UNIVERSIDAD DE CARABOBO. FACULTAD DE INGENIERÍA. ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA. DEPARTAMENTO DE MATERIALES Y PROCESOS DE FABRICACIÓN. LABORATORIO DE MATERIALES.
Práctica Nº: Titulo de la Práctica: Nombre y Apellidos: Cedula de Identidad: Grupo: Profesor(a):
8 Microscopía de las fundiciones de hierro. Alexander Javier Sánchez Mora. 19861458
52 Johans Bolivar.
Observaciones:
Valencia, 12 de Enero 2014
1. INTRODUCCIÓN. Las fundiciones se clasifican como aleaciones férreas con un contenido en carbono mayor al 2,1%; la mayoría de las fundiciones contienen entre 3 y 6,67% C y otros elementos de adición. Las fundiciones se funden y se moldean con facilidad. Las Fundiciones son frágiles y el moldeo es la técnica de conformación más conveniente. [1] Las fundiciones de hierro o el hierro colado, deben su nombre al hecho básico de que las piezas obtenidas con este material se conforman a través del proceso de colada o fundición, donde una vez obtenida la pieza, sólo es llevada a procesos de acabado dimensional y superficial, sin embargo no son laminadas ni deformadas, todo ello debido a la dureza y fragilidad. Para producir el tipo deseado de hierro fundido, se debe controlar cuidadosamente la solidificación eutéctica frecuentemente agregando modificadores, para promover un crecimiento eutéctico adecuado. [2][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. Se pueden diferenciar cuatro clases diferentes de hierros para fundición según la distribución del carbono en sus microestructuras: blanco, gris, maleable y hierro dúctil o nodular:
Fundicion Blanca: Debe su nombre al color que adquiere la superficies de fractura, la cual es blanca y brillante. No presenta carbono libre y por esta razón es la composición más dura de las fundiciones.
Fundición Gris: Presenta carbono libre y se evidencian como hojuelas interconectadas que se hacen ver su estructura microscópica como “paredes de un laberinto”. Se auto lubrica con grafito. Las hojuelas de grafito concentran esfuerzos, causando baja resistencia y ductilidad, pero la fundición gris tiene varias propiedades atractivas: alta resistencia a la compresión, buena maquinabilidad, adecuadas resistencias al desgaste y amortiguamiento contra la vibración. [2]
Fundicion Nodular: El hierro para fundición dúctil (Fundición Nodular y es la única fundición ductil) combina las ventajas de la fundición gris con las ventajas en ingeniería del acero. Posee buena fluidez y moldeabilidad, excelente capacidad de mecanizado y buena resistencia al desgaste. Además, la fundición dúctil tiene un número de propiedades similares a las del acero, tales como alta resistencia, tenacidad, ductilidad, trabajabilidad en caliente y templabilidad. Su carbono libre se evidencia en el microspico como esferas de carbono las cuales le llaman “ojo de buey”. [1] [2]
La fundición maleable: Se produce al tratar térmicamente por medio de un recocido a una fundición blanca. Durante el tratamiento térmico de maleabilización, se descompone la cementita formada durante la solidificación y se producen nódulos o agrupamientos de grafito. Los nódulos, o carbono de revenido, a menudo parecen “ palomitas de maíz”. La forma redonda del grafito permite que se obtenga una buena combinación de resistencia y ductilidad. [3]
Auto lubricación de grafito: Es el procedimiento que consiste en exponer constantemente la matriz de grafito presente en una fundición sobre la superficie cuya función sea proteger dicha superficie exponiéndose al trabajo las partículas de grafito en lugar de la superficie de la pieza.
2. OBJETIVOS. 2.1 Objetivo general.
Estudiar las fundiciones de acero y sus micro-constituyentes.
2.2 Objetivos específicos.
Identificar los micro-constituyentes presentes en las muestras.
Clasificar el tipo de fundición en cada una de las muestras.
Reconocer el tipo de matriz que presentas las fundiciones.
Establecer y estudiar las posibles diferencias entre cada tipo de función.
3. LISTA DE MATERIALES Y EQUIPOS. 3.1 Materiales.
Bata de laboratorio.
Muestras preparadas de fundiciones de hierro.
