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Determinación de los elementos químicos que compone un hierro y el efecto que tienen sobre la microestructura final del hierroTRANSCRIPT
Metalurgia de Hierros Colados Práctica de Laboratorio Núm. 2
-Efecto de la composición en la microestructura de hierros colados
Miguel A. Escalante Flores [email protected]
Alumno de la carrera de Ingeniería Química Metalúrgica de la facultad de Química, UNAM (Universidad Nacional Autónoma de México)
Resumen: La composición química de una pieza de fundición, podría decirse que es el alma de la pieza en un sentido
metafórico, ya que determinar los posibles microconstituyentes que se pueden presentar a la hora de realizar un análisis
metalográfico, cabe mencionar que además de los elementos los tratamientos térmicos y las velocidades de enfriamientos
también se deben considerar. Sin embargo, algunas ocasiones no contamos con la composición química de la pieza, así
que a partir de lo que se observe en la imagen de la metalografía se podrá dar una pequeña idea de los elementos que
posiblemente se encuentran presentes en la pieza. Que ese es el objetivo de este artículo, determinar que material se nos
ha entregado basándonos en la microestructura.
I. Introducción
La composición química de los hierros, actualmente es
muy amplia, dándonos una gran variedad de estos y que
a su vez han sido clasificados en grandes grupos de
hierros que son; grises, blancos, dúctiles y vermiculares,
aunque en algunas fuentes bibliográficas también se
pueden encontrar los maleables y atruchados.
En forma simple un hierro es una aleación ferrosa, donde
los principales elementos aleantes que se contienen son
el C y el Si. Aunque también se pueden encontrar
elementos como Mg, Mn, S,P, Cu, Ni, Ti, Cr, Mo y V entre
otros.
Cada uno de estos elementos repercute en la
microestructura final de la pieza obtenida por fundición.
El Carbón; tiene un efecto directo en la temperatura de
fusión de un hierro, en la cantidad de grafito, además de
formar un arreglo cristalino de Fe3C conocido como
cementita o carburo de hierro.
El Si; es un elemento grafitizante, es decir, es un
elemento que favorece la precipitación del C de los
carburos y que este adquiera su forma de grafito.
El Mn; a este elemento se le relaciona íntimamente con
la matriz que presente la pieza, debido a que bajos
contenidos de Mn en la fundición (0.1%Mn), favorece
una matriz ferrítica, mientras un contenido alto
(1.2%Mn) favorece una matriz perlítica. Por ello se
considera un elemento promotor de la perlita.
El S, es un elemento normalmente no deseado en la
fundición, debido a que produce el sulfuro de hierro (FeS)
lo cual perjudica las propiedades mecánicas de la pieza
fabricada, esto debido a que se forma en los límites de
las ferritas. Para evitar la formación de FeS, se añade el
Mn, ya que produce MnS, el cual se distribuye más
homogéneamente en la matriz.
El Mg; es un elemento que tiene mucha importancia
cuando se quiere una fundición que tenga una ductilidad
o una mayor tenacidad que la que puede ofrecer alguna
fundición gris, esto debido a que el Mg produce un
cambio en la forma del grafito, pasando de hojuelas a
esferoides.
Los otros elementos aleantes tienen distintos efectos
sobre la microestructura del material, en la estructura
del grafito, mejoramiento en determinadas resistencias
como el al desgaste, disminución de la velocidad de
corrosión, etc.
A continuación se muestra una pequeña tabla sobre los
efectos que tienen los elementos aleantes en la
microestructura y otra donde se ve como modifican los
puntos críticos y temperatura de transformación de las
fases.
Metalurgia de Hierros Colados Práctica de Laboratorio Núm. 2
Cabe mencionar que no únicamente los elementos
aleantes son los que determinan la microestructura final
de una pieza, sino que tiene una gran influencia las
velocidades de enfriamiento, así como los tratamientos
térmicos que pueden aplicarse a una pieza.
Estas velocidades de enfriamiento, nos determinaran si
las microestructuras se encuentran al equilibrio o fuera
de este.
II. Desarrollo Experimental
Se nos entregó una pieza de origen desconocido, la cual
ya se encontraba montada en baquelita.
Figure 1 Pieza a identificar
Se prosiguió a la preparación metalográfica. Empleando
lijas para metal, 240, 320, 400, 600 y 1000 marca Fandeli.
Para el pulido se empleó alumina de 0.1micras como
abrasivo. Una vez pulida la pieza se prosiguió a observar
a 100x para poder tomar fotografía.
La pieza fue atacada con Nital 2 por un periodo de 4
segundos. Nuevamente se toma foto de la
microestructura a 100x.
Se analizaron las fotografías obtenidas, con el objetivo de
poder identificar la posible composición química que
presenta la pieza, a partir de los microconstituyentes que
se puedan observar, en caso de que no sea una pieza de
fundición de hierro, se deberá explicar qué clase de
aleación es la que conforma la pieza.
III. Resultados y Discusión.
Como se dijo en el desarrollo experimental, se
obtuvieron dos imágenes. De las dos siguientes imágenes
se observa la pieza a 100x, donde la imagen de la
izquierda no presenta ningún ataque químico y la de la
derecha se realizó una vez que se atacó la pieza.
Figure 2 Fotografias de la pieza sin y con ataque
Metalurgia de Hierros Colados Práctica de Laboratorio Núm. 2 Desafortunadamente no se han encontrado estructuras
similares en la bibliografia, pero si nos vamos a la imagen
con ataque químico.
Podriamos suponer que nos encontramos con una
fundición blanca, ya que no se observa ninguno tipo de
grafito en la microestructura.
Si consideramos que al momento de atacar la pieza,
suelen presentarse de color blanco las secciones
correspondientes a carburos, podriamos decir que las
secciones blancas de la imagen son carburos masivos, los
cuales pueden obtenerse mediante un alto contenido de
C y de elementos que favorezcan el blanqueo de la
fundición, como el V, Cr, Mo y S.
Podriamos esperar que si es una fundición blanca y no
hay presencia de Carbon en forma de grafito, los niveles
de Silicio sean muy bajos.
En cuanto a enfriamiento, podriamos esperarnos una
gran velocidad de enfriamineto, ya que la pieza no
muestra ningun patron o direccion de enfriamiento
preferente, lo cual explicaria la formación de carburos
primarios de gran tamaño y el porque sería una fundición
blanca.
En cuanto a la matriz, es complicada determinar, debido
a que incluso a observarse a mayores aumentos, no se
persive alguna estructura representativa, ya que ni se
observa ferrita o perlita, una suposición sería que fue
sometida a un tratamiento termico que elimino una
perlita inicial y conservo a los carburos primarios, pero al
momento de volver a enfriar, se produjo una gran
cantidad de pequeños carburos y quizas pequeñas
martensitas u otras fases como bainitas.
IV. Conclusiones
Para esta pieza podría concluir que es una fundición, o
por lo menos una ferroaleación que debe contener un
alto contenido de carbón y una gran cantidad de
elementos formadores de carburos como el Cr, V y Mo.
Así como bajos niveles de Si y Mn.
V. Bibliografía
http://revistademetalurgia.revistas.csic.es/index.php/re
vistademetalurgia/article/viewFile/27/27
http://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/901596/
Lecturas de Ingeniería. “Hierros Fundidos”. M. I. Felipe
Díaz del Castillo
http://www.totalmateria.com/page.aspx?ID=CheckArtic
le&site=kts&LN=FR&NM=118
http://www.hindawi.com/journals/jm/2012/438659/
http://www.journalamme.org/papers_vol25_1/2506.pd
f
Carburos masivos