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ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL PROYECTO FIN DE CARRERA ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL Especialidad Mecánica Autor: Eduardo Garcia Biel Directora: Mª Antonieta Madre Sediles 2 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS 3 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS ÍNDICE INTRODUCCIÓN………………………………………………………………...…. 4 1. RESUMEN………………………………………………………………….......... 5 2. OBJETIVOS DEL PROYECTO………………………………………………... 6 2.1. Objetivos generales…………………………………………………….... 6 2.2. Objetivos específicos…………………………………………………….. 6 2.3. Metodología general empleada………………………………………….7 3. MARCO TEÓRICO……………………………………………………………… 8 3.1. Fundición…………………………………………………………………. 8 3.2. Procedimientos utilizados……………………………………………….16 3.2.1.Tratamientos térmicos utilizados ………………..………………………16 3.2.2. Metalografía ………………………………….….....……………........21 3.2.3. Ensayo de dureza ……………………………….…………………… 35 3.3. Importancia microestructura en fundición nodular…………………... 37 4. MARCO PRÁCTICO…………………………………………………………… 38 4.1. Equipos y materiales…………………………………………………… 38 4.2. Procedimiento experimental…………………………………………… 39 4.2.1. Metalografía …………………………..……………………………… 39 4.2.2. Ensayo de dureza …………………………..………………………… 43 5. ANALISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS……………………….. 45 5.1 Ensayo dureza Rockwell………………………………………………... 45 5.2 Metalografía………………………………………………………………. 51 5.2.1 Muestra suministrada (sin tratamiento térmico) …….……………………. 51 5.2.2 Muestras tratadas térmicamente a tª=850ºC ………………..……….….. 54 5.2.2.1 Tiempo solubilización de 1horas ……………………………. 54 5.2.2.2 Tiempo solubilización de 4horas ……………………………. 60 5.2.3 Muestras tratadas térmicamente a tª=1000ºC ….………..……………… 67 5.2.3.1 Tiempo solubilización de 1horas ……………………………. 67 5.2.3.2 Tiempo solubilización de 4horas ……………………………. 75 5.3 Resumen datos e imágenes obtenidos…………………………………82 6. CONCLUSIÓN………………………………………………………………….. 85 7. BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………. 97 4 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS INTRODUCCIÓN A lo largo del tiempo, la fundición se ha considerado uno de los procesos de fabricación más importantes en la manufactura de piezas metálicas. Este proceso se remonta cerca de 2000 años A.C. y ha tenido grandes repercusiones en la historia debido a su gran uso en la industria y tecnología. Y es precisamente, el estudio de un tipo de fundición lo que me lleva a la realización de este proyecto, el cual es una aplicación práctica de los conocimientos adquiridos en la carrera de ingeniería técnica industrial (mecánica). La fundición de hierro dúctil con grafito de morfología nodular, conocidas como fundiciones nodulares o esferoidales, están sustituyendo al acero fundido y forjado en la fabricación de piezas y partes de maquinarias. Esto es debido a su menor costo, a su mayor facilidad de obtención y excelente respuesta a los tratamientos térmicos, lo que permite obtener propiedades mecánicas similares a las logradas en las piezas de aceros. Para las fundiciones de grafito esferoidal se hace imprescindible el estudio sobre los efectos que tienen los distintos tratamientos térmicos en su microestructura, dado que el tratamiento térmico es fundamental para favorecer sus propiedades mecánicas y así mejorar su posterior aplicación en la industria. 5 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS 1. RESUMEN Con la realización de este proyecto se busca desarrollar los conocimientos, tanto prácticos como teóricos, obtenidos a lo largo de la carrera a través del estudio del efecto de distintos tratamientos térmicos sobre la dureza, composición y microestructura de una fundición de grafito esferoidal y matriz ferrifica en estado de bruto de colada, dichos tratamientos térmicos serán recocido, templado y normalizado. En este proyecto se incluyen los resultados de los análisis microestructurales por microscopia óptica y el ensayo de dureza de muestras sometidas a diferentes tratamientos térmicos utilizando dos temperaturas distintas de calentamiento (1000ºC y 850ºC) y dos tiempos distintos de solubilización (1h y 4h). El desarrollo experimental del proyecto se llevo a cabo en los laboratorios del departamento de ciencia y tecnología de los materiales e ingeniería metalúrgica, del Edificio Torres Quevedo. 6 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS 2. OBJETIVOS DEL PROYECTO. 2.1. OBJETIVOS GENERALES Los objetivos del presente proyecto es el estudio del efecto de distintos tratamientos térmicos sobre la dureza, composición y microestructura de una fundición de grafito esferoidal y matriz ferrifica en estado de bruto de colada. A partir de los siguientes procedimientos: - Tratamientos térmicos:  Recocido.  Normalizado.  Templado. - Estudio metalografico:  Preparación muestras para analizar.  Microscopio metalográfico. - Ensayo de dureza:  Ensayo de dureza Rockwell B.  Ensayo de dureza Rockwell C. Una vez se tenga el análisis y estudio de las muestras se procederá a comparar los efectos que los distintos tratamientos térmicos han tenido sobre la microestructura y la dureza de dichas muestras. 2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS • Preparar adecuadamente las muestras que necesitaremos para ser sometida a observación metalografía y ensayo de dureza. • Conocer los equipos involucrados en un estudio metalográfico. • Adquirir nociones acerca de las propiedades de las fases presentes en la fundición de grafito esferoidal. • Establecer diferencias visuales entre las fases presentes en dicha fundición. 7 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS • Estimar e interpretar la cantidad, forma, tamaño y distribución del carbono presente en la fundición. • Distinguir entre los distintos tipos de tratamientos térmicos y sus consecuencias en la microestructura. • Sacar las conclusiones adecuadas y correctas sobre todos los resultados y análisis derivados de la realización del proyecto. 2.3. METODOLOGIA GENERAL EMPLEADA La metodología utilizada para el análisis y estudio de la fundición nodular se distingue en distintas partes: • Recopilar información teórica sobre la fundición de grafito esferoidal, tratamientos térmicos, ensayos de dureza y maquinas que se emplearan para el desarrollo del proyecto. • Realizar el trabajo de laboratorio. o Preparación de las muestras o Observación muestras mediante microscopia óptica o Ensayo de dureza de las muestras • Para finalizar se ha procedido a la toma, análisis y discusión de los datos obtenidos en el desarrollo de los diferentes procesos de laboratorio. 8 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS 3. MARCO TEÓRICO 3.1. FUNDICIÓN Se denomina fundición a un tipo de aleaciones hierro-carbono en las que el contenido en carbono es superior al 2 por ciento, teniendo habitualmente un valor entre el 2,5 y 4,5 por ciento en peso, y con la presencia de silicio, generalmente con porcentajes entre 1 y 3 por ciento. A menudo lleva pequeños porcentajes en elemento de aleación como el manganeso, azufre o fósforo. En algunos casos es posible encontrar fundiciones especiales con alto contenido en elementos de aleación, como son el níquel, cromo o manganeso, para mejorar las propiedades mecánicas o producir estructuras martensíticas. La aplicación de las fundiciones siempre es para la fabricación de piezas por moldeo, en moldes de arena o metálicos. Aunque las piezas se pueden colar directamente desde los altos hornos, obteniéndose arrabio, en la mayoría de las ocasiones se utilizan fundiciones de segunda fusión, preparada con los electos de aleación adecuados para controlar la composición. Esta fundición de segunda fusión se puede preparar en: • crisoles, para pequeñas coladas; • hornos eléctricos, para fundiciones de calidad; • hornos de reverbero, para fundiciones de piezas grandes; • cubilotes, hornos donde se obtienen la mayor parte de las fundiciones. Las fundiciones se caracterizan por que la mayoría de ellas presentan grafito en su estructura. Esto es debido a que la cementita (Fe3C), que es un compuesto metaestable, en presencia de un elemento formador de grafito (grafitizador), como el silicio, y a velocidades de enfriamiento y solidificación lentas se disocia en sus dos componentes estables, ferrita y grafito, según la ecuación: Fe3C <-> 3 Feα + C (grafito) 9 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS De esta forma, en el enfriamiento el verdadero diagrama hierro-carbono queda ligeramente modificado, donde el grafito sustituye a la cementita, pero la temperatura del eutéctico y eutectoide apenas varían, aumentando tan solo 6 y 11 ºC, respectivamente. La tendencia a la grafitización se regula mediante la composición y la velocidad de enfriamiento. Para caracterizar el grafito observado es necesario conocer la forma, distribución y tamaño de las partículas. El factor que mas influye en las propiedades es la forma en la que precipita el grafito. En la norma UNE-EN ISO 945 vienen indicadas distintas figuras en que puede solidificar el grafito en las fundiciones, desde una forma laminar hasta esferoidal. Diagrama hierro-carbono 16 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Martensita Es una solución sólida, intersticial, sobresaturada de carbono en hierro alfa. Es el constituyente estructural de temple de los aceros y su microestructura se presenta en forma de agujas cruzadas. Los átomos de hierro están como en la ferrita, en los vértices. Los átomos de carbono están en las caras y en las aristas, presenta por tanto una red distorsionada. Esta distorsión de la red es la responsable de la dureza de la martensita. Presenta una red tetragonal. Sus características mecánicas son resistencia a la tracción entre 170-250 Kg/mm2, dureza HRc entre 50-60, alargamiento de 0,5 % y es magnética. 