3.2 Equipos.
Microscopio marca Unión. Modelo: MC 86267. Capacidad: 50-1000X. Año 1994. Inventario: 120622. Cámara digital Panasonic. Serial ADR00091. Inventario: 029.
Computadora LG.
Televisor Toshiba.
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. Actividad 1: Observación de las muestras. Observar las muestras que se suministran en el microscopio y determinar los micro-constituyentes, el tipo de fundición y forma en que se presenta el carbono.
Actividad 2: Propiedades Mecánicas. Comparar propiedades de las fundiciones con base en lo observado en el microscopio y el tipo de fundición y, además, relacionar las microscopias ob servadas.
Actividad 3: Muestra desconocida. 5. RESULTADOS OBTENIDOS. Actividad 1: Observacion de las muestras. Tabla Nº 1. Porcentaje de carbono total, porcentaje de carbono libre, observaciones y tipo de fundición en cada muestra. Nº de muestra 1
%C libre 0
%C combinado 3,69
%C total 3,69
Observación Contiene Ferrita y ledeburita transformada. Es una Fundición Blanca. Hipoeutectoide y no presenta carbono en forma libre y por consiguiente es la Fundición mas dura.
2
0
4,54
4,54
Ledeburita transformada delimitada por una franja delgada de cementita. Es una fundición Blanca Hipereutectoide y es más blanda que la Fundición 1 pero más dura que la N°3.No presenta carbono en forma libre.
3
0
5,0
5,0
Ledeburita transformada, Franja de cementita es más gruesa y comienza a tomar control de la micro-estructura y por ende esta Fundición es más blanda que las anteriores (1 y 2), por su contenido de carbono no combinado. Es una Fundición Blanca hipereutectoide. No presenta carbono en forma libre.
4
2,63
0,77
3,40
Hojuelas de grafito debido al Silicio presente. Presenta una matriz Gris Perlitica. Contiene 3,00%Si para buscar extraer carbono a la cementita y esto hecho hace que esta fundición sea más blanda que las estudias anteriormente (1,2 y 3).Es una Fundición Gris. No es homogénea.
5
2,93
0,77
3,70
Presenta una matriz Perlitica con nódulos irregulares y 0,01%Ce (Cerio).Es una Fundición Nodular
6
3,13
0,77
3,90
Es una Fundición Nodular con una matriz perlitica.El Magnesio presente al 0,01%Mg tiende a hacer nódulos más grandes que los del Cerio consiguiéndose así una pieza más blanda que la anterior (5) pero dura localmente. Es una composición más heterogénea que la Fundición 5.
7
3,50
0
3,50
Matriz Ferritica y no presenta carbono en forma libre. Es una Fundición Maleable, es decir, Fundición Blanca más un tratamiento térmico de recocido
8
3,30
0
3,30
Matriz Ferritica y no presenta carbono en forma libre. Es una Fundición Maleable también pero con menos porcentaje de carbono consigo y un tratamiento térmico y por ende es la fundición estudiada más blanda que todas las anteriores.
Actividad 2: Propiedades mecánicas Con la información teórica que define cada tipo de fundición podemos estimar que las muestras 1. 2 y 3 pertenecen a fundición blanca y por dicha razón se podría decir que tendrán una importante resistencia al desgaste y a la abrasión. De la muestra 4, que pertenece a una fundición gris, podemos decir que tendrá una excelente capacidad de mecanizado, resistencia al desgastes, la excoriación y la corrosión y es un poco más blanda que las Fundiciones 1,2 y 3, además, es auto lubricante (auto lubricación de grafito). Este tipo de fundición sabemos que puede amortiguar las vibraciones pero las muestras 5 y 6 son mejores para ello. Las muestras 5 y 6 son de una fundición nodular la cual es básicamente una fundición gris pero con mayor resistencia a la tracción y una gran tenacidad. La muestra 5 presenta nódulos más pequeños que la muestra 6 y por ende esta Fundición es más Blanda que todas las anteriores estudiadas ( 1, 2, 3 y 4). Las últimas muestras (7 y 8) son Fundición Maleable y podemos estimar que tiene buena maleabilidad, tenacidad, mecanizado y resistencia a la corrosión. Por su contenido bajo contenido de Carbono y el
tratamiento térmico de recocido se puede decir que la Fundición 7 es más dura que la Fundición 8.La composición de la Fundición N°8 es las más blanda de todas las fundiciones estudiadas.
