UNIVERSIDAD DE CARABOBO.FACULTAD DE INGENIERA.ESCUELA DE INGENIERA MECNICA.DEPARTAMENTO DE MATERIALES Y PROCESOS DE FABRICACIN.LABORATORIO DE MATERIALES.

Prctica No:08

Ttulo de la Prctica:Microscopia de Fundiciones Ferrosas

Nombre y Apellidos:Joan Cedeo

Cdula de Identidad:24327263

Grupo:01

Profesor:Maribel Hernndez

Preparador:Rafael Barrios

Observaciones:

5 de julio del 20151. INTRODUCCIN.

Las fundiciones o hierros fundidos, son bsicamente aleaciones de hierro y carbono. En relacin con el diagrama hierro-carburo de hierro, los hierros fundidos contienen ms cantidad de carbono que la necesaria para saturar austenita a la temperatura eutctica; por tanto, contienen entre 2% y 6,67% de carbono. Como el alto contenido de carbono tiende a hacer muy frgil al hierro fundido, la mayora de los tipos manufacturados comercialmente estn entre 2,5% a 4% de carbono [1]. Adems, pueden presentar otros elementos de adicin, como el silicio (Si) oscilando su presencia entre 0,5% y 3%. Las propiedades de estas aleaciones ferrosas, pueden ser alteradas por medio de tratamientos trmicos.Las fundiciones de hierro pueden presentar los mismos constituyentes de los aceros, ms el eutctico ledeburita compuesto de austenita y cementita, el eutctico ternario de cementita, ferrita y esteadita y el carbono en forma de lminas o ndulos, conocido como grafito [2]. La cementita, es un compuesto metaestable y, en algunas circunstancias, se disocia a dos componentes en ferrita y grafito [3]. La ledeburita se forma al enfriar la fundicin liquida de 4,3% C desde 1145. Est formada por 52% de cementita y 48% de austenita de 2% C [2]. El diagrama de equilibrio hierro-carbono con grafito en lugar de la cementita como fase estable (Figura 1), presenta temperaturas eutctica y eutectoide prcticamente idnticas al diagrama de equilibrio hierro-carbono convencional, ubicndose las primeras en 1154 y 738 C respectivamente [3]. Adems, muestra como el grafito sustituye a la cementita de 6,7% C. La tendencia a la grafitizacin (formacin de grafito) se regula mediante la composicin y la velocidad de enfriamiento. La presencia de silicio al 1%, facilitan la grafitizacin, al igual que la velocidad ms lenta durante la solidificacin [3].

Figura 1. Diagrama Hierro-Carbono.