3.2. PROCEDIMIENTOS UTILIZADOS Los procedimientos experimentales utilizados durante la realización del presente proyecto son tratamientos térmicos, metalografía y ensayo de dureza. A continuación se describe teóricamente cada procedimiento. 3.2.1. Tratamientos térmicos Los Tratamientos Térmicos se refieren a una amplia gama de operaciones llevadas a cabo a elevadas temperaturas, con las cuales se transforman las propiedades de los metales y de las aleaciones para poder trabajarlos eficientemente o para conferirles determinadas características mecánicas o tecnológicas. Desde el momento en el que un material entra en la fabricación, de la mayoría de los objetos metálicos, sufre por lo menos un tratamiento térmico en alguna fase de su producción, puede considerarse que este tratamiento es parte importante de la moderna tecnología industrial. De lo antes expuesto podemos deducir que los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y enfriamiento a temperaturas y en condiciones determinadas, a que se someten los aceros (y otros metales y aleaciones), para darles características más adecuadas para su empleo; estos 17 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS no modifican la composición química pero si otros factores como su constitución, estructura y estado mecánico. Factores de Importancia en un Tratamiento Térmico. 1. Es uno de los pasos principales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales esta creado. 2. La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecido. 3. A través de los tratamientos se modifican la constitución del acero, variando el estado en el que se encuentra el carbono, y el estado alotrópico del hierro. 4. Se modifica la estructura, variando el tamaño de grano y el reparto de los constituyentes. 5. El estado mecánico queda afectado por las tensiones a las cuales son sometidos los materiales luego de algunos TT, principalmente después de un temple. 6. El producto sólido se expone parcial o totalmente a ciclos térmicos según lo amerite la ocasión. 7. Por medio de tratamientos termoquímicos se pueden alterar las propiedades químicas del material esencialmente del acero. 8. Deben ser tomadas en cuenta tanto la temperatura de enfriamiento como la de calentamiento y de igual forma los medios en lo que se efectúen los tratamientos como tales. 9. Otros factores que deben ser considerados son: La composición del material, la velocidad de calentamiento, duración del tratamiento. 10. Casi todos los tratamientos se llevan a cabo en hornos especiales, que pueden ser de tipo continuo, con zonas a temperaturas diferentes por las que va pasando la pieza, o bien de tipo discontinuo. El enfriamiento puede tener lugar dentro o fuera del horno. 18 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS El desarrollo de los tratamientos térmicos se desarrolla preferiblemente en tres fases (calentamiento a temperatura máxima, permanencia a la temperatura máxima, enfriamiento desde la temperatura máxima a la temperatura ambiente). Tratamientos térmicos de la fundición de grafito esferoidal: Estas fundiciones presentan como una de sus características principales su gran aptitud para los tratamientos térmicos, que producen entonces una gran gama de propiedades en la fundición que se pueden aprovechar desde el punto de vista mecánico. Estas aleaciones responden a los tratamientos de temple y revenido en forma más o menos parecida a como lo hacen los aceros, el porcentaje de carbono que se encuentra en la matriz (carbono activo) varia entre 0 y 1% según la composición, el proceso de fusión o el espesor de la pieza, además el carbono que se encuentra en forma de grafito puede actuar como suplementario o de reserva durante el proceso de recarburación o descarburación. La matriz puede ser entonces ferrita, perlita, martensita, martensita revenida, bainita o mezcla de dos o más microestructuras, las cuales se consiguen con diversos tipos de tratamientos, tales como revenido, recocido, normalizado, temple, austempering, endurecimientos superficiales, etc., dependiendo de las propiedades que se desean obtener. A continuación se explican brevemente algunos de los tratamientos térmicos que se emplean más comúnmente: Recocido El recocido es un tratamiento térmico que consiste en un calentamiento a temperatura variable, dependiendo del tipo de recocido, un adecuado mantenimiento a la temperatura dada y un enfriamiento realizado en unas condiciones tales que, cuando se alcanza la temperatura ambiente, el metal esta en un estado estructural muy próximo al estado de equilibrio estable. 19 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Este tratamiento se recomienda realizarlo cuando se desea obtener de la pieza la máxima ductilidad o la máxima maquinabilidad ya que se logra una estructura de matriz ferritíca con grafito nodular en ella, el recocido generalmente se realiza en dos etapas: 1. Se lleva la pieza a una temperatura un poco por encima de la critica, con el fin de disolver los carburos presente es la matriz en la austenita. 2. Se enfría lentamente para que se presente la transformación de austenita a ferrita y para que el carbono se precipite en forma de grafito en los alrededores de los nódulos, la temperatura depende de la composición del metal, pero varía muy poco. El principal objetivo de este tratamiento es ablandar el acero o fundición dejándolo en las condiciones adecuadas para su transformación posterior o para que quede en su forma más estable. Templado Consiste en un calentamiento del material hasta una temperatura crítica seguido de un enfriamiento muy rápido, para impedir la transformación normal del constituyente obtenido en el calentamiento. El objetivo central del temple es fundamentalmente, aumentar la dureza y resistencia mecánica. El constituyente obtenido es la Martensita, la cual representa la sobresaturación distorsionada de los cristales de hierro alfa. El temple utiliza como medios de enfriamiento agua, aceites, baños de plomo, mercurio y sales fundidas. Las temperaturas del temple son algo más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950ºC) La obtención de la martensita se da con el enfriamiento rápido del acero desde la zona de la fase austenitica la cual se consigue con una consistencia dura y frágil. La profundidad del temple de un componente enfriado con rapidez depende de su templabilidad (capacidad a la penetración del temple), que a su vez depende, fundamentalmente, del diámetro o espesor de la pieza y de la 20 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS calidad del acero y de la misma forma esta en función de la composición del acero y del tamaño de grano. Un acero de determinada templabilidad adquiere un grado de temple tanto mayor cuanto más elevada sea la velocidad de enfriamiento, que, a su vez, depende del medio de enfriamiento, del grado de agitación y del espesor de la pieza. El enfriamiento de la pieza se lleva acabo sumergiéndola calientes en un baño de inmersión que puede contener, en orden ascendente de eficacia, como los mencionados con anterioridad. Normalizado Es un tratamiento térmico que se practica calentando el material a una temperatura superior a la crítica (Ac), y una vez que haya pasado todo el metal al estado austenitico, se deja enfriar al aire lentamente. El objetivo del normalizado es volver al acero al estado que se supone normal después de haber sufrido, tratamientos defectuosos, o bien luego de haber sido trabajados en frío o en caliente por forja, laminación, etc. Se consigue así afinar su estructura y eliminar tensiones internas. Es recomendable tener presente que el uso de este proceso también se usa para disminuir el tamaño de grano, brindándoles de esta forma propiedades metalúrgicas a las piezas en su mayoría forjadas tales como ruedas dentadas en bruto, a las cuales les mejora su capacidad de mecanización y así mismo les proporciona características optimas para aplicar sobre ellas temples con un mínimo de deformación. El normalizado suaviza los aceros de bajo carbono y poco aleados, pero, en realidad, puede convertirse en un proceso de temple al aplicarse en aceros de alto carbono o muy aleados. 