UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO
FACULTAD DE QUMICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERA METALRGICA
CLAVE 1815: LABORATORIO DE FUNDICIN
REPORTE DE PRCTICA 2: FUSIN Y TRATAMIENTO DE METAL LQUIDO
(ALEACIONES FERROSAS)
ALUMNO: SNCHEZ BAUTISTA JONATHAN EMMANUEL
PROFESOR: ADRIN MANUEL AMARO VILLEDA
GRUPO: 4
SEMESTRE: 2015-2
Introduccin.
Las aleaciones ferrosas forman uno de los sistemas de aleaciones
ms complejos que existen. Las micorestructuras y propiedades
mecnicas de estas aleaciones pueden variar notablemente dependiendo
de factores como:
Composicin qumica
Condiciones de solidificacin
Tratamiento trmico aplicado
Estas aleaciones se dividen bsicamente en dos grandes grupos:
hierros colados y aceros. Ambos grupos constan de aleaciones base
hierro con carbono como elemento aleante principal. La diferencia
entre un hierro y un acero es que en un acero, el carbono formar
carburo de hierro (Fe3C), mientras que en un hierro el carbono se
presentar en forma de grafito. Esta da como resultado dos diagramas
de fases diferentes para el sistema Fe-C:
Diagrama de fases estable (Fe-grafito)
Diagrama de fases metaestable (Fe- Fe3C)
En el caso de los hierros colados, stos se pueden clasificar en
diferenetes tipos, de acuerdo a la microestructura y el tipo de
grafito que presentan y su composicin qumica.
1. Hierro gris
Este tipo de hierro se forma cuando el carbono disuelto rebasa
la cantidad que puede disolverse en la austenita, haciendo que
precipite en forma de grafito. Cuando no se encuentra aleado, tiene
un contenido de carbono de 2.5 a 4% y un contenido de silicio de 1
a 3%. El contenido est presente en el hierro gris, ya que es un
elemento grafitizante, es decir, es el que promueve la precipitacin
del carbono en grafito.
Es un hierro muy resistente a la deformacin, aunque no posee
elongacin alguna, siendo un material muy frgil. La ausencia de
elongacin se debe a la presencia de las hojuelas de grafito
precipitadas, ya que generan zonas de tensin dentro del hierro.
Esto se ve reflejado en la nomenclatura de este tipo de hierro. El
hierro G5000 es un hierro gris con 50 ksi de lmite de cedencia y 0%
de elongacin.
El grafito precipitado puede presentarse en cinco formas
diferentes:
Grafito laminar aleatorio (tipo A): Es el tipo de grafito ms
comn. Aparece en los hierros grises si los contenidos de Si y P no
son muy elevados.
Grafito en roseta (tipo B): Se asocia a velocidades de
enfriamiento muy altas. Las rosetas poseen un centro en el que las
lminas crecen de forma radial. Aparece en la superficie de hierros
con grafito A en su interior.
Grafito de hojuelas superpuestas (tipo C): Hay lminas de
distintos tamaos. Las lminas gruesas provienen de la solidifcacin
del hierro. El grafito eutctico aparece como lminas ms finas, en
los espacios que quedan libres de grafito. Hay grafito secundario
en las caras de las lminas. Es caracterstico de hierros
hipereutcticos.
Grafito dendrtico aleatorio (tipo D): Se forma debido a la
nucleacin retardadad del grafito. Existe un gran nmero de lminas
pequeas que muestran en su distribucin los ejes de crecimiento de
los granos.
Grafito dendrtico ordenado (tipo E): La orientacin de las lminas
de grafito est impuesta por las dendritas. Se relaciona con una
sobrefusin menos caracterstica. Se encuentra en hierros de
composicin hipoeutctica.
Ilustracin 1. De izquierda a derecha: grafito tipo A, grafito
tipo B, grafito tipo C, grafito tipo D y grafito tipo E.
