1. Probeta para la caracterización de materiales de fundición,

caracterizada porque comprende dos zonas de amarre en ambos extremos (7) y una zona central de ensayo (5), zona de ensayo en la que la sección zona central es sensiblemente concéntrica e inferior a la sección de los extremos de dicha zona de ensayo, formándose a cada lado de la zona central un cuerpo cónico cuyo ángulo de generatriz se encuentra entre 1º y 5º.2. Probeta para la caracterización de materiales de fundición, según la reivindicación primera caracterizada por comprender una bajante con una sección de control (6) en la parte inferior de la misma de forma que controla el llenado de las probetas a bebedero lleno a través de dos mazarotas (3) una en cada extremo de la probeta.3. Probeta para la caracterización de materiales de fundición, según la reivindicación primera y segunda caracterizada porque el sistema de filtrado (2) es de filtro de esponja

Probeta para la caracterización de materiales de fundición.

Campo de la invención

El objeto de la invención es una nueva probeta para la caracterización de materiales de fundición, es decir una nueva estructura y configuración de probeta, tanto para molde de arena como metálico, destinado a la obtención de probetas de tracción o fatiga para su aplicación a aleaciones de aluminio y, en general, a aleaciones con elevada tendencia a la contracción en las que es dificultosa la obtención de probetas de análisis libres de porosidades. Estas nuevas probetas por su estructura y configuración deben ser ensayadas después de mecanizarse.

La invención de la probeta para la caracterización de materiales de fundición, incluye la configuración de la probeta de tracción que evite la formación de porosidad en la zona a ensayar, de forma que sirva para evaluar la calidad real del material con el que se fabrican las piezas de fundición en términos de propiedades mecánicas. También incluye la estructura y configuración del sistema de filtrado, llenado y alimentación.

En la figura 1 se muestra la estructura y configuración de la probeta para la caracterización de materiales de fundición junto con la disposición para el llenado y alimentación formado por la copa (1), continuada por la bajante (4), hasta el filtro (2) y la sección de control (6), así como la probeta central de ensayo (5).

Este tipo de probeta de ensayo a tracción sobre probetas cilíndricas están definidas según la norma UNE-EN-ISO 6892-1 (Abril 2010) y la norma ASTM E8/E8M-09, que exigen que la longitud inicial entre puntos para evaluación de la longitud después del ensayo sea como mínimo 4 veces el diámetro (ASTM E8-09) o mínimo 5 veces el diámetro (UNE-EN-ISO 6892-1 y ASTM E8M-09). La dificultad reside en conseguir una probeta sin defectos de contracción que cumplan con estas grandes diferencias entre radio y longitud y que sea fabricada mediante colada de un molde en arena o molde metálico con el metal que se quiere evaluar. Las aleaciones de aluminio al solidificarse dentro del molde presentan una contracción volumétrica que debe compensarse mediante la aportación de metal de las zonas adyacentes aún líquidas.

El diseño de la presente invención de la probeta para la caracterización de materiales de fundición permite una correcta alimentación al haberse configurado una estructura en la zona central de la probeta en forma de diábolo para ayudar a la alimentación desde las mazarotas (3), la probeta (5) en su zona central, es sensiblemente concéntrica e inferior a la sección de los extremos, tiene una forma cónica cuyo ángulo de generatriz se encuentra entre 1º y 5º, para disponer finalmente de una zona de amarre (7) en su unión con las mazarotas (3) de alimentación también con forma cónica.

La estructura incluye la colocación de un filtro esponja (2), para evitar la introducción de inclusiones dentro de la zona de análisis. La forma cónica tanto en la zona central como en las mazarotas (3), también ayuda a atrapar escorias durante el llenado. Se ha constituido una estructura y configuración de las secciones de los canales para conseguir un llenado presurizado de la probeta que ayude a evitar la entrada de impurezas a la zona de caracterización.

Estado de la técnica anterior

Para estudiar la variación de resultados en los diferentes ensayos se deben seguir procesos de análisis totalmente normalizados y controlados. Únicamente de esta manera los datos serán comparables, pues es preciso cumplir la norma UNE-EN-ISO 6892-1 (Abril 2010) y la norma ASTM E8/E8M-09. Sin embargo en la técnica disponible hasta la actualidad existe gran dificultad para fabricar probetas que cumplan las condiciones exigidas y que den resultados en los ensayos que reflejen las características que se quieren valorar a través del estudio de sus propiedades mecánicas (resistencia a la rotura, límite de proporcionalidad, límite de elasticidad, alargamiento, estricción y aspecto macroscópico a distintas temperaturas). La probeta debe representar fielmente las propiedades del metal que se ha colado en las piezas, no las propiedades de la pieza propiamente dicha. Por tanto las condiciones de trabajo han de ser las ideales, para lo que es vital controlar la colada y solidificación del metal.

