de vertido en la tercera fase determinaun gradiente térmico favorable de enfriamiento ysolidificación, que facilita la obtención de una pie-za sana y libre de rechupes.
Mayo 2014 / Información
45
FIGURA 12. Colada de cilindros de laminación. Sistema clásico.Tercera fase.
En la FIGURA 13 se representa un sistema, pareci-do al anterior, para fundir un cilindro acabador enfundición dura con la tabla colada contra moldemetálico enfriador. En este caso no hay rebosaderode la fundición blanca endurecida. Las líneas detrazos de la figura representan la forma y dimen-siones de la pieza después del mecanizado final. Lacomposición es:
FIGURA 13. Cilindro acabador de fundición dura templada.
combine tenacidad y dureza elevada. Como des-ventaja principal está el hecho de desperdiciargran cantidad de fundición líquida con sus consi-guientes costos de fusión y manipuleo.
Para resolver éste y otros problemas surgió unamejora posterior de estos métodos de doble cola-da, desarrollada por la empresa alemana Rheins-tahl en los años 70 del pasado siglo XX. Se utiliza u-na "buza" corredera similar a las utilizadas en eltaponado de hornos de arco y cucharas de coladade acería. Accionada mediante cilindro hidráulicoo neumático, está emplazada en la parte inferiordel molde. En la FIGURA 16 se ve el detalle de la bu-za, colocada y con las dos galletas dispuestas en laposición de cierre. El sistema funciona tal y comose describe a continuación:
Con la buza en su posición de cierre se cuela fundi-ción dura de alta aleación (FIGURA 17) hasta enra-
sar su nivel con la parte superior de la tabla dondeconecta con el cuello.
Cuando ha solidificado un espesor suficiente delprimer material colado en la parte metálica, seabre la buza y se drena el metal fundido remanen-
Información / Mayo 2014
46
FIGURA 14. Cilindro acabador de fundición muy dura templada.
FIGURA 15.
FIGURA 16.
te del primer llenado (FIGURA 18). Cae a un depósi-to, cuchara o a lingoteras para ser utilizado comocarga fría en coladas posteriores. El molde quedade nuevo vacío, con la excepción de la fundiciónque ha solidificado y templado por contacto con laparte metálica. El líquido sobrante puede derivarseal horno de inducción, aprovechándose así su calorde fusión y ahorrando refractario y operaciones.
Después se cierra la buza (FIGURA 19) y se llena elmolde con una fundición relativamente blanda y muytenaz, casi siempre nodular. Una satisfactoria uniónentre la zona templada y el cuerpo central se consiguemediante el uso de flujos y cuidadoso control de latemperatura del metal en este segundo llenado.
Cuando el nivel del metal enrasa con la unión entrecuello y tabla se bloquea el bebedero con arena demoldeo y se completa el llenado colando por la ma-zarota para optimizar el gradiente térmico de ali-mentación. Como se ha mencionado anteriormen-te, se dispone también de manguitos exotérmicos oaislantes y polvos exotérmicos de cobertura y se e-fectúa recolado hasta la solidificación total.
Este método evita el lavado del metal templado de
Mayo 2014 / Información
47
FIGURA 17. FIGURA 18.
FIGURA 19.
la tabla por el segundo hierro y permite un másamplio rango de composiciones de aleaciones en lafabricación de los cilindros.
4.2. MOLDE DE ARENA CON ENFRIADORES
En la FIGURA 20 se representa la colada de un cilin-dro desbastador de un tren blooming para largos.Está fabricado en acero duro aleado, cuya composi-ción es:
Carbono Silicio Manganeso
0,80 – 0,90% 0,25 – 0,30% 0,70 – 0,80%
Azufre Fósforo Cromo Molibdeno
< 0,04% < 0,04% 1,00% 0,25 – 0,30%
El molde es totalmente de arena, con una serie deenfriadores anulares que templan el acero en solidi-ficación y eliminan la necesidad de realizar trata-miento térmico endurecedor. Se cuela en sifón, y u-na vez el acero líquido asoma a la parte superior dela tabla templada se para la colada, taponando elbebedero y completando el llenado por la mazarota.
