Inclusiones de MgO en la fundición inyectada de aluminio: Causas, defectos y métodos prácticos de control

La fundición a presión de aluminio no sólo requiere un utillaje preciso y un control del proceso, sino también una calidad estable de la masa fundida. Entre las diversas inclusiones no metálicas, Inclusiones de MgO (óxido de magnesio) son uno de los problemas más comunes y más subestimados en la producción de fundición a presión de aluminio.

A diferencia de la porosidad del gas o los defectos de contracción, las inclusiones de MgO son partículas cerámicas sólidas y rígidas que no pueden eliminarse únicamente mediante refundición. Una vez que entran en la cavidad de la matriz, se convierten en defectos incrustados que afectan directamente a las propiedades mecánicas, la calidad de la superficie y la estabilidad del proceso.

Este artículo ofrece una visión práctica y orientada a la ingeniería de las inclusiones de MgO en la fundición a presión de aluminio, centrándose en su origen, cómo causan defectos y cómo pueden controlarse eficazmente en la producción industrial.

Por qué las inclusiones de MgO son un problema crítico en la fundición a presión

En la fundición a alta presión, el aluminio se funde:

• Altas temperaturas
• Largos tiempos de espera
• Transferencia frecuente de fusión
• Fuerte turbulencia

Estas condiciones aumentan significativamente el riesgo de oxidación, especialmente para Aleaciones de aluminio que contienen Mg como AlSiMg, A380, ADC12 y otras aleaciones de fundición a presión modificadas.

Las inclusiones de MgO son especialmente perjudiciales porque son:

• Duro e indeformable
• Químicamente estable
• Difícil de sacar a flote de forma natural
• Fácil de confundir con otros defectos

Como resultado, las inclusiones de MgO suelen dar lugar a una calidad inestable, en la que los defectos aparecen de forma intermitente y son difíciles de atribuir a un único parámetro del proceso.
Esta correlación entre la limpieza de la masa fundida, el contenido de inclusión y la formación de defectos se ha observado ampliamente en la práctica industrial de la fundición a presión y en estudios experimentales sobre limpieza de la masa fundida y control de la inclusión en la fundición a presión.

¿Qué son las inclusiones de MgO en las fusiones de aluminio?

Las inclusiones de MgO son partículas sólidas de óxido de magnesio que se forman durante los procesos de fusión y tratamiento del aluminio.

Desde el punto de vista de la ingeniería, sus características clave son:

• Punto de fusión muy elevado (~2850°C)
  → Permanecen sólidos durante la fusión, la sujeción y la fundición.
• Alta dureza (comportamiento similar a la cerámica)
  → Actúan como concentradores rígidos de tensiones dentro de la matriz de aluminio.
• Mala humectabilidad con el aluminio
  → Unión débil en la interfaz inclusión-matriz.

Una vez atrapadas en la masa fundida, las partículas de MgO se desplazan con el aluminio hasta la cavidad de la matriz y se convierten en defectos permanentes de la fundición.

Defectos típicos de la fundición a presión causados por inclusiones de MgO

Las inclusiones de MgO raramente causan un solo tipo de defecto. Por el contrario, reducen la robustez general del proceso de fundición a presión.

Los problemas más comunes son:

Defectos superficiales

• Manchas negras o rayas oscuras
• Superficies rugosas tras el mecanizado
• Mal aspecto estético en las partes visibles

Grietas y reducción de las propiedades mecánicas

• Menor alargamiento
• Iniciación temprana de la grieta
• Reducción de la vida a fatiga

Problemas de mecanizado y desgaste de herramientas

• Las partículas duras de MgO aceleran el desgaste de la herramienta de corte
• Acabado superficial deficiente durante el mecanizado CNC

Calidad deficiente del anodizado o revestimiento

• Capas de óxido no uniformes
• Variaciones de color y defectos de revestimiento

Desde el punto de vista de la ingeniería de calidad, las inclusiones de MgO explican a menudo por qué las propiedades mecánicas o la calidad superficial fluctúan incluso cuando los parámetros del proceso parecen inalterados.

Principales fuentes de MgO en fundiciones de aluminio a presión

1. Oxidación del magnesio durante la fusión y la conservación

El magnesio es muy reactivo a temperaturas elevadas. Durante fundir y mantener:

• El Mg reacciona rápidamente con el oxígeno
• Se forman películas de óxido en la superficie de la masa fundida
• Estas películas pueden romperse y ser arrastradas por la masa fundida

Los largos tiempos de espera, las altas temperaturas de fusión y un mal sellado del horno aumentan significativamente este riesgo.

2. Formación de MgO relacionada con el flujo

Los fundentes que contienen cloruros de magnesio se utilizan habitualmente para limpiar y desgasificar fundiciones de aluminio. Sin embargo:

• El fundente húmedo o mal almacenado puede descomponerse
• El uso excesivo de fundente aumenta la generación de óxido
• Las reacciones localizadas pueden producir partículas finas de MgO

Las partículas de MgO relacionadas con el flujo suelen ser pequeñas y estar bien dispersas, lo que las hace especialmente difíciles de eliminar.

3. Turbulencia de fusión y reoxidación

Las turbulencias son uno de los mayores enemigos de la limpieza de la masa fundida:

• Agitación agresiva
• Transferencia de fusión sin protección
• Salpicaduras al verter

Estas acciones exponen continuamente al aire las superficies fundidas frescas, acelerando la oxidación del Mg y generando nuevas inclusiones de MgO incluso después de la desgasificación.

Métodos prácticos para controlar las inclusiones de MgO en la fundición a presión

Las inclusiones de MgO no pueden eliminarse por completo, pero pueden controlarse hasta un nivel estable y aceptable mediante una gestión disciplinada del proceso.

Estudios cuantitativos sobre técnicas de purificación de masa fundida para la eliminación de inclusiones no metálicas muestran que las etapas coordinadas de refinado, desgasificación y filtración reducen significativamente el contenido de inclusión y mejoran la calidad de la masa fundida.

Principales medidas de control

• Utilizar fundentes de baja humedad y secado adecuado
• Evitar la adición excesiva de fundente
• Controle la temperatura de fusión y minimice el tiempo de mantenimiento
• Aplicar protección de gas inerte (argón o nitrógeno)
• Desgasificación por burbujas finas sin turbulencias excesivas
• Instalar filtros de espuma cerámica con el tamaño de poro adecuado
• Reduce las turbulencias durante la transferencia y el vertido de la masa fundida

Desde un punto de vista industrial, la fundición, la desgasificación, la flotación y la filtración eficaces siguen siendo las herramientas más prácticas para el control de la inclusión.

Resúmenes sectoriales de métodos de fundición y desgasificación para la eliminación de inclusiones destacar cómo se aplican estas técnicas en entornos reales de fundición.

Conclusiones: El control del MgO es una cuestión de disciplina de proceso

Las inclusiones de MgO son una realidad inevitable en la fundición a presión de aluminio, especialmente en las aleaciones que contienen magnesio. Su impacto depende totalmente de lo bien que se controle el proceso de fusión y tratamiento de la masa fundida.

La calidad estable de la fundición a presión se consigue mediante:

• Condiciones de fusión controladas
• Manejo disciplinado de la masa fundida
• Filtración y desgasificación eficaces
• Ejecución coherente de los procesos

En la práctica, una calidad estable de la masa fundida es la base de una calidad estable de la fundición a presión, y el control de las inclusiones de MgO es una parte fundamental de esa base.