Usualmente se encuentra grafito de tipo D o E al fabricar piezas
de hierro gris. Debido a que estos tipos de grafito producen una
gran cantidad de defectos en el hierro, se realiza una inoculacin
para mejorar el tipo de grafito. La inoculacin se lleva a cabo por
medio de la adicin de silicio (en forma de ferrosilicio) al hierro
gris.
La inoculacin puede llevarse a cabo en dos etapas:
Inoculacin temprana: el ferrosilicio se adiciona en la olla,
antes de colar el hierro, para as promover la formacin de grafito
tipo A al momento de que inicie la solidificacin del hierro.
Inoculacin tarda: debido a que el ferrosilicio se quema con el
paso del tiempo, se agrega ferrosilicio al momento de colar, para
poder mantener el porcentaje de silicio correcto para que la
inoculacin se lleve a cabo correctamente.
2. Hierro nodular
El hierro nodular, o hierro dctil, tiene caractersticas
totalmente diferentes al hierro gris. Algunas diferenecias del
hierro nodular con respecto al hierro gris son las siguientes:
El hierro nodular posee un contenido de carbono y de silicio un
poco ms altos que el hierro gris.
El grafito toma forma esferoidal. Al hierro nodular tambin se le
conoce como hierro grafiesferoidal.
El magnesio es un elemento muy importante para el hierro
nodular. Posee un contenido de aproximadamente 0.035% de Mg.
A diferencia del hierro gris, el hierro nodular s posee un
porcentaje de elongacin. Este porcentaje se expresa en la
nomenclatura de los hierros nodulares. Por ejemplo: la nomenclatura
del hierro D-80-55-06 indica que es un hierro nodular con 80 ksi de
resistencia a la traccin, 55 ksi de lmite de fluencia y 6% de
elongacin.
Ilustracin 2. Hierro nodular con ndulos de grafito rodeados de
ferrita, en matriz perltica. 105x.
Para poder obtener el grafito en forma esferoidal, se requiere
de realizar una nodularizacin al hierro gris. Esto se logra con la
adicin de magnesio (en forma de ferromagnesio) al hierro lquido. La
presencia del magnesio hace que el grafito que precipita tome forma
esfrica, reduciendo as el cambio brusco en la continuidad de la
microestructura.
La nodularizacin se puede realizar por medio de dos mtodos
importantes: el mtodo del sandwich y el mtodo de la olla. En el
primero, el nodulizante se coloca en el fondo de la olla y se cubre
con la carga de chatarra. Esto se hace para permitir que lentamente
el nodulizante se distribuya a travs del hierro lquido. En el
segundo mtodo, el nodulizante se agrega directo al hierro
lquido.
El tamao de los ndulos y la densidad de stos dependen del tamao
de la pieza y de la velocidad de enfriamiento y solidificacin. La
nodularidad de los ndulos ser dependiente de la cantidad de
magnesio adicionado con respecto a la composicin qumica del
hierro.
Si la nodularidad del hierro se encuentra alrededor del 50%, se
tiene en la estructura hojuelas de grafito con forma de gusano. A
este tipo de hierro se le conoce como hierro vermicular y es un
producto intermedio entre el hierro gris y el hierro nodular.
3. Hierro blanco
El hierro blanco es un tipo de hierro en el que el carbono
precipit de tal forma que se form cementita o carburo de hierro en
lugar de grafito. Recibe este nombre porque al fracturarse se
revela una superficie blanca.
Este hierro suele formarse cuando ocurre un subenfriamiento
durante la solidificacin que se encuentre por debajo de la
temperatura eutctica. Si se presenta dicho subenfriamiento, es
seguro que se tendr hierro blanco como resultado.
Posee porcentajes de carbono y silicio relativamente bajos en
comparacin con los del hierro gris y el hierro nodular. El
contenido de carbono va de 2.5 a 3%, mientras que el de silicio se
encuentra entre 0.5 y 1.5%.
Si bien este tipo de hierro no es deseado al fabricar hierros
grises y/o nodulares, posee algunas aplicaciones gracias a sus
propiedades mecnicas. Ya que contiene Fe3C, este tipo de hierro se
utiliza en piezas que requieran de una gran resitencia al desgaste
y la abrasin.