Hay dos ventajas. La primera es que el acero líqui-do no arrastra la zona templada de la tabla y semantiene la profundidad y severidad de temple. La
segunda es que al taponar el bebedero y colar fi-nalmente por la mazarota, mejora el gradiente tér-mico (“solidificación dirigida”) y se garantiza ali-mentación y sanidad de la pieza colada. En el casode cilindros de diámetro pequeño puede sustituir-se el empleo de enfriadores incrustados por pintu-ra templante de teluro. En la FIGURA 21 se repre-senta el cilindro después de mecanizado.
Información / Mayo 2014
FIGURA 20. Cilindro desbastador de acero moldeado.
FIGURA 21. Cilindro desbastador mecanizado.
FIGURA 20. Cilindro desbastador de acero moldeado.
(Continuará)
Información / Septiembre 2014
36
tura y ausencia de defectos. Después de la forja, loscilindros se tratan térmicamente.
Cilindros de carburos:
Cilindros de carburo de wolframio, de diámetrorelativamente pequeño, se fabrican por pulvime-talurgia (compresión y sinterización del carburopulverizado). Usualmente se disponen en formade anillos que se ensartan en un árbol de acero te-naz. El mecanizado a la muela (rectificado) de ta-les cilindros, debe llevarse a cabo muy cuidadosa-mente para evitar la formación de microgrietas.Adicionalmente, la refrigeración de ellos en servi-cio debe evitar el sobrecalentamiento de los ani-llos.
Cilindros compuestos:
Los cilindros compuestos constan de un árbol cen-tral tenaz y una pieza en forma de casquillo pre-viamente calentado. El árbol tenaz se introduce enél, de forma que la contracción del casquillo al en-friarse lo inmovilice. En otros casos es el árbol elque se enfría previamente con nieve carbónica, pa-ra que se contraiga antes de introducirlo en la ca-misa. Es un sistema parecido al utilizado en fabri-cación de rodillos para molinos. Tienen la ventajade que si el casquillo o camisa se ha gastado, el ár-bol puede reutilizarse adaptándole una nueva ca-misa exterior. En laminación de planos, sin embar-go, los cilindros encamisados no tienen aceptacióndebido a la tendencia de los casquillos a resbalar
Moldeo de cilindros de laminación(y Parte II)PPoorr EEnnrriiqquuee TTrreemmppss GGuueerrrraa yy JJoosséé LLuuiiss EEnnrrííqquueezzUUnniivveerrssiiddaadd PPoolliittééccnniiccaa ddee MMaaddrriidd
5. OTRAS FORMAS DE FABRICACIÓN
Con el sistema de doble colada, sin embargo, hayun límite en la profundidad de temple alcanzable.Hay mejoras que se esbozan a continuación:
Colada centrífuga:
Procedimiento que se tratará en informe posterior,con el eje de giro en posición vertical u horizontal.La cantidad deseada de fundición blanca dura secuela en una coquilla que gira alrededor de un ejevertical u horizontal. Una vez solidificada la corte-za templada, y sin detener el giro de la máquina, secuela la fundición gris del corazón, la cual llena elvolumen hueco que ha quedado en el interior delmolde.
Mediante el uso de aleaciones mejoradas se puededisminuir la pérdida de dureza de la zona templa-da, a la vez que se consiguen propiedades mecáni-cas superiores en el corazón. La centrifugacióntambién concentra las inclusiones, más ligeras, enel centro del cilindro, con lo que resultan menosdeletéreas para la resistencia de éste.
