PFC Jose 2 La fundiciÃn en arena

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Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena 
 
Capítulo 2. La fundición en moldes de arena 5 
 
 
2. La fundición en moldes de arena 
La fundición es una de las primeras tecnologías utilizadas para la fabricación de producción de productos 
de origen metálico. Aproximadamente desde el siglo VII a.C. se fabrican productos de fundición 
evolucionando desde utensilios básicos para ornamentación y seguridad, hasta complejas geometrías de 
turbinas hidráulicas. Esto ha generado una gran tradición y especialización en la producción de piezas cada 
vez más complejas. 
Aunque desde sus comienzos hasta estos últimos siglos la fundición se ha centrado en metal como material 
de fundición, se ha ampliado su aplicación a otras familias de materiales. 
La fundición consiste en una serie de operaciones mediante las cuales se obtiene un molde que reproduce 
la forma de la pieza a fabricar y en el que se vierte el metal en el interior de un molde previamente fabricado. 
Se emplea fundamentalmente en piezas como motores, cigüeñales, componentes de turbinas hidráulicas, 
trenes de aterrizajes para aviación, entre otras. 
El material del molde marca en gran medida las características generales del proceso de fundición. Existen 
varias clasificaciones de moldes en función del tipo de material que se utilice: 
 Moldes desechables: 
- Moldes de arena 
- Moldes de yeso 
- Moldes de cerámicas 
- Fundición a la cera perdida 
- Fundición en modelo evaporativo 
 Moldes permanentes: 
- Moldes metálicos (alta resistencia a la temperatura) 
 Moldes compuestos (combinaciones de distintos materiales como arena, metal, etc. obteniéndose 
propiedades distintas y utilizándose distintas tecnologías en su generación). 
En la Tabla 2.1 se pueden apreciar diferentes características de algunos de los procesos mencionados 
anteriormente. 
Dentro de todas las variantes existentes en la fundición en arena la más común de ellas es la fundición de 
arena en verde que consiste en la fabricación del molde, siendo este de una mezcla de arena de sílice en 
un 80  90 % y bentonita a 4  9 % humedecida en un 9 %. La arena de sílice concede la refractariedad 
necesaria para resistir las altas temperaturas de trabajo a la hora del vaciado de la colada. La cohesión la 
brinda el contenido de agua e impurezas aportado a la mezcla la cual permite la durabilidad y resistencia 
necesaria para la conservación del molde sin fragmentarse. 
En este capítulo se expondrán las características fundamentales del proceso de fundición empleando 
moldes de arena en verde. 
 
 
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena 
6 Capítulo 2. La fundición en moldes de arena 
Tabla 2.1 Características generales de los procesos de fundición. [9] 
Proceso 
Material a 
fundir 
Peso (kg) Acabado 
superficial 
Ra [μm] 
Porosidad 
(*) 
Complejidad 
de forma (*) 
Precisión 
dimensional 
(*) 
Espesor de la 
sección (mm) 
Mín. Máx. Mín. Máx. 
Arena Todos 0,05 
Sin 
límite 
12,5-25 4 1-2 3 3 
Sin 
límite 
Moldeo en 
cáscara 
Todos 0,05 100+ 6,3 4 2-3 2 2 -- 
Modelo 
desechable 
Todos 0,05 
Sin 
límite 
5-20 4 1 2 2 
Sin 
límite 
Molde de 
yeso 
No 
ferroso 
0,05 50+ 1-2 3 1-2 2 1 -- 
Cera perdida Todos 0,005 100+ 1,6 3 1 1 1 75 
Molde 
permanente 
Todos 0,5 300 2-3 2-3 3-4 2 2 50 
Troquel 
No 
ferroso 
<0,05 50 1-2 1-3 3-4 1 0,5 12 
Centrífugo Todos -- 5000+ 2-20 1-2 3-4 3 2 100 
*Calificación relativa:1 el mejor, 5 el peor. 
Nota: Estas calificaciones son solo generales; dependiendo de los métodos utilizados pueden ocurrir variaciones significativas. 
 
