En la fundición al vacío es necesario tener en cuenta correctamente los efectos de reflexión y absorción de energía por los cuerpos. El módulo 'Radiación' puede resolver tareas complejas de intercambio de calor por radiación, teniendo en cuenta la re-radiación y el sombreado
PoligonSoft puede simular todos los procesos relacionados con la fundición al vacío y obtener resultados que permiten predecir y evitar la aparición de defectos .
Macro y microporosidad
Tensiones residuales
Deformaciones y alabeo
Grietas (en caliente y en frío)
Solidificación direccional
Radiación
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Ahorra costos significativos en materiales y mano de obra, además de reducir el tiempo de desarrollo del producto
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Previene y corrige defectos de fundición, como porosidades, inclusiones de aire, o problemas de solidificación.
Experimenta con diferentes variables del proceso de fundición para encontrar la configuración más eficiente
Aleación de níquel - CHS70
Equipo de fundición al vacío - UPPF-3M
Molde - forma cerámica con aislamiento térmico
Precalentamiento del molde - 1050 °C
Temperatura de vertido - 1500°C
Tiempo de exposición al vacío - 180 seg.
Enfriamiento al aire libre
Las primeras fundiciones fueron sometidas a control de luminiscencia y radiográfico, que revelo la presencia de tanto macro como micro porosidad con un tamaño de poros individuales de más de 0.2 mm.
La geometría del álabe es tal que en la fundición casi siempre se forman nudos térmicos en los puntos de transición del álabe a la plataforma. Además, la zona de formación de defectos de contracción también incluye la parte central del álabe.
PoligonSoft resuelve las ecuaciones diferenciales de transferencia de calor y masa en la fundición cristalizante mediante el método de elementos finitos (MEF).
Para su implementación, es necesario construir un modelo de malla de la región de cálculo. En este caso, la región de cálculo consiste en el metal, la carcasa cerámica y el aislamiento térmico.
El generador de carcasas permite de forma automática, sin construcciones previas, crear un modelo de malla de la forma cerámica y la capa aislante con un grosor especificado, basado en el modelo 3D de la pieza.
Aislamiento
térmico
Molde
cerámico
Asbesto
Ladrillo
refractario
Cámara
reflectora
Modelo matemático del horno de fundición
Se formuló un modelo del proceso tecnológico con la siguiente secuencia de cálculos:
Cálculo del enfriamiento de la forma vacía desde el momento de su extracción del horno de precalentamiento hasta la colada del metal
Modelado del proceso de cristalización desde el momento de llenado de la forma hasta la admisión de aire.
Modelado del proceso de cristalización desde el momento de la admisión de aire hasta la completa solidificación al aire libre en el taller.
Calentamiento + Traslado + Vacuado
Colada + Retención al vacío + Enfriamiento
Campos de temperatura del molde en el momento del inicio de la colada.
Temperatura y porosidad del fundido en el momento de la admisión de aire
Porosidad calculada del álabe después del enfriamiento comparado con los resultados del estudio metalográfico de la pieza real
Con el objetivo de eliminar los defectos, se llevó a cabo la modelización en PoligonSoft del proceso de solidificación de fundiciones con diferentes tamaños de la parte de alimentación
Como criterio se adoptó que una fundición se considera apta si, según los resultados de la modelización, la porosidad en la fundición en general es inexistente en las secciones problemáticas.
Basándose en los cálculos, se concluyó que no es posible eliminar la porosidad en el álabe aumentando la masa de la parte de alimentación o cambiando el esquema de aislamiento del bloque de fundición.
Por lo tanto, se decidió modificar el diseño permitiendo la instalación de alimentadores adicionales en la zona problematica
Semillas
Molde cerámico
Baño con refrigerante de metal líquido
Calentador inferior
Calentador superior
Aleación de níquel - Inconel 625
Refrigerante de metal líquido - Aluminio
Temperatura inicial del molde - 20°C
Temperatura de vertido - 1510°C
Temperatura calentador superior - 1560°C
Temperatura calentador inferior - 1640°C
Temperatura de refrigerante - 840°C
El metal fundido se baja de la zona caliente del horno a la parte fría con el refrigerante de metal líquido.
Cambiando la velocidad de enfriamiento se puede obtener la macroestructura deseada.
El calor se transfiere a la forma por radiación de los calentadores y del baño con aluminio líquido.
Cuando la temperatura de la superficie de la forma se eleva aluminio comienza a funcionar como un refrigerante.
La forma no alcanzará una temperatura uniforme debido a este factor; por lo tanto, es necesario obtener la distribución de temperaturas antes del vertido.
El llenado del molde ocurre muy rápidamente, aproximadamente en 3 segundos
A pesar del corto tiempo requerido para la colada, la temperatura del metal fundido disminuyó considerablemente al entrar en contacto con las semillas más frías, con una diferencia de alrededor de doscientos grados.
El cálculo permite obtener el campo de temperatura del metal fundido al final del llenado
La etapa más compleja del cálculo térmico es el arrastre de la forma llena con su inmersión en el baño de aluminio líquido debido a que las condiciones cambian continuamente durante todo el cálculo.
Cambian las condiciones de intercambio de calor por radiación entre la forma en movimiento, los calentadores, el refrigerante de metal líquido y las paredes del horno.
PoligonSoft resuelve esta tarea automáticamente sin necesidad de acciones adicionales por parte del usuario.
En la última etapa, utilizamos el módulo Macroestructura para calcular la macroestructura resultante de la fundición, basándonos en los campos de temperatura obtenidos y las características físicas de la aleación.
Se puede considerar la necesidad de cambiar el diseño del bloque de fundición, ya que no proporciona un calentamiento uniforme del molde antes de la colada ni una distribución uniforme de la zona bifásica a través de la sección de la muestra, lo que a su vez afecta su estructura.
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