En este proyecto se busca entender cualitativa y cuantitativamente los efectos de la composición química, la inoculación y la temperatura de vaciado sobre la tendencia a la formación de defectos por contracción, así como su influencia sobre las características de las curvas de enfriamiento y las características microestructurales asociadas con piezas prototipo de fundición de hierro dúctil obtenidas empleando un sistema de alimentación aplicada, el cual busca aprovechar la expansión que se presenta asociada con la formación de grafito durante la solidificación para contrarrestar la presencia de los defectos mencionados. Partiendo de la suposición de que las cantidades relativas de austenita y grafito que se forman durante la solidificación del microconstituyente eutéctico del hierro dúctil están directamente relacionadas con la presión de expansión que se generará en el liquido remanente de la región semisólida de la pieza al final de su solidificación lo cual a su vez y en función de un adecuado dimensionamiento del alimentador y del cuello que conecta a este con la pieza, determinarán la presencia de cavidades de contracción,, hundimientos superficiales, obtención de piezas hinchadas o bien la obtención de piezas libres de defectos, este proyecto busca analizar y entender los efectos de las variables mas importantes involucradas en la producción de piezas de hierro dúctil sobre el desempeño y funcionamiento de estos sistemas denominados sistemas de alimentación aplicada. Para entender los efectos de estas variables sobre la presencia de defectos asociados a la contracción o expansión del sistema durante su solidificación y enfriamiento se propone realizar trabajo experimental así como modelado mecanístico del enfriamiento y solidificación del hierro dúctil. En este proyecto se pretende establecer experimentalmente los efectos del carbono equivalente, la inoculación, la relación C/Si y la presencia de elementos grafitizantes y carburizantes sobre el funcionamiento de un sistema de alimentación aplicada a una pieza prototipo empleando un diseño de experimentos factorial fraccionado a dos niveles. La influencia de cambios en el carbono equivalente, la relación C/Si y la presencia de elementos grafitizantes y carburizantes sobre las cantidades relativas y la cinética de formación de los microconstituyentes formados durante la solidificación requieren ser analizados por lo cual será necesario proponer e implementar en un programa de computo un micro macro modelo de solidificación aplicado a un sistema simple metal/molde unidireccional el cual en función de la ruta de solidificación proporcionada por el Software Termodinámico Thermocalc (que proporcionaría la ruta de solidificación de estas aleaciones multicomponente basadas en el ternario Fe-C-Si), sea capaz de simular la transferencia de calor y la cinética de solidificación de una pieza simple de hierro dúctil, calculando la cinética de formación de austenita y de los nódulos de grafito así como los cambios de volumen durante el enfriamiento y solidificación de la pieza. El sistema de alimentación aplicada a piezas prototipo empleado experimentalmente incluye un sistema de colada, constituido a la vez de una bajada, un colchón un corredor y un ataque, a través del cual será introducido el metal liquido proveniente de la olla de vaciado. El sistema de llenado esta conectado a un sistema de alimentación constituido por un alimentador ciego y un cuello que lo conecta con una pieza cúbica. La simulación del llenado y la solidificación de un sistema tan aparentemente simple es sumamente complejo cuando se quieren involucrar todos los aspectos arriba señalados por lo cual se propone el empleo de dos softwares comerciales: Phoenix y Procast Se propone realizar un primer estudio enfocado a la simulación de la experimentación realizada previamente introduciendo el micro macro modelo elaborado inicialmente como parte de este proyecto como código en el Software Phoenix para describir térmicamente el enfriamiento y solidificación de los sistemas de alimentación aplicada prototipo utilizados durante la experimentación inicial, que incluye a una pieza cúbica conectada a un alimentador ciego a través de un cuello y .asumiendo una temperatura inicial uniforme en todo el sistema, inicialmente liquido. Se buscaría retroalimentar al modelo con los resultados experimentales y realizar el análisis del proceso para entender el efecto de las diversas variables sobre su funcionamiento. Con el propósito de incluir el efecto del llenado inicial del molde se propone la realización de un estudio complementario el cual incluya la simulación del llenado del molde prototipo empleando el Software Procast para obtener la distribución inicial de temperaturas en el sistema una vez finalizado el llenado del molde y así aplicar esta distribución inicial al programa desarrollado en Phoenix y comparar los resultados obtenidos con los resultados experimentales, las predicciones de Procast y los resultados previamente calculados. Finalmente se propone la realización de un estudio adicional empleando el Software Procast para extender el conocimiento generado al caso de piezas más complejas de hierro dúctil realizando un análisis integral del llenado, el enfriamiento y la solidificación de la pieza aplicando los criterios de diseño desarrollados como resultado del trabajo previo en sistemas de alimentación aplicada.

La principal contribución de este proyecto reside en la generación de conocimiento original que contribuya a entender mas claramente cual es la fenomenología que rige el funcionamiento de un sistema de alimentación aplicada el cual hace uso de la expansión generada por la formación de grafito eutéctico para evitar la presencia de defectos asociados con la contracción o expansión que prevalezca en los instantes finales de solidificación de la pieza. El conocimiento que se pretende generar permitiría entender la relación que existe entre los cambios en composición química, temperatura de colada, inoculación presentes en el hierro dúctil liquido sobre el funcionamiento de un sistema de alimentación aplicada tomando en cuenta los aspectos termodinámicos, cinéticos y de fenómenos de transporte involucrados. Un aspecto adicional que constituye otra aportación importante y original de este proyecto es que no considera a sistemas de alimentación convencionales, como se maneja en toda la literatura mas reciente, pero utiliza sistemas de alimentación aplicada diseñados especialmente para aprovechar el fenómeno de expansión y que sin embargo han encontrado una aplicación limitada debido a su naturaleza semiempírica aunado a la falta de comprensión de su funcionamiento y de las variables que lo afectan.