Ilustracin 3. Hierro blanco. 530x.
Los hierros siempre contienen azufre y fsforo en su composicin
qumica. Ambos elementos deben estar controlados por las siguientes
razones:
Azufre: tiende a formar sulfuro de manganeso, reduciendo la
eficiencia de la nodularizacin y aumentando la distorsin de la
microestrutura, fragilizando al hierro.
Fsforo: forma esteadita, o fosfuro de hierro, el cual es un
compuesto muy duro que fragiliza al hierro.
Ilustracin 4. Hierro gris con esteadita (zonas blancas) embebida
en una matriz perltica. 500x.Para saber si una pieza de fundicin
ser de hierro gris o hierro blanco, se realiza la rpueba de la cua.
Esta prueba consiste en realizar probetas de hierro gris para
determinar si una aleacin a colar se blanquear o no. Se entiende
como blanqueo la formacin de hierro blanco en una pieza, debido a
la falta de inoculante durante el proceso de colada.
Se realizan cinco cuas, numeradas como 1, 2, 3, 3 y 4, cada una
con ciertas dimensiones especficas. Para comparar la pieza
fabricada con las cuas, se requiere de romper la primera y observar
el grado de blanqueamiento. El blanqueamiento se expresa en
fracciones de 1/32 y expresa como en el siguiente ejemplo: W3-12,
que significa que se us una cua de tamao 3 y la fraccin de
blanqueamiento es de 12/32 del total.
Objetivos.
Conocer las tcnicas de fusin de las aleaciones ferrosas.
Observar los efectos del inoculante y del noduarizante a
diferentes cantidades agregadas.
Comparar la composicin, tipo de grafito y microestructura de
cada hierro fabricado.
Realizar la prueba de la cua y determinar si se blanquear o no
el hierro gris.
Desarrollo.
En esta prctica se realizaron fundiciones de dos tipos de
hierro: hierro gris (clase G5000, seccin ligera) y hierro nodular
(clase 80-55-06).
Para el hierro gris se procedi a cargar una mezcla de chatarras
de hierro de tal fomra que la composicin final del hierro
concordara con la indicada en la norma. Se fabricaron 50 kg de
hierro gris, utilizando tres tipos de chatarra (troquel grueso,
troquel fino y chatarra de acero). Una vez establecida la cantidad
a cargar de cada entrada, se procedi a fundir la carga en un horno
de induccin hasta llegar a una temperatura de aproximadamente 1500
C. Una vez fundido el hierro gris, se procedi a vaciar el hierro,
primero en una cuchara de 16 kg, de donde se tom una muestra para
fabricar una moneda de anlisis qumico, y luego se vaci en un molde
para barras y cuas previamente preparado.
Despus de vaciar el hierro en el primer molde, se realiz la
inoculacin temprana del hierro en la cuchara, y se tom de nuevo una
muestra para anlisis qumica. Una vez realizado esto, se procedi a
vaciar en un segundo molde para barras y cuas. En este molde se
agreg un poco de inoculante para llevar a cabo la inoculacin
tarda.
Cuando las piezas se solidificaron y enfriaron, se procedi a
desmoldear y romper tanto las barras como las cuas, para poder
realizar el ensayo de las cuas. Habiendo acabado el ensayo, que
consiste en calcular un factor numrico capaz de predecir si una
pieza se blanquear o no, se cortaron las barras ms grandes y se les
realiz una metalografa. Para la metalografa se cort una rebanada de
cada barra y se desbast usando lijas 240, 320, 400 y 600. Habiendo
lijado, se procedi a pulir con un pao fino y almina.
Una vez pulida la pieza, se observ al microscopio para poder
evaluar el tipo de grafito obtenido en cada pieza, tras lo cual se
procedi a realizar el ataque de cada pieza con nital 3 por 6
segundos aproximadamente. Realizado el ataque, se procedi a volver
a ver las piezas al microscopio, para ver ahora la microestructura
y el tipo de matriz del hierro gris.