El mejor mtodo para clasificar el hierro fundido es de acuerdo con su estructura metalogrfica. Las variables a considerar que dan lugar a los diferentes tipos de hierro fundido son el contenido de carbono, el contenido de aleacin o impurezas, la rapidez de enfriamiento durante o despus del congelamiento. Estas variables controlan la condicin del carbono y tambin su forma fsica. El carbono puede estar combinado en forma de carburo de hierro en la cementita, o existir como carbono sin combinar (o libre) en forma de grafito [1]. Los tipos ms comunes de fundiciones son: gris, nodular blanca y maleable.La fundicin Gris se forma cuando el carbono de la aleacin excede la cantidad que puede disolverse en la austenita y precipita en forma de hojuelas de grafito [2]. Los contenidos de carbono y de silicio varan entre 2,5 a 4,0 y 1,0 a 3,0%, respectivamente [3]. Estas aleaciones solidifican formando primero astenita primaria, la apariencia inicial de carbono combinado est en la cementita que resulta de la reaccin eutctica a 1146 C. El proceso de grafitizacin es ayudado por el alto contenido de carbono, la alta temperatura y la adecuada cantidad de elementos de grafitizacin, sobre todo el silicio [1]. La resistencia del hierro fundido gris depende casi por completo de la matriz en que este incrustado el grafito, la cual es determinada por la condicin de la cementita eutectoide. Si la composicin y rapidez de enfriamiento son tales que la cementita eutectoide tambin grafitiza, la matriz ser ferrtica; por otro lado, si la grafitizacin de la cementita se evita, la matriz ser perltica [1]. Mecnicamente las fundiciones grises son, a consecuencia de su microestructura, comparativamente frgiles y poco resistentes a la traccin; pues las lminas de grafito actan como puntos de concentracin de tensiones al aplicar un esfuerzo de traccin exterior [3]. La resistencia y la ductilidad a los esfuerzos de compresin son muy superiores [3]La fundicin nodular tambin llamado fundiciones de hierro dctil o de grafito esferoidal, se forma por adiciones de pequeas cantidades de magnesio y/o cerio a la fundicin gris en estado lquido, lo que produce diferentes microestructuras, en las que el grafito en lugar de escamas forma esferoides, que originan distintas propiedades [3]. Para producir este metal se requieren varios pasos como la desulfuracin, la nodulacin y la inoculacin [4]. La matriz que rodea a los esferoides de grafitos o ndulos es ferrita o perlita, dependiendo del tratamiento trmico; en la pieza solo moldeada es perlita, sin embargo un calentamiento a 700C durante varias horas la transforma en ferrita [3]. La fundicin nodular en comparacin con el hierro gris, tiene una excelente resistencia mecnica, ductilidad y tenacidad. Estas ltimas son superiores a las de los hierros maleables, pero dado el mayor contenido de silicio en la fundicin esferoidal, la tenacidad es inferior.La fundicin blanca son aleaciones hipoeutecticas con contenidos de carbono y silicio, alrededor de 2,5 a 3% de C y 0,5 a 1,5 % de Si [2]. A elevadas velocidades de enfriamiento, la mayora del carbono aparece como cementita en lugar de grafito [3], es decir, se forma al enfriar rpidamente la fundicin siguiendo el diagrama metaestable, la austenita solidifica en forma de dendritas. Las secciones gruesas pueden tener una sola capa superficial de fundicin blanca que se ha enfriado durante el moldeo, en el interior, donde la velocidad es inferior, se forma fundicin gris [3]. A consecuencia de la gran cantidad de fase cementita, la fundicin blanca es extremadamente dura y muy frgil, hasta el punto de ser inmecanizable [3].Un grupo de hierros fundidos blancos altamente aleados se utilizan por su dureza y resistencia al desgaste por abrasin o desgaste.La fundicin maleable se produce al tratar trmicamente la fundicin blanca no aleada del tres por ciento de carbono equivalente (2,5% C y 1,5% Si). Durante el tratamiento trmico de maleabilizacin, se descompone la cementita formada durante la solidificacin y se produces ndulos o agrupamientos de grafito. Los ndulos, o carbono de revenido, a menudo parecen palomitas de maz [4]. Se pueden obtener fundicin maleable ferrtica, si la pieza fundida se enfra lentamente a travs del rango de temperatura eutectoide para obtener una segunda etapa de grafitizacin, esta presenta buena tenacidad, debido a que su equivalente de carbono bajo reduce la temperatura de transicin por debajo de la temperatura ambiente. Adems, puede originarse la fundicin maleable perltica, la cual se obtiene al enfriar la austenita al aire, o en aceite, para formar perlita o martensita. En cualquier caso, la matriz es dura y frgil. La fundicin es entonces revenida a una temperatura por debajo del eutectoide. Con ello se reviene la martensita o se esferoidiza la perlita. A temperaturas de revenido ms altas la resistencia disminuye, incrementndose la ductilidad y la tenacidad.

2. OBJETIVOS.2.1 Objetivo General. Establecer y reproducir la microscopia de fundiciones de hierro como mtodo experimental para la apreciacin y diferenciacin de los microconstituyentes que las conforman, as como para la identificacin del tipo de fundicin al cual pertenecen.

