La calidad metalúrgica es un aspecto fundamental que afecta directamente a la calidad final del producto de fundición. Poder asegurar que el metal cumple con las propiedades mecánicas solicitadas por el cliente permite adelantarse a los controles finales y reducir la tasa de rechazo. Con este fin, el análisis térmico es una conocida herramienta para controlar la calidad metalúrgica y evaluar las propiedades del metal a lo largo de las diferentes etapas del proceso de producción.
Actualmente, existen en el mercado diferentes herramientas de análisis térmico para fundición de hierro y su conocimiento y penetración entre las empresas del sector es relativamente alta. Sin embargo, son pocas las fundiciones que aprovechan el verdadero potencial de estas tecnologías: actuar de forma preventiva directamente sobre el metal líquido y su proceso de enfriamiento para asegurar así las propiedades mecánicas deseadas en pieza y la ausencia de defectos metalúrgicos.
Con el fin de compartir con empresas de fundición algunas de las principales claves y aplicaciones de valor añadido del análisis térmico, el pasado mes de diciembre el Centro de Investigación Metalúrgica AZTERLAN y la empresa de base tecnológica VEIGALAN ESTUDIO 2010 celebraron la jornada técnica “Innovaciones tecnológicas en control metalúrgico para la fabricación de componentes fundidos”. El encuentro congregó a más de 50 profesionales de la fundición de hierro.
El evento técnico se vertebró alrededor de 8 ponencias que abarcaron desde las bases del análisis térmico hasta sus aplicaciones más prácticas en la prevención de ciertos defectos de fabricación. El encuentro también sirvió de escenario para conocer las mejoras y los nuevos desarrollos incorporados al Sistema THERMOLAN® en su última y mejorada versión v3.0, así como el novedoso software de simulación en pieza KASANDRA, ambas herramientas desarrolladas por el centro tecnológico AZTERLAN.
| “Es necesario dejar de hablar de calidad metalúrgica como concepto abstracto y parametrizar esta “calidad” respecto a las características precisas perseguidas en pieza” |
Dando inicio al encuentro, Urko de la Torre, investigador de AZTERLAN especializado en tecnologías de fundición de hierro presentó en su intervención “Evolución del sistema de control y predicción en pieza mediante análisis térmico” los diferentes usos de las herramientas de análisis térmico como herramienta para caracterizar el metal líquido en tiempo real y como sistema de control.
De forma introductoria, De la Torre ilustró diferentes escenarios en términos de rechazo potencialmente causados por diferentes calidades metalúrgicas que únicamente pueden ser controlados mediante herramientas de análisis térmico. A través de casos prácticos, el investigador de AZTERLAN mostró a los asistentes cómo composiciones elementales similares pueden acabar en diferentes niveles de éxito y rechazo debido, entre otros, a la formación de microrrechupes, a la precipitación de carburos o a malformaciones grafíticas ligadas al proceso de solidificación.
En este sentido, el especialista en tecnologías de fundición de hierro hizo hincapié en la necesidad de dejar de referirse a calidad metalúrgica como concepto abstracto e indicó que la clave de una medición exitosa se basa en parametrizar dicha calidad; es decir, “en cada fundición (y pieza) deberemos poder cuantificar y parametrizar los rangos de calidad perseguidos de forma que los resultados que vayamos obteniendo sean medibles y comparables. Así, por ejemplo, para fundición esferoidal, la calidad metalúrgica se traducirá, principalmente, en densidad de esferoides, Self Feeding factor (representativo de la tendencia de la aleación a presentar defectos de contracción) y riesgo de aparición de carburos y temple inverso. Para fundición gris, se centraría en el % de grafito tipo A, el tamaño de los grafitos y el parámetro K, mientras que, para fundición de grafito compacto, podremos predecir el índice de esferoidización”.