Son muchos los investigadores que han estudiado esta temática, y pasan del centenar los modelos de probetas y moldes para fabricarlas que han sido empleados sin haberse llegado jamás a un acuerdo final que haya tenido éxito, ya que ninguna de las probetas cumple las condiciones exigidas que permitan normalizar los ensayos, y en todos los casos se presentan carencias de algún tipo. Por estos motivos la normalización del ensayo de tracción de elementos de aluminio según la norma UNE-EN-ISO 6892-1 (Abril 2010) y la norma ASTM E8/E8M-09 resulta difícil, pues el desarrollo de la tecnología no ha llegado aún a la madurez requerida. En definitiva, en el estado anterior de la tecnología solamente los ensayos experimentales son capaces de proporcionar datos sobre las características del metal.

Como conclusión se ha realizado una recopilación bibliográfica sobre estándares de probetas para tracción en aleaciones de aluminio. Sin embargo no se han hallado resultados satisfactorios y determinantes. Tampoco se han encontrado normas existentes que definan con concreción los probeteros para aleaciones de aluminio.

Por otra parte se han colado probetas en coquilla y en arena según los diseños existentes en la actualidad, observándose en todos los casos porosidad en la zona de ensayo. Asimismo se han detectado carencias significativas tanto en los sistemas de llenado como en los de alimentación en los siguientes aspectos:

- Excesiva turbulencia en el flujo del metal líquido durante el llenado.

- Ineficiencia de los sistemas de retención o filtrado.

- Escaso direccionamiento, gradiente térmico, del frente durante de solidificación.

- Ineficiencia de los dispositivos de alimentación.

Todos estos defectos son erradicados con la nueva invención objeto de este documento.

Explicación de la invención y Ventajas

La principal ventaja de la nueva probeta para la caracterización de materiales de fundición, respecto de lo existente con anterioridad, reside en la estructura y configuración adoptada que óptima la sanidad interna obtenida en la zona de ensayo, es decir, ausencia de defectos de contracción y óxidos o gases precipitados. Además en las probetas anteriores las propiedades mecánicas de los materiales se ven visiblemente afectadas por la presencia de porosidades, ya que se disminuye la sección resistente efectiva como consecuencia de los defectos. Estos defectos pueden ir en ocasiones acompañados de óxidos que también afectan de forma negativa a las propiedades mecánicas. Por lo tanto, los resultados obtenidos de una probeta de tracción que presente algún defecto no son representativos de las características del material, que es lo que se pretende evaluar cuando se cuelan probetas coladas aparte. La ausencia de estos defectos permite una caracterización fiel y representativa del material para así determinar su aptitud para fabricar una pieza de responsabilidad o no.

La principal novedad de esta invención de la probeta para la caracterización de materiales de fundición, es la forma geométrica de la probeta, la cual presenta una estructura y configuración de la probeta en forma de diábolo, con menor sección en el centro de la misma y un progresivo incremento en forma cónica cuyo ángulo de generatriz se encuentra entre 1º y 5º, para disponer finalmente de una zona de amarre (7) en su unión con las mazarotas (3) de alimentación también con forma cónica, lo cual garantiza una mayor velocidad de avance del frente de solidificación hacia las mazarotas (3), con lo que se minimiza el riesgo de defectos de contracción, así como de nucleación de poros de gas, durante la transición líquido sólido en la zona de ensayo de la probeta de tracción (5).

Los buenos resultados obtenidos en cuanto a la ausencia de defectos son debidos también por toda la estructura y configuración del conjunto:

- Bajante presurizada (4), con lo que se asegura una adecuada práctica de llenado "a copa llena", evitando la entrada en el sistema de óxidos y la disolución de gases en el metal líquido, fundamentalmente hidrógeno en el caso del aluminio.

- Sistema de filtrado (2), con filtro tipo esponja de 10 ó 20 ppi, que asegura un régimen laminar, minimizando...

1. Probeta para la caracterización de materiales de fundición, caracterizada porque comprende dos zonas de amarre en ambos extremos (7) y una zona central de ensayo (5), zona de ensayo en la que la sección zona central es sensiblemente concéntrica e inferior a la sección de los extremos de dicha zona de ensayo, formándose a cada lado de la zona central un cuerpo cónico cuyo ángulo de generatriz se encuentra entre 1º y 5º.

2. Probeta para la caracterización de materiales de fundición, según la reivindicación primera caracterizada por comprender una bajante con una sección de control (6) en la parte inferior de la misma de forma que controla el llenado de las probetas a bebedero lleno a través de dos mazarotas (3) una en cada extremo de la probeta.

3. Probeta para la caracterización de materiales de fundición, según la reivindicación primera y segunda caracterizada porque el sistema de filtrado (2) es de filtro de esponja.