Para el hierro nodular, se empez cargando una mezcla de
chatarras de hierro, de tal forma que la composicin fuera similar a
la del hierro a fabricar. Una vez fundido el hierro, se tom una
muestra para anlisis qumico.
El nodulizante se agreg al inicio, siguiendo el mtodo del
sandwich, adicionando la cantidad necesaria para obtener 0.045% Mg
en la pieza final.
Tambin se realiz una inoculacin, siendo de dos niveles: la
primer inoculacin fue de 0.15% de silicio adicionado, y la segunda
inoculacin se llev a cabo de tal forma que en total hubiera 0.2 %
de silicio adicionado. Despus de agregar el silicio, se tomaron
muestras de anlisis qumico.
Habiendo tomado la muestra, se procedi a vaciar en dos moldes.
Cada molde tena dos piezas, con un alimentador en una de las
piezas. El alimentador tena una camisa diferente para cada molde,
teniendo una camisa exotrmica en uno y una camisa refractaria en el
otro.
Cuando se enfriaron las piezas, se desmoldearon y se separaron
las piezas sin alimentador. De estas piezas se cort una seccin de
la zona delgada de cada pieza y se realizaron metalografas iguales
a las del hierro gris, observando el tamao, densidad y nodularidad
del grafito presente.
Resultados.
a) Composicin qumica
A continuacin se muestran los resultados de los anlisis qumicos
realizados a los hierros fabricados y su composicin con respecto a
las normas.
1. Hierro gris
Tabla 1. Composicin qumica del hierro gris clase 50, valores
tericos y experimentales.ElementoCSiMnPS
Hierro gris norma2.9-3.1%1.7-2.1%0.5-0.7%0.15% mximo0.9%
mximo
Hierro gris sin inocular2.711%1.638%0.4101%0.0203%0.0703%
Hierro gris inoculado3.066 %1.699%0.506%0.0264%0.0677%
2. Hierro nodular
Tabla 2. Composicin qumica del hierro nodular 80-55-06, valores
tericos y experimentales.ElementoCSiMnMgPSCu
Hierro nodular norma3.5-3.9%2.2-2.7%0.2-0.5%0.045%0.05%
mximo0.015% mximo0.2-0.4%
Hierro sin
tratamiento3.934%1.546%0.265%0%0.01530.01270.1118%
Hierro nodular
13.588%2.461%0.2697%0.0272%0.0164%0.0103%0.2638%
Hierro nodular
23.465%2.846%0.2704%0.0475%0.0139%0.0099%0.2592%
b) Microestructura
La microestructrura de cada hierro fabricado se muestra a
continuacin:
1. Hierro gris sin inocular
Ilustracin 5. Microestructura del hierro gris sin inocular.
Matriz de cementita con granos de perlita. Ataque con nital 3 por
cinco segundos. 100x.
2. Hierro gris inoculado
Ilustracin 6. Microestructura del hierro gris inoculado. Matriz
de 95% perlita y 5% ferrita. Ataque con nital 3 por cinco segundos.
100x.
3. Hierro nodular con nivel 1 de inoculacin
Ilustracin 7. Microestructura del hierro nodular con nivel 1 de
inoculacin. Matriz de 50% perlita y 50% cerrita. Ataque con nital 3
por cinco segundos. 100x.
4. Hierro nodular con nivel 2 de inoculacin
Ilustracin 8. Microestructura del hierro nodular con nivel 2 de
inoculacin. Matriz de 50% perlita con 50% de cementita. Ataque con
nital 3 por cinco segundos. 100x.
c) Tipo de grafito. El tipo de grafito obtenido en cada hierro
se presenta a continuacin:
1. Hierro gris sin inocular: la microestructura obtenida fue de
hierro blanco, por lo que no hubo grafito para observar.
2. Hierro gris inoculado
Ilustracin 9. Microestructura del hierro inoculado. Se observan
las lminas de grafito tipo D/E. Sin atacar. 100x.
