Manufacture of forming tools with subcutaneous cooling circuits by means of laser cladding

In the manufacturing processes of transformation of metallic, plastic, and ceramic materials, many of the relevant events occur in areas of difficult access in which, due to working conditions, it is not possible to capture the data directly. As a consequence, currently, the monitoring of these processes is carried out through data taken indirectly; the same happens with the modeling and simulation tools that feed on these parameters. Being capable to advance in the integration of transducers that allow capturing this data of great relevance is a fundamental aspect to improve its control and efficiency.

A particularly representative case of this problem is found in forming tools that work in adverse conditions (high temperatures and wear). In these cases, the main challenge is to be able to ensure the implementation of commercial sensors on tool surfaces guaranteeing their integrity, as well as the conduction of power and the reading of their signals by standard wiring. Therefore, to address the technological challenges posed by this objective, in the first place, the thermal problems associated with this integration must be solved.

Fabricación de herramientas de conformado con circuitos de refrigeración subcutáneos mediante laser cladding

En los procesos de fabricación de transformación de materiales metálicos, plásticos y cerámicos muchos de los eventos relevantes se dan en zonas de difícil acceso en las que, debido a las condiciones de trabajo, no es posible capturar los datos de forma directa. Como consecuencia, actualmente, la monitorización de estos procesos se realiza a través de datos tomados de forma indirecta; lo mismo sucede con las modelizaciones y simulaciones que se alimentan de dichos parámetros. Poder avanzar en la integración de transductores que permitan capturar estos datos de gran relevancia es un aspecto fundamental para mejorar su control y su eficiencia.

Un caso especialmente representativo de esta problemática se encuentra en las herramientas de conformado que trabajan en condiciones adversas (altas temperaturas y desgaste). En casos como este, el reto principal consiste en poder asegurar la implementación de sensores comerciales en las superficies de herramientas garantizando su integridad, así como la conducción de potencia hasta los mismos y la lectura de sus señales mediante cableado estándar. Los retos tecnológicos que plantea este objetivo pasan, en primer lugar, por resolver los problemas térmicos asociados a esta integración.

Efecto del tratamiento de magnesio sobre el potencial de nucleación de la fundición dúctil

Es bien sabido, que la calidad metalúrgica y el potencial de nucleación del hierro fundido están totalmente  influenciados por una serie de factores tales como la carga metálica, la composición química, el tratamiento en estado líquido (procesos de esferoidización e inoculación) y las temperaturas de fusión y  mantenimiento. De todos ellos, el tratamiento de esferoidización proporciona una base importante para la posterior inoculación, proporcionando un gran número de puntos de nucleación para el grafito, jugando además un  importante rol  como responsable de la precipitación de grafitos en forma de esferoides y, en consecuencia, una mejora en  las propiedades mecánicas. Las aleaciones de ferrosilicio, que contienen entre 3 y 9% de magnesio y pequeñas adiciones de Al, Ca, La y Ce, son la composición más utilizada para las aleaciones de tratamiento. 

Para comprender mejor la influencia de estos elementos en el proceso de nucleación del grafito, se realizaron varias coladas, las cuales fueron tratadas con 3 diferentes tratamientos  de Mg (sin Tierras Raras (RE), con un contenido del 1,3% RE y otro del 2,3% ER), las cuales se vertieron en una serie de tazas estánadar para su posterior análisis térmico. Algunas de esas tazas fueron inoculadas  con un inoculante rico en Ce (1,83% Ce, 0,95% Al, 0,91% Ca). Después de enfriarlas a temperatura ambiente, las  muestras fueron seccionadas y preparadas para su caracterización metalográfica con el fin de identificar la naturaleza de las inclusiones que pueden actuar como  puntos de nucleación para el grafito a través de algunas de las técnicas más avanzadas del FEG-SEM (espectros, mappings y line scans).

Effect of the Magnesium Treatment on the Nucleation Potential of Ductile Iron

It is well known that the metallurgical quality and the nucleation potential of cast iron are influenced by a series of factors such as the metallic charge, the chemical composition, the liquid treatment (spheroidization and inoculation) and the melting, holding and pouring temperatures. From all of them, the spheroidization treatment supplies an important basis for the subsequent inoculation, providing a large number of potent nuclei for graphite. It plays an important role being responsible for the graphite crystallization in spheroids and consequently, for obtaining better mechanical properties. Ferrosilicon alloys, which usually contain from 3% to 9% of Magnesium along with some small additions of Al, Ca, La and Ce, are the most widely used for these specific treatments. 

To further understand the influence of these elements on the nucleation of graphite, melts treated with 3 different magnesium treatments, whose main difference was the content of rare earths (RE) (without RE, 1.3% RE and 2.3% RE), were produced and poured into standard thermal analysis cups. An inoculant rich in Ce was also used (1.83% Ce, 0.95% Al, 0.91% Ca). After cooling to room temperature, the cups were sectioned and prepared for metallographic characterization to identify the nature of the inclusions which can act as nucleation sites for the graphite nodules through spectrums, mapping and line scans generated with a FEG-SEM equipment.