ensayo de metalografia de fundiciones

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1 Metalografía de Fundiciones de Acero metallographic sample preparation Autor 1: Óscar Osorno Becerra Autor 2: Gerardo Andrés Salazar Departamento de ingeniería mecánica, Universidad tecnológica, Pereira, Colombia RESUMEN Para este laboratorio se trabajó con diferentes piezas de fundición, se dio una explicación del diagrama hierro- carbono metaestable para poder darnos cuenta de los tipos de fundición de hierro más usados en la industria, sus características más comunes, sus propiedades y como se logra llegar a cada una de ellas después de la fundición. Se realizo un pulido grueso y fino para poder hacer un ataque quimico como en las practcias anteriores. Para finalmente proceder a su estudio en el microscopio y conocer de que tipo de fundición se trataba cada una y analizar su microestructura, primero observando las piezas sin aplicar el ataque químico y posteriormente después de aplicado. PALABRAS CLAVES Fundición gris, fundición blanca, fundición nodular, fundición maleable, grafito, metaestable ABSTRACT For this lab we worked with different molding, an explanation of the diagram iron- carbon metastable came to realize the types of cast iron commonly used in the industry, its most common features, their properties and how it manages to arrive to each after casting. Coarse and fine polishing was conducted to make a chemical attack as previous practcias. To finally come to his studio in the microscope and know what type foundry was each and analyze its microstructure, first watching the pieces without applying chemical attack and subsequently after application.. KEY WORDS

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metalografia de fundiciones

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Metalografía de Fundiciones de Acero

metallographic sample preparation

Autor 1: Óscar Osorno Becerra Autor 2: Gerardo Andrés SalazarDepartamento de ingeniería mecánica, Universidad tecnológica, Pereira, Colombia

RESUMEN

Para este laboratorio se trabajó con diferentes piezas de fundición, se dio una explicación del diagrama hierro-carbono metaestable para poder darnos cuenta de los tipos de fundición de hierro más usados en la industria, sus características más comunes, sus propiedades y como se logra llegar a cada una de ellas después de la fundición. Se realizo un pulido grueso y fino para poder hacer un ataque quimico como en las practcias anteriores. Para finalmente proceder a su estudio en el microscopio y conocer de que tipo de fundición se trataba cada una y analizar su microestructura, primero observando las piezas sin aplicar el ataque químico y posteriormente después de aplicado.

PALABRAS CLAVES

Fundición gris, fundición blanca, fundición nodular, fundición maleable, grafito, metaestable

ABSTRACT

For this lab we worked with different molding, an explanation of the diagram iron-carbon metastable came to realize the types of cast iron commonly used in the industry, its most common features, their properties and how it manages to arrive to each after casting. Coarse and fine polishing was conducted to make a chemical attack as previous practcias. To finally come to his studio in the microscope and know what type foundry was each and analyze its microstructure, first watching the pieces without

applying chemical attack and subsequently after application..

KEY WORDS

gray iron, White iron, nodular cast iron, ductile iron, graphite, stable-metal

MARCO TEORICO

Las fundiciones de aceros son aleaciones de hierro carbono del 2 al 5%, cantidades de silicio del 2 al 4%, del manganeso hasta 1%, bajo azufre y bajo fósforo. 

Se caracterizan porque se pueden vaciar del horno cubilote para obtener piezas de muy diferente tamaño y complejidad, pero no pueden ser sometidas a deformación plástica, puesto que no son dúctiles ni maleables y poco soldables, pero sí maquinables, relativamente duras y resistentes a la corrosión y al desgaste.

Las fundiciones tienen innumerables usos y sus ventajas más importantes son:

-Son más fáciles de maquinar que los aceros.- Se pueden fabricar piezas de diferente tamaño y complejidad.- En su fabricación no se necesitan equipos ni hornos muy costosos.- Absorben las vibraciones mecánicas y actúan como auto-lubricantes.- Son resistentes al choque térmico, a la corrosión y de buena resistencia al desgaste.

De acuerdo con la apariencia de su fractura, las fundiciones pueden ser grises, blancas, o

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atruchadas, aunque también existen las fundiciones maleables, nodulares y especiales o aleadas.

Fundición gris: La mayor parte del contenido de carbono en el hierro gris se da en forma de escamas o láminas de grafito, las cuales dan al hierro su color y sus propiedades deseables.

Fundición blanca: Son aquellas en las que todo el carbono se encuentra combinado bajo la forma de cementita. Todas ellas son aleaciones hipoeutécticas y las transformaciones que tienen lugar durante su enfriamiento son análogas a las de la aleación de 2,5 % de carbono.