Actividad 3: Muestra desconocida.
Figura 2. Dibujo de lo observado en el microscopio con la muestra de control de calidad. Aumento 200X.
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS. Actividad 1 : Observación de las muestras. La muestra Nº 4 de la tabla N°1 presenta hojuelas de grafito lo cual es característico de una fundición gris, el resto de la muestra es perlita, por cual se dice que es un fundición gris de matriz perlítica, este tipo de matriz se presenta ya que la composición y la velocidad de enfriamiento son tales que se impide la grafitización de la cementita eutectoide. La fundición gris constituida por mezcla de grafito y ferrita es la más blanda y la que menor resistencia mecánica presenta con respecto a la fundición blanca; la resistencia a la tracción y la dureza aumentan con la cantidad de carbono combinada que existe, alcanzando su valor máximo en la fundición gris perlítica. Tanto en la muestra Nº 1 como en las muestras Nº 2 y 3 de la tabla N°1 se presenta como microconstituyentes la perlita, cementita y ledeburita transformada, son fundiciones blancas al tener todo el carbono combinado y no estar libre. En la muestra Nº1 de la tabla N°1 el porcentaje de carbono está por debajo del porcentaje de carbono de la reacción eutéctica, por tanto esta muestra es hipo eutectoide, mientras que las muestras Nº 2 y 3 posee un porcentaje de carbono por encima del porcentaje de la reacción eutéctica, y la muestra es hipereutéctica. En las muestras Nº 5 y 6, después del análisis microscópico se observa que presenta como microconstituyentes perlita, ferrita y grafito nodular, con lo cual se concluye que la muestra es una fundición nodular ya que el grafito nodular es la principal característica de este tipo de fundiciones y es de matriz perlítica por que posee mayor cantidad de la misma. En las muestras Nº 7 y N° 8, con el análisis microscópico se puede observar que tiene como microconstituyentes la ferrita y grafito nodular irregular. No posee Cementita ya que todo el porcentaje de carbono de la muestra se encuentra libre y de esta forma ella no se puede formar. La muestra es una fundición maleable lo cual se sabe por la presencia de nódulos irregulares, y es de matriz ferrítica.
Actividad 2: Propiedades mecánicas.
Las propiedades se ven afectada sin lugar a duda por el tipo de matriz por la que está conformada cada fundición. Por esta razón las propiedades de las fundiciones blancas y maleables son, si se puede decir, muy parecidas así como las de una fundición gris y una nodular; estas, entre sí, diferencian por pequeños e importantes cambios en su estructura.
Actividad 3: Muestra desconocida En la figura 2 se observa al grafito con forma nodular rodeado por ferrita, y su matriz es perlítica y ferrítica. Por esto se puede decir que la muestra pertenece a una fundición nodular, ya que estos “ojos de buey” son característicos en este tipo de fundición.
7. CONCLUSIONES. La fundición blanca, con buena resistencia al desgaste, se obtiene al formarse el Fe3C durante la reacción eutéctica.Los hierros fundidos, por definición, sufren una reacción eutéctica durante la solidificación. Dependiendo de la composición y del tratamiento, durante la solidificación se formará ya sea austenita y Fe3C o austenita y grafito. La fundición maleable, con buena resistencia, ductilidad y tenacidad, se produce al tratar térmicamente la fundición blanca para formar grafito redondeado. La fundición gris, dúctil y de grafito compacto se produce al generar el grafito directamente durante la solidificación. Dado que el grafito en hojuelas se forma en hierro gris, su resistencia y ductilidad están limitadas. Las esferas de grafito que se forman en hierro dúctil, como resultado de la adición de magnesio permiten una buena resistencia y ductilidad. La fundición de grafito compacto tiene propiedades intermedias.
8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. [1] William D. Callister, Jr (1994). “Introducción a Ingeniería de los Materiales”. Editorial Reverté, S.A. DF, México. Páginas 370-372. [2] Prof. Militza J. Iriza Castro (2008). “Manual de práctica del laboratorio de materiales”. Práctica 7, página 1. [3] Donald R. Askeland (2004). “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. International Thompson Editores. DF, México. Página 352-354.
