La guia definitiva de la fosa de metalls: coneixements bàsics que cal saber

Introducció a la fosa de metalls

Fusió de Metalls és un procés fonamental de fabricació que ha modelat la civilització humana durant mil·lennis. Consisteix a abocar metall fos en un motlle, on es refreda i solidifica per formar una forma específica. Aquesta tècnica és la columna vertebral de la indústria moderna de fabricació de maquinària, i produeix components que van des de blocs de motors d’automòbils fins a escultures artístiques intrincades.

La versatilitat de la fosa rau en la seva capacitat de crear geometries complexes que són difícils o antieconòmiques d’aconseguir mitjançant altres mètodes com la forja o la soldadura. Ja sigui en aplicacions residencials o en sectors industrials pesats, les peces foses de metall són presents arreu.

Una breu història de la fosa de metalls

Els orígens de la fosa de metalls remunten a l’antiguitat. La fosa de ferro més antiga conservada al món, el "Cast Jin Ding" va ser descobert a la Xina i data del 513 aC. Aquest objecte, que pesa aproximadament 270 kg, demostra que els fonaments de la metal·lúrgia fèrrica es coneixien fa més de 2.500 anys.

A Europa, la producció de ferro fos va començar cap al segle VIII dC. L’adopció del ferro fos va ampliar significativament l’aplicació de productes metàl·lics. Entre els segles XV i XVII, països com Alemanya i França van començar a instal·lar canonades de ferro fos per subministrar aigua potable als habitants, mostrant així la utilitat d’aquest material en les infraestructures.

La Revolució Industrial del segle XVIII va marcar un punt d’inflexió. Amb el ràpid desenvolupament de les màquines de vapor, les màquines tèxtils i els ferrocarrils, la demanda de components de ferro resistents i fabricables en massa va augmentar notablement. Aquesta època va transformar la fosa d’un ofici artesanal en un servei industrial fonamental.

L’evolució de la tecnologia de fosa al segle XX

El segle XX va presenciar avenços sense precedents en la tecnologia de fosa. Dos factors principals van impulsar aquest ràpid desenvolupament:

1. Demanda de materials d'alt rendiment: Les noves tecnologies exigien peces foses amb propietats mecàniques i físiques superiors, mantenint alhora una bona maquinabilitat.

2. Innovació transversal entre indústries: L'expansió de les indústries química, d'instrumentació i mecànica va crear condicions favorables per a la innovació en fonderies. La invenció del microscopi electrònic, per exemple, va permetre als metallurgistes explorar el món microscòpic dels metalls, cosa que va portar a una comprensió més profunda de les estructures cristal·lines i del comportament dels materials.

Durant aquest període es van inventar i perfeccionar aliatges superiors, com ara:

• Ferro dúctil

• Ferro fós maleable

• Acer inoxidable de baix contingut de carboni

• Aliatges avançats d'alumini, coure i magnesi

• Superaleacions d'alt rendiment basades en titani i níquel

A més, nous processos com la inoculació de la fosa grisa han millorat dràsticament les propietats del material, donant als encofrats metàl·lics una adaptabilitat molt més àmplia que mai abans.

Tècniques i processos moderns de fosa

Avui dia, la fosa es divideix generalment en dues categories principals: fosa ordinària i fosa especial .

1. Fosa ordinària en sorra

Aquest mètode tradicional continua sent àmpliament utilitzat i inclou:

• Motllatge amb sorra verda: Utilització d'una barreja de sorra, argila i aigua.

• Moldeig amb sorra seca: Utilització de motlles cuits per obtenir una major resistència.

• Sorra químicament lligada: Utilització de resines o aglutinants que es solidifiquen a temperatura ambient.

2. Mètodes especials de fosa

La fosa especial utilitza materials de motlle diferents per assolir una major precisió o propietats específiques:

• Motlles de material mineral: Aquesta categoria fa servir sorres naturals o sintètiques i ceràmiques. Exemples n’hi ha com llançada d'inversió (cera perduda), moldeig en closca , modelat ceràmic , i colada a buit .

• Motlles metàl·lics: Aquesta categoria utilitza motlles permanents fets de metall. Els processos clau inclouen fundició per pressió , fosa centrífuga , casting contínu , i fosa a baixa pressió .

Les tres parts bàsiques del procés de fosa

Independentment del mètode emprat, el procés de fosa es pot dividir en tres etapes fonamentals:

1. Preparació del metall (l’aliatge): El metall es prepara com un aliatge concret (ferro fos, acer fós o aliatges no ferrosos) per assolir les propietats mecàniques desitjades.

2. Preparació del motlle: El motlle es crea per formar la forma externa de la peça fosa. Es poden utilitzar nuclis per crear cavitats interiors.

3. Alimentació i neteja: Un cop el metall s’ha solidificat, la peça fosa es treu del motlle. A continuació, es du a terme una operació de neteja per eliminar les entrades, els becs i les vores de tall mitjançant equips com màquines de sorra projectada i eines de tall. Algunes peces foses passen després per processament posterior a la colada processos addicionals, com ara tractaments tèrmics, tractaments superficials anticorrosius o maquinatge bast.

Avantatges i aplicacions de la fosa de metalls

La fosa sovint és el mètode més econòmic per obtenir formes brutes, especialment en peces complexes, on la seva rendibilitat és més evident.

Aplicacions principals inclouen:

• Automòbil: Blocs i capçalots de motor.

• Marí Hèlixs marítimes.

• Aeronàutica: Components de turbines de gas d’aliatges a base de níquel, que són difícils de mecanitzar mitjançant qualsevol altre mètode.

• Art i arquitectura: Escultures intrincades i components decoratius de ferreteria.

El procés ofereix avantatges únics: és adequat per a gairebé una gamma il·limitada de tipus de metall i mides de peces. Les foses també proporcionen una excel·lent resistència al desgast, resistència a la corrosió i amortiment de vibracions: propietats que, en alguns casos, no es poden assolir mitjançant la forja, la laminació o la soldadura.

El futur de la fosa de metalls

La indústria de la fosa continua evolucionant. Les tendències actuals exigeixen foses amb:

• Un rendiment i una precisió globals superiors.

• Un pes inferior i acabats de superfície més llisos.

• Una major eficiència energètica i sostenibilitat ambiental.

Per satisfer aquestes exigències, la indústria se centra en el desenvolupament de nous aliatges, la millora dels processos metal·lúrgics i la introducció de l’automatització. La robòtica i el disseny i fabricació assistits per ordinador (CAD/CAM) esdevenen cada cop més habituals tant en la producció com en la gestió.

Amb millores contínues en les proves electròniques i el control de qualitat, els enginyers de fosa obtenen una comprensió més profunda de la cristal·lització dels metalls, cosa que condueix a una millora de la qualitat interna. Com a resultat, les peces foses de metall estan preparades per experimentar un desenvolupament encara major i una aplicació més àmplia en el futur.