MODELOS MULTIESCALA PARA LA SOLIDIFICACION DE LA FUNDICION NODULAR

La obtención de objetos por medio de procesos de colada y moldeo de metales o aleaciones es una práctica de gran antigüedad. Es, además, un método más conveniente que el maquinado o la deformación del material para la producción de piezas de formas complicadas. Sin embargo, la obtención de piezas sa...

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Detalhes bibliográficos
Autores: Celentano, Diego Javier, Dardati, Patricia Monica, Godoy, Luis A.
Tipo de documento: capítulo de livro
Estado:Versão publicada
Data de publicação:2007
País:Chile
Idioma:espanhol
OAI Identifier:oai:repositorio.anid.cl:10533/166000
Acesso em linha:https://hdl.handle.net/10533/166000
Access Level:Acceso aberto
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description La obtención de objetos por medio de procesos de colada y moldeo de metales o aleaciones es una práctica de gran antigüedad. Es, además, un método más conveniente que el maquinado o la deformación del material para la producción de piezas de formas complicadas. Sin embargo, la obtención de piezas sanas y materiales que posean las propiedades requeridas no resulta tarea sencilla y son muchos los problemas con los que el metalurgista debe enfrentarse para conseguirlo. Entre los variados defectos que una pieza fundida puede presentar, es posible mencionar rechupes, fisuras y deformaciones, pero también resulta motivo de rechazo una microestructura inadecuada, ya que ésta influye de manera importante en las propiedades del material. Entre los materiales más empleados para la obtención de productos mediante colada y moldeo se encuentran las aleaciones de hierro que presentan un eutéctico en su solidificación, llamadas genéricamente fundiciones. De los distintos tipos de fundiciones de hierro, la fundición nodular, o también llamada fundición de grafito esferoidal o fundición dúctil, es de gran importancia en la industria ya que, debido a que en ella el grafito se presenta en forma de pequeños nódulos, posee muy buenas propiedades mecánicas. Durante el enfriamiento en el molde de una fundición nodular de composición eutéctica, desde la temperatura de colada hasta la temperatura ambiente, considerando composiciones y condiciones de enfriamiento normales, se producen dos cambios de fase: la transformación eutéctica (líquido-sólido) y la transformación eutectoide (sólido-sólido). Si bien las propiedades mecánicas del material se relacionan directamente con la microestructura final del mismo (Catalina et al., 2000); (Rivera, 2000), que se obtiene después de la última transformación de fase, el proceso de solidificación también tiene una gran importancia en las características físicas de la fundición, ya que condiciona la transformación eutectoide posterior a través de factores tales como las microsegregaciones y el tamaño y morfología de los granos (Sikora et al., 2001). Actualmente existen dos teorías explicativas del proceso de solidificación de la fundición nodular: la teoría uninodular y la teoría plurinodular (Sikora et al., 2001). Los factores que intervienen en el proceso de obtención de piezas por medio del moldeo de materiales fundidos son numerosos y la interacción entre ellos intrincada. Es por esto que lograr el diseño de un proceso que produzca un material que alcance las propiedades mecánicas esperadas requiere de una gran experiencia y, en muchos casos, cumplir con el desarrollo de etapas de prueba y error muy costosas en tiempo y dinero. La modelización y simulación computacional resultan entonces herramientas de gran utilidad ya que contribuyen a ajustar los procesos y diseños, disminuyendo así la necesidad de largos y onerosos ensayos. Es indudable que el tratamiento numérico de un fenómeno físico requiere de un profundo conocimiento del mismo y éste implica numerosas y serias investigaciones de carácter experimental. Pero es indiscutible también que las mismas simulaciones computacionales pueden servir de ayuda para conocer mejor el fenómeno que se estudia, convirtiéndose así en verdaderas herramientas de investigación auxiliar (Jacovkis, 2004). En la bibliografía es posible encontrar numerosos modelos que permiten la simulación computacional del proceso de solidificación de la fundición nodular; casi todos ellos responden a la teoría uninodular, aún cuando cada vez sean más los investigadores que adhieren a la teoría plurinodular. En general, los modelos utilizados tienen en cuenta el aspecto térmico del problema a nivel macroscópico y el metalúrgico a nivel microscópico. Las diferencias más frecuentes entre las distintas propuestas residen en las leyes de nucleación y crecimiento de fase y en la forma de acoplamiento entre los niveles macro y microestructural del modelo. En este trabajo se presentan dos modelos cuya función es la de simular la solidificación equiaxial de una fundición nodular de composición eutéctica. Uno, basado en la teoría uninodular, cuyos aspectos principales se toman de un modelo desarrollado por (Su et al., 1984) y otro fundado en la teoría plurinodular (Dardati, 2005); (Dardati et al., 2006). Mediante los dos modelos se realiza la simulación numérica de un caso experimental llevado a cabo por (Boeri, 1989). Los resultados computacionales se comparan entre sí y con las mediciones experimentales.
