Embed Size (px)
Citation preview
COMPORTAMIENTO QUÍMICO DE CRISOLES DE DIÓXIDO DE CIRCONIO
INGRID PAOLA CASTELLANOS LÓPEZ
FACULTAD DE INGENIERÍA
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
TUNJA
2019
COMPORTAMIENTO QUÍMICO DE CRISOLES DE DIÓXIDO DE CIRCONIO
INGRID PAOLA CASTELLANOS LÓPEZ COD. 201720702
DIRECTOR
FABIO RAÚL PÉREZ VILLAMIL
TRABAJO DE GRADO
FACULTAD DE INGENIERÍA
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
TUNJA
2019
AGRADECIMIENTOS
• AL DIRECTOR DEL PROYECTO DE GRADO. ING. FABIO RAÚL PÉREZ VILLAMIL POR SU TIEMPO Y DEDICACIÓN.
• UPTC – ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA
• INSTITUTO PARA LA INNOVACIÓN E INVESTIGACIÓN EN TECNOLOGÍA DE MATERIALES. INCITEMA
• INGENIERO MANUEL DÍAZ. QUIEN PROPORCIONO LA ZIRCONIA
• AL SEÑOR DAVID ZAMBRANO. QUIEN PROPORCIONO EL CARBODRY 80
• AL INGENIERO EDISON PATIÑO. COLABORACIÓN HORNO INDUCCIÓN
• AL GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES SIDERÚRGICOS
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN. .............................................................................................................. 1
1. INTRODUCCIÓN. ................................................................................................ 1
2. OBJETIVOS. ........................................................................................................ 2
2.1 OBJETIVO GENERAL .................................................................................... 2
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................... 2
3. MARCO TEÓRICO. ............................................................................................. 3
3.1 DIÓXIDO DE CIRCONIO ................................................................................ 3
3.1 CRISOL .......................................................................................................... 4
3.2 SINTERIZACIÓN ............................................................................................ 5
3.3 HORNO DE INDUCCIÓN .............................................................................. 6
3.4 CALENTAMIENTO POR INDUCCIÓN ........................................................... 7
3.5 METALES Y ALEACIONES A FUNDIR .......................................................... 8
4. MATERIALES Y EQUIPOS.................................................................................. 9
4.1 LISTADO DE MATERIALES……………………………………………………..9
4.2 HORNO DE INDUCCION DE ALTA FRECUENCIA…………………………10
5. DISEÑO METODOLÓGICO. .............................................................................. 11
6. DESARROLLO EXPERIMENTAL. ..................................................................... 12
6.1 ELABORACION DE CRISOLES ................................................................... 12
6.2 SINTERIZACIÓN DE CRISOLES ................................................................. 14
6.3 PRUEBA DE CRISOLES ............................................................................ 154
6.4 FUNDICIÓN DE ALUMINIO, LATÓN Y ACERO ........................................ 187
7. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................. 198
7.1 ELABORACIÓN DE CRISOLES ................................................................. 198
7.2 ESFUERZO APLICADO ............................................................................. 198
7.3 SINTERIZACIÓN DE CISOLES.................................................................. 198
7.4 PRUEBA DE CRISOLES .............................................................................. 20
8. CONCLUSIONES. ........................................................................................... 221
9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ................................................................ 232
1
RESUMEN.
El dióxido de circonio es un cerámico resistente a alta temperatura, su apariencia es plateada. El material es extremadamente resistente a la corrosión debido a la formación de una capa finísima de óxido auto protector y se disuelve bien sólo en ácido fluorhídrico con el que forma complejos muy estables, estas características fueron muy importantes a la hora de fabricar crisoles ya que principalmente estos proporcionan grandes ventajas a la hora de fundir metales y aleaciones por debajo de los 1.800ºC. Al dióxido de circonio se le tomo una prueba de fluorescencia de rayos X (FRX) en Incitema de la UPTC, adicional a esto se le tomo una prueba de FRX a un material llamado carbodry 80 con el cual se aglomero el dióxido de circonio, se elaboraron tres crisoles los cuales fueron expuestos al horno de inducción de alta frecuencia en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia fundiendo aluminio, latón y acero, finalmente se tomó temperatura de cada fundición y se anotaron los pesos antes y después de la práctica. El dióxido de circonio demostró que no reaccionan con aleaciones de acero, aluminio y cobre.
