TP7 Materiales Metalicos UTN Haedo

TRABAJO PRÁCTICO N°7: Metalografía de fundiciones

Ing. Maximiliano Zanín / Ing. Nelson Alvarez Villar

Materiales Metálicos

Equipo N°: ………. Integrantes:

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Fecha de vencimiento: 25/9/2015       

Fecha de Entrega: ……………………

Fecha de Aprobación: ………………..

Actividades

A) Cuestionario

1. Indique y explique las diferencias entre los diagramas Fe-C Estable y Fe-CFe3 Meta-estable.

2. ¿Cómo se calcula el Carbono equivalente?

3. Analice las característicasde la reacción eutéctica en fundiciones blancas y grises. Explique los mecanismos en cada caso.

4. Explique el funcionamiento del horno cubilote para la fabricación de fundición de hierro.

5. Detalle el tratamiento térmico utilizado para la obtención de fundiciones maleables, a partir de fundición blanca.

6. ¿En que consiste el tratamiento de nodularización? Detalle condiciones para realizarlo..

7. Explique de qué depende el tipo de matriz observado (ferrítica, ferrítico-perlítica, perlítica, etc.) . 

8. Investigar las características (microestructura, composición química, propiedades mecánicas, tratamiento térmico) y aplicaciones de las fundiciones citadas a continuación

1. Fundición gris
2. Fundición blanca
3. Fundición maleable de corazón blanco
4. Fundición maleable de corazón negro
5. Fundición nodular

9. ¿Cómo afectan las propiedades mecánicas la morfología del grafito y  el tipo de matriz?.

1)   El término fundición de hierro identifica, al igual que acero, una gran familia de aleaciones ferrosas. Contienen tres aleantes principales (Fe, C, Si). Los contenidos de Carbono y Silicio son mayores que en los aceros. Como consecuencia del mayor % de C la estructura  presentará una fase rica en carbono. Dependiendo de la composición química y la velocidad de enfriamiento, pueden solidificar de acuerdo al diagrama termodinámicamente metaestable Fe-Fe3C o el diagrama estable Fe-C (g).

Cuando se sigue el proceso metaestable, la fase rica en carbono en el eutéctico es el carburo de hierro Fe3C. En cambio, cuando la solidificación sigue el proceso estable, la fase rica en C es el grafito.

Si tomamos como referencia sólo el sistema binario, Fe-Fe3C o bien Fe-C (g), la fundición es una aleación con más de 2% de carbono. El Si y otros aleantes cambian sensiblemente la solubilidad máxima del C en la austenita. Por lo tanto, excepcionalmente, aún aleaciones con % de C menores al 2% pueden solidificar con una estructura eutéctica, y por lo tanto integrar la familia de las fundiciones de hierro.

La formación de un eutéctico, metaestable o estable, es función de muchos factores que incluyen el potencial de nucleación  del líquido, la composición química y la velocidad de enfriamiento. Los primeros dos factores determinan el potencial de grafitización del hierro. Un potencial de grafitización elevado resulta en grafito como fase rica en carbono, mientras que si es bajo, se formará cementita.

Los dos tipos básicos de eutéctico (austenita estable-grafito y austenita metaestable-Fe3C) presentan grandes diferencias en sus propiedades mecánicas (resistencia, dureza, tenacidad y ductilidad).

2) Un parámetro útil para evaluar la soldabilidad de los aceros es el concepto de carbono equivalente CEq (carbon equivalent). Éste consiste en una ecuación que relaciona la composición química del material. Hay distintas ecuaciones para calcular el CEq, veremos solo dos de ellas.

El CEq de un acero es la medida de su tendencia a figurarse durante la soldadura. El valor del CEq se calcula aplicando la fórmula que ampara los elementos que componen químicamente el acero con sus ponderados coeficientes de influencia en el agrietamiento durante la soldadura en relación al C. Es una forma de estimar la soldabilidad de los aceros al carbono.

El Código API 1104- A B presenta la ecuación desarrollada por el Instituto Internacional de Soldadura (IIW), y cuya expresión es la siguiente:

[pic 2]

La Sociedad de Ingeniería de Soldadura Japonesa (JWES) utiliza un parámetro denominado PCM que caracteriza mejor el efecto de los elementos de aleación en los aceros al carbono de alta resistencia y baja aleación (aceros HSLA o aceros microaleados), este es:

[pic 3]

Aunque estas ecuaciones fueron inicialmente desarrolladas para caracterizar la tendencia a la fisuración por hidrógeno para aceros de chapas, estas se utilizan para evaluar el endurecimiento del acero basado en su composición química.

Como regla general, un acero se considera soldable si el CEIIW según la fórmula del International Institute of Welding es menor a 0,4%. Este valor estaría indicando como los elementos de aleación presentes en el acero afectan las transformaciones características favoreciendo la formación de microestructuras susceptibles a fisuración por hidrogeno en la HAZ (heat-affected zone). El CEq provee una indicación del tipo de microestructura esperada en la HAZ en función de la velocidad de enfriamiento desde una temperatura máxima.

3)  Las fundiciones de hierro pueden presentar los mismos constituyentes de los aceros, más el eutéctico ledeburita compuesto de austenita y cementita, el eutéctico ternario de cementita, ferrita y fosfuro de hierro (esteadita) y el carbono en forma de láminas, nódulos o esferitas de grafito, su microestructura se basa en el diagrama hierro carbono estable.

Ledeburita: Es el constituyente eutéctico que se forma al enfriar la fundición líquida de 4.3% C desde 1145°C. Está formada por 52% de cementita y 48% de austenita de 2% C. La ledeburita no existe a temperatura ambiente en las fundiciones ordinarias debido a que en el enfriamiento se transforma en cementita y perlita; sin embargo en las fundiciones se pueden conocer las zonas donde existió la ledeburita por el aspecto eutéctico con que quedan las agrupaciones de perlita y cementita.

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