21 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS 3.2.2. Metalografía La metalografía es el examen de las superficies de metales y aleaciones. Numerosos requerimientos son utilizados como información concerniente a la preparación mecánica de varios materiales, mediante el estudio microscópico. El propósito de la preparación de muestras metalográficas, es producir una superficie pulida que represente una microestructura especifica que pueda ser observada a través del microscopio. Desarrollo Es la ciencia que estudia las características estructurales o constitutivas de un metal o aleación relacionándolas con las propiedades físicas y mecánicas. Entre las características estructurales están el tamaño de grano, el tamaño, forma y distribución de las fases que comprenden la aleación y de las inclusiones no metálicas, así corno la presencia de segregaciones y otras irregularidades que profundamente pueden modificar las propiedades mecánicas y el comportamiento general de un metal. Mucha es la información que puede suministrar un examen metalográfico. El principal instrumento para la realización de un examen metalográfico es el microscopio metalográfico, con el cual es posible examinar una muestra con aumentos que varían entre 50 y 2000 aumentos. Objetivo principal de la metalografía Es la realización de una reseña histórica del material buscando microestructura, inclusiones, tratamientos térmicos a los que haya sido sometido, microrechupes, con el fin de determinar si dicho material cumple con los requisitos para los cuales ha sido diseñado; además hallaremos la presencia de material fundido, forjado y laminado. Se conocerá la distribución 22 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS de fases que componen la aleación y las inclusiones no metálicas, así como la presencia de segregaciones y otras irregularidades. Operaciones que hay que seguir para preparar una muestra metalográfica a) Corte: El tamaño de la muestra siempre que se pueda debe ser tal que su manejo no encierre dificultad en la operación.  Corte por Sierra Produce severas condiciones de trabajo en frío y no es ventajoso. El corte mediante este método ocasiona superficies irregulares con valles excesivamente altos, dando como efecto más tiempo de aplicación de las técnicas de preparación de las muestras. Generalmente este tipo de corte es utilizado para extraer probetas de piezas muy grandes, para poder luego proceder con el corte abrasivo y adecuar la probeta a los requerimientos necesarios.  Corte por Disco Abrasivo Este tipo de corte es el más utilizado, ya que la superficie resultante es suave, y el corte se realiza rápidamente. Los discos para los cortes abrasivos, están formados por granos abrasivos (tales como óxido de aluminio o carburo de silicio), aglutinados con goma u otros materiales. Los discos con aglutinantes de goma son los más usados para corte húmedo; los de resina son para corte en seco. 23 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS b) Montaje de muestras: Con frecuencia, la muestra a preparar, por sus dimensiones o por su forma, no permite ser pulida directamente, sino que es preciso montarla o embutirla en una pastilla. El material del que se componen estas puede ser Lucita (resina termoplástica) o Bakelita (resina termoendurecible). c) Desbaste: Después de montada la probeta, se inicia el proceso de desbaste sobre una serie de hojas de esmeril o lija con abrasivos más finos, sucesivamente. El proceso de desbaste se divide en 3 fases: Desbaste grosero, Desbaste intermedio y Desbaste final. Cada etapa de preparación de probetas metalográficas debe realizarse muy cuidadosamente para obtener al final una superficie exenta de rayas.  Desbaste Grosero Es el desbaste inicial, que tiene como objetivo planear la probeta, lo cual puede hacerse a mano y aun mejor con ayuda de una lijadora de banda. El papel de lija utilizado es de carburo de silicio con granos de 240. En cualquier caso, la presión de la probeta sobre la lija o papel de esmeril debe ser suave, para evitar la distorsión y rayado excesivo del metal.  Desbaste Intermedio Se realiza apoyando la probeta sobre el papel de lija o de esmeril, colocado sobre una mesa plana o esrneriladora de banda fija. En esta fase se utilizan los papeles de lija No. 320/340 y 400.  Desbaste Final Se realiza de la misma forma que los anteriores, con papel de lija No. 600. En todo caso, en cada fase del desbaste debe tomarse siempre en cuenta el sistema refrigerante. Cada vez que se cambie de papel, debe girarse 90 grados, en dirección perpendicular a la que se seguía con el papel de lija anterior, hasta que las rayas desaparezcan por completo. Se avanza y se facilita mucho las operaciones descritas utilizando una pulidora de discos, a las que se fija los papeles de lija adecuado en cada fase de la operación. Las 24 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS velocidades empleadas varían de 150 a 250 rpm. En otro caso se pueden utilizar devastadoras fijas o de bandas giratorias. d) Pulido:  Pulido fino La última aproximación a una superficie plana libre de ralladuras se obtiene mediante una rueda giratoria húmeda cubierta con un paño cargado con partículas abrasivas seleccionadas en su tamaño. En éste sentido, existen muchos abrasivos, prefiriendo a gamma del oxido de aluminio para pulir metales ferrosos, los basados en cobre u oxido de cerio para pulir aluminio, magnesio y sus aleaciones. Otros abrasivos son la pasta de diamante, oxido de cromo y oxido de magnesio. La selección del paño para pulir depende del material que se va a pulir y el propósito del estudio metalográfico.  Pulido electrolítico Es una alternativa de mejorar al pulido total pudiendo reemplazar al fino pero muy difícilmente al pulido intermedio. Se realiza colocando la muestra sobre el orificio de la superficie de un tanque que contiene la solución electrolítica previamente seleccionada, haciendo las veces de ánodo. Como cátodo se emplea un material inerte como platino, aleación de níquel, cromo, etc. Dentro del tanque hay unas aspas que contienen en constante agitación al líquido para que circule permanentemente por la superficie atacándola y puliéndola a la vez. Deben controlarse el tiempo, el amperaje, el voltaje y la velocidad de rotación del electrolito para obtener un pulido satisfactorio. Muchas veces después de terminado este pulido la muestra queda con el ataque químico deseado para la observación en el microscopio. 25 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS e) Ataque: El propósito del ataque químico es hacer visibles las características estructurales del metal o aleación. El proceso debe ser tal que queden claramente diferenciadas las partes de la micro estructura. Esto se logra mediante un reactivo apropiado que somete a la superficie pulida a una acción química. Los reactivos que se sutilizan consisten en ácidos orgánicos o inorgánicos y los álcalis disueltos en alcohol, agua u otros solventes. En la tabla que se muestra a continuación se observan los reactivos más comunes. Las muestras pueden ahora atacarse durante el tiempo necesario sumergiéndolas boca abajo en una solución contenida en una caja de Petri. Un método opcional consiste en aplicar el reactivo con un gotero para ojos. Si el tiempo de ataque es demasiado corto, la muestra quedará subatacada y los límites de grano y otras configuraciones se verán desvanecidos e indistintos cuando se observen en el microscopio. Si el tiempo de ataque es demasiado largo, la muestra se sobre atacará y quedará muy obscura, mostrando colores no usuales. El tiempo de ataque debe controlarse muy cuidadosamente. La acción del ataque se detiene al colocar la muestra bajo una corriente de agua. Límpiese la muestra con alcohol y utilice una secadora de pelo para terminar de secarla. Cuídese de no frotar la muestra pulida y atacada con alguna tela o con los dedos, porque esto altera la condición superficial del metal. 