2.1 Moldeo en arena en verde 
Se trata de un procedimiento puramente artesanal en el que la habilidad del moldeador es fundamental en 
el resultado final de la pieza, requiere gran especialización para un óptimo resultado. 
Básicamente consiste en el vaciado del metal fundido en un molde de arena que reproduce un modelo de 
la pieza que se desea, dejar que se produzca la solidificación y enfriamiento para posteriormente proceder 
al desmoldeo y obtener la pieza. Este procedimiento requiere de instrumentación y técnicas particulares, 
así como una teoría aplicable en el diseño de cada uno de los sistemas involucrados. Las diferentes fases 
presentes en un proceso de fundición en arena en verde se puede apreciar en la figura 2.1. 
 
2.1.1 Diseño y fabricación del modelo 
En fundición, la exactitud en el dimensionado final de la pieza depende en parte del proceso y en parte de 
la naturaleza de cada dimensión. Los principales errores son: 
 Errores de moldeo. 
 Errores en las dimensiones del molde. 
 Contracción anómala y distorsión en el enfriamiento. 
 Acabado. 
El modelo se debe diseñar reproduciendo fielmente la forma exterior de la pieza a fabricar y teniendo en 
cuenta aspectos como su disposición en el molde, sobredimensionado y la necesidad de la colocación de 
machos para dar formas interiores. 
Los moldes se suelen dividir en varias partes, generalmente en dos, una parte superior que dará forma al 
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Capítulo 2. La fundición en moldes de arena 7 
molde de la caja superior y otra que lo hará en el molde de la caja inferior. Estos suelen estar construidos 
de madera, plástico o metal. La norma UNE EN 12890:2001 establece las distintas calidades de los moldes 
en función de los materiales que estén constituidos. La madera es el material más común por su facilidad 
en la generación del modelo. El recubrimiento de su superficie con una fina capa de pintura facilita su 
extracción pues evita su adhesión con la arena en verde, confiriendo además impermeabilidad. 
 
 
Figura 2.1 Esquema del proceso de fundición manual en arena. 
 
Las superficies del modelo deben diseñarse de forma que en su extracción no se produzcan 
desprendimientos de las paredes del molde. Por ello, se deben respetar ángulos mínimos en la dirección 
de desmoldeo así como áreas óptimas de los canales de alimentación que provoquen velocidades 
razonables del fluido metálico en el interior del molde. El ángulo de salida para el desmoldeo para moldes 
de madera se encuentra entre 3° y 0,5° según indica UNE EN 12890:2001. 
Al verter el metal líquido y este ocupar la cavidad del molde, se produce contracción en el enfriamiento 
hasta la temperatura ambiente provocando que la pieza final tenga dimensiones algo menores a las 
deseadas. Teniendo en cuenta este fenómeno, el modelo se debe generar de acuerdo al grado de 
contracción del metal de trabajo (véase apartado 3.1). Existen numerosas recomendaciones bibliográficas 
que guían en el sobredimensionado del modelo necesario para contrarrestar la contracción volumétrica. 
Estas recomendaciones indican tolerancias en las contracciones que van desde un ± 0,3 % de la mayor 
dimensión hasta un 2 % de la menor dimensión. 
Por lo general, la pieza resultante requiere un posterior mecanizado que retire la posible rebaba y aumente 
la precisión dimensional en alguna de las zonas de la misma. En UNE EN 12890:2001 se establecen las 
sobremedidas para el mecanizado de piezas fundidas tanto ferrosas como no ferrosas. 
 
