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Metalografía de Fundiciones de Acero metallographic sample preparation
Autor 1: Óscar Osorno Becerra Autor 2: Gerardo Andrés Salazar Departamento de ingeniería ingeniería mecánica, mecánica, Universidad tecnológica, tecnológica, Pereira, Pereira, Colombia
RESUMEN
microstructure" !irst ,atching the pieces ,ithout appl'ing chemical attac- and subse)uentl' a!ter application((
Para este laboratorio se trabaj con di!erentes piezas de !undicin" se dio una e#plicacin del del diagrama hierro$carbono metaestable para poder KE !"R#S darnos cuenta de los tipos de !undicin de hierro m%s usados en la industria" sus caracter&sticas gra' iron" 0hite iron" nodular cast iron" ductile m%s comunes" sus propiedades ' como se logra iron" graphite" stable$metal llegar a cada una de ellas después de la !undicin( Se realizo un pulido grueso ' !ino MARC" TE"R$C" para poder hacer un ata)ue )uimico )uimico como en las as !undic !undicion iones es de aceros aceros son aleaci aleacione oness de practcias anteriores( Para !inalmente !inalmente proceder a hierro carbono del 2 al 3" cantidades de silicio su estudio en el microscopio ' conocer de )ue del 2 al 43" del manganeso hasta 13" bajo tipo de !undicin se trataba cada una ' analizar azu!re ' bajo !s!oro( su microestructura" primero obser*ando las piezas sin aplicar el ata)ue ata)ue )u&mico ' Se caract caracteri erizan zan por)ue por)ue se pue pueden den *aciar *aciar del posteriormente después después de aplicado( horn hornoo cubi cubilo lote te para para obte obtene nerr piez piezas as de mu' mu' di!erente tama5o ' complejidad" pero no pueden PALABRAS CLAVES ser sometidas a de!ormacin pl%stica" puesto )ue +undicin gris" !undicin blanca" !undicin no son d6ctiles ni maleables ' poco soldables" nodular" !undicin maleable" gra!ito" pero s& ma)uinables" relati*amente duras ' metaestable resistentes a la corrosin ' al desgaste(
ABSTRACT +or this lab ,e ,or-ed ,ith di!!erent molding" an e#planation o! the diagram iron$carbon metastable came to realize the t'pes t 'pes o! cast iron commonl' used in the industr'" its most common !eatures" their properties and ho, it manages to arri*e to each a!ter casting( .oarse and !ine polishing ,as conducted to ma-e a chemical attac- as pre*ious practcias( /o !inal !inall' l' come to his studio in the microscope and -no, ,hat t'pe !oundr' ,as each and anal'ze its
as !undiciones tienen innumerables usos ' sus *entajas m%s importantes son: $Son m%s !%ciles de ma)uinar )ue los aceros( $ Se pueden !abricar piezas de di!erente tama5o ' complejidad( $ 7n su !abricacin no se necesitan e)uipos ni hornos mu' costosos( $ Absorben las *ibraciones mec%nicas ' act6an como auto$lubricantes(
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$ Son resistentes al cho)ue térmico" a la la !undicin blanca es dura" )uebradiza ' mu' corrosin ' de buena resistencia al desgaste( di!&cil de ma)uinar( 8e acuerdo con la apariencia de su !ractura" las !undiciones pueden ser grises" blancas" o atruchadas" aun)ue también e#isten las !undiciones maleables" nodulares ' especiales o aleadas(
Fundici%n gris& a ma'or parte del contenido de carbono en el hierro gris se da en !orma de escamas o l%minas de gra!ito" las cuales dan al hierro su color ' sus propiedades deseables(