32 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Conociendo mejor el examen micrográfico: Si el examen se ejecuta para analizar una fractura, la que se sospecha provocada por irregularidades en el material, las muestras deberán ser por lo menos dos, una de la propia fractura y otra de una zona intacta de la misma pieza, con el objeto de observar y comparar las modificaciones que ha sufrido la estructura y de las que se podrán deducir y contar con una mayor cantidad de datos, es necesario tener en cuenta además, los tratamientos recibidos por la pieza en su fabricación, como forjado, laminado, recocido, temple, entre otros; pues en muchos casos (forjado y laminado) es beneficio contar con muestras en las distintas direcciones de sus fibras. Como se ha indicado, el estudio en si se hace sobre superficies convenientemente preparadas de dichas muestras o probetas. Esta preparación consiste en llegar a un pulido casi perfecto, para lo cual se parte de un desbaste que podríamos llamar grueso, con el fin de aplanar la superficie, lo que se consigue con un ajuste a lima o con el auxilio de devastadoras mecánicas de diseño especial. Los reactivos químicos y sus finalidades son muy variadas, pero en principio se busca con ellos la revelación, por coloración o por corrosión, de los distintos componentes de una estructura metalografica para poder diferenciarlos con facilidad. Por lo general, están constituidos por ácidos o álcalis diluidos en alcoholes, agua o glicerina. Y su elección se hará de acuerdo con la naturaleza química de la estructura a destacar en la muestra. Con tal fin, una vez pulida la superficie se hará en agua caliente, frotándola con un algodón o tela suave para quitarle todo rastro de las operaciones anteriores que pueda presentar, concluyendo esta limpieza con alcohol etílico o solvente similar y secándola con un soplado de aire caliente. Las fotografías obtenidas de estos exámenes, genéricamente llamados “Microfotografías”, se logran con la ayuda del microscopio metalográfico, cuyos principios ópticos y de observación no difieren mayormente de los comunes. En él, con iluminación adecuada, se observa por reflexión (los rayos luminosos al incidir sobre el objeto se refleja hacia el ocular), la imagen de la superficie atacada, a través de un sistema de lentes con los que se amplifica según lo que requiera la observación. 33 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Por otra parte, con la observación de las estructuras micrográficas y por comparación con microfotografías, es posible deducir el contenido aparente de carbono, finura y variedad de los componentes, clasificación de aceros, reconocer las inclusiones por defectos de fabricación (óxidos, silicatos, oxisulfuros, silicoaluminatos). Tamaño de grano de la matriz El tamaño de grano tiene un notable efecto en las propiedades mecánicas del metal. Los efectos del crecimiento de grano provocados por el tratamiento térmico son fácilmente predecibles. La temperatura, los elementos aleantes y el tiempo de impregnación térmica afectan el tamaño del grano. En metales, por lo general, es preferible un tamaño de grano pequeño que uno grande. Los metales de grano pequeño tienen mayor resistencia a la tracción, mayor dureza y se distorsionan menos durante el temple, así como también son menos susceptibles al agrietamiento. El grano fino es mejor para herramientas y dados. Sin embargo, en los aceros el grano grueso incrementa la endurecibilidad, la cual es deseable a menudo para la carburización y también para el acero que se someterá a largos procesos de trabajo en frío. Todos los metales experimentan crecimiento de grano a altas temperaturas. Sin embargo, existen algunos aceros que pueden alcanzar temperaturas relativamente altas (alrededor de 1800 F o 982 C) con muy poco crecimiento de grano, pero conforme aumenta la temperatura, existe un rápido crecimiento de grano. Estos aceros se conocen como aceros de grano fino. En un mismo acero puede producirse una gama amplia de tamaños de grano. Métodos para determinar el tamaño de grano. Una de las mediciones microestructurales cuantitativas más comunes es aquella del tamaño de grano de metales y aleaciones. Numerosos procedimientos han sido desarrollados para estimar el tamaño de grano, estos 34 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS procesos están sintetizados en detalle en la norma ASTM E112. Algunos tipos de tamaño de grano son medidos, tamaño de grano de la ferrita y tamaño de grano de la austenita. Cada tipo presenta problemas particulares asociados con la revelación de estos bordes de manera que puede obtenerse un rango exacto. Los principales métodos para la determinación del tamaño de grano recomendados por la ASTM (American Society for Testing and Materials) son: - Método de Comparación - Método de Planimétrico - Método de Intersección  Método de comparación Mediante el método de prueba y error se encuentra un patrón que coincide con la muestra en estudio y entonces se designa el tamaño de grano del metal por el número correspondiente al número índice del patrón mixto; se tratan de manera semejante, en cuyo caso se acostumbra especificar el tamaño de granos en términos de dos números que denota el porcentaje aproximado de cada tamaño presente. El método de comparación es más conveniente y bastante preciso en muestras de granos de ejes iguales. El número de tamaño de grano “n” puede obtenerse con la siguiente relación: N=2 n -1  Método planimétrico Es el más antiguo procedimiento para medir el tamaño de grano de los metales. El cual consiste en que un circulo de tamaño conocido (generalmente 19.8 mm f, 5000 mm2 de área) es extendido sobre una microfotografia o usado como un patán sobre una pantalla de proyección. Se cuenta el número de granos' que están completamente dentro del círculo n1 y el número de granos que interceptan el circulo n2 para un conteo exacto los granos deben ser marcados cuando son contados lo que hace lento este método. 35 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS  Métodos de intercepción El método de intercepción es más rápido que el método planimétrico debido a que la microfotografía o patrón no requiere marcas para obtener un conteo exacto. El tamaño de grano se estima contando por medio de una pantalla dividida de vidrio, o por fotomicrografía o sobre la propia muestra, el número de granos interceptados por una o más líneas restas. Los granos tocados por el extremo de una línea se cuentan solo como medios granos. Las cuentas se hacen por lo menos entres posiciones distintas para lograr un promedio razonable. La longitud de líneas en milímetro, dividida entre el número promedio de granos interceptados por ella da la longitud de intersección promedio o diámetro de grano. El método de intersección se recomienda especialmente para granos que no sean de ejes iguales. 3.2.3. Ensayo de dureza En metalurgia la dureza se mide utilizando un durómetro para el ensayo de penetración. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de dureza. El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo un método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo que su uso está muy extendido. Hasta la aparición de la primera máquina Brinell para la determinación de la dureza, ésta se medía de forma cualitativa empleando una lima de acero templado que era el material más duro que se empleaba en los talleres. Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes: Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a tracción. 36 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella. Rockwell superficial: Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial. Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor. Dureza Shore: Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. A mayor rebote -> mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un método elástico, no de penetración como los otros. En el presente proyecto el ensayo de dureza utilizado es el ensayo de dureza Rockwell, a continuación se explica en que consiste dicho ensayo. La dureza Rockwell o ensayo de dureza Rockwell es un método para determinar la dureza, es decir, la resistencia de un material a ser penetrado. El ensayo de dureza Rockwell viene determinado por la normativa UNE-EN ISO 6508. El ensayo de dureza Rockwell constituye el método más usado para medir la dureza debido a que es muy simple de llevar a cabo y no requiere conocimientos especiales. Se pueden utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargas, lo cual permite ensayar prácticamente cualquier metal o aleación. Hay dos tipos de penetradores: unas bolas esféricas de acero endurecido (templado y pulido) de 1/16, 1/8, ¼ y ½ pulg, y un penetrador cónico de diamante con un ángulo de 120º +/- 30' y vértice redondeado formando un casquete esférico de radio 0,20 mm (Brale), el cual se utiliza para los materiales más duros. 