3. Hierro nodular con nivel 1 de inoculacin
Ilustracin 10. Microestructura del nodular con nivel 1 de
inoculacin. Se observan las esferas de carburo. Sin atacar.
100x
4. Hierro nodular con nivel 2 de inoculacin
Ilustracin 11. Microestructura del nodular con nivel 2 de
inoculacin. Se observan las esferas de carburo. Sin atacar.
100x
En el caso del hierro gris, se tom la imagen a 100x para hacer
la comparacin del tamao de hojuela, por lo que la informacin
recabada qued de la siguiente forma:
Tabla 3. Informacin sobre el grafito presente en el hierro gris
inoculado.HierroTipo de grafitoTamao de hojuelaMatriz
Hierro gris inoculadoD/E595% perlita5% ferrita
Para las piezas de hierro nodular, se evalu la nodularidad, la
densidad de nodos, el tamao del nodo y el tipo de matriz. Tambin se
tomaron las fotos a 100x.
Tabla 4. Informacin sobre el grafito presente en el hierro
nodular con nivel 1 y nivel 2 de inoculacin.HierroNodularidad
(%)Densidad de ndulos (ndulos/mm2)TamaoMatriz
Hierro nodular 19050650% perlita50% ferrita
Hierro nodular 28550650% perlita50% ferrita
d) Prueba de la cua
A continuacin se muestran las imgenes de las cuas y de las
barras con inoculacin y sin inoculacin.
1. Hierro gris sin inocular
Ilustracin 12. De izquierda a derecha: cua #1, #2, #3 y #4. Las
cuas fueron fabricadas con hierro gris sin inocular.
Ilustracin 13. De izquierda a derecha: barra chica, barra
mediana y barra grande. Las barras estn hechas con hierro gris sin
inocular.
2. Hierro gris inoculado
Ilustracin 14. De izquierda a derecha: cua #1, #2, #3 y #4. Las
cuas fueron fabricadas con hierro gris inoculado.
Ilustracin 15. En sentido contrario a las manecilas del reloj:
barra chica, barra mediana y barra grande. Las barras estn hechas
con hierro gris inoculado.
Las medidas de las cuas utilizadas son las siguientes:
Tabla 5. Medidas de las cuas con inoculacin.CuaB (mm)W (mm)B/2
(mm)
15-2.5
210.265.1
319.1-9.55
3 25.41512.7
431.81615.9
Anlisis de resultados.
a) Composicin qumica.
1. Hierro gris
Comparando los anlisis qumicos realizados al hierro gris sin
inocular con la composicin reportada en la norma, se puede observar
que el porcentaje de carbono, silicio y manganeso se encuentran
fuera del rango permitido de composiciones. Esto puede deberse a la
eficiencia que presenta cada elemento, haciendo que el porcentaje
obtenido en el balance de chatarras disminuya, ya sea porque el
elemento se consume en reacciones qumicas o, en el caso del
carbono, se quema.Al agregar el inoculante, los porcentajes de
carbono y manganeso quedan dentro del intervalo de composiciones
que indica la norma. Sin embargo, el silicio qued ligeramente por
debajo, con una diferencia de 0.001% con respecto al lmite inferior
de composicin. Esto quiere decir que el inoculante utilizado
contena un porcentaje alto de carbono y de manganeso, aumentando la
composicin 0.355% y 0.096%, respectivamente. En cuanto al silicio,
la composicin ligeramente menor a la de la norma se debe a que no
se realiz completa la inoculacin temprana. Adems, el anlisis no
considera el efecto de la inoculacin tarda, el cual muy seguramente
aument la composicin de silicio, haciendo que quedara dentro del
rango de composiciones.
Por otra parte, al evaluar el fsforo y el azufre, se observa que
ambos se encuentran por debajo del valor mximo que permite la
norma. En el fsforo se observa un aumento del 0.00061% en la
composicin, lo que indica que el inoculante posea algo de este
elemento en su composicin. En el azufre se observa una disminucin
de 0.0026% en la composicin, por lo que muy seguramente parte del
azufre reaccion con el manganeso presente en el hierro.