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8Capítulo 2. La fundición en moldes de arena 
2.1.2 Materiales de moldeo 
El molde de arena se fabrica con la llamada mezcla de moldeo, que consiste en una mezcla de materiales 
inorgánicos (arena de sílice y aglutinante arcilloso), con cierta cantidad de agua. Según la composición se 
pueden clasificar en: 
 Básicos 
- Arenas de moldeo (arena sílice SiO2, arena de zirconio ZrSiO4, arena de cromita FeO·Cr2O3). 
- Arcillas de moldeo (arcillas refractarias, arcillas illítcas, arcillas montomorilloníticas (bentonita)). 
 Auxiliares 
- Aglutinantes (aceites vegetales, resinas sintéticas, vidrio líquido, cemento, etc.). 
- Los que evitan la adherencia del material de modelo o la pieza mejorando el acabado superficial 
(grafito). 
- Los que evitan la adherencia del material de moldeo al modelo (talco, yeso, polvo de sílice, petróleo 
(modelos metálicos). 
- Los que ayudan a mejorar la permeabilidad (serrín de madera, cisco de coque). 
Otras clasificaciones de los materiales de moldeo son las siguientes: 
 Según su utilización 
- Para moldes 
- Para machos 
 Según el estado del molde 
- Para molde húmedo 
- Para molde seco 
 Según el tipo de arena empleada 
- Naturales 
- Sintéticas 
 Según el tipo de moldeo empleado 
- Para moldeo manual 
- Para moldeo a máquina 
 Según el tipo de aleación de la pieza 
- Para acero 
- Para hierro fundido 
- Para metales no ferrosos 
Las arenas de moldeo han de cumplir las siguientes propiedades: 
1. Plasticidad para reproducir con fidelidad los detalles de la superficie del modelo o de la caja de machos. 
2. Cohesión para que el moldeo o macho conserven su forma cuando se retire el modelo o se abra la caja 
de machos, se maniobren las cajas y se cuele la aleación líquida. 
3. Refractariedad o capacidad para resistir la elevada temperatura del metal colado en el molde sin que 
éste funda y se vitrifique en la superficie de la pieza. Permeabilidad o capacidad para dejar pasar por 
su interior los gases que se originan durante la colada. 
5. Conductividad calorífica que regula la velocidad de enfriamiento del metal en el molde y con ello, su 
estructura. La arena seca posee menor conductividad calorífica que la húmeda. También se puede 
disminuir la conductividad de la arena acondicionándola con carbón mineral molido. 
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Capítulo 2. La fundición en moldes de arena 9 
6. Flexibilidad o capacidad de deformarse para permitir la contracción de la pieza durante su 
enfriamiento. 
7. Desmoldeabilidad: capacidad de la mezcla de disgregarse con facilidad para permitir que se desaloje la 
pieza después de enfriada y que le comunique buen aspecto superficial. 
8. Fluidez: capacidad para fluir en el molde hacia todas sus partes en función de los esfuerzos del 
apisonado. 
En la Tabla 2.2 se indican algunas propiedades de varias arenas de moldeo. 
Tabla 2.2 Propiedades de algunos materiales de moldeo. 
Material del molde 
Conductividad 
térmica 
κ [W/(m·K)] 
Densidad 
ρ [kg/dm³] 
Calor 
específico 
Cp [J/(kg·K)] 
Expansión 
20-1 200°C 
(%) 
Temperatura 
fusión 
[K] 
Arena silícea 0,52 1,60 1 170 1,90 1 986 
Arena de cromita 0,38 2,65 990 0,60 2 363 
Arena de olivino 0,35 1,70 990 1,10 2 143 
Arena de zirconio 1,04 2,72 840 0,45 2 813 
 
2.1.3 Preparación de la arena 
La generación del molde conlleva tanto la preparación de la arena como el moldeo de la misma. A las 
características propias de la arena en verde ya descritas en el apartado 2.1 se suman las propias adquiridas 
por el apisonamiento en torno al modelo. 
La preparación de la arena se realiza en un molino en el cual se añaden tanto la arena como el agua y el 
resto de los componentes que se estimen y se remueve la mezcla hasta que adquiere el tamaño de grano 
y el nivel de consistencia deseado. Un ejemplo del molino y la preparación se muestra en la figura 2.2. 
 
Figura 2.2 Molino empleado en la preparación de la arena de moldeo. 
 
 
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10 Capítulo 2. La fundición en moldes de arena 
2.1.4 Preparación del molde 
La obtención de un molde resistente depende de una buena compactación de la arena alrededor del 
modelo. El objetivo de la compactación es llevar el valor de densidad aparente, es decir, la relación entre el 
peso seco y el volumen, de 0,6  0,8 g/cm³ a un valor final tras la compactación de 1,6  1,8 g/cm³. [1] 
La influencia de las propiedades de la compactación se refleja en la figura 2.3, en la que se muestra 
directamente la relación entre la resistencia y la densidad aparente. La densidad de compactación no es 
uniforme en torno al volumen molde, esta distribución depende del método de compactación y de la 
distinta presión ejercida en cada una de los apisonamientos. 
 
