Tiempo de solidificacion

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Predicción del tiempo de solidificación
La cantidad de calor a ser removida es directamente proporcional a la cantidad de supercalor y a la cantidad de material. La habilidad de remover calor está directamente relacionada con el área total disponible para disiparlo. El tiempo de solidificación es función del volumen de material, el área de superficie y las características del molde.

Procesode enfriamiento en un metal puro
Material líquido

Proceso de enfriamiento en un metal puro
Material comienza a solidificarse en la periferia del molde

Proceso de enfriamiento en un metal puro
Crecimiento dendrítico

Los granos son pequeños debido a que el metal se enfría rápidamente cerca de las paredes el molde,

Los granos restantes son aplastados. El crecimiento es desde las paredeshacia el centro.

1

Proceso de enfriamiento en una aleación
Los componentes de la aleación se segregan. Esto influye en las propiedades del componente ya que la pieza es más rica de un componente en una región que en otra. Algunos procesos son mejores que otros en evitar esta situación.

Curva de enfriamiento para un metal puro
Tp = Temperatura de derrame

temperatura

Tp Tm
∆t1Tm = Temperatura de solidificación

tiempo

Curva de enfriamiento para un metal puro
∆t1 = tiempo para bajar a Tm temperatura

Regla de Chvorinov
dónde:

Tp Tm
∆t1

∆t 2 local (TST en la Regla de
Chvorinov)

= tiempo de solidificación

V t s=C m     A

n

∆t2 tiempo

ts = tiempo de solidificación local V = volumen del material A = área de superficie disponible paradisipar el calor Cm = Constante del molde n = índice de Chvorinov (usaremos n = 2)

2

Quizz/10/sp
6p 15p

Ejemplo de diseño de “risers”
v = 2gh
V=8.97pie/seg
8”

Datos:
2”

3”

4p

Tenemos un “riser” en forma de cilindro. Se debe tardar 1.5 veces en solidificar con relación a la pieza. El “riser” está separado de la pieza.

Los “risers” evitan que la pieza sufra el problemade cavidad por encogimiento

El cómputo del área de superficie del “riser” y la pieza depende de la posición del “riser”: Separado de la pieza

Sobre la pieza

3

Análisis
n

tsriser = 1.5 tspieza
n

Análisis: cómputos relacionados con la pieza
3” 2”

V V t spieza=C m   t sriser =Cm        A pieza  A riser
V V Cm   = 1.5 Cm        A  riser  A  pieza
n V n V = 1. 5        A  riser  A pieza n n

V = 2 ⋅ 3 ⋅ 8 = 48 pulg3

8”

A = 2 ⋅ ( 2 ⋅ 3 ) + 2 ⋅ (2 ⋅ 8 ) + 2 ⋅ ( 3 ⋅ 8 ) = 92 pulg2 V 48 = = 0. 5217pu lg A pieza 92

V  V = n 1.5       A  riser   A pieza

Análisis: Cómputos relacionados con el “riser”
Identificar las variables Derivar ecuaciones V= πD2H 4
riser separado de H la pieza D

V  V = n 1.5       A  riser  A pieza DH  V =   A  riser (2D + 4H ) 

D H

A = π D2∗ 2 + πDH 4  πD2H     4  DH V   = DH = = D D + 4H ) A π D2 + πDH 4 + H  (2   2 2 

V = 0 .5217pu lg    A pieza Tenemos dos variables y DH n = 1. 5 ∗ 0. 5217 una ecuación (2 D + 4 H )

4

Conversión

V V  = n 1. 5        A  riser  A  pieza DH V  =    A  riser ( 2D + 4H) V = 0.5217pu lg    A  pieza DH =n ∗

D H

Tenemos dos variables y

Es necesario realizar una conversión de variables para simplificar los cómputos. Podemos definir r = D/H y re-escribir la ecuación en términos de ésta:
 D ∗H  1  DH    H =  H r  = (r ∗ H )  1  (2D + 4H )  D H  (2 r + 4)  H 2 + 4  H H 
D = r ∗H
r

r ∗H = n 1. 5 ∗ 0. 5217 (2r + 4)
Tomando n=2(valor típico):

Digamos que r = 0.75, entonces:

r ∗H = 0.6389 (2r + 4 )
Para resolver el problema podemos presumir un valor para r y despejar por H.

0.75 ∗ H = 0. 6389 (1.5 + 4) 5.5  H=  0. 6389 0.75   H=4.685 pulg

D = r ∗ H = 0.75 ∗ 4.685 = 3.514 pu lg

Propiedades del material que influyen en el proceso
Viscosidad La mayoría de los metales cuando se encuentran sobre la...
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