37 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS El ensayo consiste en disponer un material con una superficie plana en la base de la máquina. Se le aplica una precarga menor de 10 kg, básicamente para eliminar la deformación elástica y obtener un resultado mucho más preciso. Luego se le aplica durante unos 15 segundos un esfuerzo que varía desde 60 a 150 kg a compresión. Se desaplica la carga y mediante un durómetro Rockwell se obtiene el valor de la dureza directamente en la pantalla, el cual varía de forma proporcional con el tipo de material que se utilice. También se puede encontrar la profundidad de la penetración con los valores obtenidos del durómetro si se conoce el material. Para no cometer errores muy grandes el espesor de la probeta del material en cuestión debe ser al menos diez veces la profundidad de la huella. También decir que los valores por debajo de 20 y por encima de 100 normalmente son muy imprecisos y debería hacerse un cambio de escala. El cambio de escala viene definido por tablas orientativas, puesto que no es lo mismo analizar cobre que acero. Estas tablas proporcionan información orientativa sobre qué escala usar para no dañar la máquina o el penetrador, que suele ser muy caro. 3.3. IMPORTANCIA DE LA MICROESTRUCTURA EN FUNDICION NODULAR La microestructura de los metales es crítica para conocer su comportamiento frente a diferentes aplicaciones, por lo que es necesaria la caracterización de parámetros microestructurales. Por ejemplo el tamaño de grano se relaciona con el límite elasticidad. En lo que concierne al presente proyecto, las fundiciones dúctiles, pueden considerarse como un material compuesto, donde la matriz de acero y los nódulos tienen un papel relevante en las propiedades mecánicas, dado que los nódulos son parte integral de la fundición, trabajando como “atenuadores de esfuerzos”, puesto que tienen propiedades diferentes a la matriz. De tal manera que deben estar presentes en la matriz de acero en una forma homogénea y en una cantidad específica, para obtener un óptimo de las propiedades 38 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS mecánicas. También, influye en las propiedades mecánicas tales como esfuerzos térmicos y mecánicos, resistencia al impacto, comportamiento a la fractura. En fundiciones de grafito compacto se pueden soportar mayores esfuerzos mecánicos y térmicos a partir del cambio de forma del grafito. Actualmente las mediciones para el grafito y la tasa de nodularidad son mediciones cualitativas, ya que se dispone de cartas patrón, contra las que se compara la microestructura del material a analizar; esto hace que estas mediciones tengan un margen de error importante ya que dependerán de la percepción y criterio del evaluador. Existen varios métodos para la determinación de la tasa de nodularidad, el método de JIS, el método ASTM A-247, el método AFS y el método de la SAE. Todos ellos tienen modelos patrón contra los que hay que hacer la comparación para determinar la nodularidad de la microestructura. Por ejemplo las cartas patrón de ASF, dan una precisión de ±10%; la norma ASTM caracteriza las partículas de grafito por número y letra en metalografías idealizadas para ser comparadas, permitiendo obtener un estimado de la distribución y tamaño de las partículas de grafito, lo cual no es confiable para controlar procesos donde la nodularidad es un factor crítico, como en la fundición de monoblocks de motores. 4. MARCO PRÁCTICO 4.1. EQUIPOS Y MATERIALES. Para el desarrollo experimental del proyecto se han utilizado los equipos y materiales de la escuela universitaria de ingeniería técnica industrial, más concretamente del laboratorio del departamento de ciencia de los materiales e ingeniería metalúrgica. 39 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Equipos Los equipos utilizados en el laboratorio son los siguientes: - Corte del material o Cortadora de corte refrigerado - Pulido o Pulidora de velocidad variable. o Papel abrasivo Nº 600, 800 y 1200. o Alúmina. - Horno eléctrico. - Microscopio metalográfico AXIOVERT 200- ZEISS. - Durometro. Materiales El material utilizado para la realización del presente proyecto es un cilindro de una fundición de grafito esferoidal y matriz ferrifica en estado de bruto de colada, suministrado por el proveedor. Este material objeto de estudio está designado como EN-GJS-HB185 en la norma UNE-EN 1563 [1] para fundición de grafito esferoidal. Otros materiales utilizados son productos químicos como oxido de aluminio en suspensión acuosa (alumina) y Nital. 4.2. DESARROLLO EXPERIMENTAL (PROCEDIMIENTOS) 4.2.1. Metalografía 1. Preparación de las muestras Se parte de un cilindro de fundición nodular en bruto, como se necesitan 13 muestras se calcula el espesor de cada rebanada que es de aproximadamente 1.5 cm, suficiente para los análisis que se van a realizar. 40 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS El cilindro en bruto es cortado con una cortadora metalográfica que es un equipo capaz de cortar con un disco especial de corte por abrasión, mientras suministra un gran caudal de refrigerante (taladrina), evitando así el sobrecalentamiento de la muestra. De este modo, no se alteran las condiciones microestructurales de la misma. Se cortan 13 rebanadas del suministro de fundición nodular, las muestras serán utilizadas para: o 1 Rebanada: análisis del material suministrado por proveedor. o 3 Rebanadas: T= 850º C y t solubilización =1h:  Aire  Agua  Horno o 3 Rebanadas: T= 850º C y t solubilización =4h:  Aire  Agua  Horno o 3 Rebanadas: T= 1000º C y t solubilización =1h:  Aire  Agua  Horno o 3 Rebanadas: T= 1000º C y t solubilización =4h:  Aire  Agua  Horno 2. Preparación muestras horno y tratamiento térmico De las trece muestras cortadas solo doce son sometidas a tratamientos térmicos dado que una se guardara como muestra del suministro. Las muestras se introducen de tres en tres en el horno y cada una de estas, una vez realizado el calentamiento a la temperatura correspondiente (1000ºC o 850ºC) y una vez pasado el tiempo de solubilización correspondiente (1hora o 4 41 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS horas), se abre el horno rápido y se saca una para enfriamiento en aire, otra se enfriara rápido en un cubo con agua previamente preparado y la ultima se dejara en el horno para enfriamiento en horno. 3. Preparación de la superficie a analizar Como la superficie que ha quedado para analizar no es la mas adecuada se realizara un segundo corte, en la cortadora metalografica, paralelo al eje de la rebanada cilíndrica que a quedado, así se tendrá un mejor apoyo para cuando se realice el ensayo de dureza correspondiente. En dicho corte se realizara el pulido y posterior análisis en microscopio metalográfico. El corte realizado se muestra en la siguiente imagen: Para conseguir una superficie mas adecuada se usa el equipo desbastadora y pulidora metalográfica, se prepara la superficie del material, en su primera fase denominada Desbaste Grueso, donde se desbasta la superficie de la muestra con papel de lija, de manera uniforme y así sucesivamente disminuyendo el tamaño de grano (Nº de papel de lija) hasta llegar al papel de menor tamaño de grano (lijas P600, P800, P1200). Una vez obtenido el último pulido, con el papel de lija de tamaño de grano más pequeño, se realiza la segunda fase. Al inicio de la segunda fase de pulido denominada Desbaste Fino, en la que se requiere de una superficie plana libre de ralladuras la cual se obtiene mediante una rueda giratoria húmeda cubierta con un paño especial cargado 48 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Recocido 65 70 75 80 85 90 850º-1h 850º-4h 1000º-1h 1000º-4h Suministro Temperatura-tiempo de solubilización Dureza rockwell B Serie1 Grafica 2. Comportamiento de la dureza en recocido, a distintas temperaturas y tiempos de solubilización, y suministro material. Muestras obtenidas mediante enfriamiento en aire (normalizado): Muestra 1medición (HRB) 2medición (HRB) 3ª medición (HRB) PROMEDIO (HRB) 850º-1h 75 97 99 90 1000º-1h 94 100 98 97 850º-4h 96 102 100 99 1000º-4h 111 93 82 95 49 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Normalizado 80 85 90 95 100 105 850º-1h 850º-4h 1000º-1h 1000º-4h Suministro Temperatura-tiempo solubilización Dureza rockwell B Serie1 Grafica 3. Comportamiento de la dureza en normalizado, a distintas temperaturas y tiempos de solubilización, y suministro material. Discusión resultados de ensayo dureza Rockwell Una vez obtenidas las medidas en el ensayo de dureza Rockwell se procedió a compararlos con la muestra que se guardo como suministro. En el temple se alcanza una gran dureza por lo que la dureza no se pudo realizar con escala Rockwell B por lo que se realizo con escala Rockwell C. Como se puede observar en la siguiente tabla los valores que hemos obtenido en los ensayos de dureza Rockwell B y Rockwell C no se pueden comparar debido a la diferencia de dureza que existe entre templado y los demas tratamientos termicos. 