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TRATAMIENTO DEL METAL FUNDIDO.
El tratamiento para producir hierro dúctil implica la adición de magnesio
para cambiar la forma del grafito, seguido por o combinado con la inoculación de
un material conteniendo silicio para asegurar una estructura de grafito libre de
carburos. Tratamiento de magnesio: para este tratamiento, el hierro estará
normalmente en una temperatura de 1450 a 1510ºc. Tratamiento con magnesio
metálico: la reacción entre el magnesio metálico y el
hierro fundido es violenta. El magnesio es
vaporizado encendido vigorosamente con aire. Se necesitan recipientes de
reacción cerrados especiales. Uno de los procesos establecidos usa un
convertidor en el cual los lingotes de magnesio son introducidos en la parte
inferior del metal líquido en un recipiente inclinable bajo la presión
atmosférica. Otros métodos implican el uso de magnesio en polvo, varillas o
alambres dentro del metal fundido, con recipientes atmosféricos o presurizados,
diseñados para eliminar el aire y para prevenir la expulsión del metal fundido y
gases durante el proceso. Las partículas de magnesio se compactan con el
magnesio, lo cual reduce un tanto la violencia de la reacción. Estos materiales
pueden ser agregados en recipientes especiales o por inmersión en el cucharón en
una campana refractaria. En otra técnica el coque impregnado con magnesio es
sumergido en el hierro líquido.
Adición de aleaciones de magnesio: puede agregarse una
aleación de níquel con un 10 a 14% de magnesio en el cucharón o durante la carga
por inmersión. La reacción es espectacular, pero no violenta y se obtiene
consistente mejora. Una desventaja radica en el aditamento de níquel y el costo
de la aleación. Otras aleaciones con menor contenido de magnesio (menor a 4%)
han sido también usadas e implican una reacción mucho más quieta. La mayoría de
las aleaciones usadas para introducir magnesio en el hierro fundido son en base
de ferrosilicio conteniendo de 3 a 10.5% de magnesio. La reacción varia entre
bastante violenta (con 10% de Mg) a quieta (con 3% de Mg). La aleación puede ser
sumergida en una campana refractaria o agregada en el cubilote (cucharón)
usándose para esto muchas técnicas diferentes, incluyendo lluvia de hierro
fundido sobre la aleación en la parte posterior del cubilote; cuando se utiliza
este método la aleación se deposita frecuentemente en una cavidad diseñada
especialmente y cubierta con una capa de acero (esto es conocido como proceso
sandwich). El tratamiento tiene lugar en cubilotes con una relación
altura-diámetro de aproximadamente 2:1 para contener cualquier salpicadura del
metal, mientras que el uso de una cubierta con un plato a través del cual el
hierro puede ser vertido reduciendo cualquier expulsión de metal, gas y llama,
mejorando el rendimiento del magnesio. Un método de tratar el metal fundido como
este, llenando el cubilote, es el proceso Flotret, en el cual la aleación de
magnesio es depositada en una cavidad en un recipiente cerrado a través del cual
el metal fundido es vertido entre el horno y el cucharón. Este método puede ser
usado cuando el metal es vertido de un cucharón a otro.
Tratamiento en el molde (proceso Inmold): las aleaciones conteniendo
magnesio pueden agregarse en el molde. La aleación, usualmente de ferrosilicio
magnesio, es depositada en una cámara diseñada especialmente o extendiendo el
sistema de colada antes de cerrar el molde, la aleación se disuelve y también es
colada. Este método contiene la reacción en el molde y evita expulsión de gases
y llamaradas. Se utiliza hierro con bajo azufre (menor a 0.01%) para evitar
problemas que resultan de las inclusiones de sulfuro en la fundición. Control
del contenido de magnesio. En todos los métodos de tratamiento de magnesio,
es esencial una medición exacta del peso del metal tratado y de la cantidad de
aditivo. El contenido de azufre inicial del hierro y la temperatura de
tratamiento debe también conocerse porque ésta influye en el contenido de
magnesio final. La recuperación de Mg se expresa como:
Recuperación = ((% inicial Mg) / ((% agregado de Mg) – ¾ * (% inicial de S)))
El sulfuro de magnesio producido por la reacción fluye en la escoria en la parte
superior del cubilote y es removido por raspaje superficial o usando un cubilote
tipo tetera. Los valores típicos de recuperación a una temperatura de
tratamiento de 1450ºc son:
? 50% para una aleación de 15% Ni-Mg agregado en el cubilote.
? 40% para un 9% de ferrosilicio-Mg agregado usando el proceso sandwich.
? 60% para un 5% de ferrosilicio-Mg agregado usando el proceso sandwich.
? 50% para Mg puro agregado en el convertidor.
? 45% para el proceso Inmold o proceso Flotret.
