INOCULA TES

FER ROALEACIO ES

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Compartirlgual 4.0 Internacional.

SERVICIO NA CIONAL DE APRENDIZAJE 11SENA11

Centro Nacional de Fundici6nBogot�

D IVIS I ON D E IN D USTRIA Octubre de 197 6

S�· SERVICIO DO i.;NA CUME,rTACIOH�- TECNOLOGtc1,

CEft7RO ME.TALIJRGIA

INOCULANTES Y FE R R O ALEACIONES

Preparada por : A. Miguel Castillo P.Profesional Asesor

INOCULANTES Y FERROALEACIONES

l. : GENERALIDADES.

Es bien sabido que 1.<?-- resistencia mecánica de las fundiciones, enparticular su resistencia a la tracción, disminuye de m ane�a general,P.l mismo tiempo que aumenta el carbón equivalente (por a:urneni;o deca¡�bono grafític9) . 1 ); las fundiciones llamadas resi_st_entes songeneralmente c:i�. bajo carbono y de matriz perlítica.

Sinembargo. a m.,edida que disminuye el carbono equivalente, se oh-serva en las fundiciones una ten.dencia creciente a la soUdificación en la estructura blanca .

En lo qu� c,oncierne a la m icroestructura, las fundiciones de bajo carbono equivalente, frecuentemente tienen tendencia a presentar, al lado de la es tructurá blanca, placas de grafifo interdendrítico, llamado grafito de sobréfusión del tipo D cuando es muy fih.o, o del tipo E en el caso contrario. El grafito muy fi_namente disperso facilita la precipitación d? carbono, en forma grafítica durante las transformaciones en estado sólido (superficie grande de contracto antre la matriz y elgrafit� con distancias cort.as de difusió�)', lo que conduce a la estructura frecuente observable: Grafito fino + Ferrita. Pero gen�fjlmente re.sultan caracterí sticas de utiliza­ción poco satisfactor'ias·, a.'tmque los mejores resultados -para la mayor parte de las pi�zas 'utilizadas en construcción mecánica se basan en las estructúra'.s que son formadas por la asoGiaoión perlita + grafito tipo A ó B ó_·E, (2), (Según la dimensión de las célulaseutécticas y según la importand a de las dendríticas que son tantomás desarroiladas cuanto la fundición sea más hipo-eutécticas y lasobre-fusión más fuerte.)

Notas: (1) Orden de tamaño de la baja resistencia a la tracción 1, 5 a 2 kg/mm2 en promedio para un aumento de O, 1 en el carbono equivalente.

(2) Se indica que tratamientos especiales recientemenl;een estudio, han permitido obtener la matriz ferríticacon �l grafito fino del tipo D, y características mecá­nicas muy interesantes (resistencia a la �racción yresiliencia elevadas).

t'or otra parte se ha notado q.ue el silic::.o introducido en la fundición bmediatamente antes de la colada, por ejemplo en el canal del cubi­lote, en forma de diversos cuerpos llamados "Agentes Inoculantes"

2.

(FerrostTicio o Sílico-Calcio por ejemplo), tenía un efecto mucho más fuerte que el Silicio incluído en el lecho de fusió'n sobre la adaptabili­dad de la fundición a grafitizar durante la solidificación. Ciertos autores precisan que la eficacia del silicio inoculado es el triple de la del silicio adicionado en las cargas. (esta eficacia se car2 eteriza

· aquí por el efecto producido sobre la profundidad de temple de unaprobeta:)

La adición de un agente inoculan te permitirán __ entonces, al conservarun débil c;::i.rbón equivalente, evitar la estructura blanca o atruchada(caracterizada por zonas grises con grafito de sobrefusión); se obtendráasí buenas propiedades meéanicas al mismo tiempo que la estructuragds y .la maquinabilidad. Simultáneame:rite con una homogenización de la estructura del grafito en toda la masa, la inoculación producirá unareducción neta de la sensibilidad ál espesor. Se precisa además, queel efecto de inoculación, aunque mucho menos sensible, existe aún enmoldeos bastante gruesos, puesto que la estructura normal no lleva

. graifto interdendrítico de sobre-fusión.