De la Torre indicó que el análisis térmico permite también, entre otros, controlar la nodularidad para fundición esferoidal, basándose en la cantidad de Mg libre que presenta el metal líquido, así como la predicción del ratio ferrita-perlita para fundición esferoidal y para fundición laminar, la predicción de la resistencia y la dureza.
Centrándose en la experiencia de AZTERLAN en el desarrollo del Sistema Thermolan®, De la Torre indicó que esta herramienta de control está sujeta a un constante desarrollo y que sigue incorporando el nuevo conocimiento desarrollado en el ámbito y adaptándolo a las crecientes necesidades de la fundición de mejorar sus procesos.
En este aspecto, y con una mirada más global que abarcó todo el proceso de fundición, la posterior presentación técnica “Aplicación del análisis térmico al control metalúrgico del proceso de fundición” abordó cómo aplicar la información obtenida del análisis térmico (concretamente, utilizando el Sistema Thermolan®) en las diferentes áreas del proceso de producción de todo tipo de fundiciones. En la misma, el investigador especialista en tecnologías de fundición de hierro Aitor Loizaga ofreció claves que “nos pueden ayudar a controlar y mejorar la calidad metalúrgica desde la zona de fusión, donde es posible obtener con gran precisión y en un corto espacio de tiempo el porcentaje de carbono y evaluar la calidad metalúrgica del metal base, hasta el comportamiento del metal en el molde, pasando por el efecto de inoculantes y aditivos, el análisis térmico ofrece también importantes claves para actuar de forma preventiva en muchos puntos del proceso de fabricación”.
Siguiendo el proceso natural de la fundición, Loizaga mostró las aplicaciones del análisis térmico en el área de acondicionamiento y de tratamiento del metal en cuchara con nodulizantes (en el caso de la fundición esferoidal y compacta). En este punto es posible evaluar la calidad metalúrgica del metal acondicionado y del metal tratado con magnesio, pudiendo realizarse estudios comparativos de diferentes aleaciones nodulizantes, así como productos pre-inoculantes, que permiten determinar el producto óptimo para el proceso.
| “Con la información relevante de cada punto del proceso, podemos asegurar las características del material y predecir la sanidad global de cada componente” |
Respecto a las aplicaciones del análisis térmico en el área de colada, Loizaga describió cómo evaluar la influencia de diferentes inoculantes, así como la obtención de predicciones en pieza de la microestructura matricial, de la caracterización del grafito y de la tendencia a presentar defectos de contracción, de presencia de carburos y de temple inverso. Adicionalmente, se presentó la posibilidad de controlar la nodularidad mediante análisis térmico.
Así, “obteniendo y analizando la información relevante en cada punto del proceso, podemos asegurar las características del material y predecir la sanidad global de la pieza. Si a todo esto le añadimos un sistema de alertas y propuesta de acciones correctivas personalizadas basadas en conocimiento experto contrastado, como hace Thermolan®, es posible conseguir una producción sin defectos asegurando la sanidad interna de la pieza, eliminando u optimizando controles a lo largo del proceso de fabricación”.
El experto en tecnologías de fundición de hierro finalizó su ponencia razonando el método utilizado en la validación en planta de las predicciones que el equipo Thermolan® presenta con diferentes parámetros como Self Feeding, el índice de nodularidad, la estructura en pieza y de los riesgos de aparición de defectos metalúrgicos de contracción y de presencia de carburos.
Con el fin de compartir experiencias de uso real en planta de los sistemas de calidad metalúrgica, se presentaron en la jornada casos prácticos de las empresas multinacionales AAPICO (hasta hace poco Sakthi Portugal) y Grupo Draxton (ambas usuarias del Sistema Thermolan®) cuyos representantes expusieron las ventajas de aplicar el análisis térmico en sus procesos con el fin de asegurar la calidad metalúrgica de su producción.