1. INTRODUCCIÓN.
Los artículos de materiales de cerámica y de óxido han sido durante décadas el estándar reconocido para la tecnología de recipientes que permiten fundir materiales y metales a alta temperatura ya que al usarse material cerámico la perdida de material fundido disminuye y los crisoles tendrán mayor vida útil por su bajo desgaste. La fabricación de crisoles para fundir requiere de contar con materiales adecuados que no se deterioren de forma rápida mecánica o químicamente. El conocimiento tecnológico requiere cada vez mayores exigencias en las materias primas y cuando se desea evaluar un material es importante que su comportamiento se adapte a las aplicaciones solicitadas por las transformaciones térmicas que se sucedan en la experiencia Este documento pretende poner a prueba materiales de dióxido de circonio ligado para ser usados como crisoles en la fusión de distintas aleaciones y del proceso evaluar el comportamiento al desgaste químico del material base del crisol.
2
2. OBJETIVOS.
2.1 OBJETIVO GENERAL
Evaluar la funcionalidad de crisoles de óxido de circonio elaborados por estudiantes técnicos de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia con la fundición de diferentes metales y aleaciones como latón, aluminio y acero.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
2.2.1 Evaluar la reactividad química de crisoles de dióxido de circonio en horno de inducción de alta frecuencia de la UPTC, sometiéndolos a coladas de diferentes metales y aleaciones como lo son el latón, aluminio y acero.
2.2.2 Recopilar información de la corrosión y desgaste de los crisoles de óxido de
circonio obtenidos con la fundición de diferentes materiales, llevándolos a diferentes temperaturas, colando cada metal y pesando cada crisol, para así obtener datos.
2.2.3 Analizar los resultados y clasificar los metales y aleaciones fundidos con las propiedades del crisol de dióxido de circonio.
3
3. MARCO TEÓRICO.
3.1 DIÓXIDO DE CIRCONIO
El dióxido de circonio (ZrO2), también conocido como zirconia, es un óxido cristalino blanco de circonio 1 . En su forma más natural, con una estructura cristalina monoclínica (una red monoclínica que se encuentra en el azufre, es un sistema cristalino que consta de un eje binario, un plano perpendicular a éste y un centro de inversión).2
FIGURA 1. Monoclínico simple y monoclínico centrado.
FUENTE: https://www.google.com.co/url?sa=i&source=images&cd. Consultado el 03 de noviembre de 2018
El dióxido de circonio es un material duro, lustroso, plateado que se extrae de sus minerales (el mineral más importante es el silicato circón ZrSiO4). Se obtiene como el titanio por magnesiotermia, es decir, reduciendo a temperatura elevada el tetracloruro de circonio con magnesio. El metal es extremadamente resistente a la corrosión debido a la formación de una capa finísima de óxido auto protector y se disuelve bien sólo en ácido fluorhídrico con el que forma complejos muy estables3.
El dióxido de circonio se utiliza ampliamente en la industria química que usa agentes corrosivos. Debido a sus excelentes propiedades a temperaturas elevadas junto con su baja absorción de neutrones, se utiliza en la construcción de reactores nucleares. El metal puro también se utiliza como revestimiento de los
11
http://repositorio.ug.edu.ec/handle/redug/40309 2 R. STEVENS, "Zirconia and Zirconia Ceramics", Magnesium Elektron Ltd., U. K., 1986.
3 http://www.goodfellow.com/S/Zirconio-Crisol.html
4
motores a reacción. La aleación a base de dióxido de circonio tiene mejores propiedades mecánicas4.