50 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS En la grafica 1, que corresponde a las cuatro muestras templadas, se puede observar en la grafica como los valores de dureza apenas tienen gran variación por consiguiente se puede decir que la temperatura y tiempo de solubilización empleados no tienen gran influencia en los valores de dureza obtenidos en el templado de las muestras de fundición nodular. En la grafica 2, que corresponde a las cuatro muestras recocidas, se puede observar como la dureza es menor que en la muestra de suministro y como en este tipo de tratamiento térmico si se muestra una variación de la dureza en las muestras, dicha variación esta relacionada con el tiempo de solubilización dado que al aumentar el tiempo disminuye el valor de la dureza. También se observa como el cambio de temperatura no afecta en gran medida a la dureza. 51 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS En la grafica 3, que corresponde a las muestras que han sido sometidas a tratamiento térmico de normalizado, se puede observar como la dureza de las muestras tratadas por dicho tratamiento térmico es mayor que la dureza obtenida en la muestra suministro y como en este tipo de tratamiento térmico los valores de la dureza aunque varían entre si, no existe una correlación entre los valores de dureza obtenidos y la variación de temperatura y tiempo de solubilización. Las posibles causas de lo anteriormente mencionado sobre las tres graficas se comentaran en el siguiente punto mientras se observan las micrografías, debido a que las diferencias en los valores de dureza entre los distintos tipos de tratamientos térmicos están relacionadas con las características de la microestructura. En la tabla de las medidas de los puntos donde se realizo el ensayo de dureza de cada muestra se observa que los valores de dureza en cada medición de una misma muestra resultan distintos, esto es debido a la heterogeneidad en la microestructura de las fundiciones con grafito libre, por lo que se realizo un promedio de entre las tres tomas de medida de cada muestra. 5.2. METALOGRAFIA Una vez realizado la preparación de las muestras se paso a la toma de imágenes que se mostraran a continuación, conforme veamos las imágenes se ira comparando los valores de la dureza con dichas imágenes para así saber a que se debe el aumento o disminución de la dureza. 5.2.1 Muestra suministro (sin tratamiento térmico). Una vez se cortaron las muestras en la cortadora metalografica se guardo una muestra, dicha muestra no iba a ser tratada térmicamente dado que era la muestra que nos indicaría las especificaciones del material suministrado por el proveedor. 52 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS La muestra a la que denominamos muestra suministro fue analizada en el microscopio y cuyas imágenes se muestran a continuación: Figura 5-1: Micrografía de la muestra sin tratar térmicamente, sin atacar superficie y a 100 aumentos. En la imagen anterior se puede ver que se trata de una fundición de grafito esferoidal, debido a que el grafito se encuentra en forma de nódulos, encontrándose con formas tanto bien redondeadas como algo degeneradas. El tamaño de los nódulos no es homogéneo y se puede observar como algunos nódulos se encuentran degenerados. A continuación se observa una micrografía de fundición nodular atacada con nital (figura 5-2), dicha imagen nos muestra que lo nódulos de grafito están distribuidos sobre una matriz ferritico-perlitica. Las zonas oscuras es la perlita que se rebela al ser atacada con nital. Como se observa en la imagen la cantidad de perlita y ferrita esta aproximadamente al 50%. La ferrita, se encuentra alrededor de los nodulos de grafito. En las zonas donde se encuentra la perlita alejadas de los nodulos de grafito, por ser las ultimas en solidificar, la segregación producida durante la solidificación, favorece la presencia de elementos promotores de perlita. 53 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Figura 5-2: Micrografía de la muestra sin tratar térmicamente, atacada con nital y a 100 aumentos. En la figura 5-3 se observa una micrografía que fue tomada utilizando óptica Normanski, en ella se puede observar un grano de grafito con gran nitidez. Figura 5-3: Micrografía sin tratar térmicamente, sin ataque químico y a 500 aumentos, óptica Normanski. El valor promedio obtenido en el ensayo de dureza Rockwell B para la muestra suministro es HRB = 87, dicho valor se utilizará comparándolo con la dureza obtenida en los distintos tratamientos térmicos y así saber como influyen los distintos microconstituyentes obtenidos en dichos tratamientos térmicos, dicho valor como se dijo anteriormente no se podra comparar con el temple debido a que su valor se obtuvo mediante dureza Rockwell C por su gran dureza. 54 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS 5.2.2 Muestras tratadas térmicamente a Tª=850ºC. Seis muestras se han tratado térmicamente a una temperatura de 850ºC durante unos tiempos de solubilización de una hora y cuatro horas, las imágenes obtenidas mediante microscopia optica se muestran a continuación. 5.2.2.1 Tiempo de solubilización 1horas. Enfriamiento en agua (temple). Una muestra una vez terminado el tiempo de solubilizacion de 1 hora a 850ºC es enfriada en agua, las imágenes tomadas son las que se muestran a continuación. Se aprecia en la figura 5-4, como en la muestra suministro, que la distribución de los granos de grafito no es homogenea y que hay granos degenerados, como sucedia en la muestra de suministro. Figura 5-4: Micrografías tratadas térmicamente (templado), sin ataque químico y a 100 aumentos. En la figura 5-5 se muestran dos micrografías sin atacar, son la misma micrografía pero una observada por óptica Normanski. Como se observa en la imagen la óptica de Normanski nos muestra una imagen más nítida y una cierta profundidad de campo. 55 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Figura 5-5: Micrografías tratadas térmicamente (templado), sin ataque químico y a 200 aumentos. Izquierda lente normal, derecha lente NORMANSKY. En la figura 5-6 la muestra ha sido atacada con nital, se puede observar en la imagen como la matriz es totalmente oscura lo que es debido a la aparición de martensita. La matriz del temple es una matriz martensitica. Figura 5-6: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (templado), atacada con nital y a 100 aumentos. En la figura 5-7 se puede observar las agujas de martensita que se han formado, aunque no con gran nitidez. Las agujas de martensita son de tamaño pequeño. Dichas agujas de martensita se encuentran en la matriz entrecruzadas entre si. 56 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Figura 5-7: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (templado), atacada con nital y a 500 aumentos. El valor de la dureza Rockwell C obtenido es HRC= 51, es junto a 1000ºC-4 horas la más alta, aunque la diferencia entre los distintos temples es mínima por lo que se considerara que la diferencia se puede despreciar. Enfriamiento en aire (normalizado). Una muestra una vez terminado el tiempo de solubilizacion de 1 hora a 850ºC es enfriada en aire, las imágenes tomadas son las que se muestran a continuación. En la figura 5-8 se observa una micrografia sin atacar y con optica Normanski, en ella se observa los nodulos de grafito, unos con gran nodularidad y otros degenerados al igual que en las anteriores muestras. 57 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Figura 5-8: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (normalizado), sin ataque químico y a 200 aumentos, optica Normanski. En las imágenes de la figura 5-9 se observa que la cantidad de perlita ha aumentado considerablemente en detrimento de la ferrita, debido al normalizado, en una matriz ferrifico-perlitica. La figura 5-9 derecha fue tomada con optica Normanski, en ella se ve con mayor claridad como la ferrita se encuentra distribuida en la perlita. Figura 5-9: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (normalizado), atacada con nital. Izquierda 200 aumentos, derecha 500 aumentos y óptica Normanski. La dureza obtenida en este tratamiento térmico es el valor más bajo, HRB=90, de todos los normalizados que hemos realizado. Esto puede ser debido a que la cantidad de ferrita obtenida, aunque es baja, es más elevada que en los demás tratamientos térmicos. El normalizado a 850ºC durante una hora presenta menos perlita que en el mismo tratamiento a cuatro horas. 