Forja:
Los cilindros de acero forjado en caliente se fabri-can usualmente a partir de lingotes de sección cir-cular o poligonal. Durante la deformación de loslingotes sus secciones rectas se dividen por 3 ó 4,siendo esta reducción necesaria para obtener el ta-maño de grano deseado, homogeneidad de estruc-
en piezas que han de ser resistentes al desgastepor rozamiento, sin perder por ello una parte sus-tancial de su tenacidad. Su vida en servicio estábasada en la combinación acertada de resistencia ala tracción, tenacidad y resistencia al desgaste. Loscilindros de fundición nodular con estructura aci-cular tienen una resistencia al desgaste mayor quelos de acero y mejor resistencia a la rotura que losde fundición laminar templada. Por ejemplo, enuna caja “dúo” reversible (dos cilindros que pue-den girar en ambos sentidos) para laminación deredondos, la sustitución de cilindros de aceromoldeado por cilindros de fundición con grafito es-feroidal y matriz acicular aumentó un 400 - 500% eltonelaje laminado de acero.
La FIGURA 23 muestra cilindros de fundición nodu-lar acicular utilizados en cajas acabadoras. Comoelementos de aleación se emplean níquel y molib-deno. En el caso de cilindros muy masivos el mate-rial se mejora con una pequeña cantidad de cromo,que es mayor en caso de cilindros de temple difusoo compuestos.
bajo las elevadas fuerzas de laminación, que tantodistorsionan la forma del cilindro.
6. COMPOSICIONES ESPECIALES
Los cilindros de hierro fundido se clasifican segúnlos elementos de aleación, método de fabricación yrealización del temple. La profundidad de templedepende básicamente de la composición química yel modo de fabricación. Elementos de aleación co-mo azufre, cromo, vanadio y molibdeno aumentanla profundidad mientras que otros como mangane-so, silicio y, en menor extensión, níquel y carbono,la disminuyen. En la zona enfriada, el hierro secombina con el carbono para formar cementitamuy dura. A mayor distancia de los enfriadores oen ausencia de éstos, la pieza se enfría más lenta-mente y el carbono en solución precipita como gra-fito laminar o esferoidal.
La microestructura final depende de la composi-ción química y la velocidad de enfriamiento. Laparte exterior de la zona templada puede contenermartensita, pero generalmente la estructura cons-ta de perlita o bainita con cementita.
En lo que sigue se revisarán algunas fundiciones es-peciales adecuadas para cilindros de laminación. Setrata de fundiciones al grafito esferoidal, de tenaci-dad alta, con matriz acicular obtenida en bruto decolada o mediante tratamiento térmico posterior.
6.1. PIEZAS OBTENIDAS EN BRUTODE COLADA
Las fundiciones con matriz acicular en bruto de co-lada (FIGURA 22) han encontrado gran aplicación
FIGURA 22. Microestructura de fundición laminar con matrizacicular.
FIGURA 23. Cilindros de fundición nodular acicular.
Otro caso son los cilindros para fabricación de tu-bos laminados “sin costura” (FIGURA 24). Pesanmás de 1.700 kg, su longitud es de 1.600 mm, con710 mm de diámetro en la zona de trabajo. Se fa-brican con una composición de 3,5 % C, 3,8% Ni y1% Mo. Empleados en cajas acabadoras de trenesPilger para fabricación de tubos Mannesmann sinsoldadura, están sometidos a muy altas tensionesdinámicas. La elevada resistencia de la fundiciónnodular acicular a las tensiones dinámicas, asícomo su buena resistencia al desgaste, llevaron aelegir este material. De las diversas fundicionessólo ésta de matriz acicular combina ambas pro-piedades.
Septiembre 2014 / Información
37
Los cilindros Pilger de fundición nodular acicularpresentan una resistencia al desgaste considera-blemente mayor que los fabricados en acero. Por e-llo se adoptan cuando la calidad superficial exigidaa los tubos fabricados en estos trenes debe superarniveles muy estrictos.