Inoculación. siguiendo el tratamiento de Mg, el hierro es sujeto a una
inoculación final, a veces llamada post-inoculación. Es comúnmente llevada a
cabo en un cubilote usando un inoculante granular, el cual puede ser
ferrosilicio comercial conteniendo 75% de Si o un rango de las mismas aleaciones
conteniendo 60 a 80% de Si. La cantidad de inoculante agregado variará desde
0.25 a1%. Un alto % de Si en la adición de Mg puede dar una menor inoculación.
el inoculante puede ser agregado durante el revertido, agitado en el metal,
depositado en la parte inferior del cubilote antes del llenado, o sumergido en
una campana refractaria, lo más tarde posible antes de la colada. Es necesario
un agitado efectivo, y una forma de conseguir esto es por burbujeo de aire o
nitrógeno a través del metal fundido usando una toma porosa en la parte inferior
del cubilote. La inoculación reduce el bajo enfriamiento durante la
solidificación y ayuda a evitar la presencia de carburos en la estructura,
especialmente en secciones delgadas. Esto aumenta el número de nódulos de
grafito, mejorando así la homogeneidad, asistiendo en la formación de ferrita y
promoviendo la ductilidad. Esto ayuda a reducir el tiempo de recocido y reduce
la dureza.
El efecto de un inoculante es mayor cuanto antes se disuelva,
después de lo cual éste se va desvaneciendo en un período de 20 a 30 minutos.
Tanto la potencia inicial, como el grado de apagado son influenciados por
pequeñas partículas de elementos, entre los cuales se incluyen calcio, aluminio,
cerio, estroncio, bario y bismuto. La dicción tardía de un inoculante a medida
que el metal se comienza a colar es mucho más efectiva y puede ser logrado por
la colocación de inoculante granular o cortada en partículas inoculantes en el
molde en una extensión del mismo o en una cámara especial del sistema.
Alternativamente el inoculante granular fino puede agregarse al flujo de metal
vertido tanto por despacho al bebedero del molde o encajándosete por una
abertura y pasándolo dentro del bebedero del molde. Estos últimos métodos de
inoculación requieren solo 1/5 a 1/10 del total del inoculante usado en la
inoculación y son a veces usados para suplementar la inoculación del cubilote,
particularmente cuando el apagado ocurre por mucho tiempo en el cubilote.
La última inoculación es a veces practicada junto con otros métodos de
inoculación como una manera de intensificar el efecto de la inoculación o como
salvaguarda contra el apagado de la inoculación en el cubilote, especialmente
cuando se hacen fundiciones muy delgadas. cuando el tratamiento de Mg se hace en
el molde, la aleación de Mg contiene el suficiente Si para producir el efecto de
inoculación requerido, pero debe también ser suplementado mezclando inoculantes
adicionales con la aleación de Mg.
Colado y solidificación. El hierro dúctil comparte con el hierro
gris las propiedades de muy buena fluidez y colabilidad, pero sus
características de colado y solidificación tienen algunas diferencias
importantes que requieren especial atención. Sistemas de exclusa: dado que el
hierro dúctil normalmente contiene magnesio, la oxidación de este elemento,
junto con el silicio, puede aumentar la presencia de pequeñas inclusiones y
escoriaciones tanto en el cubilote como en el sistema de exclusa. Estas
escoriaciones no deben entrar en la fundición, donde pueden causar nudos,
superficies ásperas, o cierta porosidad. Otras recomendaciones son las
siguientes: ? Debe usarse un sistema de exclusa de tamaño adecuado, diseñado
para lograr un rápido llenado del molde con mínima turbulencia de metal.
-
El uso de un filtro cerámico en el sistema de exclusa,
remueve pequeñas inclusiones de escoria y ayuda a un flujo uniforme del metal.
-
El metal agarrado en el cubilote debe ser retirado.
-
El contenido de magnesio debe ser mantenido en un mínimo.
Temperatura y velocidad de vertido. Gradientes
excesivos de temperatura en la colada y el vertido del metal frío son
indeseables, ya que promueve la formación de carburos en las seccione delgadas y
en los extremos de la fundición. Esto puede ser evitado realizando el vertido a
no menos de 1315ºc para coladas de 25 mm de sección, arriba de 1425 para coladas
de 6 mm de sección y en ambos casos modificar el sistema de exclusa. No hay
reglas absolutas para la velocidad de vertido, sin embargo, hay valores típicos
con los que se trabaja con éxito, los mismos se muestran en el siguiente cuadro:
Solidificación y alimentación. El cambio desde el grafito en hojuelas al
grafito nodular es acompañado por importantes diferencias en el comportamiento
de la solidificación. Los hierros hipereutécticos, la segregación y la flotación
de grafito ocurren más fácilmente que en el hierro gris. Esa segregación puede
agravar los problemas superficiales cuando se dan en regiones localizadas de
alto carbono, las cuales afectan negativamente las propiedades mecánicas.
Durante la solidificación, la precipitación de grafito en forma nodular produce
fundiciones de hiero dúctil que se expande en mayor grado y con más fuerza que
el hierro gris. Consecuentemente esto requiere moldes más rígidos y mayor
atención en la alimentación, si se quiere fundiciones robustas. En algunos casos
es posible hacer buenas fundiciones de hierro dúctil de formas simples sin el
uso de desmontadores, usando la ventaja de la expansión del grafito, la cual
ocurre durante la solidificación eutéctica. Los requerimientos son:
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Un molde rígido de arena (bien compactada) contenida en una
moldura rígida.
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Un carbono equivalente de 4.3% y un contenido de carbono de
3.6%.
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Una baja temperatura de colada, probablemente inferior a
1350ºc.
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Un sistema de exclusa y una velocidad de flujo que minimice
los gradientes de temperatura desarrollados en el molde. Colaborado por:
Peter E. para
arquitectura y construccion en ARQHYS.
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