2. Hierro nodular
En el caso del hierro nodular, se observa que el hierro sin
nodularizar contiene un porcentaje de carbono mayor al especificado
por la norma, mientras que los dems elementos se encuentran por
debajo del intervalo de composicin requerido.
Al realizar el primer nivel de inoculacin, se observa que hay
una disminucin en el porcentaje de carbono (0.346%), quedando en el
intervalo de composicin, mientras que el silicio aument en un
0.915%, el manganeso en un 0.0047%, el magnesio en un 0.0272% y el
cobre en un 0.152%. Tambin se observa un aumento en el porcentaje
de fsforo, de 0.0011%, y una disminucin del azufre, de 0.0024%. La
reduccin de porcentajes ocurre por el quemado del carbono presente
y la reaccin del azufre con el manganeso. Por otra parte, el
aumento en la composicin depende de la composicin del nodulizante
utilizado, adems de que se tambin se agreg inoculante al
hierro.
En el segundo nivel de inoculacin, el carbono baja an ms en su
porcentaje, quedando por debajo del intervalo de composicin
requerido en 0.035%. En el caso del silicio, su composicin queda
por encima del lmite superior del rango requerido por 0.146%. En el
magnesio ocurre un caso similar, quedando por encima del valor
mximo requerido de composicin por 0.0025%. El manganeso tambin
sufri un aumento en la composicin, llegando a 0.2704%, valor que se
encuentra en el intervalo aceptable de concentracin. El cobre
disminuy en 0.0046%, pero an as qued en el rango de composiciones.
Por ltimo, tanto el fsforo como el azufre disminuyeron en
composicin.
Considerando las composiciones de ambos hierros nodulares, se
considera ms aceptable el uso del hierro nodular de nivel 1, ya que
los porcentajes de sus elementos se encuentran en los rangos de
composicin requeridos para este tipo de hierro.
b) Microestructura.
1. Hierro gris sin inocular
En este hierro se observ una microestructura caracterstica de
los hierros blancos. Es decir, se tienen zonas de perlita embebidas
en una matriz de color blanco. A simple vista se puede decir que
esta matriz es de cementita, pero de acuerdo con la literatura,
esta matriz est hecha de un material llamado ledeburita
transformada. Para entender mejor qu es la ledeburita transformada,
se requiere de observar el enfriamiento del hierro lquido.
Como en este caso tenemos un hierro hipoeutctico (con menos del
4.3% de carbono), el hierro lquido se enfra hasta llegar a la
temperatura de lquidus, donde empieza a precipitar austenita
primaria. Esta austenita se forma hasta llegar a la temperatura
eutctica, en donde el lquido remanente se transforma en ledeburita,
que es el eutctico formado por cementita y austenita (esta
austenita se denominar como austenita secundaria). El hierro blanco
contina su enfriamiento hasta llegar a la temperatura eutectoide,
donde la austenita se descompone en perlita. La austenita primaria
forma regiones grandes de perlita, mientras que la austenita
secundaria queda embebida en la cementita. Esta mezcla de cementita
y perlita embebida forman lo que se conoce como ledeburita
transformada.
Se present esta microestructura en la pieza por dos razones: la
composicin del hierro corresponde a un hierro hipo eutctico, y no
haba suficiente silicio para que se formara un hierro gris a partir
de la inoculacin del hierro.
2. Hierro gris inoculado.
En este hierro, adems de las lminas de grafito, se observ una
microestructura mayormente perltica, con algunas zonas de ferrita.
La composicin de la matriz se estim de 95% perlita y 5% ferrita.
Esto se debe a que se tiene un hierro gris hipoeutctico, cuya
composicin es muy cercana a la de una microestructura
eutectoide.
Adems, el tipo de grafito presente es un grafito de tipo D y E,
el cual es caracterstico de los hierros eutcticos. La razn por la
que se presentaron estos tipos de grafito y no un grafito tipo A o
B se explicar ms adelante.