En la FIGURA 25 se ven cilindros de fundición lami-nar acicular utilizados en laminación para guarda-rraíles y cerramientos. Estas piezas tienen 2.500mm de largo y 1.000 mm de diámetro, con un pesoque supera los 11.000 kg. Su composición nominales también 3,5% C, 3,8% Ni y 1% Mo. La parte de latabla se cuela contra enfriador. Estas piezas defundición nodular con matriz acicular presentanmayor resistencia al desgaste que el acero y mejor
resistencia a rotura frente a tensiones dinámicas,que los mismos cilindros con matriz perlítica.
6.2. PIEZAS CON TRATAMIENTO TÉRMICOADICIONAL
Otro tipo de fundiciones son aquéllas cuya matrizacicular se consigue por tratamiento térmico pos-terior a la colada. Dos casos típicos se presentan acontinuación:
El primero es el de cilindros de perfiles (FIGURA 26)para trenes acabadores de barras. Son de fundiciónnodular tratada para obtener estructura bainíticaacicular. Cada uno pesa 1.400 kg, con 2.000 mm delongitud total y 400 mm de diámetro. La composi-ción más frecuente es:
Carbono Silicio Manganeso Azufre Fósforo
3,20 – 3,50 1,20 – 1,50 0,50 – 0,80 Trazas 0,10
Magnesio Cromo Níquel Molibdeno
0,07 – 0,10 0,30 – 0,50 3,20 – 3,50 0,80 – 1,00
Información / Septiembre 2014
38
FIGURA 24. Cilindros Pilger para tubos sin costura.
FIGURA 25. Cilindros para fabricación de guardarraíles.
FIGURA 26. Cilindro para caja acabadora de redondos.
El magnesio que figura en la composición anteriorno se ha introducido como aleante, sino que es elresidual que no desaparece por oxidación en el tra-tamiento esferoidizador con magnesio puro o conaleaciones Ni - Mg o Fe - Si - Mg. En piezas de ta-maño pequeño o medio, este contenido de magne-sio residual es del orden de un 0,040%, pero en ci-lindros su menor velocidad de enfriamiento dalugar a que las pérdidas de magnesio por oxidaciónsean mayores, lo que reduce el contenido final deeste elemento en la pieza colada.
Se ha alcanzado una mejora considerable de rendi-miento cuando se sustituyen los cilindros originales
2) Cajas intermedias, e incluso acabadoras, pararedondos de diámetro igual o superior a 16 mm.Fundición nodular:
Carbono Silicio Manganeso Azufre Fósforo
3,15 1,90 0,45 < 0.015 < 0,050
Cromo Níquel Molibdeno Dureza Shore C
0,65 2,70 0,40 65 – 70
3) Cajas acabadoras para redondos de diámetrosinferiores a 16 mm, aún con estrías. Los cilindrossufren temple definido superficial, con profundi-dades aproximadas de 25 mm. Fundición gris la-minar:
Carbono Silicio Manganeso Azufre
3,65 0,70 0,20 < 0,13
Fósforo Cromo Níquel Molibdeno
< 0,38 0,70 1,10 0,20
7. RODILLOS EN MOLDE METÁLICOPOR GRAVEDAD
Entre las numerosas ventajas del molde permanen-te está su gran productividad y menor porcentajede rechazos. Las piezas mejoran su resistencia me-cánica y acabado superficial. Esta última circuns-tancia permite disminuir las creces de mecanizado.
Mientras un molde de arena u otro mixto arena-co-quilla sirven para una sola utilización, el moldemetálico permanente puede utilizarse para hacervarios cientos de miles de piezas en aleaciones lige-ras de bajo punto de fusión, 1.500 a 5.000 de fundi-ción gris o 600 a 700 pequeñas piezas de acero.
Los moldes permanentes suelen estar constituídospor varias piezas ensambladas con un enclava-miento, que impide que se abran accidentalmentedurante la colada. Pueden ser de hierro fundido o deacero. La vida del molde se alarga recubriendo conpintura refractaria la superficie de la cavidad de fu-sión. La pintura se aplica mediante spray, “moña” obrocha. Para facilitar la adherencia de la pintura so-bre la superficie de la cavidad de colada del molde,esta superficie se ha de calentar previamente aunos 200 – 250 ºC.