2.2 Objetivos Especficos. Distinguir la presencia de los microconstituyentes, a partir del anlisis de la presencia de carbono total y libre en cada una de las muestras a estudiar. Deducir la presencia de los microconstituyentes, a partir del anlisis visual realizado sobre las muestras, cuya presencia de carbono total y libre es desconocido. Especificar el tipo de fundicin presente en las muestras a partir del anlisis de la presencia de carbono total y libre, as como por medio de un reconocimiento visual de las mismas sin el conocimiento de la presencia de carbono en las muestras. Reconocer las caractersticas de las fundiciones de hierro a partir del tipo de fundicin a la cual pertenezcan.3. LISTA DE MATERIALES Y EQUIPOS.3.1 Materiales. 5 muestras metalogrficas (55, 58, 10, 38, 22) de distintas fundiciones de hierro, cuyo porcentaje de carbono total y libre es conocido. 2 muestras metalogrficas (Clavo de fundicin, Disco de freno), cuyo porcentaje de carbono total y libre es desconocido.3.2 Equipos. Microscopio ptico. Marca: UNION. Modelo: MC 86267. Capacidad: (50-1000x). Televisor. Marca: TOSHIBA. Capacidad y apreciacin no aplica. Computador tipo PC. Procesador Intel.4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.4.1 Actividad N1. Muestras de diferentes fundiciones de hierro preparadas metalogrficamente.4.1.1. En cada muestra identificar la microestructura y el tipo de fundicin conociendo el porcentaje de carbono total (%Ctotal) y el porcentaje de carbono libre (%Clibre) Escoger las piezas a las cuales se les quiere realizar el estudio. Calibrar el microscopio a un mismo aumento, en este caso de 400x. Colocar una a una cada uno de las muestras sobre el microscopio. Construir una tabla con los valores aportados por el profesor sobre el porcentaje de carbono total y carbono libre de cada una de las muestras. Realizar una discusin grupal sobre las observaciones denotadas en las imgenes con aumento. Determinar el tipo de fundicin, as como los microconstituyentes que tengan presencia en cada una de las muestras, en base a lo observado en la imagen y los valores de carbono previamente entregados.4.2 Actividad N2. Muestras cuyo anlisis qumico se desconoce.4.2.1 Identificar el tipo de fundicin y la microestructura en cada muestra, a partir de lo observado en el microscopio. Tomar las muestras a evaluar previamente seleccionadas, proceder a colocarlas sobre el microscopio una a una. Calibrar el microscopio a un mismo aumento preferiblemente 400x. Realizar las observaciones pertinentes sobre lo visto en las imgenes proyectadas por el microscopio, tomar nota de lo observado. Comparar lo observado con imgenes preestablecidas de cada tipo de fundicin, con el fin de determinar el tipo de fundicin que presenta la muestra en estudio. Concluir sobre el tipo de fundicin, y predecir los microconstituyentes que la conforman.5. RESULTADOS OBTENIDOS.5.1 Actividad N1. Muestras de distintas fundiciones de hierro previamente preparadas.

Una vez llevado a cabo el anlisis las imgenes recolectadas de cada una de las muestras a un aumento generalizado de 200x, y en correlacin con los datos aportados del porcentaje de carbono total y libre, se pudo construir una tabla, la cual se muestra a continuacin:

Tabla 1. Porcentaje de carbono total y libre presente en cada una de las muestras.MuestraTipo FundicinMicroestructura%C Total% C libreImgenesObservaciones

55Blanca Hipo-eutcticaLedeburita transf. + Perlita + Fe3C3,69-Figura2. Muestra de una fundicin blanca hipoeutctica, a 200 X.

-

58Blanca Hper-eutcticaLedeburita transf. + Fe3C primaria5-Figura3. Muestra de una fundicin blanca hipereutctica, a 200 X.

-

10GrisMatriz perltica con hojuelas de grafito3,42,63Figura4. Muestra de una fundicin gris de matriz perlitica, a 200 X.

3% Si

38NodularMatriz ferrtica-perltica con ndulos regulares3,93,13Figura5. Muestra de una fundicin nodular de matriz ferritica - perlitica, a 100 X.

0,01% Mg

22MaleableNdulos irregulares en matriz ferrtica3030Figura6. Muestra de una fundicin maleable de matriz ferritica, a 100 X.

F. Blanca + Recocido

5.2 Actividad N2. Muestras cuya composicin qumica se desconoce.Una vez obtenidas las imgenes de las muestras requeridas, se realizaron observaciones en base a las caractersticas que estas posean y se construy una tabla, la cual se muestra a continuacin:

Tabla 2. Muestras cuya composicin qumica se desconoce.MuestraImagenObservacionesFundicin

Clavo de fundicinFigura 6. Muestra de un Clavo de fundicin. Aumento de 200X.