Su efecto, paralelar:J> .. :mte a este efecto grafitizante, la inoculación produce un afinado del grano con un aumento del número de células eutécticas. {Fig, 1). Este efecto contribuye al mejoramiento de las caracterfs�i.<2as meéanicas y por esta razón la inoculación pu�de aun mejorélr sensible­mente la resistencia de las fundiciones que sin inoculación ter.gan ya la estructura gris. Pero el efecto .es tanto más J.imitado cuanto mayor

:< sea el carbono equivalente que tenga la fundición y even�ualmente se puede percibir la in:Quencia en sentido inverso debida al aumento equiva­lente ( o más bien del carbono grafítico)

R�sulta así, que en las fundiciones vecinas a la compo:::;ición autéctica (Ce 4,3) la inoculación entraña una baja resistencia mecánica. La inoculación de fundiciones eutécticas e hipereutécticas es generalmente sin· interés, ya que se encuentra a veces y en partes el grafito ínter­dendrítico de sobrefusión ("Taches").

INOC ULANTES DIVERSOS .

. Fuera del ferrosilicio y el síü.co-calcio, diversas aleaciones pueden ser usad�s cpmo inoGulantes en las fundiciones .

Citamos en particular ciertas aleaciones al Z irconio con las cuales parece deseable el encontrar una proporción moderada de calcio. La eficacia de los p.rodu,ctos. de .este géncrc, constatada por varios autores es siempre superior a la del ferrQ$iliciq, tanto por ia reducción de la

T�JOC UL

3. profundidad de temple como por el afinado de grano y el aumento de la resistencia a la tracción ... Ensayos del caso, han confirmado plena­mente estas conclusiones·.

(Anotamos que diversas referencias seflalan igualmente la eficacia de estos productos para la inocu lación de las fundiciones de grafit o esferoidal). No obstante obtene·r por comparación con el sílico-calcio, datos menos concluyentes, nuestros propios resultados . . tienE!en más bien a establecer la superioridad de las aleaciones �1 .

Zirc··:mio, mientras que trabajos americanos dan la preferencia al sílico-calcio.

Los productos a base de grafito o de carburo de silicio, parecen particularmente eficaces para reducir la profundidad de temple; se comienza igualmente a hablar de inoculantes al Bario (Siliciuro de Bario).

A continuación se encuentra una lista no limitativa de los principales inoculación con su composición global habitual {Tabla I).

Silicio NTES

%

TABLA I

Calcio Aluminio

% %

..

Otros elementos

'1,j .. '

Ferro-Silicio de 50% 47-51 0,20 l

----·

Ferro-Silicio de 65%

Ferro -Silicio de 75%

Ferro-Silicio de 85%

;.

65-69

74-79

80-89

o, 30

0.50 . . .

Q,50

.. ¡ ..

:

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1-2

1-3. .

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·¡;,:.-

Ferro-Silicio de 95%

.. 1 i

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S:íl�oo-Calcto de 50%

Calcio-Silicio :

'.

' .. '.: ..

. - . : . r . . -� :. . i: :· Calcio ..'.SÜféio>titanío

"j "•

'. ,. : , •' /_:_: .-

Silicio -Manganeso Zirconio

Ferro-Silicio - Zr

Ferro-Si-Ca-Zr

. '

Sílico-Ca-Zr

Producto a base fito

... i. �

de

., .. -

gra-

.. ,.,

90-95 0,50

\ ..

..

5Q-55 6-8

.. ..

60-65 30 - 33J\

.. !

50-55 5 - 7

. !' ....

60-65 0,5 - 2

40-65 -

··-··· ......

65-70 5 - 6

: r

50.:.55 15-20

,.

45-56 -

1'•'. · '!'· ..

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1 .:.·:3

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1- 2,· '

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1, 25

1, 70

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O, 1

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1, 5

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...

·10%. .

.,

Mn 6 . 82;Zr

Zr 15-40%

Zr 5 - 7%

Zr 15-20%

'

4

5-3

.....

Carbono 45-50%

%

,;

·-

Se notará que el.Sílico-manganeso no paree-e tener ningún efecto inoctúantG; sefialamos por el contrario, la eficacia del·Cerio en muy débil cantidad (O, 01% de Mischmetal), no obstante un exceso de adición (O,J%}, arriesgando sinembargo hacer la fundición enteramente blanca (Fundición de bajo conte­nido de azufre) .

: . . . , j .