El dióxido de circonio se utiliza para dar opacidad a los esmaltes vidriosos y como pigmento. Sin embargo, sus aplicaciones principales utilizan su excelente resistencia y sus propiedades a temperaturas elevadas y se emplea en la fabricación de crisoles de fundición, ladrillos y abrasivos. Su resistencia es suficiente para poder ser utilizado en la fabricación de cuchillas de precisión5.
3.1 CRISOL
Un crisol es un recipiente que se fabrica con materiales refractarios, utilizado para la fundición de ciertas sustancias a alta temperatura. Por lo general se producen con grafito y arcilla.
Metales como el oro y el níquel suelen fundirse en crisoles, que son capaces de
tolerar temperaturas de más de 1.500 ºC en algunos casos. Por extensión se
llama crisol a los dispositivos de laboratorio que resisten el fuego6.
En los crisoles pueden mezclarse distintos elementos. De este modo, el término también adquiere un uso simbólico que refiere a una mezcla o una combinación de diferentes factores, cuestiones o propiedades7.
4 M. RÜHLE AND A. H. HEUER, "Phase transformations in ZrO2-containing ceramics: II, the
martensitic reaction in t-ZrO2", Adv. Ceram. 12, 14 - 32. 1984. 5 M. RÜHLE AND A. H. HEUER, "Phase transformations in ZrO2-containing ceramics: II, the
martensitic reaction in t-ZrO2", Adv. Ceram. 12, 14 - 32. 1984.
6 https://definicion.de/crisol/
7 MILLER, Arthur. EL CRISOL, CATEDRA, 2011, N° pág. 272.
5
FIGURA 2. Crisol para la fundición de metales.
FUENTE: https://www.google.com.co/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&uact. Consultado el 03 de noviembre de 2018.
3.2 SINTERIZACIÓN
El sinterizado, también conocido como pulvimetalurgia, es un proceso que
consiste en aplicar presión y alta temperatura, sin llegar al punto de fusión, a un
material en polvo. De esta manera el material se compacta y forma una pieza
sólida.
3.2.1 La operación de sinterizado consta básicamente de cuatro fases:
a. Dosificado y mezcla de polvos para conseguir la composición deseada.
b. Aplicarle presión al polvo en un molde para formar el cuerpo en crudo.
c. Sinterizado a alta temperatura para fundir las partículas juntas.
d. Operaciones de acabado.8
3.2.2 Ventajas de la sinterización:
Composición completamente controlada (es posible mezclar materiales
metálicos con cerámicos)
No existen perdidas de material por virutas o deterioro.
Piezas estructurales con formas complejas.
Porosidad controlada (imposible con otros métodos)
Se pueden conseguir propiedades especiales como dureza y resistencia al
desgaste.
8 Chiaverini, V., Metalurgia do pólvo. 4ed. ed. São Paulo: ABM, 2001, pp. 30-32
6
Gran precisión y buen acabado superficial, no suele ser necesario
mecanizado posterior.9
3.2.3 Desventajas de la sinterización:
Propiedades mecánicas inferiores debido a la porosidad del material.
Limitaciones de diseño: sección uniforme en la dirección de compactado,
esbeltez limitada, etc.
Algunos polvos presentan un alto riesgo de explosión, como el aluminio,
magnesio, zirconio y titanio10
3.3 HORNO DE INDUCCIÓN
En el Horno eléctrico de inducción el calor es generado por calentamiento, por la inducción eléctrica de un medio conductivo (un metal) dentro de un crisol, alrededor del cual se encuentran enrolladas bobinas magnéticas. Dicho principio de calentamiento por inducción de un metal fue descubierto en 1831 por Michael Faraday.11
FIGURA 3. Explicación de un horno de inducción.
FUENTE: https://docplayer.es/48329986-Hornos-utilizados-en-la-fabricacion-de-aleaciones-ferrosas-y-no-ferrosas.html.