64 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Figura 5-20: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (normalizado), atacada con nital y a 500 aumentos. En la figura 5-21 podemos observar como la perlita se encuentra en forma laminar. Figura 5-21: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (normalizado), atacada con nital y a 1000 aumentos, lente Normansky. La dureza obtenida en este tratamiento térmico es el valor más alto, HRB=99, de todos los normalizados que hemos realizado aunque la diferencia con 1000ºC a una hora y 4 horas es minima. Su elevada dureza se debe a que la cantidad de perlita formada es elevada, si se comparan las micrografías entre esta muestra y la muestra 850ºC-1hora se observa como la cantidad de perlita formada es mayor en este normalizado, de ahí la diferencia de dureza. 65 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS La diferencia de dureza también es debido a una distribución del grafito más homogénea, así como un tamaño de grano más homogéneo. Enfriamiento en horno (recocido). Una muestra una vez terminado el tiempo de solubilizacion de 4 horas a 850ºC es enfriada en horno, las imágenes tomadas son las que se muestran a continuación. En la figura 5-22 se observa como la distribución de los granos de grafito no es homogenea y como el tamaño es muy variable. En comparación con las anteriores tratamientos hay menos cantidad de grafito y el tamaño es mayor, y mas aun en comparación con el recocido a tiempo de solubilización de 1 hora. Figura 5-22: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (recocido), sin ataque y a 100 aumentos. En las figuras 23 y 24 se muestra una vez atacada la muestra con nital como la perlita se encuentra en menor cantidad que la ferrita. Es una matriz ferrifico-perlitica con mayor cantidad de perlita que en tiempo de solubilizacion 1 hora. 66 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Figura 5-23: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (recocido), atacada con nital y a 100 aumentos. Figura 5-24: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (recocido), atacada con nital y a 200 aumentos, derecha lente Normansky. En la figura 5-25 se observa como la perlita se encuentra en forma globular, esto es significativo porque anteriormente hemos visto como la perlita se encontraba en forma laminar. 67 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Figura 5-25: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (recocido), atacada con nital y a 1000 aumentos, lente Normansky. La dureza obtenida en este tratamiento térmico, HRB=72, es menor que la de los tratamientos térmicos de temple y normalizado y también menor que la muestra suministro. Aunque la cantidad de perlita es mayor que en tiempo de solubilización de 1 hora el valor de dureza es menor, esto puede ser debido a una distribución y tamaño de los nódulos de grafito menos homogéneo. La baja dureza se debe a que la cantidad de ferrita es mucho mayor que la cantidad de perlita en la matriz. Se favorece la siguiente reacción: Fe3C 3 Feα (ferrita) + C (grafito) 5.2.3 Muestras tratadas térmicamente a Tª=1000ºC. Seis muestras se han tratado térmicamente a una temperatura de 1000ºC durante unos tiempos de solubilización de una hora y cuatro horas, las imágenes obtenidas mediante microscopia optica se muestran a continuación. 5.2.3.1 Tiempo de solubilización 1horas. Enfriamiento en agua (temple). 68 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Una muestra una vez terminado el tiempo de solubilizacion de 1 hora a 1000ºC es enfriada en agua, las imágenes tomadas son las que se muestran a continuación. En la figura 5-26 se observa que los nodulos de grafito se encuentran en su mayoria degenerados y con una distribución y tamaño no homogéneos. Figura 5-26: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (temple), sin ataque y a 100 aumentos. En las micrografias 27 y 28 se puede observar como después de realizar el temple la matriz es totalmente martensitica. En dichas imágenes se ven las agujas de martensita con poca claridad y como se encuentran entrecruzadas. Figura 5-27: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (temple), atacada con nital y a 200 aumentos. 69 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Figura 5-28: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (temple), atacada con nital y a 500 aumentos, izquierda óptica Normansky. En la figura 5-29 a 1000 aumentos se observa un grano con gran nodularidad y como alrededor de dicho nódulo se encuentran agujas de martensita de tamaño pequeño. También se puede observar, como se dijo anteriormente, el crecimiento de grano radial. Figura 5-29: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (temple), atacada con nital y a 1000 aumentos, óptica Normansky. La dureza Rockwell C obtenida en este temple es HRC=48, como se dijo anteriormente no se compararan las durezas de los temples debido a que la diferencia se puede despreciar. 70 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Enfriamiento en aire (normalizado). Una muestra una vez terminado el tiempo de solubilizacion de 1 hora a 1000ºC es enfriada en aire, las imágenes tomadas son las que se muestran a continuación. En la figura 30 se observas unas rayas que son debidas a que el paño húmedo, donde se realiza el pulido fino, se encontraba en malas condiciones por lo que se tuvo que cambiar para no tener malas interpretaciones de las micrografias. En dicha imagen se observa como hay poca nodularidad debido a granos degenerados y cuya distribución y tamaño es bastante homogéneo. Figura 5-30: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (normalizado), sin ataque y a 100 aumentos. En las figuras 31 y 32 se observa, una vez atacada la muestra, como se trata de una matriz ferrítica-perlítica con muy poca cantidad de ferrita respecto a la perlita. En los normalizados a 850ºC la ferrita se encuentra distribuida en la matriz, pero a continuación se observa como a 1000ºC la poca ferrita que hay esta alrededor de los nodulos de grafito formando lo denominado “ojos de buey”, esto hace que la matriz sea más homogénea y facilite un mejor análisis de ensayos. 71 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Figura 5-31: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (normalizado), atacada con nital y a 200 aumentos. Figura 5-32: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (normalizado), atacada con nital y a 500 aumentos, derecha óptica Normansky. En la figura 33 se observan los granos de la matriz aunque no con gran nitidez. Figura 5-33: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (normalizado), atacada con nital y a 500 aumentos, óptica Normansky. 72 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS La dureza obtenida en este tratamiento térmico, HRB=97, es más elevado que en normalizado 850ºC-1hora y prácticamente igual que en los otros normalizados. Su elevada dureza se debe a que la cantidad de perlita formada es elevada, si se comparan las micrografías entre esta muestra y la muestra 850ºC-1hora se observa como la cantidad de perlita formada es mayor en este normalizado y como la poca ferrita que hay esta alrededor de los nódulos, de ahí la diferencia de dureza. Esta diferencia de dureza se debe también a una distribución del grafito más homogénea, así como un tamaño más homogéneo. Enfriamiento en horno (recocido). Una muestra una vez terminado el tiempo de solubilizacion de 1 hora a 1000ºC es enfriada en horno, las imágenes tomadas son las que se muestran a continuación. En la figura 34 se observa una micrografia con una cantidad elevada de nodulos de grafito. En esta imagen se puede observar que al contrario que en el suministro y el temple existe una distribución mas homogenea de los granos de grafito y mayor nodularidad. No existe en los nodulos gran diferencia con el normalizado. Figura 5-34: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (recocido), sin ataque y a 100 aumentos. 73 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Un vez se ataca la superficie de la muestra, figura 5-35, se observa en la micrografia una matriz ferrifico-perlitica con muy poca cantidad de perlita distribuida en la matriz. Figura 5-35: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (recocido), atacada con nital y a 100 aumentos. En la figura 36 se observan los limites de grano de la matriz ferrifica con gran nitidez. Figura 5-36: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (recocido), atacada con nital y a 200 aumentos, óptica Normansky. 