Estudios sobre la formación de la fase ferrita en fundiciones de hierro con grafito nodular

Abstract

El presente trabajo se encuentra enfocado en el estudio de los factores que influyen en la morfología y cinética de formación de la ferrita proeutectoide en fundiciones de hierro con grafito esferoidal. La morfología y cantidad de esta fase determinan, en gran medida, las propiedades de las piezas obtenidas. Por esta razón, es de suma importancia el entendimiento de dichos factores, lo cual permitirá el diseño de tratamientos térmicos adecuados para cada caso. Todo el estudio se llevó a cabo con material obtenido de una única colada, por lo que la composición química fue la misma para todos los casos. En primera instancia, se determinó la temperatura crítica superior (Tcu) y la temperatura crítica inferior (Tcl). Estas temperaturas fueron indispensables para la realización de los tratamientos térmicos posteriores. Se caracterizó la microestructura en bruto de colada para una pieza en forma de cuña. De esta forma, se pudo estudiar el efecto de la velocidad de solidificación en la microestructura obtenida. La ferrita proeutectoide precipitada exhibió la típica morfología en “ojo de buey”, que se caracteriza por presentar un halo de ferrita alrededor de los nódulos de grafito. Se observó que las zonas que solidifican más rápidamente presentan un mayor conteo nodular, lo que favorece significativamente la cinética de formación de la fase ferrita. Se estudió la diferencia en la morfología de la ferrita precipitada, según se formase a partir de una austenita no recristalizada (directamente del líquido) o de una austenita recristalizada. Asimismo, se estudió el efecto que tiene la temperatura de austenizado sobre la morfología de la ferrita proeutectoide precipitada. Para ello, se realizaron tratamientos de normalizado sobre piezas austenizadas a dos temperaturas distintas y se compararon entre sí y con la pieza en condición de bruto de colada. Se utilizaron tanto piezas prismáticas pequeñas, como piezas de mayor tamaño en forma de cuña. El objeto de este procedimiento fue estudiar, por un lado, la influencia pura de la temperatura de austenizado y, por el otro, la influencia de la velocidad de enfriamiento. Debido a que el conteo nodular varía significativamente con la posición en las cuñas, se observó el efecto combinado de la velocidad de enfriamiento y del conteo nodular. El conteo nodular tiene una influencia importante sobre la cinética de formación de la fase ferrita, observándose que un mayor conteo nodular acelera notablemente la precipitación de ferrita. También se observó que un mayor conteo nodular favorece la nucleación de ferrita en las interfaces austenita-grafito, inhibiendo en gran medida la precipitación de ferrita en otros sitios. De la comparación entre las piezas normalizadas desde distintas temperaturas, se pudo determinar que una mayor temperatura de austenizado favorece en gran medida la nucleación de la ferrita proeutectoide sobre los nódulos de grafito y disminuye ligeramente su cinética de formación. De la comparación entre las piezas normalizadas y la pieza en condición de bruto de colada, se determinó que, si bien el hecho de que la austenita sea no recristalizada (formada durante la solidificación) o recristalizada (formada durante un tratamiento de austenizado) puede afectar la morfología de la ferrita precipitada, se puede obtener una morfología muy similar a la de bruto de colada, por medio de un normalizado desde una temperatura de austenizado elevada. Finalmente, se estudió la cinética de formación de la ferrita proeutectoide dentro del intervalo intercrítico, así como su morfología. Para ello se realizaron dos tratamientos a distintas temperaturas de austenizado e intercríticas. De esta forma, se determinó que la ferrita tiende a nuclear, en ambos casos, en interfaces austenita-grafito o en las cercanías de los nódulos de grafito. Asimismo, se determinó que los cristales de ferrita en contacto directo con los nódulos de grafito crecen considerablemente más rápido. Por otro lado, comparando la cantidad de ferrita proeutectoide de equilibrio para las dos temperaturas intercríticas estudiadas, se observó que la misma no es directamente proporcional al subenfriamiento respecto de la Tcu, sino que aumenta fuertemente en las cercanías de la Tcl.