Fundición Nodular: Al encontrarse el carbono en forma esferoidal, la continuidad de la matriz se interrumpe mucho menos que cuando se encuentra en forma laminar; esto da lugar a una resistencia a la tracción y tenacidad, mayores que en la fundición gris ordinaria. La fundición nodular se diferencia de la fundición maleable, en que normalmente se obtiene directamente en bruto de fusión sin necesidad de tratamiento térmico posterior. Además los nódulos presentan una forma más esférica que los aglomerados de grafito, más o menos irregulares, que aparecen en la fundición maleable.

Fundación maleable: Los hierros maleables son tipos especiales de hierros producidos por el tratamiento térmico de la fundición blanca. Estas fundiciones se someten a rígidos controles y dan por resultado una microestructura en la cual la mayoría del carbono está en la forma combinada de cementita, debido a su estructura la fundición blanca es dura, quebradiza y muy difícil de maquinar.

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

Equipos:

-Microscopio Metalográfico.-Alcohol-Nital al 2%:

-Fundición gris: La mayor parte del contenido de carbono en el hierro gris se da en forma de escamas o láminas de grafito, las cuales dan al hierro su color y sus propiedades deseables.-Fundición blanca: Son aquellas en las que todo el carbono se encuentra combinado bajo la forma de cementita.-acero inoxidable (se conoció dicho material ya que no sufrió efecto ataque químico)

PROCEDIMIENTO

1. Corte: se debe cortar el material de tal forma que no se altere la muestra a examinar.

2. Pulido: se utilizará papel lija para disminuir el tamaño del grano que se requiere. Se logrará este proceso, utilizando la lija de calibre Nº80 hasta la Nº1000 para que esta transición no sea drástica y cause una deformación en la pieza. Como paso siguiente, se usa el pulidor metalográfico, una herramienta constituida por una rueda giratoria, con un paño especial que exenta la pieza de ralladuras.

3. Ataque químico: se utilizará Nital (2% HNO₃ + 98% alcohol) el tiempo suficiente para que la estructura o defecto sea revelada.

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4. Microscopio: Con este paso podremos analizar y determinar el tipo de fundición de cada uno de los materiales, si es fundición gris o fundición blanca y poder observar la micro-estructura de cada una de las piezas, primero sin atacarlas químicamente y posteriormente ya atacadas.

OBSERVACIONES

Sin ataque químico

. Figura 1: Fundición blanca cilindro de motor:

la estructura vista fue la de una fundición maleable en una fundición blanca a la cual se hace un proceso térmico para mejorar un poco su resiliencia, el grafito se acumula en granos con forma de asterisco.

Figura 2: alicate.

la estructura de la figura es una fundición gris nodular ferritico-perlitica, que se obtiene agregando magnesio en el momento antes de la colada

Figura 3: carcasa:

Fundición gris

Figura 4: chumasera

Fundición gris

Figura 5: brazo de plumilla

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Figura 6: parte de una pesa

Con ataque químico

Figura 1: cilindro de motor:

Fundición blanca, matriz perlitica, cementita en forma de dendritas.

Alto contenido de cromo 28%, resistente a la abrasión, hierro blanco muestra la red interdendrítico de carburo de cromo de hierro y el patrón dendrítico de martensita.

Figura 2: alicate

Acero menor a un 1020, no entra en el grupo de fundiciones, se puede decir que es un acero 1010 con tamaño de grano numero 9.

Mismo acero y tamaño de la placa como para el acero 131. Normalizado y austenizado a 1650 F (899°C) por una hora y enfriado al aire, las áreas claras son ferritas y las oscuras son perlita.

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Figura 3: carcasa

Fundición gris con matriz ferria con pequeños granos de perlita y laminas de grafito.

Alto contenido en fosforo y hierro gris (3,85& de C, 2,65% Si, 0,10 % de S, 0,30 % de P, 0,65 % de Mn y 0,12 % de Cr) como molde de arena, mostrando laminas de grafito de tipo A y B tamaños de 5-8 visto también en las fotos 664 y 665.

Figura 4: chumasera

Fundición gris con matriz perlita y algunas partes con ferrita y láminas de grafito

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Misma como el 663 pero grabado, estructura: láminas de grafito en una matriz de perlita fina (fondo gris) con menos del 10% ferrita libre y menos que el 5% de cementita libre

Figura 5: brazo de plumilla

Fundición de Aleación manesio-zinc.

