Estudio de la formación de hojuelas de grafito en hierro gris inoculado con FeSi y adiciones de Al, Ca y Ba

Abstract

Los hierros grises se fabrican mediante un adecuado control de la composición química y velocidad de enfriamiento del metal base. Además, se requiere de una etapa de inoculación durante el vaciado del metal que permita llevar acabo la nucleación heterogénea para obtener grafito en forma de hojuelas. Las propiedades del hierro gris dependen en gran parte de la forma de la hojuela de grafito, su tamaño y distribución. En este trabajo se estudió la formación microestructural de las hojuelas de grafito con microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido de hierros grises inoculados con FeSi con pequeñas adiciones de Ca, Al y Ba. Se fabricaron fundiciones de hierro gris en un horno de inducción, utilizando dos inoculantes comerciales, adicionandos en diferentes cantidades (0.5, 1.4 y 2.0%). Se determinó el efecto del espesor en la pieza fabricada (½ y 1 in) y el efecto del tiempo de desmoldeo (10, 20 y 30 minutos) en la nucleación y formación de las hojuelas de grafito. Se determinó que el Al y Ca son los elementos preponderantes para llevar a cabo la nucleación de hojuelas de grafito. La adición del inoculante de FeSi-Al-Ca-Ba presentó menos precipitados de grafito con forma irregular que las fundiciones obtenidas con el inoculante con FeSi-Al-Ca. Se obtuvieron principalmente distribuciones de grafito tipo “E” y tipo “A” para las placas con los espesores de ½ y 1 in, respectivamente. La prueba con la menor cantidad inoculante presentó distribuciones tipo “E” en ambos espesores y debido a la baja cantidad de Si se obtuvieron grandes zonas libres de precipitados de grafito. Las fundiciones realizadas presentaron hojuelas de grafito más largas en los espesores de 1 in que en los de ½ in, con promedios de 70 μm contra 56 μm, respectivamente. En espesores de ½ in con tiempos de desmoldeo cortos se tiene una velocidad de enfriamiento mayor, con lo que se promovió una mayor cantidad de perlita aumentando la dureza del material. No se detectó la presencia de Ba contenido en el inoculante mediante la técnica de MEB-EDS.

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Gray irons are manufactured by controlling the chemical composition and cooling rate of the molten iron. Inoculation is required during the liquid metal pouring of the casting in order to obtain graphite flakes. The properties of gray iron are mainly governed by the shape, size and distribution of the graphite flakes. In this work, a microstructural study of the formation of graphite flakes was carried out with optical and scanning electron microscopy of gray cast irons inoculated with FeSi and additions of Al, Ca and Ba. Gray cast irons were fabricated in an induction furnace using two commercial inoculants added in different amounts (0.5, 1.4 y 2.0%). The effect of the cast thickness (½ and 1 in) and cooling rate (10, 20 and 30 minutes) was observed in the nucleation and formation of the graphite flakes. It was determinated that Al and Ca are the main elements in order to get the nucleation of graphite flakes. The inoculant FeSi-Al-Ca-Ba showed less irregular shaped graphite precipitates than castings using the inoculant FeSi-Al-Ca. Graphite distributions type “E” and “A” were mainly obtained in the plates of ½ and 1 in of thickness, respectively. The casting obtained with the lowest amount of inoculant, showed mainly distribution type “E” in both thickness and because of the low amount of Si, large zones without graphite precipitates were observed. The castings presented longer graphite flakes in the plates of 1 in of thickness than in the ½ in, with average values of 70 μm and 56 μm, respectively. The plates of ½ and shorter cooling times allow to obtain higher amounts of perlite which increased the hardness of the material. It was not detected the Ba presence, which was added by the inoculant, by the SEM-EDS technique