9 Chiaverini, V., Metalurgia do pólvo. 4ed. ed. São Paulo: ABM, 2001, pp. 32-35
10 Chiaverini, V., Metalurgia do pólvo. 4ed. ed. São Paulo: ABM, 2001, pp. 35-65
11 ASTIGARRA, Julio. HORNOS INDUSTRIALES DE INDUCCION 8. MCGRAW - HILL
INTERAMERICANA. 1994.
7
3.3.1 Características.
Los hornos de inducción se utilizan sobre todo porque son bastante limpios, pueden derretir materiales con rapidez, y en general son asequibles para mantener y operar. También permiten un control preciso de la temperatura y el calor. Debido a que ganan calor muy rápidamente no se deben dejar en marcha entre operaciones para así ahorrar en recursos energéticos y ayudar a administrar los costos de operación.12
3.3.2 Tipos de Hornos de Inducción.
Existen tres clases fundamentales de hornos de inducción:
Baja frecuencia: el calor se produce por el efecto Joule de la corriente inducida
por corriente alterna a través del metal que queremos fundir.
Alta frecuencia: el calor lo producen las corrientes de Foucault, ordinariamente
consideradas como parásitas, inducidas en el metal, que actúa como núcleo
de un solenoide.
Hornos electrónicos: el calor se produce por la vibración molecular del cuerpo
que se trata de calentar cuando es sometido a un fuerte campo de radiaciones
electromagnéticas de muy alta frecuencia.13
3.4 CALENTAMIENTO POR INDUCCIÓN
El calentamiento por inducción es un proceso que consiste en calentar una pieza eléctricamente conductiva, generalmente un metal, por inducción electromagnética. Esto se logra al hacer circular una corriente intensa de alta frecuencia a través de un circuito resonante formado por un capacitor y una bobina. La pieza que se deseas calentar se coloca en el interior de la bobina interceptando el campo magnético generado. De esta forma se induce corrientes eléctricas sobre la pieza que generan calor por efecto de la resistividad del metal. 14El campo electromagnético generado, depende de la frecuencia de la corriente alterna, de los componentes del sistema, del diseño de la bobina y la distancia entre la bobina y el elemento a calentar.15
3.4.1 Funcionamiento del Horno de Inducción.
Durante el funcionamiento normal de un horno de inducción se emite un zumbido, silbido o chirrido, cuya frecuencia puede ser utilizada por los operarios con
12
Shackelford, J, F., Gümes, A. Introducción a la ciencia de los materiales para ingenieros, 4.ª Ed.
Prentice Hall, 1998. 13
ASTIGARRA, Julio. HORNOS INDUSTRIALES DE INDUCCION 8. MCGRAW - HILL
INTERAMERICANA. 1994. 14
Kaufmann, H., Uggowitzer, J. Metallurgy and processing of highintegrity light metal pressure
castings. Shiele & Shön., 2007 15
ASTIGARRA, Julio. HORNOS INDUSTRIALES DE LA INDUCCIÓN, S.A. MCGRAW-HILL /
INTERAMERICANA DE ESPAÑA, 2011, N° pág. 320.
8
experiencia para saber si el horno funciona correctamente o a qué potencia lo está haciendo.
Por medio del control de velocidad se hace funcionar el motor para
proporcionarle energía mecánica al alternador de alta frecuencia.
El alternador de alta frecuencia proporciona la energía alterna utilizada por el
horno de inducción, esta energía pasa a través de un banco de capacitores
automáticos para poder regular el factor de potencia.
Un sensor de temperatura indica la temperatura del horno, la señal es
transmitida a un indicador de temperatura y a su vez a un controlador o
variador de velocidad.
El variador de velocidad regula las revoluciones por minuto, al hacer esto está
variando la frecuencia del alternador.16
3.5 METALES Y ALEACIONES A FUNDIR
Para la práctica se escogieron aleaciones de uso común, como el acero aleación hierro carbono, el latón aleación cobre zinc y una aleación de aluminio obtenida de perfiles 6003. A continuación, se destacan las principales propiedades de estas aleaciones.