Figura 2.3 Influencia de la densidad aparente en la permeabilidad y la resistencia. [1] 
 
La compactación se puede realizar mediante varios métodos dependiendo del nivel de producción 
necesario. Así pues, para necesidades de alta producción se realiza mediante métodos automáticos con 
máquinas especializadas cuyo macho de apisonamiento puede ser específico para el modelo. Para baja 
producción se realiza de forma manual mediante punzonamiento con distintas superficies de cabeza, esto 
es, punzones con área pequeña en su extremo para transmitir energía local y punzones con área grande en 
su extremo para un apisonamiento de menor energía. Se realiza por tanto un apisonamiento progresivo 
mayor en las proximidades del modelo dando lugar a capas de densidad variable verticalmente. Una 
distribución típica de densidad aparente es la mostrada en la figura 2.4 en la que se contemplan resultados 
de la compactación manual y con máquina apisonadora. 
 
Figura 2.4 Distribución de dureza del molde según el método de apisonado. [1] 
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Capítulo 2. La fundición en moldes de arena 11 
2.1.5 Ensamblaje del molde 
La unión entre molde superior e inferior puede conferir a la pieza rebaba por su contorno si esta unión no 
es totalmente perfecta. Se conseguirá su perfecta unión tras una buena compactación de ambas partes del 
molde y un buen cierre entre ambas cajas. Además, en la unión de cada caja de moldeo se aporta una fina 
película de grafito para que no se produzca adhesión entre ambos moldes, y entre modelo y metal. 
 
2.1.6 Colada del metal 
El vaciado del metal fundido dentro de la cavidad del molde se realiza por gravedad. La velocidad de vaciado 
deberá ser la justa para que llene la totalidad del molde sin producir turbulencias. Las turbulencias del flujo 
responden a variaciones erráticas en la velocidad del fluido. Esta turbulencia debe evitarse pues puede 
producir la degradación del molde y el desprendimiento local del mismo afectando directamente a la forma 
final de la pieza. Además, la turbulencia tiende a la generación de óxidos metálicos que dificultan la 
solidificación y degradan la calidad de la fundición. 
Durante el vaciado y la solidificación se produce la evacuación de gas hacia la atmósfera. Este gas proviene 
la propia evaporación de la humedad, aditivos, CO y CO2 del molde o por la expansión del aire presente en 
la cavidad del molde y entre los huecos de arena. Por normageneral este gas es evacuado por la propia 
permeabilidad del material del molde, aunque es posible realizar canales de evacuación del gas mediante 
conductos delgados agujereando localmente algunas zonas del molde en las que la evacuación natural no 
sea posible o esté impedida. 
 
2.1.7 Desmoldeo y limpieza 
Tras la solidificación y el enfriamiento, se realiza el desmoldeo generalmente mediante vibración. La pieza 
resultante requiere una limpieza inicial en la que se elimine la posible arena adherida a las paredes de la 
pieza y los posibles residuos. Además, se hace necesario separar los conductos del sistema de alimentación 
y posibles mazarotas añadidas en el diseño, así como posibles rebabas y excesos de material. Esta limpieza 
posterior puede ser reducida con una buena elección y preparación del material del molde, y una óptima 
localización de las puertas de llenado. Un proceso común en las superficies exteriores de la pieza para 
eliminar restos y dejar lisa las paredes es el granallado, que no es más que el tratado de la superficie externa 
con un chorro erosivo. Otra forma es su limpieza hidráulica con chorro a presión el cual suele incorporar 
sólidos abrasivos. 
El mecanizado posterior se hace casi imprescindible a la hora de eliminar la posible rebaba originada en la 
unión de las cajas de fundición, así como el corte de los sistemas de alimentación y mazarotas. Son posibles 
varios métodos adicionales con este fin, como puede ser el corte por cizalla u oxicorte. 
 