Presenta algunas ventajas de la centrifugación, singrandes gastos en maquinaria y utillaje.
de fundición gris de dureza media por los de hierronodular tratados térmicamente. Las característicasde desgaste de los cilindros de fundición nodularcon matriz acicular, representan una mejora adicio-nal cuando se comparan con los de fundición perlí-tica. No obstante, para obtener máximo servicio esnecesario realizar un enfriamiento adecuado de es-tas piezas, ya que el material acicular es más sensi-ble a las tensiones térmicas que el perlítico.
En la FIGURA 27 se ven unos rulos de transportadordestinados a la mesa alimentadora y de salida deuna gran caja de laminación. Son rodillos huecosde fundición dúctil fabricados por colada centrífu-ga. Cada uno tiene 2.100 mm de longitud, 300 mmde diámetro exterior y 500 kg de peso. Los rulos,que contienen 1,2% Ni y 1,0% Mo, se han calentadohasta unos 880 ºC con enfriamiento al aire. La si-nergia de composición y tratamiento térmico desa-rrolla una estructura acicular con una excelentecombinación de dureza y resistencia. Aunque bas-tante duros (350 BHN), son mecanizables.
Septiembre 2014 / Información
39
FIGURA 27. Rodillos para mesa transportadora de laminador.
6.3. OTRAS COMPOSICIONES PARACILINDROS
A continuación se dan algunos ejemplos o casosprácticos de composiciones para cilindros de hie-rro fundido:
1) Cajas desbastadoras-preparadoras de trenes debarras, para reducir las secciones desde 4.000mm2 hasta 400 mm2. Fundición nodular:
Carbono Silicio Manganeso
3,10 1,90 0,40
Níquel Molibdeno Dureza Shore C
1,80 0,35 55 - 60
Salvo casos aislados, los moldes para colada de ci-lindros de laminación no suelen ser totalmentemetálicos. La solución normal es, como se vió an-teriormente, que el molde sea de arena en los ex-tremos (trefles) y metálico en la parte central o detrabajo (tabla).
En algunas piezas compuestas, especialmente ro-dillos para molinos, se hace la parte central axialen acero resistente pero maquinable. Concéntricacon ella, y en molde metálico, se cuela el materialresistente al desgaste que va a realizar el trabajode laminación. La contracción de enfriamiento deeste material colado hace que se adhiera fuerte-mente al eje de acero tenaz. El agarre es aún másseguro si este eje está moleteado o con chaveteros,en los cuales se incrusta el metal líquido durantela colada.
En algunos casos se fabrican moldes de grafito apartir de bloques de este material, obtenidos a ele-vadas temperaturas y presiones (proceso Achesony variantes). Una fuente relativamente barata paraaprovisionarse de este grafito para moldes o ma-chos, la constituyen los trozos de electrodos rotosde grandes hornos eléctricos de arco. Bajo condi-ciones favorables de colada, los moldes de grafitopueden usarse muchas veces antes de necesitarser sustituídos.
La facilidad con que el grafito puede ser mecaniza-do y la relativamente elevada resistencia del mol-de, constituyen factores económicos favorables. Lavelocidad de enfriamiento en moldes de grafito seencuentra a medio camino entre la de los moldesde arena y los metálicos.
La piel de los moldes de grafito resiste a la mojadu-ra por la mayoría de los metales, por lo que sonmás duraderos. Este tipo de moldes no es muy apli-cable a la colada de aleaciones férricas insaturadas,como aceros de muy bajo carbono, que reaccionancon el grafito disolviendo carbono y aumentandolas tasas de este elemento hasta valores indesea-dos.
8. BIBLIOGRAFÍA DE MATERIALES PARARODILLOS
"Temple Superficial al Soplete Oxiacetilénico", Marcel Vilez,Dunod, Paris, 1961.
"Temple Superficial a Soplete", Marcel Vilez, Edicions Cedel,1966.
