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División Metalurgia - INTEMAUniversidad Nacional de Mar del Plata-CONICET
Desarrollo de componentes mecánicos de altaresistencia mediante fusión y colado – Aplicación de
Fundición de Grafito Esferoidal Austemperizada(ADI), y de Aceros Bainíticos Libres de Carburos
Encuentro en CIDETER – 1 de Septiembre de 2016
Dr. Ing. Juan MASSONEProfesor Titular (DE) UNMdPInv. Independiente CONICET
Dr. Ing. Roberto BOERIProfesor Titular (DE) UNMdP
Inv. Principal CONICET
INTEMAInstituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales
o Dependiente de UNMdP y de CONICET
o >200 investigadores, profesionales de apoyo, técnicos y becarios deinvestigación.
o Nuevo edificio de 12.000 m2
o Grupos de investigación y desarrollo especializados en diversosmateriales y su comportamiento en servicio.
o Polímeros, Materiales compuestos de matriz polimérica, cerámicos,degradación de materiales, mecánica de materiales, metales.
o Activo plan de vinculación con el sector industrial.
DIVISION METALURGIA INTEMA
– Más de 30 años de experiencia enciencia y tecnología de fundiciones dehierro y otras aleaciones ferrosas.
– Grupo de Investigación: 10Investigadores, 4 profesionales deapoyo, 5 becarios doctorales, 3 técnicos.
– Proyectos de investigación básica yaplicada en metales ferrosos colados.
– Desarrollo y transferencia de tecnologíapara el sector productivo.
Problema
Desarrollode componentes mecánicos de alta resistencia mediante fusióny colado – Aplicación de Fundición de Grafito Esferoidal Austemperizada (ADI),
y de Aceros Bainíticos Libres de Carburos
• Las industrias metalmecánicas medianas ypequeñas a menudo requieren laproducción de partes metálicas en serieschicas.
• Suelen utilizarse tecnologías deproducción relativamente costosas, comomecanizado y ensamble por soldadura,forja, etc.
• Como resultado, en muchos casos seproducen partes a costos altos y conformas y/o pesos no optimizados para elservicio propuesto.
Potenciales Mejoras
La producción de partes metálicas por moldeo puede proveer una rutaventajosa tanto en lo técnico y como en lo económico.
Factores favorables:
• Se han desarrollado aleaciones coladas base Fe (fundiciones y aceros) demuy alta resistencia mecánica que pueden competir con aceros aleadosconvencionales templados y revenidos.
• Las tecnologías de diseño mecánico empleando herramientascomputacionales generan representaciones 3D de las partes, que pueden serrápidamente convertidas en modelos para la preparación de moldes(impresoras 3D).
• Existen herramientas computacionales de diseño de moldes y sistemas dealimentación que permiten un desarrollo optimizado, minimizando los tiemposy costos del proceso y reduciendo la presencia de defectos en las piezas.
• Existen numerosas fundiciones en el país con capacidad para proveer elmaterial base para la producción de partes de alta resistencia.
Fundición de Grafito EsferoidalAustemperizada (ADI) – Qué es?
- Fundición de grafito esferoidal de buena calidadmetalúrgica y adecuada composición química. Muchasfundiciones del país pueden producirla.
- Sometida a un tratamiento térmico de austemperizado.Tecnología conocida en la que INTEMA cuenta conamplia experiencia.
- Alcanza excelentes propiedades mecánicas dentro deun rango amplio, abarcando desde alta resistencia ybuena tenacidad hasta alta dureza y resistencia aldesgaste.
PORQUE UTILIZAR ADI?
Superior combinaciónde propiedades mecánicascon respecto a otras FE y en elrango de los aceros aleadostemplados y revenidos.
Obtención de partes conformas complejasdirectamente por colada
Propiedades mecánicas de las ADI: dependen de losparámetros utilizados durante el TT de austemperizado
T≈ 400ºC
T≈ 260ºC
Princ. T austemp.
Con un mismo material de base (aleación) pueden obtenerse distintos gradosmediante la realización de austemperizados a distinta temperatura.
ADIResistencia a la rotura:
Propiedades a la fatiga
superiores a FE con otrasmicroestructuras
presentan mejorespropiedades
que algunos aceros
Comparable con ACEROde alta resistencia
Tenacidad a la fractura similares a ACEROS de alta res.
PROPIEDADES MECANICAS DE LAS ADI COMPITEN CON LASENCONTRADAS EN ACEROS DE ALTA RESISTENCIA
Tradicionalmente piezas de acero se obtienen por forjado,mecanizado o por ensamble de partes soldadas.Piezas de ADI OBTENCION A TRAVES DE PROCESOS DEFUSION Y COLADO
Propiedades tribológicas: comportamiento satisfactorio antediversos mecanismos de desgaste: FCR, adhesión, abrasión.