2.2 Solidificación y enfriamiento 
Este es un punto importante dentro del proceso de fundición pues es un factor del que dependerá el 
resultado final de la pieza. Los fenómenos físico-químicos que resultan de la solidificación influyen 
directamente en la generación de defectos como porosidades. Tanto del proceso de transformación de 
estado líquido-sólido como del enfriamiento depende la morfología y la estructura final de la pieza. Por ello, 
se ven involucradas las propiedades mecánicas y funcionales del material que influirán directamente en el 
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12 Capítulo 2. La fundición en moldes de arena 
uso del mismo. Por lo tanto, es intuitivo valorar esta etapa pues de la derivación a defectos como la 
porosidad debida a contracción volumétrica dependerá de la funcionalidad de la pieza resultante. 
En la solidificación el intercambio de calor se produce en mayor mediada mediante convección y 
conducción en las zonas en las que el molde está en contacto con el medio ambiente o en las que el metal 
aún no se ha solidificado, y en menor medida en radiación para las partes no cubiertas por el molde. 
Estos mecanismos pueden generar distribuciones de temperaturas en las que las discontinuidades que 
puedan aparecer serán generadas por zonas de separación. De estas distribuciones de temperaturas se 
puede obtener información precisa de cómo se produce la solidificación en el interior del molde. La 
distribución de temperaturas se puede interpretar bien por isotermas aproximadamente paralelas a la 
superficie del molde o mediante gradientes térmicos en la dirección normal a la superficie. 
Se puede observar en la figura 2.5 los distintos saltos en la distribución de temperaturas correspondientes 
a saltos entre el metal y el molde ∆T2, y entre el molde y el medio ambiente ∆T1. La magnitud de estos 
gradientes de temperaturas depende fundamentalmente del metal de fundición elegido pues influirán las 
tensiones superficiales y posibilidad de generación de óxidos, posibles escorias e inclusiones. 
 
Figura 2.5 Distribución de temperatura en función del tiempo. [8] 
 
Las distribuciones térmicas están directamente influenciadas por las características de forma de la pieza 
que producen desviaciones de las condiciones de superficie plana. 
Dependiendo del tipo de molde se puede obtener la relación de espesor de la capa solidificada en función 
del tiempo. Así pues, para moldes desechables se realiza la aproximación de suponer la totalidad de la 
resistencia al flujo de calor en el molde. Además, se considera el problema térmico como unidimensional, 
metal fundido vertido a temperatura de fusión y que todo el calor evacuado procede del calor latente de 
fusión H, lo que implica que la temperatura del metal permanece constante. Suponiendo ideal el contacto 
entre metal y molde, se puede calcular el espesor solidificado de metal en fundición en función del tiempo 
mediante la ecuación 2.1, que fue facilitada por Flemings (1974) [11]. 
𝑠 =
2
√𝜋
√𝑘𝑚𝜌𝑚𝑐𝑚 (
𝑇𝑓−𝑇0
𝜌𝑓𝐻
)√𝑡 (2.1) 
Siendo: 
𝑘𝑚 la conductividad térmica del molde 
𝜌𝑚 la densidad del molde 
𝑐𝑚 el calor específico del molde 
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Capítulo 2. La fundición en moldes de arena 13 
𝜌𝑓 densidad del metal fundido 
𝑇𝑓 temperatura de fusión del metal 
Observándose que el espesor de metal solidificado es función de las características del molde desechable 
y de las especificaciones del metal de fundición. 
Para moldes permanentes, la resistencia térmica al flujo de calor se encuentra principalmente en la 
superficie de separación entre metal y molde. Suponiéndose al igual que para moldes desechables que el 
problema térmico es unidimensional, metal fundido vertido a temperatura de fusión. El espesor de metal 
solidificado puede obtenerse según la ecuación 2.2. 
𝑠 = ℎ
𝑇𝑓−𝑇0
𝜌𝑓𝐻
𝑡 (2.2) 
Siendo h el coeficiente de transmisión de calor. 
Para la temperatura del vertido superior a la temperatura de fusión del metal, sobrecalentamiento del 
metal fundido, el calor evacuado en la solidificación se obtiene según [11] expresa en la ecuación 2.3. 
𝑄 = 𝜌𝑉𝐻 + 𝜌𝑙𝑉𝑐𝑙∆𝑇 (2.3) 
Siendo: 
V el volumen del metal 
𝜌𝑙 densidad del metal líquido 
𝑐𝑙 calor específico del metal fundido 
Aunque las anteriores expresiones se obtienen suponiendo el problema térmico como unidimensional, 
Chvorinov (1940) demostró experimentalmente que una aproximación para aplicar los modelos a 
geometrías sencillas era sustituir el espesor del metal fundido s, por la relación V/S, también llamado 
móludo, donde V es el volumen del metal solidificado y S es el área de la superficie exterior del modelo. 
La solidificación se produce a temperatura constante para metal puro de fundición, siendo esta la 
temperatura de fusión. Para aleaciones la solidificación se produce en un rango de temperaturas en el que 
la temperatura de inicio será la temperatura de líquidus y completándose la solidificación en la temperatura 
de sólidus. Este hecho queda reflejado en la figura 2.6. 
A medida que el frente de solidificación avanza, este debe ser alimentado por metal líquido para 
contrarrestar la disminución de viscosidad debida al gradiente de temperatura. El frente avanza a través 
del metal fluido a partir de las paredes del molde disipando calor latente de fusión. De este modo se 
produce la nucleación y posterior crecimiento de las partículas solidificadas. Producida la solidificación de 
un punto se reinicia el enfriamiento.La estructura de grano típica que aparece para metales puros es ligeramente distinta a la que aparece en 
aleaciones debido a la convivencia para aleaciones de solidificación en forma dentritas columnares con 
metal líquido. Esta convivencia se transforma en una primera zona de enfriamiento llamada zona blanda 
que contribuye negativamente pues puede conllevar factores adversos como segregación y 
microporosidad. Para metal puro esta zona blanda tiende a cero. 
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena 
14 Capítulo 2. La fundición en moldes de arena 
 