Zamack: aleaciones de magnesio con algo de zinc.

Figura 6: parte de una pesa

Fundición blanca con granos de cementita y matriz de fondo perlitico. Las partes que se ven como mapa y mas clara es la cementita y el fondo oscuro es la perlita.

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CONSULTA

Tipos de fundiciones nodulares:

Tipos de fundiciones nodulares: Se obtienen diversos tipos de fundiciones nodulares, las cuales van en función de su composición y de su proceso de obtención. Nodular Ferrítico: esta se obtiene por tratamiento térmico de recocido con alargamientos superiores a 18%. Nodular semiperlitico: se obtiene as cast combinando las propiedades del Nodular Ferrítico y el Perlítico y Nodular Perlítico que por tratamiento térmico de normalizado mejora notablemente sus propiedades físicas. Nodular Perlítico Aleado con estructuras Bainíticas: llegando a obtener de límite elástico convencional A 0.2 % 80 PSI Nodulares Austeníticos Son Aleados con Níquel y Cromo para piezas resistentes a los cambios de volumen que trabajan a altas temperaturas. [1.]

Tipos de fundición maleable:

Este tipo de fundiciones se obtiene por recocido de fundiciones blancas. Existen dos tipos de procedimientos para su fabricación que dan lugar a: • fundición maleable europea o de corazón blanco (zona exterior descarburada-ferrita y zona interior de ferrita y perlita ) • fundición maleable americana o de corazón negro ( ferrita y copos de grafito) Para la elaboración de estos dos procesos primero se

fabrican las piezas en fundición blanca seguido de un recocido. Maleable europea: Las piezas de fundición blanca se colocan dentro de cajas cerradas, con un material oxidante tal como mineral de Fe, óxidos, cascarilla de laminación, etc y sometidas a un recocido a alta temperatura (900 a 1100º C) durante 3 a 6 días. Es frecuente emplear aproximadamente 1 día en calentar, 3 en mantener el material a temperatura y 2 en enfriar. En este recocido la fundición blanca se descarbura por difusión de C desde el interior de la pieza hacia el exterior por el efecto oxidante del mineral o cascarilla que la rodea, quedando así convertida en un nuevo material que es muy tenaz y parecido en cierto modo a un acero de bajo carbono. Si la pieza es de grandes dimensiones se obtiene una capa superficial de ferrita y un núcleo de ferrita y perlita, siendo posible encontrar copos de grafito. Maleable americana: las piezas se colocan en cajas cerradas rodeadas con materias neutras como la arena, en lugar de ser recubiertas con materias oxidantes. En el sistema americano la fundición blanca no se descarbura y el carbono no emigra sino que, durante el recocido precipita bajo la forma de copos de grafito, resultando entonces un material muy tenaz también parecido en cierto modo al acero dulce pero con los copos de grafito en una matriz de ferrita. Al mantener la fundición blanca durante cierto tiempo a temperaturas de recocido entre 850-950ºC, la cementita secundaria y eutéctica, se descompone en grafito y austenita. El grafito precipita alrededor de ciertos núcleos potenciales, y crece aproximadamente con la misma velocidad en todas direcciones, tomando la forma final de nódulos irregulares o copos, quedando a su alrededor zonas pobres en carbono La segunda fase del recocido consiste en un enfriamiento muy lento al atravesar la zona crítica en que tiene lugar la reacción eutectoide. Esto permite a la austenita descomponerse en las fases estables ferrita y grafito.[2]

Zamack: Es una aleación de zinc con aluminio, magnesio y cobre. Tiene dureza, resistencia a la tracción, densidad 6,6 g/cm³ y temperatura de

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fusión de 386 °C. Este material puede inyectarse (por cámara fría o caliente y por centrifugación), otro proceso posible es la fundición en tierra de coquilla.Es un material económico, posee buena resistencia mecánica y deformabilidad plástica, y buena colabilidad. Se puede cromar, pintar y mecanizar. 

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Lo que se determinó al aplicar a las piezas los pasos establecidos, con las lijas respectivas y el paño, es que el material fue óptimo, puesto que antes del proceso no contaba con las características físicas que después se obtuvieron. Asegurarse de que el material se encuentre en mejores condiciones es ideal para una buena práctica  (buen lijado y brillo espejo de la pieza).Al avanzar paralelamente con el procedimiento, se obtuvieron materiales con mejores cualidades, ya que todos los pasos fueron realizados y observados detalladamente. Es importante agregar el tener cuidado con los residuos obtenidos de esta prueba, para no causar daños por contaminación ni oxidación de la pieza. 