3.5.1 Latón:
Aleación de cobre y zinc de color semejante al oro, flexible y muy resistente a la
corrosión. Con las proporciones de zinc y el cobre se pueden crear una variada
gama de latón con diferentes propiedades. A pesar de esta distinción, algunos
tipos de latón son llamados bronces. Punto de fusión: 930°-980°C (1700°-
1800°F)17
3.5.2 Aluminio:
El aluminio es el tercer elemento más abundante de la tierra, es de símbolo Al y su
número atómico es 13. Se trata de un metal no ferromagnético. se encuentran
presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales. Punto de
fusión: 660,3 ºC. es un metal muy electropositivo y extremadamente reactivo, se
encuentra normalmente en forma de silicato de aluminio puro o mezclado con
otros metales como hierro, calcio, potasio, sodio y magnesio, pero nunca como
metal libre.18
16
Ambrell. Fundamentos de la inducción. [http://es.ambrell.com, 17 de octubre de 2011] 17
http://kuzudecoletaje.es/el-laton-y-su-mecanizado/ 18
http://ocw.usal.es/eduCommons/ensenanzas-tecnicas/materiales-
ii/contenidos/METALES%202.pdf
9
3.5.3 Acero:
El acero es una aleación de hierro con una cantidad de carbono que puede variar
entre 0,03% y 1,075% en peso de su composición, dependiendo de la calidad y
del uso. Existen muchos tipos de acero según el/los elemento/s aleantes que
estén presentes. Cada tipo de estos materiales metálicos acero permitirá
diferentes aplicaciones y usos, lo que lo hace un material versátil y muy difundido
en la vida moderna, donde podemos encontrarlo ampliamente.19 Punto de fusión:
El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1510 °C en estado
puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de
fusión de alrededor de 1375 °C, y en general la temperatura necesaria para la
fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros
aleantes.20
4. MATERIALES Y EQUIPOS.
4.1 LISTADO DE MATERIALES
Matriz para la elaboración de crisoles.
Prensa para fabricación de briquetas.
Muflas.
Gato hidráulico de 8 Ton.
Horno de inducción.
Vasos de precipitado.
Pesa.
Capsula Petri.
Dióxido de circonio
Bentonita.
Carbodry 80.
Aluminio.
Latón.
Acero.
Molde para lingotes.
Carretilla.
Arena.
Termómetro infrarrojo industrial.
pinzas.
19
https://www.alacero.org/es/page/el-acero/que-es-el-acero 20
"Control de la distorsión de las estructuras de acero soldadas" J. Puchaicela. Welding Journal -
agosto de 1998.
10
Reloj.
FIGURA 4. Algunos materiales y equipos usados en la práctica.
FUENTE: Autor
4.2 HORNO DE INDUCCIÓN DE ALTA FRECUENCIA
Descripción y parámetros operativos:
Para la fundición de las aleaciones se utilizó el horno de inducción VEM, VEB inducal Gӧllingen IMKW 02/8 el cual trabaja a un máximo de 28kW para 0,75kV. La bobina está protegida con cemento refractario (tipo Concrax 1500), fabricada en las instalaciones de la UPTC. El diámetro interno es de 15,7 cm y su altura de 28 cm. Se emplearon tres crisoles de dióxido de circonio.
