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CONTROLES METALÚRGICOS EN LA
PRODUCCIÓN DE HIERRO DUCTIL. Composición del metal. Antes del
tratamiento de Mg es necesario conocer el contenido de azufre del hierro
líquido. Esto se determina tomando una muestra del tamaño de una moneda y
enfriándola para un análisis espestroscópico. El contenido final de silicio
después de la inoculación puede ser necesario tener que determinarlo
químicamente con perforaciones tomadas de una muestra colada después del
tratamiento. Un rápido control de carbono equivalente, carbono y silicio puede
llevarse a cabo por análisis térmico del metal, pero este debe hacerse antes
del tratamiento. Otras propiedades del
hierro pueden deducirse de los datos del
análisis térmico, incluyendo el subenfriamiento del eutéctico, el cual da una
idea del número de nódulos y la tendencia del enfriamiento. Nodularidad y
numero de nódulos.
El éxito del tratamiento de Mg libre de partículas de
elementos indeseables, y la adecuada post-inoculación en la producción de un
hierro con una buena estructura de grafito nodular y un número adecuado de
nódulos para asegurar la ausencia de carburos y el correcto rendimiento de las
propiedades, es generalmente determinado con rapidez examinando un cupón de
prueba de un diseño tal como el recomendado por American foundrymen`s society
(AFS), el cual se muestra en la siguiente figura: Alternativamente, muestras
pequeñas para análisis metalográfico se pueden tomar de fundiciones
seleccionadas o de otro tipo de probetas. El número de nódulos en un área
especificada se cuentan usando una magnificación, aproximadamente de 100x.
Para la mayoría de los propósitos, un 85 a 100% de grafito debe estar en forma
esferoidal. Las muestras de las fundiciones o probetas serán periódicamente
examinadas para verificar el grafito y evaluar los contenidos de ferrita y
perlita, y para verificar l existencia de carburos indeseables, inclusiones, y
escoriaciones, como un control general del proceso de producción.
FACTORES QUE AFECTAN LAS PROPIEDADES. Estructuras de grafito. La
cantidad y forma del grafito queda determinada durante la solidificación y no
puede ser alterada por subsecuentes tratamientos térmicos. Todas las
propiedades mecánicas y físicas características en esta clase de materiales
resultan de la transformación del grafito sustancial o completamente en forma
nodular esferoidal, y la aparición de cualquier forma diferente de esta, causa
alguna desviación de estas propiedades. Es común intentar producir más de un
90% de grafito en esta forma (90% de nodularidad), aun así las estructuras
entre un 80 y 100% de nodularidad son a veces aceptadas. Todas las propiedades
relativas a la resistencia y la ductilidad decrecen en la proporción en que
aumenta el grafito no nodular, y están relacionadas a fallas, tales como la
resistencia a la tracción y la resistencia a la fatiga, mientras que la
tensión de prueba no es tan adversamente modificada. La forma del grafito no
nodular es también importante, ya que las hojuelas delgadas de grafito con
bordes agudos tienen un efecto más adverso sobre las propiedades de
resistencia que las formas compactas de grafito con bordes redondeados. La
forma del grafito también afecta al módulo de elasticidad, el cual puede ser
medido por frecuencia de resonancia o con ultrasonido, tales mediciones son
por lo tanto frecuentes como una guía de nodularidad. Una baja nodularidad
reduce la resistencia a la fatiga, aumenta la posibilidad de fallas, aumenta
la conductividad térmica y reduce la resistencia eléctrica.
Cantidad de grafito. Con el aumento de la cantidad de grafito, hay una
relativa disminución en la resistencia y la elongación, una disminución en el
módulo de elasticidad y una disminución en la densidad. En general, estos
defectos son pequeños comparados con los defectos de otras variables, porque
el contenido de carbono equivalente en el hierro de grafito esferoidal, no es
una variable mayor y generalmente se mantiene cerca del valor eutéctico.
Estructura de la matriz. El principal factor en la determinación de las
diferentes cualidades de hierro dúctil, es la estructura de la matriz. En la
condición as-cast (recién colado), la matriz consistiera en proporciones
variables de perlita y ferrita, como mayor sea la cantidad de perlita,
aumentara la resistencia y dureza del hierro. Las propiedades de ductilidad e
impacto son principalmente determinadas por las proporciones de perlita y
ferrita en la matriz. Con la disminución de la cantidad de perlita, aumenta la
máxima energía de impacto en la condición dúctil y el rango de temperatura de
transición dúctil-frágil cae. La estructura de la matriz puede cambiarse por
tratamientos térmicos, luego del cual –en la mayoría de los casos- se realiza
un recocido para producir una matriz completamente ferrítica y normalizado
para obtener una matriz sustancialmente perlítica. En general el recocido
produce una matriz más dúctil con una temperatura de transición más baja que
la obtenida en hierros ferríticos as-cast. El normalizado produce una más alta
resistencia a la tracción y una más alta elongación que la obtenida en hierros
completamente perlíticos as-cast. En el primer caso las propiedades se deben a
un refinado grano ferrítico, en el último caso el aumento de la ductilidad y
la resistencia resulta de la homogenización y de una fina estructura perlítica
que ocurre en la condición as-cast. En la figura siguiente se muestra como el
contenido de perlita influye en la resistencia a la tracción y en la tensión
de prueba; como el tratamiento térmico aumente la resistencia y como la
reducida nodularidad baja la resistencia para un contenido de perlita dado.
Un elevado número de nódulos, obtenido por una buena inoculación, tenderá a
aumentar la cantidad de ferrita en la condición as-cast y conducirá a un más
rápido recocido con menor riesgo de tener perlita retenida después de un
tiempo de recocido dado. La presencia de carburos reduce la ductilidad,
incrementa la dureza y promueve fallas en tensión, fatiga y cargas de impacto.
Un cuidado especial es necesario para evitar presencia de carburos, ya que son
difíciles de detectar por los principales métodos no destructivos.
Composición. En la adición de elementos estabilizantes de perlita y
retardadores de la transformación (lo cual facilita los tratamientos térmicos
para cambiar la estructura y las propiedades), ciertos aspectos de la
composición tienen una influencia importante sobre algunas propiedades. El
silicio endurece y tensiona a la ferrita y eleva su temperatura de transición,
por lo tanto el silicio debe mantenerse en un contenido práctico lo más bajo
posible –por debajo de 2%- para lograr la máxima ductilidad y tenacidad.
Además se obtienen mejoras en las propiedades de impacto con un contenido de
fósforo inferior al 0.05%; el fósforo también tiene un potencial efecto
fragilizante en la ferrita del hierro dúctil y por lo tanto hay que mantenerlo
bajo. El níquel también pensiona a la ferrita, pero tiene un efecto reductor
de la ductilidad mucho menor que el del silicio. Cuando se producen calidades
de hierro as-cast con requerimientos de alta resistencia y ductilidad. Casi
todos los elementos presentes en pequeñísimas cantidades se combinan y reducen
la formación de ferrita, es por eso que para producir hierros ferríticos en
condición as-cast deben usarse cargas de alta pureza. Similarmente todos los
carburos y el manganeso deben ser mantenidos en un bajo porcentaje para lograr
la más alta ductilidad y baja dureza. El silicio se agrega para evitar
carburos y para promover la ferrita as-cast en secciones delgadas. Las
propiedades eléctricas, magnéticas y térmicas
son influenciadas por la estructura de la matriz. En general a medida que
aumenta la cantidad de elementos aleantes, aumenta la resistividad y la
conductividad térmica disminuye. Colaborado por:
Peter E. para
arquitectura y construccion en ARQHYS. |