 

Con la ayuda del microscopio metalográfico pudimos determinar los diferentes tipos de fundiciones que presentaban cada una de las piezas, analizar su estructura, la textura que nos indicaban más o menos en qué tipo de condiciones se fabricaron las piezas.

Las propiedades de las fundiciones las podemos aprovechar en distintos tipos de herramientas y en diferentes campos de la ingeniería ya que absorben de una buena manera las vibraciones mecánicas, tienes muy buenas resistencia al desgaste y resistentes en un menor grado a la corrosión que el acero como tal.

Estas propiedad nos indican que las fundiciones nos ofrecen una ductilidad baja por lo tanto no se pueden deformar, estirarse o laminarse, como si se puede hacer con el acero a temperatura ambiente, pero esto mismo nos permite poder darle un tratamiento muy bueno en el mecanizado, moldeo de piezas complejas y además son fácilmente fundibles.

Las propiedades de los aceros sufren algunos cambios debido a su composición química, tratamientos térmicos, velocidad de enfriamiento y en su microestructura.

Las fundiciones las podemos clasificar por medio de lo que nos arroja el análisis metalográfico si es fundición blanca o gris, ya sea alguna de las dos de nuevo las podríamos clasificar en maleable o nodular, también podríamos clasificarlas por su contenido de carbono, o porque simplemente la fundición contenga algún tipo de impureza o aleación que no sea propia de lo que se requiere, según el tratamiento térmico aplicado, la velocidad de enfriamiento.

Las fundiciones son aleaciones de hierro y carbono que se diferencian de los aceros en el porcentaje de carbono que contienen. Así, mientras los aceros contienen entre el 0,03 y el 1,76 % de carbono, las fundiciones contienen entre 1,76 y 6,67%. Esta diferencia hace que las propiedades y los usos de unas y otros sean diferentes.

La Fundición blanca presenta fragilidad y falta de maquinabilidad y su aplicación es muy limitada en el campo de la ingeniería.

Ya que El porcentaje de carbono presente en esta fundición oscila entre un 1,8 y un 3,6%, mientras que el contenido en silicio es bastante bajo, entre el 0,5 y el 2%. Pero si son muy empleadas en aquellos casos donde la ductilidad no es un requisito como por ejemplo en camisas interiores de hormigoneras, máquinas para arar, en placas de revestimiento de molinos para triturar o en rodillos. Aunque su principal uso es

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como material base para fabricar fundiciones maleables.El punto de fusión se encuentra entre los 1100 y 1200 °C. [4.].

La Fundición gris o también llamada hierro colado es la fundición más común que podemos encontrar en la industria gracias a que es fácil de maquinar, tiene facilidad para el templado y mucha fluidez parel colado, Esta aleación ferrosa contiene en general más de 2% de carbono y más de 1% de silicio, se utiliza bastante como bases o pedestales de máquinas, para herramientas, bastidores para máquinas pesadas, bloques de cilindros para vehículos, discos de frenos, herramientas agrícolas, pistones.

La Fundición maleable como la microestructura es similar a la de la fundición nodular, ya que prácticamente no requieren tratamiento térmico, tienen una resistencia relativamente alta y una ductilidad o maleabilidad apreciable, se puede utilizar en varillas de acoplamiento, los engranajes de transmisión y las cajas de diferencial para la industria automotriz, como en frenos de disco para autos de alta gama, así como accesorios para tuberías y partes para válvulas de ferrocarril, marinas, piezas pequeñas.

CONCLUCIONES

Se logró observar y estudiar la composición metalográfica de las diferentes fundiciones, para establecer qué tipo de fundiciones nos estaban entregando cada tipo de pieza para su respectivo análisis.

Con una pieza nos ocurrió que el ataque químico no surtió efecto ya que no era una fundición como tal, más bien es algún tipo de aleación ya que a la hora de observarla a través del microscopio metalográfico no se observó nada sobre la superficie pulida.

Profundizamos en los diferentes tipos de fundición y sus usos, cuales son más comunes

en la industria y cuales nos encontraremos en nuestro día día como ingenieros.

REFERENCIAS

[1.]http://www.ecured.cu/index.php/Fundiciones_maleables[2.]http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/15-TT_Fundiciones_v2.pdf} [3.].http://es.scribd.com/doc/37317702/TIPOS-DE-FUNDICION[4.].http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n_blanca

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