Fundici%n 'lanca& Son a)uellas en las )ue todo el carbono se encuentra combinado bajo la !orma de cementita( /odas ellas son aleaciones hipoeutécticas ' las trans!ormaciones )ue tienen lugar durante su en!riamiento son an%logas a las de la aleacin de 2" 3 de carbono( Fundici%n Nodular& Al encontrarse el carbono en !orma es!eroidal" la continuidad de la matriz se interrumpe mucho menos )ue cuando se encuentra en !orma laminar9 esto da lugar a una resistencia a la traccin ' tenacidad" ma'ores )ue en la !undicin gris ordinaria( a !undicin nodular se di!erencia de la !undicin maleable" en )ue normalmente se obtiene directamente en bruto de !usin sin necesidad de tratamiento térmico posterior( Adem%s los ndulos presentan una !orma m%s es!érica )ue los aglomerados de gra!ito" m%s o menos irregulares" )ue aparecen en la !undicin maleable( Fundaci%n (alea'le: os hierros maleables son tipos especiales de hierros producidos por el tratamiento térmico de la !undicin blanca( 7stas !undiciones se someten a r&gidos controles ' dan por resultado una microestructura en la cual la ma'or&a del carbono est% en la !orma combinada de cementita" debido a su estructura
MATER$ALES E)U$P"S UT$L$*A#"S E+ui,os& $icroscopio etalogr%!ico( $Alcohol $;ital al 23:
$Fundici%n gris& a ma'or parte del contenido de carbono en el hierro gris se da en !orma de escamas o l%minas de gra!ito" las cuales dan al hierro su color ' sus propiedades deseables( $Fundici%n 'lanca& Son a)uellas en las )ue todo el carbono se encuentra combinado bajo la !orma de cementita( $acero ino#idable
?@ hasta la ;>1@@@ para )ue esta transicin no sea dr%stica ' cause una de!ormacin en la pieza( .omo paso siguiente" se usa el pulidor metalogr%!ico" una herramienta constituida por una rueda giratoria" con un pa5o especial )ue e#enta la pieza de ralladuras( ( Ata+ue +uí(ico& se utilizar% ;ital <23 ;O₃ C D?3 alcohol= el
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tiempo su!iciente para )ue la estructura o de!ecto sea re*elada(
4( Microsco,io& .on este paso podremos analizar ' determinar el tipo de !undicin de cada uno de los materiales" si es !undicin gris o !undicin blanca ' poder obser*ar la micro$estructura de cada una de las piezas" primero sin atacarlas )u&micamente ' posteriormente 'a atacadas(
Figura 3: carcasa:
+undicin gris
"BSERVAC$"NES Sin ata+ue +uí(ico ( +igura 1: +undicin blanca cilindro de motor: la estructura *ista !ue la de una !undicin maleable en una !undicin blanca a la cual se hace un proceso térmico para mejorar un poco su resiliencia" el gra!ito se acumula en granos con !orma de asterisco(
Figura 4: chumasera Fundición gris
Figura 5: brazo de plumilla
+igura 2: alicate( la estructura de la !igura es una !undicin gris nodular !erritico$perlitica" )ue se obtiene agregando magnesio en el momento antes de la colada
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Figura 6: parte de una pesa
Figura 2: alicate
Con ata+ue +uí(ico +igura 1: cilindro de motor: +undicin blanca" matriz perlitica" cementita en !orma de dendritas( Alto contenido de cromo 2?3" resistente a la abrasin" hierro blanco muestra la red interdendr&tico de carburo de cromo de hierro ' el patrn dendr&tico de martensita(
Acero menor a un 1020 no entra en el grupo de !undiciones se puede decir "ue es un acero 1010 con tama#o de grano numero $% &ismo acero ' tama#o de la placa como para el acero 131% (ormalizado ' austenizado a 1650 F )*$$+,- por una hora ' en!riado al aire las .reas claras son !erritas ' las oscuras son perlita%