En su intervención, el Responsable de Control de Proceso de la filial portuguesa de AAPICO, Fernando Vilela, afirmó que “junto con otras herramientas predictivas, el análisis térmico aplicado al control de la calidad metalúrgica nos permite adelantar los controles del final al inicio de proceso, pudiendo durante el mismo asegurar la calidad de las piezas que fabricamos”. Por su parte, en representación del GRUPO DRAXTON (cuyo responsable metalúrgico, Adrián Monzón, no pudo, finalmente, asistir a la cita), el investigador Jon Sertucha dio a conocer cómo, en su planta de Utrillas, la compañía ha eliminado algunos ensayos finales gracias a la implantación de dicho sistema y ha conseguido disminuir el rechazo por rechupe en cuello de mazarotas actuando sobre la inoculación en cuchara.
Predicciones en pieza y una mayor customización, principales tendencias de desarrollo ligadas al análisis térmico
Con el fin de explorar las nuevas oportunidades que el análisis térmico ofrece para asegurar la calidad de la producción de fundición, el coordinador del Centro de Modelización de AZTERLAN, José Manuel Gutiérrez presentó cómo estas variables incorporadas a la simulación pueden predecir la sanidad e integridad de las zonas más críticas y vulnerables a cierto tipo de defectos.
“Como sistema complejo, la fundición cuenta con un gran número de parámetros con alta variabilidad. Así, una de las principales claves del éxito de los sistemas de control y predicción desarrollados para la industria reside en la capacidad de integrar y correlacionar la mayor cantidad de variables posibles. Los datos recopilados del análisis térmico son datos valiosos que pueden ayudar a predecir cómo se va a comportar el metal en distintos puntos del componente”. Según explicó Gutiérrez, “al conocer la forma de solidificar del metal y la geometría del sistema, la cual define las masas líquidas aisladas durante la solidificación y la velocidad de enfriamiento de dicho metal, es posible ajustar con mayor precisión el riesgo de aparición de microrrechupes y la estructura final de la pieza”.
Así, una simulación predictiva de estas características ofrece dos funciones complementarias. Por un lado, “en ingeniería, este conocimiento permite predecir con mayor precisión el comportamiento futuro de un nuevo diseño al aplicarle las condiciones reales del metal de cada planta. Por otro, en producción, al integrar la geometría del sistema colado y la calidad del metal utilizado, la simulación permite actuar de forma inmediata ante la aparición de un nivel no asumible de riesgo de defectos”.
Cerrando el apartado de ponencias técnicas de la jornada, el investigador del área de Inteligencia Artificial y Soluciones Tecnológicas Avanzadas Ciro Sierra, presentó las novedades incorporadas al Sistema Thermolan, el equipo (hardware y software) de análisis térmico desarrollado por AZTERLAN para medir la calidad metalúrgica. La actual versión (V3.0) del sistema “tiene la personalización como núcleo central de su desarrollo, tanto a la hora de mostrar los resultados a los distintos perfiles profesionales de la fundición como a la hora de añadir nuevos cálculos e indicadores”. Asimismo, con el fin de favorecer el análisis estadístico y la explotación de datos, Thermolan V3.0 cuenta con una nueva herramienta de análisis y exportación de los datos obtenidos en planta. “Como herramienta viva y en constante evolución, los nuevos y futuros desarrollos realizados sobre Thermolan tienen como objetivo responder a las crecientes necesidades de gestión y eficiencia de la fundición”.
Con el fin de reforzar el soporte técnico a las fundiciones y facilitar el uso del sistema, el responsable comercial de VEIGALAN ESTUDIO 2010, Mikel Lekanda, informó a los asistentes de la existencia de la página web donde próximamente estarán disponibles un FORO privado dirigido a usuarios de Thermolan, “para compartir experiencias reales de uso”, y un BLOG público donde se tratarán conocimientos ligados al análisis térmico y la calidad metalúrgica, así como atender a preguntas y sugerencias. Del mismo modo, Lekanda informó de las características del Contrato de Mantenimiento de software y las coberturas del servicio que incluye la instalación de la nueva versión V3.0 ajustada a las aplicaciones implantadas por cada cliente.