11
5. DISEÑO METODOLÓGICO.
FIGURA 5. Diagrama de flujo del diseño metodológico
FUENTE: Autor
RUPTURA
ELABORACIÓN DE CRISOLES
SINTERIZACIÓN DE CRISOLES. MUFLA 900ºC
MEZCLA DE DIÓXIDO DE CIRCONIO Y
LIGANTE
FUNDICIÓN
ALUMINIO
LATON
ACERO
PRUEBA DE CRISOLES EN
HORNO DE INDUCCIÓN
RECOPILACIÓN DE DATOS
ANÁLISIS DE RESULTADOS
ELABORACIÓN DE LIBRO
12
6. DESARROLLO EXPERIMENTAL.
6.1 ELABORACIÓN DE CRISOLES
Al realizar una fluorescencia de rayos x en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia se pudo notar que al unir una cantidad del 70% en dióxido de circonio y 30% carbodry 80 se facilitaría la elaboración de crisoles ya que el dióxido de circonio solo, no nos permite la elaboración de los crisoles y al sinterizar estos sufren fracturas, cabe destacar que antes de la fabricación de los crisoles se realizaron ensayos con briquetas de diferentes materiales que nos permitieran conocer el comportamiento de los ligante con el material base que pudieran estabilizar el dióxido de circonio uno de estos fue la bentonita.
Luego de tener las proporciones del material que se debía mezclar y tener conocimiento de que ligante se iba a usar, se realizó la mezcla de dióxido de circonio y carbodry 80, colocando esta mezcla en la matriz para elaboración de crisoles, poniendo la matriz en una prensa de 8 toneladas y dejándola ahí durante mínimo tres horas para que tuviera buen compactado el material. Finalmente se desmonto la matriz de la prensa y se extrajo el crisol en crudo para posteriormente sinterizar.
FIGURA 6. Descripción del montaje de crisoles. (a). briquetas de ensayo con bentonita y carbodry 80. (b). crisol después de prensado en la matriz. (c). crisol en matriz y prensa de 8 ton. (d). crisol elaborado a base de solo dióxido de circonio después de la sinterización a 900°C.
a. b. c.
13
d.
FUENTE: Autor
14
6.2 SINTERIZACIÓN DE CRISOLES
Luego de la elaboración de los crisoles es necesario sinterizarlos (El sinterizado, también conocido como pulvimetalurgia, es un proceso que consiste en aplicar presión y alta temperatura, sin llegar al punto de fusión, a un material en polvo. De esta manera el material se compacta y forma una pieza sólida)21, la sinterización se realizó con intervalos de 200°C desde los cero (0°C) hasta los 900°C con duración de una hora por ascenso de intervalo y se mantuvo durante 15 minutos, finalmente al llegar a los 900°C permaneció con esta temperatura una hora.
FIGURA 7. Sinterización de un crisol en mufla de la UPTC.
21
Chiaverini, V., Metalurgia do pó. 4ed. ed. São Paulo: ABM, 2001, pp. 30-65
15
FUENTE: Autor
6.3 PRUEBA DE CRISOLES
Antes y después de cada fundición en el horno de inducción de la UPTC se tomó el peso de los crisoles fabricados y del material a fundir.
FIGURA 8. Peso de crisoles elaborados a base de dióxido de circonio. (a). crisol n°1 antes de fundir. (b). crisol n°2 antes de fundir. (c) crisol n°3 antes de fundir. (d). crisol n°1 después de fundir acero. (e). crisol n°2 después de fundir latón. (f). crisol n°3 después de fundir aluminio.
a. b. c.
d. e. f.
16
FUENTE: Autor
FIGURA 9. Peso de material requerido y usado. (1). Peso de aluminio sin fundir. (2). Peso de latón sin fundir. (3) Peso de acero sin fundir. (4). Peso de aluminio después de fundir. (5). Peso de latón después de fundir. (6). Peso de acero después de fundir.
1. 2. 3.
4. 5. 6.
17
FUENTE: Autor
18
6.4 FUNDICIÓN DE ALUMINIO, LATÓN Y ACERO
Después de la sinterización de los crisoles en muflas de los laboratorios de la UPTC, fueron ensayados en el horno de inducción de la misma fundiendo en estos aluminio, latón y acero, un metal o aleación por crisol, el crisol que fundió el acero fue sometido a 1260°C, el del latón sufrió una temperatura de 876°C y finalmente el crisol que fundió el aluminio se sometió a una temperatura de 535°C. (Téngase en cuenta que el metal y las aleaciones no eran un 100% puras).
FIGURA 10. Proceso de fundición de las aleaciones. (a). aluminio fundiendo en horno de inducción. (b). latón fundiendo en horno de inducción. (c) acero fundiendo en horno de inducción.
a. b.
c.