Figura 2.6 Evolución de la solidificación. 
El crecimiento de grano posterior a esta primera zona se generan de forma preferente perpendicular al 
molde en forma de agujas, conociéndose como granos columnares. Para distancias mayores a las paredes 
del molde y en fundiciones de metales puros, los granos crecen equiaxiales y grandes, generándose 
nucleación homogénea en el centro del molde. Para aleaciones dependerá de la composición del eutéctico. 
Para altas velocidades de enfriamiento o altos tiempos de solidificación, se generan estructuras dentríticas 
gruesas, reduciéndose para tiempos menores. Este fenómeno implica que a medida que se reduce el 
tamaño de grano se incrementa la resistencia y la ductilidad, reduciéndose la microporosidad y la tendencia 
al agrietamiento. 
El tiempo de solidificación será el tiempo total que tome la completa solidificación del metal fundido en el 
interior del molde. Este tiempo depende del tamaño y forma de la fundición, así como del molde utilizado. 
Fue empíricamente calculado para geometrías sencillas por Chvorinov (1940) en lo que se conoce como 
regla de Chvorinov (ecuación 2.4). 
𝑇𝑠 = 𝐶 (
𝑉
𝑆
)
2
 (2.4) 
Siendo: 
C una constante que depende del material del molde (véase [11]) 
V el volumen de la fundición [m³] 
S el área superficial de la fundición [m²] 
De la regla de Chvorinov se deduce que para dos fundiciones que requieren el mismo volumen de material 
fundido, solidificará y enfriará a temperatura ambiente con mayor velocidad aquella que presente mayor 
área superficial. Por este motivo, el tiempo de solidificación total de una pieza de superficie plana es en 
cualquier caso menor que el calculado según la ecuación 2.4. Para geometrías no planas, el enfriamiento 
puede acelerarse o retardarse a nivel local. En la figura 2.7 se puede apreciar como la solidificación se 
acelera en las esquinas internas y en las superficies planas, aumentando el tiempo de solidificación en las 
concentraciones de masa. 
En términos generales se deduce además que la velocidad de avance de un frente de solidificación a partir 
de una superficie plana se puede aproximar por una relación parabólica. 
Durante la solidificación y el enfriamiento de los metales, estos se contraen debido a sus características 
térmicas. La contracción causa cambios dimensionales y en ocasiones defectos de agrietamiento o 
rechupes internos. Ocurre en tres pasos (ver figura 2.8): 
Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena 
 
