Implementación de un Modelo de Solidificación de Fundición Nodular en un Programa de Elementos Finitos para Propósitos Generales

Abstract

El desarrollo de la solidificación de las piezas obtenidas por colada y moldeo es uno de los factores determinantes de la microestructura final del material y, por ende, de las propiedades mecánicas del mismo. Las múltiples variables que intervienen en el cambio de fase líquido-sólido, y su compleja interrelación, dificultan la predicción del resultado final, adquiriendo por ello relevante importancia la simulación computacional del fenómeno. Actualmente, es común la utilización de modelos que acoplan los problemas térmico y metalúrgico que el proceso de solidificación involucra mediante un análisis a dos niveles. Un nivel macroscópico en el que se trata la evolución de la
temperatura, resolviendo la ecuación del calor por el método de los elementos finitos, y un nivel microscópico en el que se analiza la evolución de las diferentes fases por medio de sus leyes de nucleación y de crecimiento.
En el presente trabajo se incorporó un modelo de solidificación de fundición nodular, que responde a la teoría denominada plurinodular, al programa de elementos finitos de propósito general Abaqus. Para ello se utilizaron las subrutinas de usuario HETVAL y USDFLD que permiten definir la generación del calor latente de cambio de fase y la evolución de las variables de estado del problema metalúrgico.
Con el modelo implementado se simuló la solidificación de un bloque normalizado “Y” del tipo utilizado por la industria para caracterizar mecánicamente al material y determinar la conformidad del mismo. Se compararon los resultados numéricos con resultados experimentales hallándose una buena concordancia entre los mismos. El proceso empleado en este trabajo para la solidificación de la fundición nodular puede utilizarse para otros cambios de fase modificando adecuadamente las leyes de nucleación y crecimiento.