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Durante el enfriamiento en el molde de una fundición nodular de composición eutéctica, desde la temperatura de colada hasta la temperatura ambiente, considerando composiciones y condiciones de enfriamiento normales, se producen dos cambios de fase: la transformación eutéctica (líquido-sólido) y la transformación eutectoide (sólido-sólido). Si bien las propiedades mecánicas del material se relacionan directamente con la microestructura final del mismo (Catalina et al., 2000); (Rivera, 2000), que se obtiene después de la última transformación de fase, el proceso de solidificación también tiene una gran importancia en las características físicas de la fundición, ya que condiciona la transformación eutectoide posterior a través de factores tales como las microsegregaciones y el tamaño y morfología de los granos (Sikora et al., 2001). Actualmente existen dos teorías explicativas del proceso de solidificación de la fundición nodular: la teoría uninodular y la teoría plurinodular (Sikora et al., 2001). Los factores que intervienen en el proceso de obtención de piezas por medio del moldeo de materiales fundidos son numerosos y la interacción entre ellos intrincada. Es por esto que lograr el diseño de un proceso que produzca un material que alcance las propiedades mecánicas esperadas requiere de una gran experiencia y, en muchos casos, cumplir con el desarrollo de etapas de prueba y error muy costosas en tiempo y dinero. La modelización y simulación computacional resultan entonces herramientas de gran utilidad ya que contribuyen a ajustar los procesos y diseños, disminuyendo así la necesidad de largos y onerosos ensayos. Es indudable que el tratamiento numérico de un fenómeno físico requiere de un profundo conocimiento del mismo y éste implica numerosas y serias investigaciones de carácter experimental. Pero es indiscutible también que las mismas simulaciones computacionales pueden servir de ayuda para conocer mejor el fenómeno que se estudia, convirtiéndose así en verdaderas herramientas de investigación auxiliar (Jacovkis, 2004). En la bibliografía es posible encontrar numerosos modelos que permiten la simulación computacional del proceso de solidificación de la fundición nodular; casi todos ellos responden a la teoría uninodular, aún cuando cada vez sean más los investigadores que adhieren a la teoría plurinodular. En general, los modelos utilizados tienen en cuenta el aspecto térmico del problema a nivel macroscópico y el metalúrgico a nivel microscópico. Las diferencias más frecuentes entre las distintas propuestas residen en las leyes de nucleación y crecimiento de fase y en la forma de acoplamiento entre los niveles macro y microestructural del modelo. En este trabajo se presentan dos modelos cuya función es la de simular la solidificación equiaxial de una fundición nodular de composición eutéctica. Uno, basado en la teoría uninodular, cuyos aspectos principales se toman de un modelo desarrollado por (Su et al., 1984) y otro fundado en la teoría plurinodular (Dardati, 2005); (Dardati et al., 2006). Mediante los dos modelos se realiza la simulación numérica de un caso experimental llevado a cabo por (Boeri, 1989). Los resultados computacionales se comparan entre sí y con las mediciones experimentales.FONDECYT559FONDECYT1060139978-950-42-0082-6978-950-42-0081-9https://hdl.handle.net/10533/166000spaUNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONALinstname: Conicytreponame: Repositorio Digital RI2.0instname: Conicytreponame: Repositorio Digital RI 2.0info:eu-repo/grantAgreement/Fondecyt/1060139info:eu-repo/semantics/dataset/hdl.handle.net/10533/93479https://www.researchgate.net/publication/258993798_Modelizacion_Aplicada_a_la_Ingenieria_Vol_IIinfo:eu-repo/semantics/openAccessMODELOS MULTIESCALA PARA LA SOLIDIFICACION DE LA FUNDICION NODULARMODELIZACION APLICADA A LA INGENIERIA. VOL. 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