Colores observados: Blanco y marrn.Fue enfriada rpidamenteNodular de matriz ferrtica-perltica

Disco de frenoFigura 7. Muestra de un disco de freno. Aumento de 200X

-Gris de matriz ferrtica-perltica

6. ANLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS.

Las muestras suministradas por el profesor fueron observadas al microscopio y se determin el tipo de fundicin a la cual perteneca cada una; obtenindose que la muestra N 55 corresponde a una fundicin blanca hipoeutctica. Este tipo de fundicin es extremadamente dura y muy frgil, hasta el punto de llegar a ser inmecanizable, debido a la presencia de gran cantidad de fase cementita. Su excelente resistencia al desgaste y a la abrasin se debe a la presencia de altas cantidades de carburo en la aleacin. En esta muestra se observa la presencia de ledeburita transformada, la cual es muy diferente a la que poseen los aceros, ya que esta se refiere a la agrupacin de perlita y cementita presente en la fundicin.

La muestra N 58 pertenece a una fundicin blanca hipereutctica que posee la misma microestructura que la muestra anterior pero esta es ms dura y ms difcil de deformar ya que posee una mayor cantidad de cementita. Como en este tipo de fundicin estamos ms cerca del 100% de cementita, vemos que esta se presenta en forma de ros lminas anchas debido a que su estructura cristalina es de esta forma. Estos ros hacen que el material sea ms difcil de deformar.

La muestra N 10 es una fundicin gris de matriz perltica. Este tipo de fundicin es frgil y poco resistente a la traccin pues las lminas de grafito actan como puntos de concentracin de tensiones al aplicar un esfuerzo de traccin exterior. La cantidad de CC presente en esta muestra es de 0.77 %.

La muestra N 38 corresponde a una fundicin nodular de matriz perltica. Esta fundicin es ms fcil de deformar por la forma circular de los ndulos y posee las mismas propiedades que la muestra anterior. La cantidad de carbono combinado presente en esta fundicin es de 0.77%.

Se observ que la muestra 22 es una fundicin maleable de matriz ferrtica. Esta fundicin posee una alta y apreciable ductilidad o maneabilidad debido a que su microestructura es similar a la de la fundicin nodular. La cantidad de carbono combinado presente en esta fundicin es de 0%.

En la actividad nmero dos, encontramos en la primera muestra (clavo de fundicin), que estamos en presencia de una fundicin nodular, del tipo ferritica-perlitica. En esta muestra observamos que la ferrita rodea los ndulos de grafitos, generando el fenmeno conocido como ojo de buey. En la muestra nmeros dos (disco d freno), nos encontramos con una fundicin gris, la cual es posible reconocer, por la lneas en formas de fibras o hojuelas dejadas por la perlita. Lo que se observa de color verde, es la coloracin que toma la ferrita cuando la muestra es sobre atacada.7. CONCLUSIONES.

El conocimiento de los porcentajes de carbono en una pieza, representa una herramienta elemental para la deduccin y distincin de los tipos de fundiciones de las cuales puede proceder, sin embargo no es factor suficiente para inferir su presencia. El carcter o clasificacin que se le pueda adjudicar a una fundicin blanca, bien sea hipoeutectica, eutctica o hipereutectica, depender esencialmente del conocimiento del carbono total presentes en las mismas, para porcentajes mayores a 4,30 ser hipereuctectica, e inferiores a ese digito representara hipoeutectica. El anlisis visual de las microestructuras de las muestras, representa la herramienta ms til para la identificacin del tipo de fundicin, as como de los microconstituyentes presentes. La aplicacin de tratamientos trmicos, tienen una especial importancia en la transformacin y obtencin de fundiciones, tal es el caso de las fundiciones maleables las cuales fueron producto de la aplicacin de estos tratamientos sobre fundiciones blancas. La microscopia de fundiciones se presenta como una herramienta til, pero de relativa exactitud, es esencial tener conocimiento de los componentes aplicados sobre la fundicin as como el porcentaje de los mismos. 8. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.

[1] Sydney .H. Avner (1995) Introduccin a la Metalurgia Fsica Editorial Mac Graw-Hill. Ciudad de Mxico, Mxico, p. 420-430.[2] Militza J. Iriza Castro (2008), Manual de prcticas de Laboratorio de Materiales. Edicin Universidad de Carabobo. Carabobo, Venezuela. Captulo 7, pg. 1-7[3] William D. Callister Jr. (2002). Introduccin a la Ciencia e Ingeniera de los Materiales. Editorial Revert S.A. Barcelona, Espaa. p. 370-375.