FUENTE: Autor
19
7. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
7.1 ELABORACIÓN DE CRISOLES
TABLA 1. Componentes de carbodry 80 despues de someterse a una fluorescencia de rayos x.
CARBODRY 80
Al2O3 SiO2 K2O CaO TiO2 V2O5 Cr2O3 FeO Ga2O3 SrO ZrO2
57,91 35,89 0,32 0,51 2,88 0,09 0,07 1,85 0,03 0,15 0,31
FUENTE: INCITEMA UPTC
TABLA 2. Componentes de dioxido de circonio despues de someterse a una fluorescencia de
rayos x.
DIÓXIDO DE CIRCONIO
Al2O3 SiO2 P2O5 CaO TiO2 V2O5 Cr2O3 FeO Y2O3 HfO2 ZrO2
4,28 16,14 5,19 0,49 3,13 0,71 0,32 0,97 0,26 0,94 67,56
FUENTE: INCITEMA UPTC
En las tablas 1 y 2 se pueden observar los componentes de los dos compuestos que se usaron en la elaboración de crisoles a base de dióxido de circonio. Para poderle dar estabilidad al dióxido de circonio se usó carbodry 80 en proporciones de 70%- 30%, de esta manera se pudo llevar a cabo la elaboración de los crisoles.
7.2 ESFUERZO APLICADO Área de la matriz: 45.239 mm2 Peso aplicado: 8.000 kg. Esfuerzo aplicado: 78.400 New = 1,733 MPa 45.239 mm2
7.3 SINTERIZACIÓN DE CRISOLES
Para la sinterización de los crisoles se llevó a cabo una rampa de calentamiento
de aumento de temperatura con intervalos de 300°C cada una, con una
permanencia de 15 minutos entre ellas y finalmente al llegar a 900°C una
20
permanencia de una hora para luego de cumplir el ciclo de sinterización dejarla
enfriar dentro de la mufla hasta volver a temperatura ambiente.
TABLA 3. Datos de rampa de calentamiento que se llevó a cabo en la sinterización de los crisoles.
FUENTE: Autor
GRAFICA 1. Curva de sinterización de crisoles, datos tabla 3.
FUENTE: Autor
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300
TEM
PER
ATU
RA
°C
TIEMPO (MINUTOS)
SINTERIZACIÓN DE CRISOLES
TEMPERATURA (°C) TIEMPO (MINUTOS)
0 -300 60
300 15
300 -600 60
600 15
600-900 60
900 60
21
7.4 PRUEBA DE CRISOLES
Para probar los crisoles se llevó a cabo la fundición de aluminio, latón y acero,
tomándose el peso de los crisoles antes y después de cada fundición, así como
también se tomó el peso de cada aleación antes y después de ser fundida, la tabla
número 4. Nos muestra los resultados obtenidos en el laboratorio.
TABLA 4. Resultados obtenidos en el laboratorio.
CONCEPTO DE
PRUEBA
ANTES
(g)
DESPUÉS
(g)
VARIACIÓN
(g)
CRISOL N°1.
(ACERO)
1618 1642 24
CRISOL N°2
(LATÓN)
1502 1543 41
CRISOL N°3
(ALUMINIO)
1504 1515 11
ALUMINIO
585 540 45
LATÓN
757 675 82
ACERO
1051 1026 25
FUENTE: Autor
Teniendo en cuenta que en el crisol n°1 se fundió acero, en el crisol n°2 se fundió
latón y en el crisol n°3 se fundió aluminio, podemos observar que en el crisol que
se fundió latón hubo mayor pérdida de material debido a gases que el material
produjo durante el proceso de la fundición y el acero fue la aleación que menos
material perdió después de la fundición, podemos observar que son de gran
beneficio los crisoles cerámicos ya que nos producen menos perdida de material
fundido, ya que la colada de material difícilmente se adhiere a sus paredes, en el
caso del latón la perdida de material no fue causada por el crisol sino que fue
ocasionada por otros factores.
