Protección de fundiciones nodulares austemperizadas mediante diversos tipos de pinturas y recubrimientos: Evaluación del comportamiento frente a solicitaciones mecánicas

Abstract

Continuando con las investigaciones que se han estado llevando a cabo en los últimos años en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Mar del Plata, el siguiente trabajo consiste en un estudio del fenómeno de fragilización de las fundiciones esferoidales austemperizadas (ADI), desde otro punto de vista. El proyecto tiene como objetivo evaluar la efectividad de distintos métodos de recubrimiento superficial de las fundiciones esferoidales austemperizadas (ADI) para protegerlo del fenómeno de fragilización por contacto con líquidos. Este estudio comienza a gestarse luego de diversos intentos por caracterizar el fenómeno de fragilización de las ADI, y como hasta el momento no ha sido posible dar una explicación definitiva a las causas que lo producen, se desarrollo un plan de estudio para investigar diferentes recubrimientos que preserven el material o que retarden el fenómeno de fragilización. Las fundiciones de grafito esferoidal Austemperizado o ADI (Austempered Ductile Iron) son una generación moderna de fundiciones nodulares tratadas térmicamente, de reciente introducción en el mercado. Debido a las elevadas propiedades mecánicas y su bajo costo en comparación con los aceros de alta resistencia, están siendo utilizadas con mayor frecuencia en la fabricación de componentes mecánicos de gran responsabilidad, altamente solicitados y reemplazando a dichos aceros de gran resistencia. Las fundiciones ADI sufren un fenómeno de fragilización cuando son solicitadas en contacto con agua y otros medios líquidos (Shibutani et al. y Komatsu et al., 1999). Este fenómeno involucra pérdidas significativas en la ductilidad, resistencia a la rotura y tenacidad del material. Si bien se ha podido avanzar significativamente en la caracterización de la magnitud de la fragilización producida por diferentes medios líquidos ante distintas condiciones, los mecanismos de fragilización que actúan aún no han sido identificados con claridad. Debido a que el ADI es un material de alta resistencia, que está siendo utilizado en partes de responsabilidad en diversas industrias entre las que se destacan la de automóviles y la ferroviaria, es de vital importancia avanzar en la caracterización del proceso de fragilización, determinar sus causas y fundamentos, y también progresar en el desarrollo de métodos para proteger el material. Entendiendo el problema que conduce el fenómeno de fragilización a las fundiciones esferoidales austemperizadas, en especial en componentes de máquinas y elementos mecánicos, el objetivo principal de este trabajo es investigar la aplicación de recubrimientos sobre la superficie de los ADI con el objetivo de disminuir o en lo posible eliminar el mencionado fenómeno de fragilización. Entonces, para poder desarrollar un recubrimiento de manera tal que proteja al ADI del contacto con el agua, y por ende, evite o disminuya el fenómeno de fragilización, se procedió a realizar una investigación de los recubrimientos mas adecuados para tal objetivo. Principalmente, fue importante definir los criterios de búsqueda de los posibles recubrimientos a ensayar. Es así, como, de la vasta cantidad de recubrimientos que se pueden llevar a cabo, se acotó la búsqueda a aquellos recubrimientos que se puedan realizar a escala industrial. Luego de haber aplicado los distintos recubrimientos a las probetas ADI, se analizó la integridad de los recubrimientos para verificar que no exista ninguna discontinuidad o falla en los mismos. Posteriormente, se realizaron los ensayos de tracción correspondientes en contacto con agua. Una vez realizados los ensayos mecánicos, se procedió a realizar cortes en distintas partes de las probetas para luego analizarlas, tanto en el microscopio electrónico de barrido SEM, como así también en un microscopio óptico, de manera tal de caracterizar los recubrimientos y también analizar las superficies de rotura. La superficie de rotura de las probetas fue analizada en el SEM, mientras que un corte transversal de la superficie de las mismas fue investigado en un microscopio óptico. De esta manera, también se pudo conocer el espesor de los recubrimientos. A partir de los ensayos realizados, se encontró que todos los recubrimientos mostraron una mejora con respecto a la elongación antes de la rotura, sin embargo ninguno se destacó por encima del resto. Por el otro lado, a excepción de las probetas recubiertas con Epoxi que han mostrado una UTS un 4% mayor, el resto han evidenciado una UTS inferior. Durante el ensayo de tracción de las probetas recubiertas se ha verificado la fisuración de los recubrimientos, generándose fisuras en sentido transversal al sentido de carga, lo cual ocasionó que el agua circundante entre en contacto con la superficie de las ADI y luego producirse la rotura del material a valores de tensión y deformación plástica inferiores a los valores en seco. Los resultados obtenidos en este trabajo permiten comprender y ratificar aun más lo ya conocido sobre el fenómeno de fragilización al cual se encuentran sometidas las fundiciones esferoidales austemperizadas cuando se encuentran en un rango de tensión determinada y en contacto con agua. Es de gran interés, no solo académico sino también a nivel industrial, continuar investigando el comportamiento de estos materiales con distintos recubrimientos, con el fin de evitar o disminuir el fenómeno de fragilización. Este fenómeno de fragilización presenta un alto interés académico e industrial. En lo académico es importante descubrir que tipo de protección es la más adecuada para atenuar o evitar éstos problemas. Desde el punto de vista industrial, es fundamental identificar las condiciones necesarias para diseñar y emplear las piezas de ADI en condiciones seguras. Debe destacarse que, a pesar de la aparente fragilidad del material ante el contacto con agua, no existen reportes de fallas catastróficas en servicio de piezas de ADI, involucrando fractura frágil.