Capítulo 2. La fundición en moldes de arena 15 
1. Contracción líquida durante el enfriamiento antes de la solidificación. Esta ocurre ya que normalmente 
los materiales presentan diferentes densidades para las fases de sólido y líquido. El volumen se reduce 
casi linealmente con la caída de la temperatura. Esta contracción no es problemática por lo general ya 
que el metal líquido extra que se requiere para compensar esta pequeña reducción de volumen se 
puede proporcionar con facilidad. 
2. Contracción durante el cambio de fase de líquido a sólido. Esta contracción se produce por la mayor 
densidad del metal sólido en comparación con su estado líquido. Las contracciones asociadas a la 
congelación provocan los problemas de porosidad, resultado de fallo de la alimentación. 
3. Contracción del metal solidificado durante el enfriamiento hasta temperatura ambiente. Esta 
contracción se determina por el coeficiente de expansión térmica del metal de fundición. Este tipo de 
contracción puede generar problemas dimensionales, esto es debido a que a medida que avanza el 
enfriamiento, el sólido intenta reducir su tamaño pero, ya sea por el molde o por la acción de otras 
partes del sólido que ya han solidificado y enfriado, la pieza no es libre de contraerse libremente. 
 
 
Figura 2.7 Efecto del tiempo de solidificación local 
en esquinas. [1] 
Figura 2.8 Tipos de contracción. Temperatura 
frente al volumen. [4] 
Durante la solidificación de una pieza de fundición, la propagación y el crecimiento gradual del sólido se 
realiza en forma de masa enmarañada de dentritas, la cual presenta dificultad para el paso de la 
alimentación. Esta dificultad para el líquido de paso a través de la pieza provoca una diferencia de presión 
que crece del interior al exterior. Los altos esfuerzos de tracción en el líquido residual llevan al sólido a 
colapsar plásticamente por el proceso de fluencia. El movimiento del frente de solidificación hacia el interior 
del sólido reduce la tensión del líquido lo cual puede causar que la presión disminuya, llegando a ser lo 
suficientemente grande como para producir el colapso del flujo en la fluencia. Así pues, pueden ocurrir en 
un mal diseño de los sistemas de alimentación que la presión en la solidificación caiga, lo cual impulsa la 
generación de porosidad de contracción. De este modo, si la alimentación de la pieza es la adecuada los 
mecanismos de generación de porosidad no se activarán. Sin embargo, la complejidad de las piezas de 
fundición genera la no correcta alimentación de algunas regiones de la pieza con el posterior resultado de 
aumento de la tensión hidrostática interna que puede formar poro interno. 
El avance del frente líquido genera un embudo cónico suave lo cual genera la aparición de macroporos en 
la región central de la pieza. Se ha de indicar que su ubicación final no estará justo en el centro térmico de 
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16 Capítulo 2. La fundición en moldes de arena 
la región central ya que el poro flotará a la parte superior de esta región de líquido aislado. 
Las diversas formas de contracción con porosidad se resumen en la figura 2.9. Estas son: 
1. Línea central de porosidad la cual se forma por un inadecuado suministro de líquido desde el 
alimentador. El poro se encuentra estrechamente paralelo al eje térmico de la pieza colada. 
2. Porosidad esponja. Formado por una inadecuada alimentación aunque con un gradiente de 
temperatura adecuado. 
3. Capa de porosidad, resultado de la inadecuada alimentación interdendrítica en un gradiente de 
temperatura pobre. La nucleación de la porosidad interna indica una deficiente limpieza del metal 
líquido. Geométricamente los poros se forman en ángulo recto con el eje de la pieza colada. 
4. Porosidad iniciado por superficie generada en condiciones de mal gradiente de temperatura pero una 
buena limpieza de la masa fundida. 
5. Porosidad de contracción externa, disipador de superficie formado en condiciones de líquido no 
disponible desde el alimentador,pero buena limpieza de fusión, lo que resulta de una buena 
alimentación sólida. 
 
Figura 2.9 Tipos de porosidad. [4]