80 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Su elevada dureza se debe a que la cantidad de perlita formada es elevada, si se comparan las micrografías entre esta muestra y la muestra 850ºC-1hora se observa como la cantidad de perlita formada es mayor en este normalizado y como la poca ferrita que hay esta alrededor de los nódulos. Enfriamiento en horno (recocido). Una muestra una vez terminado el tiempo de solubilizacion de 4 horas a 1000ºC es enfriada en horno, las imágenes tomadas son las que se muestran a continuación. En la figura 47 se observa una micrografia con una distribución de nodulos no homogenea, diferentes tamaño de nodulo de grafito y con nodulos degenerados, el tamaño de los nodulos son de menor tamaño que en normalizado anterior. Figura 5-47: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (recocido), sin ataque y a 100 aumentos. Una vez atacada la muestra con nital, figura 48 y 49, se observa como queda una matriz ferrifico-perlítica con gran cantidad de ferrita. 81 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Figura 5-48: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (recocido), atacada con nital y a 100 aumentos. Figura 5-49: Micrografía de la muestra tratada térmicamente (recocido), atacada con nital y con optica de Normanski. Izquierda 200 aumentos y derecha 500 aumentos. La dureza obtenida en este tratamiento térmico, HRB=70, es menor que la de los tratamientos térmicos de temple y normalizado y también menor que en la muestra suministro. Dentro de las muestras recocidas es la más baja, es menor que las muestras recocidas con tiempo de solubilización 1 hora aunque la cantidad de perlita sea mayor, esto es debido a una distribución y tamaño de los nódulos de grafito menos homogéneo. 82 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS 5.3 RESUMEN DATOS E IMÁGENES OBTENIDAS Una vez analizados los resultados a continuación se muestra un pequeño resumen de los datos e imágenes obtenidos donde se podrá observar las diferencias entre las muestras que se describieron anteriormente. MUESTRA TRATAMIENTO TERMICO MICROESTRUCTURA MATRIZ DUREZA HRB HRC 850C-1hora Normalizado Recocido Temple Perlita (90% aprox) - ferrita (10% aprox) Ferrita (90% aprox) - Perlita (10% aprox) Martensita 90 78 51 850C-4horas Normalizado Recocido Temple Perlita (90% aprox) - ferrita (10% aprox) Ferrita (90% aprox) - Perlita (10% aprox) Martensita 99 72 49 1000C-1hora Normalizado Recocido Temple Perlita (90% aprox) - ferrita (10% aprox) Ferrita (90% aprox) - Perlita (10% aprox) Martensita 97 78 48 1000C-4horas Normalizado Recocido Temple Perlita (90% aprox) - ferrita (10% aprox) Ferrita (90% aprox) - Perlita (10% aprox) Martensita 95 70 51 Suministro Ninguno Ferrita (50% aprox) - Perlita (50% aprox) 87 83 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Muestra suministro Imágenes de las muestras atacadas con nital y a 500 aumentos. Muestras templadas Imágenes de las muestras atacadas con nital y a 500 aumentos. Tª=850 ºC – t=1hora Tª=850 ºC – t=4horas Tª=1000 ºC – t=1hora Tª=1000 ºC – t=4horas 84 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS Muestras normalizadas Imágenes de las muestras atacadas con nital y a 200 aumentos. Tª=850 ºC – t=1hora Tª=850 ºC – t=4horas Tª=1000 ºC – t=1hora Tª=1000 ºC – t=4horas Muestras recocidas Imágenes de las muestras atacadas con nital y a 100 aumentos. Tª=850 ºC – t=1hora Tª=850 ºC – t=4horas Tª=1000 ºC – t=1hora Tª=1000 ºC – t=4horas 85 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS 6. CONCLUSIÓN Este proyecto permitió aplicar los conocimientos adquiridos sobre materiales utilizados en la ingeniería, más concretamente fundición de grafito esferoidal o dúctil, así como procesos de tratamientos térmicos y metalografía. Se puede concluir que fue una experiencia enriquecedora con la que se comprobo la teoría en la práctica. Se realizaron tratamientos térmicos de temple, recocido y normalizado a muestras que fueron cortadas de un cilindro de fundición de grafito esferoidal en bruto de colada. Una muestra fue guardada como muestra suministrada por el proveedor. Se realizaron análisis metalograficos y ensayos de dureza a dichas muestras, un total de 13 muestras. Se encontró que los tratamientos térmicos afectan en gran medida a la dureza y que se producen grandes cambios en la microestructura de la fundición de grafito esferoidal o dúctil. Durante el análisis de los datos e imágenes obtenidas al realizar el tratamiento térmico de las muestras se obtuvo las conclusiones siguientes: • En rasgos generales se puede observar como en el tratamiento térmico de temple cambia la microestructura de una matriz ferritico-perlitica a una matriz martensitica y que el valor obtenido el ensayo de dureza muestra como la dureza aumento en gran medida, respecto de la muestra tomada del suministro. También se puede observar como la dureza obtenida mediante este tratamiento térmico era mucho mayor que la del resto de los tratamientos térmicos realizados. En las muestras sometidas a dicho tratamiento térmico se observo como la dureza de cada una de las cuatro muestras no varia en gran medida, por consiguiente se puede decir que la temperatura y tiempo de solubilización empleados en este proyecto no tienen gran influencia en la dureza de las muestras de fundición nodular tratadas térmicamente con templado. Respecto a la microestructura se observa como el tiempo de solubilización influye en la formación de las agujas de martensita, al aumentar el tiempo de solubilización las agujas de martensita se ven con 86 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS mayor nitidez y se puede observar como hay mayor número de agujas, más finas y de mayor longitud. • En el tratamiento térmico de normalizado se observa como la cantidad de perlita aumenta en gran medida en la matriz ferrifico-perlítica y como la dureza aumento respecto a muestra suministro debido a la reducción de la ferrita en la matriz. En las muestras sometidas a este tratamiento térmico se observo como respecto a la dureza los resultados los resultados obtenidos no muestran un patrón, por consiguiente se puede decir que el tiempo de solubilización y la temperatura no afecta directamente a la dureza de las muestras de fundición nodular sometidas ha dicho tratamiento térmico. Respecto a la microestructura de estas muestras se puede observar como el aumento de temperatura favorece la formación de la perlita y también que la temperatura afecta a la distribución de la ferrita en la matriz, formando ojos de buey o distribuida en la matriz. El cambio de tiempo de solubilización no afecta en gran medida a la formación de la perlita y distribución de la ferrita pero si afecta a la homogeneidad de la distribución, forma y tamaño de los nódulos de grafito en la matriz. • En el tratamiento térmico de recocido se observa como disminuye la cantidad de perlita en la matriz ferrifico-perlítica inicial y que el ensayo de dureza muestra como la dureza disminuye, respecto a la muestra suministro. Se observo como la dureza de las cuatro muestras no varia en función de la temperatura por lo que se llega a la conclusión de que para el recocido la variación de la temperatura utilizada en este proyecto no hace variar el valor de la dureza que se obtiene. Sin embargo, si que se observo como el valor de la dureza si que varia cuando se modifica el tiempo de solubilización, al aumentar el tiempo de solubilización disminuye el valor de la dureza obtenido en las muestras, por consiguiente se puede decir que el tiempo de solubilizacion si que influye directamente en el valor de la dureza de las muestras sometidas al tratamiento térmico 87 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS de recocido. Respecto a la microestructura de estas muestras se puede observar como el aumento de temperatura no influye en la matriz dado que no se encuentran diferencias. El cambio de tiempo de solubilización afecta a la homogeneidad de la distribución y tamaño del grafito en la matriz, a mayor tiempo de solubilización menor homogeneidad del grafito en la matriz. También afecta al tamaño y cantidad que presenta el grafito en la matriz, a mayor tiempo de solubilización menor cantidad de nódulos de grafito y mayor tamaño. Respecto a la cantidad de perlita que hay en la matriz se puede decir que a mayor tiempo de solubilización mayor cantidad de perlita presente en la matriz aunque no en gran medida. 7. BIBLIOGRAFÍA [1] UNE-EN_1560=1997_Sistema de designación para Fundiciones de hierro. [2] UNE-EN_1563=1998_Fundición de grafito esferoidal. [3] UNE-EN_ISO_945=1996_Designación de la microestructura del grafito. [4] -UNE-EN_ISO_6508-1=2007_Ensayo de dureza Rockwell. -UNE-EN_ISO_6508-2=2007_Ensayo de dureza Rockwell. -UNE-EN_ISO_6508-3=2007_Ensayo de dureza Rockwell. [5] http://www.ductile.org/didata/Section4/4intro.htm [6] http://www.arqhys.com/contenidos/hierro-tratamiento.html 88 Proyecto fin de carrera ESTUDIO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y DUREZA DE UNA FUNDICIÓN NODULAR SOMETIDA A DISTINTOS TRATAMIENTOS TERMICOS