“Temple Superficial de Piezas Moldeadas por Inducción y a laLlama”, Fonderie, no. 130, 1956, pág. 468.
“Práctica del Calentamiento por Inducción”, Warburton-
Brown, Fonderie, no. 203, 1963, págs. 35 – 36.
“Atlas Mètallographique de Microstructures Types: Fontes etAciers” C.T.I.F., Fonderie, no. 191, 1962, pág. 15.
“Fundiciones de Grafito Laminar No Aleadas”, Fonderie, no.188, 1961.
“Instalación de Moldeo con Arena al Cemento en una Fundi-ción Finlandesa”, Fonderie, 304, Agosto-Septiembre 1971,pág. 304.
Firma de Piromometría Leeds & Northrup, Philadelphia, Esta-dos Unidos.
ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Case 1303, “Use of A-cicular Iron for Unfired Pressure Vessels”, Mechanical Engi-neering, 83 (1961), núm. 11, págs. 107-108.
“Physical and Engineering Properties of Cast Iron”, H.T. An-gus 1960, The British Cast Iron Research Association.
“Nodular Cast Iron” S.B. Bailey Foundry Trade Journal, 96(1954), págs. 577 - 584, 607 - 616, 645 - 648.
“Special Nodular Cast Iron” R. Barton, BCIRA Journal, 8 (1960),págs. 857 - 882.
British Standard 1452 - 1961, “Specification for Grey Iron Cas-tings”, British Standards Institution (1961).
“Experimental Load-Stress Factors. Engineering Approach toSurface Damage”, W.D. Cram.
The Industry Program of the College of Engineering, (1958),págs. 55 - 109, University of Michigan.
“Isothermal Heat Treatment of Nodular Iron”, T.G. Demidovay M.N. Kunyavskiy, Liteynoye Proizvodstvo, (1955), núm 2,págs. 20 - 22.
“Study of the Isothermal Transformation of Copper-Chro-mium and Nickel-Chromium Cast Irons Containing about 0,5% Molybdenum”, A. de Sy y J. van de Eeghem.
Paper núm 115, 28 International Foundry Congress, Düssel-dorf, Germany, Fonderie Belge (1957), núm. 5, págs. 92 - 105.
“Cast-iron Crankshafts, with Special Reference to Acicularand Spheroidal-Graphite Cast Irons”, A.B- Everest, FoundryTrade Journal, 91 (1951), págs. 643 - 651.
“New Types of Cast Irons for Rolls, Their Properties and Pos-sible Uses”, H. Göbel, Stahl und Eisen 77 (1957), págs. 143 -157.
“High-Strength Cast Irons", Climax Molybdenum Company.
“Spheroidal Graphite Cast Iron”, The International NickelCompany (Mond) Limited, (1960).
“SG Iron – Properties and Applications”, The InternationalNickel Company (Mond) Limited, (1961).
“Bainític Cast Iron”, O. Nickel, Nickel – Berichte 19 (1961)págs. 47 – 52 y 78 – 83.
“Comprehensive Mechanical Tests of an Acicular Cast Iron”,K.B. Palmer, Journal of Research and Development 5 (1953),págs. 109 – 117, The British Cast Iron Research Association.
“A Contribution to the Knowledge of Wear Resistance of Bai-nitic-Hardened Cast Iron”, R.G. Walzel y H. Örtner, Wear 1(1957), págs. 183 – 195.
“Hot Rolling of Steel”, William L. Roberts, Marcel Dekker Inc.,New York and Basel, Págs. 527 – 536.
“Roll Wear Study”, R.L. Whiteley – Research, Roll DesignCommittee Meeting, January 22 – 23, 1969, Págs. 1 – 11.
“A Study of the Conflict Between Wear and Toughness in Ste-el Rolls Materials for Hot Working Applications”, RaymondM. Hemphill, Steel Foundry, Bethlehem Steel Corporation,Bethlehem, Pennsilvania, December 1, 1969, Págs. 1 - 24.
Información / Septiembre 2014
40