22
8. CONCLUSIONES.
Al fabricar crisoles de materiales cerámicos podemos observar que al usarlos en el proceso de fundición estos no reaccionan con la colada, y la perdida de material se ve reflejada por otros factores como en el caso del latón material volátil que se desprende al momento de fundir.
Al fundir acero, aluminio y latón en crisoles de dióxido de circonio se puede
observar que estos no reaccionan con las coladas de nuestros materiales
fundidos, siendo una gran ventaja y siendo estos crisoles de gran provecho, y al
ser refractario nos garantiza que la perdida de material fundido no va a ser muy
alta y de esta forma no se contaminan las aleaciones fundidas.
La elaboración de crisoles a base de dióxido de circonio solo es posible si se encuentra un buen aglomerante, en este caso usamos la mezcla de 70% dióxido de circonio y 30% carbodry 80 nuestro resultado son crisoles cerámicos resistentes a temperaturas inferiores a los 1.800°C.
Luego de analizar los resultados obtenidos en la práctica podemos constatar que todo metal o aleación por debajo de 1800°C puede ser fundido en los crisoles a base de dióxido de circonio y los metales o aleaciones con punto de fusión superiores a 1800°c deben ser fundidos en otro tipo de crisoles con componentes y propiedades de resistencia mayores al dióxido de circonio.
23
9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
Ambrell. Fundamentos de la inducción. [http://es.ambrell.com, 17 de octubre de 2011] ASTIGARRA, Julio. HORNOS INDUSTRIALES DE INDUCCION 8. MCGRAW - HILL
INTERAMERICANA. 1994.
ASTIGARRA, Julio. HORNOS INDUSTRIALES DE LA INDUCCIÓN, S.A.
Chiaverini, V., Metalurgia do pólvo. 4ed. ed. São Paulo: ABM, 2001, pp. 30-65
"Control de la distorsión de las estructuras de acero soldadas" J. Puchaicela. Welding Journal - agosto de 1998. DYNA, Volumen 78, Número 165, p. 124-233, 2011. ISSN electrónico 2346-2183.
ISSN impreso 0012-7353.
MCGRAW-HILL / INTERAMERICANA DE ESPAÑA, 2011, N° pág. 320
MILLER, Arthur. EL CRISOL, CATEDRA, 2011, N° pág. 272.
M. RÜHLE AND A. H. HEUER, "Phase transformations in ZrO2-containing ceramics: II, the martensitic reaction in t-ZrO2", Adv. Ceram. 12, 14 - 32. 1984.
https://www.alacero.org/es/page/el-acero/que-es-el-acero
https://definicion.de/crisol/
http://kuzudecoletaje.es/el-laton-y-su-mecanizado/
http://ocw.usal.es/eduCommons/ensenanzas-tecnicas/materiales-ii/contenidos/METALES%202.pdf
http://www.goodfellow.com/S/Zirconio-Crisol.html
http://repositorio.ug.edu.ec/handle/redug/40309
https://www.revistavirtualpro.com
http://www.morganmms.com/AdvancedCrucibles
J. J. CABRERA, "Síntesis y Caracterización de Óxido de Circonio", Tesis de Pregrado, Facultad de Ciencias Naturales, Exactas y de la Educación, Universidad del Cauca, 2003.
Kaufmann, H., Uggowitzer, J. Metallurgy and processing of highintegrity light metal pressure castings. Shiele & Shön., 2007
R. H. J. HANNINK, P. M. KELLY AND B. C. MUDDLE, "Transformation toughening in zirconia-containing ceramics", J. Am. Ceram. Soc., 83 (3), 461 - 487. 2000.
R. STEVENS, "Zirconia and Zirconia Ceramics", Magnesium Elektron Ltd., U. K., 1986.
Shackelford, J, F., Gümes, A. Introducción a la ciencia de los materiales para ingenieros, 4.ª Ed. Prentice Hall, 1998.
