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Tecnología de fabricación, caracterización y propiedades de piezas de fundición nodular de pequeño espesor

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dc.contributor.author David, Pablo Héctor
dc.date.accessioned 2018-08-16T16:33:49Z
dc.date.available 2018-08-16T16:33:49Z
dc.date.issued 2009-03-01
dc.identifier.uri http://rinfi.fi.mdp.edu.ar/handle/123456789/134
dc.description La fundición nodular aplicada a piezas de pequeño espesor ha suscitado en los últimos años el interés de investigadores, fundidores y usuarios, por tratarse de una alternativa que permite competir con materiales más livianos, en particular aluminio. Asimismo, muchas piezas de fundición nodular de espesores convencionales (superiores a 10 mm) podrían ser fabricadas como piezas huecas, mejorando su comportamiento en servicio. El desarrollo de la fundición nodular de pequeño espesor brinda a los diseñadores una nueva opción para seleccionar el material más apropiado, no solo basado en la relación peso/resistencia, sino también en la relación costo/propiedades. Esto plantea un nuevo desafío tecnológico, ya que en la práctica se considera que una pieza de fundición nodular debe tener espesores no menores a 6 mm para poder ser colada libre de defectos, utilizando técnicas convencionales de moldeo en arena. En términos generales, los aspectos a resolver en la fabricación de piezas de fundición nodular de pequeño espesor son: a) realizar diseños adecuados de modelos y moldes para lograr una correcta alimentación de la pieza, procurando obtener piezas macro y micro estructuralmente sanas a pesar de la rápida extracción calórica y la disminución de la fluidez; b) adecuar convenientemente el caldo líquido para obtener microestructuras homogéneas y libres de carburos; c) Caracterizar las propiedades mecánicas, con mínima incertidumbre, proporcionando a los usuarios valores de diseño para los nuevos componentes de fundición nodular de pequeño espesor. En esta tesis se ha trabajado en la evaluación y optimización de modelos, técnicas de fusión, tratamiento del metal líquido y moldeo. Asimismo, se ha estudiado el efecto de la morfología del grafito, conteo nodular, composición química, tratamiento térmico y defectos de solidificación, sobre las propiedades mecánicas de la fundición nodular de pequeño espesor. Se han logrado obtener placas comprendidas entre 1.5 y 4 mm de espesor con moldes de disposición horizontal y vertical, siendo éste último el más eficiente. Se estableció que empleando una composición química con carbono equivalente por debajo de 4.6%, tratamiento del metal líquido en dos cucharas con inoculación tardía y procedimiento de colado por gravedad en moldes de arena ligados con resina, es posible obtener placas de espesores delgados con buena calidad metalúrgica, libres de anomalías en la fase grafito y con mínima cantidad de carburos. Se han determinado propiedades mecánicas en ensayos de tracción que alcanzan, y en muchos casos superan, los valores mínimos establecidos en la norma ASTM para fundición nodular de espesores convencionales, tanto en probetas con matrices ferríticas como ausferríticas (ADI). También, ha sido posible detectar tres tipos distintos de microcavidades de contracción presentes en las placas de fundición nodular de pequeño espesor y determinar su efecto sobre las propiedades mecánicas. Las microcavidades ubicadas en los alimentadores (o mazarotas) de las placas, previstos en la etapa de diseño, no influyen sobre las propiedades mecánicas. En cambio, los macrorechupes dispersos, originados por deficiencias en el proceso de alimentación, afectan marcadamente las propiedades y aumentan la dispersión de los resultados del alargamiento a la rotura. Por su parte, los microrechupes dispersos, ubicados en zonas microsegregadas y originados por un proceso de nucleación y crecimiento, estrechamente ligado a la presencia de inclusiones no metálicas, ejercen poca influencia sobre las propiedades mecánicas. El trabajo desarrollado aporta conocimientos de gran utilidad para el desarrollo de piezas de fundición nodular de pequeño espesor de altas prestaciones mecánicas. es_AR
dc.description.abstract During the last years, ductile iron applied to produce small thickness parts has arose the interest of researchers, foundrymen and users, because it is a viable alternative to compete with lighter materials, especially aluminum. In the same way, many ductile irons parts of conventional thickness (above 10 mm) could be made like hollow pieces, diminishing the weight and improving the performance. The development of Thin Wall Ductile Iron (TWDI) provides the designers a new option to select the most appropriate material, not only based on the weight/strength relation, but also on the cost/properties ratio. This development creates a new technological challenge, since in the industrial practice it is considered that a ductile iron cast part must have a thickness not smaller than 6 mm so as to be able to be cast free from defects, using conventional sand molding techniques. In general, there are three aspects to be solved in the manufacture of TWDI: a) to adequate pattern and mold designs to achieve a right feeding, so as to obtain castings macro and micro structurally sound, in spite of the high cooling rate and the fluidity reduction. b) to adjust the liquid during melting to get homogeneous and carbide–free solidification structures. c) to characterize mechanical properties in order to supply design values to be used in the fabrication of TWDI components. In the research carried out for this thesis, pattern evaluation and optimization, melting techniques, melt treatment and molding practice have been investigated. Likewise, the effect that graphite morphology, nodule count, chemical composition, heat treatment and solidification defects, exert on mechanical properties of TWDI have been studied. It has been achieved plates with thickness between 1.5 and 4 mm using horizontal and vertical molds, been the latter process the most efficient one. It was established that using chemical compositions with carbon equivalent under 4.6%, melt treated in two stages with post-inoculation in the second ladle and gravity pouring procedure, it is possible to get thin plates with good metallurgical quality, free from carbides and anomalies of the graphite phase. Mechanical properties evaluated using tensile test reach, and in many cases surpass, the minimum values established by the ASTM standard for conventional thickness ductile iron with ferritic and ausferritic (ADI) matrices. It has been also possible to identify three different types of microshrinkage cavities in TWDI plates and to determine their effect on the mechanical properties. Microshrinkage cavities, which are located in the plate feeders already considered in the design stage, do not influence the mechanical properties. However, the disperse macroshrinkage, originated by deficiencies of the feeding process, greatly affects the properties and increases the scatter of elongation values. Besides, disperse microshrinkage which is located in microsegregated zones and originated by a nucleation and growth mechanism and closely linked to the presence of non-metallic inclusions, has little influence on the mechanical properties. This research gives comprehensive and useful technical knowledge for the development of TWDI parts. es_AR
dc.format application/pdf es_AR
dc.language.iso spa es_AR
dc.publisher Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Argentina es_AR
dc.rights info:eu-repo/semantics/openAccess es_AR
dc.subject Fundición nodular es_AR
dc.subject Fundiciones es_AR
dc.subject Fundición nodular de pequeño espesor es_AR
dc.title Tecnología de fabricación, caracterización y propiedades de piezas de fundición nodular de pequeño espesor es_AR
dc.type Thesis es_AR
dc.rights.holder https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ es_AR
dc.type.oa info:eu-repo/semantics/doctoralThesis es_AR
dc.type.snrd info:ar-repo/semantics/tesis doctoral es_AR
dc.type.info info:eu-repo/semantics/draft es_AR
dc.description.fil Fil: David, Pablo Héctor. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería es_AR


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