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Fundición gris con matriz !erria con pe"ue#os granos de perlita ' laminas de gra/to% Alto contenido en !os!oro ' hierro gris )3*5 de , 265 i 010 de 030 de 065 de &n ' 012 de ,r- como molde de arena mostrando laminas de gra/to de tipo A ' tama#os de 5* isto tambi7n en las !otos 664 ' 665%
Figura 4: chumasera Fundición gris con matriz perlita ' algunas partes con !errita ' l.minas de gra/to
Figura 3: carcasa
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&isma como el 663 pero grabado estructura: l.minas de gra/to en una matriz de perlita /na )!ondo gris- con menos del 10 !errita libre ' menos "ue el 5 de cementita libre
Figura 5: brazo de plumilla
Figura 6: parte de una pesa
Fundición de Aleación manesiozinc%
Fundición blanca con granos de cementita ' matriz de !ondo perlitico% 8as partes "ue se en como mapa ' mas clara es la cementita ' el !ondo oscuro es la perlita%
Zamack: aleaciones
algo de zinc%
de magnesio con
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C"NSULTA Ti,os de fundiciones nodulares : /ipos de !undiciones nodulares: Se obtienen di*ersos tipos de !undiciones nodulares" las cuales *an en !uncin de su composicin ' de su proceso de obtencin( ;odular +err&tico: esta se obtiene por tratamiento térmico de recocido con alargamientos superiores a 1?3( ;odular semiperlitico: se obtiene as cast combinando las propiedades del ;odular +err&tico ' el Perl&tico ' ;odular Perl&tico )ue por tratamiento térmico de normalizado mejora notablemente sus propiedades !&sicas( ;odular Perl&tico Aleado con estructuras Bain&ticas: llegando a obtener de l&mite el%stico con*encional A @(2 3 ?@ PSE ;odulares Austen&ticos Son Aleados con ;&)uel ' .romo para piezas resistentes a los cambios de *olumen )ue trabajan a altas temperaturas( F1(
Ti,os de fundici%n (alea'le&
!abrican las piezas en !undicin blanca seguido de un recocido( aleable europea: as piezas de !undicin blanca se colocan dentro de cajas cerradas" con un material o#idante tal como mineral de +e" #idos" cascarilla de laminacin" etc ' sometidas a un recocido a alta temperatura .= durante a I d&as( 7s !recuente emplear apro#imadamente 1 d&a en calentar" en mantener el material a temperatura ' 2 en en!riar( 7n este recocido la !undicin blanca se descarbura por di!usin de . desde el interior de la pieza hacia el e#terior por el e!ecto o#idante del mineral o cascarilla )ue la rodea" )uedando as& con*ertida en un nue*o material )ue es mu' tenaz ' parecido en cierto modo a un acero de bajo carbono( Si la pieza es de grandes dimensiones se obtiene una capa super!icial de !errita ' un n6cleo de !errita ' perlita" siendo posible encontrar copos de gra!ito( aleable americana: las piezas se colocan en cajas cerradas rodeadas con materias neutras como la arena" en lugar de ser recubiertas con materias o#idantes( 7n el sistema americano la !undicin blanca no se descarbura ' el carbono no emigra sino )ue" durante el recocido precipita bajo la !orma de copos de gra!ito" resultando entonces un material mu' tenaz también parecido en cierto modo al acero dulce pero con los copos de gra!ito en una matriz de !errita( Al mantener la !undicin blanca durante cierto tiempo a temperaturas de recocido entre ?@$D@>." la cementita secundaria ' eutéctica" se descompone en gra!ito ' austenita( 7l gra!ito precipita alrededor de ciertos n6cleos potenciales" ' crece apro#imadamente con la misma *elocidad en todas direcciones" tomando la !orma !inal de ndulos irregulares o copos" )uedando a su alrededor zonas pobres en carbono a segunda !ase del recocido consiste en un en!riamiento mu' lento al atra*esar la zona cr&tica en )ue tiene lugar la reaccin eutectoide( 7sto permite a la austenita descomponerse en las !ases estables !errita ' gra!ito(F2