- Avance en prop de materiales- Uso de software de simulación desolidificación- Desarrollos de nuevas técnicas defusión y colado
Piezas con notables propmecánicas
Acero Bainítico Libre de Carburos– Qué es?
- Acero de baja aleación y alto Silicio- Sometido a un tratamiento térmico de
austemperizado adquiere unamicroestructura particular.
- Alcanza extraordinarias propiedadesmecánicas
- Los desarrollos actuales están mayormenteenfocados en aceros laminados.
Propiedades de ABLC
Muy alta resistencia, que se acerca a la de losaceros de muy alta resistencia avanzados,como el acero maraging, pero a un costomucho menor (20 a 30 veces)
UTS del orden de 1700 MPa con >12%alargamiento. Muy alta tenacidad!
Desarrollos recientes reportan UTS = 2500MPa
ABLC – Interés de INTEMA
Investigar la producción de piezas deABLC mediante fusión y colado.
Proyecto PICT en desarrollo. Se diseñaron y probaron aleaciones
específicas. Se han alcanzado valores de
UTS>1700MPa con alargamientos a larotura superiores al 10% en aceroscolados
VENTAJAS PRODUCTIVAS DE LOS PROCESOS DE COLADO:- Versatilidad en la cantidad de piezas a fabricar
- Conversión de componentes multiparte a piezas únicas.
- Obtención de partes con geometría y tamaño cercanas alas finales
- Posibilidad de fabricar piezas dentro un amplio espectro detamaños
- Flexibilidad en el diseño
- Fabricación a partir de insumos y tecnologías existentes enel país
Menores costos de producción y aumento deproductividad respecto a otros procesos de
fabricación
Aplicaciones de las ADI en implementos agrícolas:
Componentes de transmisión y suspensión
Componentes relacionados con labranza de suelos
Algunas Piezas de ADI desarrolladas en INTEMA
Punta de eje
Levas yengranajes
Bielashuecas para
motores
Aplicaciones de CADI
Industria minera y agrícola
CADI (CARBIDIC ADI)FE AUSTEMPERIZADAS CON CARBUROS LIBRES (CADI, CARBIDIC AUSTEMPERED DUCTILE IRON)
- Placas de desgaste- Puntas de arado- Martillos- Elementos de molienda
CADI FE con carburos libres en sumicroestructura
elevada resistencia al desgasteabrasivo.
Piezas de CADI desarrolladas en el INTEMA
FE AUSTEMPERIZADAS CON CARBUROS LIBRES (CADI, CARBIDIC AUSTEMPERED DUCTILE IRON)
Segmentos de protecciónpara balde de palacargadora frontal
Tornillos para extrusora dealimento balanceado
Baldosas de protección detolva de minerales de hierro
Fundición fabricación (colado) de piezasPlanta de tratamientos térmicosOperaciones de terminación (mecanizado)
Sin embargo, primeramente:
ESTUDIO DEL DESARROLLO DE LAS PARTES Realizarestudio de factibilidad de producción de piezas, fabricaciónde piezas prototipo y prueba en campo de partes
- INTEMA sólida experiencia en trabajos de desarrollo ytransferencia de tecnología con empresas nacionales (másde 200 trabajos y convenios realizados)
QUE NECESITO PARA PRODUCIR UNA PIEZA DE ADI?
KNOW HOW
Secuencia de desarrollo (INTEMA):
Estudio de solicitaciones mecánicas, tribológicas
Diseño de la pieza a ser producida por colado
Elección del grado de ADI para fabricación del componente
BIELA
Construcción de modelos y moldes
Desarrollo de modelo y sistema de alimentación
Secuencia de desarrollo (INTEMA):
Colado de piezas prototipos
Operaciones de terminación
Tratamiento térmico de austemperizado.
Prueba en campo de las piezas prototipos
Secuencia de desarrollo (INTEMA):
Instalaciones en el INTEMA:
Laboratorio de MetalografíaÓptica y ElectrónicaAnálisis de Imágenes
Laboratorio deEnsayos mecánicos
• Tracción• Impacto• Dureza• Fatiga• Fractotenacidad
Interés de la DMI Gran interés en el desarrollo de
prototipos para su prueba en servicio.
Proyecto PICT que colabora fuertementecon la provisión de personal para eldesarrollo del Know-How.
PROPONGA UN DESARROLLO!
Contacto:Teléfono: 0223-2816600 – ext 188
Mail: [email protected]@fi.mdp.edu.ar