3. Hierro nodular con nivel 1 de inoculacin
En este hierro se observan los ndulos de grafito rodeados de una
matriz de ferrita y perlita, ambos al 50% de composicin de la
matriz. La ferrita se encuentra alrededor de los ndulos, mientras
que la perlita se encuentra alrededor de las zonas de ferrita. La
presencia de ambos microconstituyentes se deben a que el hierro
trabajado es hipoeutctico.
La razn por la que la ferrita rodea al grafito se debe a que,
mientras el hierro va solidifcicando en austenita, y la austenita
se transforma en ferrita y perlita, las zonas que se transforman en
ferrita precipitan el carbono que no puede disolver. Este carbono
se concentra en los lmites de grano, por lo que ah precipita.
Adems, como existe la presencia del silicio, que es grafitizante, y
del magnesio, que es nodulizante, el carbono precipitado aparece en
forma de grafito, y este grafito toma forma esferoidal, tpica de
los hierros nodulares.
4. Hierro nodular con nivel 2 de inoculacin
La microestructura observada en este hierro es igual a la del
hierro nodular anterior. Sin embargo, se puede observar que los
ndulos de este hierro no son tan redondos como los del nivel 1 de
inoculacin. Esto se debe a que posiblemente se present un exceso de
inoculante en el hierro, e hizo que la nodularidad del grafito se
viera afectada.
c) Tipo de grafito
1. Hierro gris sin inocular (hierro blanco)
Debido a que no se realiz inoculacin en este hierro, no se
presentaron las condiciones requeridas para la precipitacin del
carbono en grafito, sino que se form cementita. La cementita se
encontr como microconstituyente de la ledeburita transformada,
caracterstica del hierro blanco que se obtuvo como resultado.
Esto se debi a que, al momento de la solidificacin, hubo un
subenfriamiento en el que la temperatura de subenfriamiento fue
menor a la temperatura de final de solidificacin, lo que produjo
como resultado la ausencia del grafito en la solidificacin y la
presencia de cementita.
2. Hierro gris inoculado
Como se mencion anteriormente, el grafito obtenido en este
hierro result ser una mezcla entre grafito tipo D y grafito tipo E.
Ambos tipos de grafito son caractersticos de los hierros grises
hipoeutcticos, y el hierro fabricado result ser hipoeutctico por su
composicin qumica.
La presencia de estos tipos de grafito tambin depende de otros
dos factores. El primero nos dice que el grafito tipo D se forma
cuando hay una nucleacin retardada del grafito, y se peude observar
en la pieza que hay zonas donde el grafito no tiene orden alguno
(la precipitacin fue aleatoria).
El segundo factor que afect al grafito es la cantidad de
inoculante adicionado. Se esperaba que la inoculacin se realizara
con xito, an cuando no se realiz corectamente el proceso,
dependiendo nicamente de la inoculacin tarda. Sin embargo, el
grafito obtenido no fue de tipo A. Esto pudo deberse a que el
inoculante colocado en el molde para la inoculacin tarda slo
hubiera afectado a la zona del bao, donde posiblemente se haya
formado grafito de tipo A, mientras que la zona evaluada fue una de
las barras realizadas junto con las cuas.
3. Hierro nodular con nivel 1 de inoculacin
El grafito obtenido en este hierro claramente tiene una forma
esferoidal en su mayora, habiendo algunos casos de grafito con
forma de gusano. Evaluando con un patrn de nodularidad, se observ
que este grafito tiene un 90% de nodularidad, lo que lo hace
aceptable para ser utilizado como hierro nodular de clase 80-55-06.
La nodularidad presentada se debe a que la cantidad de nodulizante
agregada al hierro fue la suficiente para presentar un hierro
nodular de buena calidad.