7ste tipo de !undiciones se obtiene por recocido de !undiciones blancas( 7#isten dos tipos de procedimientos para su !abricacin )ue dan lugar a: H !undicin maleable europea o de corazn blanco
(*
7ste material puede in'ectarse
AN.L$S$S #E RESULTA#"S
7stas propiedad nos indican )ue las !undiciones nos o!recen una ductilidad baja por lo tanto no se pueden de!ormar" estirarse o laminarse" como si se puede hacer con el acero a temperatura ambiente" pero esto mismo nos permite poder darle un tratamiento mu' bueno en el mecanizado" moldeo de piezas complejas ' adem%s son !%cilmente !undibles( as propiedades de los aceros su!ren algunos cambios debido a su composicin )u&mica" tratamientos térmicos" *elocidad de en!riamiento ' en su microestructura(
o )ue se determin al aplicar a las piezas los as !undiciones las podemos clasi!icar por pasos establecidos" con las lijas respecti*as ' el medio de lo )ue nos arroja el an%lisis pa5o" es )ue el material !ue ptimo" puesto )ue metalogr%!ico si es !undicin blanca o gris" 'a antes del proceso no contaba con sea alguna de las dos de nue*o las podr&amos las caracter&sticas !&sicas )ue después se clasi!icar en maleable o nodular" también obtu*ieron( Asegurarse de )ue el material se podr&amos clasi!icarlas por su contenido de encuentre en mejores condiciones es ideal para carbono" o por)ue simplemente la !undicin una buena pr%ctica
($
7l punto de !usin se encuentra entre los 11@@ ' 12@@ L.( F4((
REFERENC$AS a +undicin gris o también llamada hierro colado es la !undicin m%s com6n )ue podemos encontrar en la industria gracias a )ue es !%cil de ma)uinar" tiene !acilidad para el templado ' mucha !luidez parel colado" 7sta aleacin !errosa contiene en general m%s de 23 de carbono ' m%s de 13 de silicio" se utiliza bastante como bases o pedestales de m%)uinas" para herramientas" bastidores para m%)uinas pesadas" blo)ues de cilindros para *eh&culos" discos de !renos" herramientas agr&colas" pistones( a +undicin maleable como la microestructura es similar a la de la !undicin nodular " 'a )ue pr%cticamente no re)uieren tratamiento térmico" tienen una resistencia relati*amente alta ' una ductilidad o maleabilidad apreciable" se puede utilizar en *arillas de acoplamiento" los engranajes de transmisin ' las cajas de di!erencial para la industria automotriz" como en !renos de disco para autos de alta gama " as& como accesorios para tuber&as ' partes para *%l*ulas de !errocarril" marinas" piezas pe)ue5as(
C"NCLUC$"NES Se logr obser*ar ' estudiar la composicin metalogr%!ica de las di!erentes !undiciones" para establecer )ué tipo de !undiciones nos estaban entregando cada tipo de pieza para su respecti*o an%lisis( .on una pieza nos ocurri )ue el ata)ue )u&mico no surti e!ecto 'a )ue no era una !undicin como tal" m%s bien es alg6n tipo de aleacin 'a )ue a la hora de obser*arla a tra*és del microscopio metalogr%!ico no se obser* nada sobre la super!icie pulida( Pro!undizamos en los di!erentes tipos de !undicin ' sus usos" cuales son m%s comunes en la industria ' cuales nos encontraremos en nuestro d&a d&a como ingenieros(
F1(http:JJ,,,(ecured(cuJinde#(phpJ+undici onesmaleables F2(http:JJ,,,(!rro(utn(edu(arJrepositorioJca tedrasJmecanicaJanioJmetalogra!iaJ1$ //+undiciones*2(pd! F((http:JJes(scribd(comJdocJM1MM@2J/EP OS$87$+Q;8E.EO; F4((http:JJes(,i-ipedia(orgJ,i-iJ+undici 3.3Bnblanca