Al evaluar la densidad de ndulos con ayuda de un patrn de
densidad, se observ que este hierro posee una nodularidad de 50
ndulos/mm2. Adems, al comparar el tamao de los ndulos con un tercer
patrn, ahora de tamao, se obtuvo un tamao de ndulo de 6, que viene
siendo un tamao mediano. El nmero de ndulos y el tamao de los
ndulos dependen mucho del tamao de la pieza o de la seccin a
evaluar.
Si la pieza es muy delgada o pequea, sta se enfriar muy rpido,
dando como resultado una alta densidad de ndulos de tamao muy
pequeo. Pero si la pieza es muy grande, entonces el enfriamiento
que tendr ser lento. Esto ocasiona que se tengan ndulos ms grandes,
ya que se les permite crecer ms, y una baja densidad de ndulos, ya
que para crecer requieren de absorber los ndulos ms pequeos que se
presenten alrededor.
4. Hierro nodular con nivel 2 de inoculacin
En este hierro se obtuvo un grafito esferoidal, aunque con un
mayor nmero de ndulos con forma de gusano. Esto dio como resultado
una nodularidad del 80%, de acuerdo al patrn de nodularidad. Esto
pudo deberse al exceso de inoculante adicionado. Al haber ms
inoculante, las hojuelas de grafito tienden a poseer una forma ms
laminar. Se puede decir que el silicio promueve tambin que el
grafito adquiera forma de hojuela; el magnesio, forma de ndulos. An
as, este hierro peude ser utilizado debido a que se encuentra en el
mnimo aceptable de nodularidad.
En el caso de la densidad de ndulos y del tamao de ndulo, se
obtuvieron resultados de 50 ndulos/mm2 y de ndulos de tamao 6. Esto
se debe a que la seccin a la que se realiz la metalografa fue
delgada, siendo del mismo grosor que la seccin utilizada con el
hierro nodular anterior. Por lo tanto, se esperaba obtener los
mismos resultados en ambos parmetros.
d) Prueba de la cua
Al romper las cuas de hierro sin inocular, se observa que las
tres cuas ms pequeas (1, 2 y 3) estn totalmente blanqueadas,
mientras que las cuas grandes (3 y 4) estn blanqueadas excepto en
el centro, donde se ven zonas de hierro gris.
No se pudieron comparar con las barras hechas porque no haba
distancias de blanqueamiento como tal. Adems, de acuerdo a las
cuas, en la bara mediana debo presentarse una zona de hierro gris
en el centro. Sin embargo, las metalografas mostradas anteriormente
nos demuestran que slo se obtuvo hierro blanco.
Por otra parte, en las cuas de hierro inoculado se observa que
la cua #1 est totalmente blanqueada, pero las otras cuatro cuas
presentan una zona de hierro gris y la punta de la cua blanqueada.
Se midieron los espesores B y W, siendo B la base del tringulo de
la cua y W la base del tringulo blanqueado. Esto no se hizo para la
cua #3, ya que no haba una zona concreta donde el hierro se
comenzara a blanquear.
Una vez realizadas las mediciones y realizando la comparacin
entre W y B/2, se determin que todas las piezas con tamaos
correspondientes a cada cua se blanquearan. Sin embargo, esto no
fue as, ya que al realizar la metalografa de la barra mediana de
hierro inoculado, se puede observar que se form hierro gris y que,
por lo tanto, la pieza no se blanque.
Conclusiones.
Las tcnicas aplicadas (inoculacin temprana y tarda, mtodo del
sandwich) resultaron ser efectivas para realizar hierros colados,
quedando la composicin obtenida para cada hierro en los intervalos
de composicin indicados por las normas.
Se concluye que a mayor inoculante adicionado, se evitar el
blanqueamiento y se obtendr un grafito ms similar al tipo A.
Tambin el inoculante afecta a la nodularidad de los hierros
nodulares: a mayor inoculante agregado hay una menor nodularidad
del grafito.
En el caso del nodulizante, mientras ms nodulizante se agregue,
mayor nodularidad se tendr, siempre que no se rebase el mximo de
magnesio permitido.
La prueba de la cua no es un mtodo confiable para la
determinacin del blanqueamiento del hierro.
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