Es de advertir que la inoculación no es incompatible con la adición· sii nuJ.tánea en la cuchara de elementos especiales, cuando se quiere por ejemplo, combatil-

5. eJ pqder _carburígeno de algunos, entre ellos :. Cr?mo, lVfa.nganeso, etc. . Ciertas Sílico�Aleaciónes. han sido p_uesta$. e:i funcionarniento pdncipalrnei::ite, eh. los Estados UÍ11dos pa.ra peri:r¡itir efectl;_a,¡' �n uEa sóla operacioh el :doble tratamiento de.A-tjicion y de foocúlación.

. . : ,·,.,. . ( . '. '.,. ;··:>:: .

Se dice por otra parte, que las _fundiciones de contenido. moderado de Cromo son sensibl�s.al efecto de inoculac5.6n po·r !as S íiico-Alea-

� • ' ...., • ••

' • • • _-;· 1 • -'.- ' :J . ' .- :; • • . .;..· . • . ' •

c:..or12s .. :.::ie sefü¡.la aun el empleo del. ferro-s11ico-zirconio que permite obt_8l"l?r simulh{h.eai:nente una resistencia a la tracdon elevada y una OUGna. capacidad d� amortiguamiei-1,to,_ .· tentérn;iose �1 mismc5'°fiernpoUTI aumento de)_ COef1ciente _ ,- 0

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K = E.H

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; · • i · ; 7 ;t : : - ; Es. decir, una disminución del efecto de ::.nd.s ióri del grafito ..

r . , �·. . '

En.í'in, �e menciq:p.s3-.ígualmente.un,procedi_qiiento que si hieii se b2.sa en una. té:cnica clifer�nte, es suc�ptibli de '&rddué'ír= e'fectos &tia:i.ogos a los de Ía inoculación: el borbote� ·aé éas dent±-6 def 1:fafio a�· fundi­ción 'ª tré?-yé' s

de un -tubo de grafito, loq1ú'('fét>:tesériia0

i:'>robahlemente Ul1� inoc�::¡2.dóri porÜendo J11 'su�pensióñ fürrtídrilas de 'grarftó'que pro­vi;enen qle.'°11í1.,paredes del tubo. . Se- co:dóc\0 �n eféc·td;- 'qü.'e el g�afito ��· ·s�c,cieptib:J.� de p'rodu�ir gérme11Ep$ dó gt'áfiti'i'ac'i6n, pero 'es· difícil poner en suspensión y el borboteo es pre'.cís�uiliel'l_te u:1 medio cómodo y eficaz de realizar la operación.

· · · Se '.)btiene así, 8:J:, r:n,iflmQ t�empo que la_ disminución de la profundidad de �'.emple, un fuerte meioramient::)-de :la maqttinabili.dad.

' u

Además, ciertas experiencias h�n mostrado que el fratamiento por bo::.-bo-:'.eO no p!'.esentaría �-1 fenómenc de 11desvanecimiento 11

, clásico pci� el efecto de inoculación y del que hablaremos mas 'adelante.

. ' '

EFECTOS DE :RECIIlJ:P:8 DEBIDO A LA INOCULA.CION.

· Convién? sénalar ,. q¡_1� (según.·trabajos fec:.entes sobre, fundicioneshbpoéutéctic:is éomp8.radas pn-compos'

ición'idériticg,,, con y sin i:10-

cU:Jaci6;1) las modificacicnes dimensionales de ]as piez::is r ... 1-oldeadaseri arena 'T�rdeal solidificar, s'erfan af:�ctadas por l�inoc:ul2.ció.:, __ Seobser-:.rai<a despu·es de

. estJ 'tratamientc 'u:la'. expansió:-i más füer'i'ed11ra-ri1:2 J.a solidificación a c2.v.sa de:!. forzado de los 'moldes en arena

.· verde y \u:\;aúmentq .dé1:volume11 de .les: :rechupes:.'- Es· 3:SÍ-gue pa:ra las f�1r,d�c�cmes de; alfo.�-#foro (de'.¡_or;d�n del i.%{, Ja inoc.i}ación con­Eevarfa J.[, i'ormadÓn ci'é porÓsÍdades in.tern2.c 'en''éascF en que eEriS no an2.re�ieran en el rn?.smo metal sir. efecto de ínoculac::ón. · Los

6.

mismos resultados serían observados para una fundición de O, 66% dé fósforo. Para las fundiciones de bajo fósforo no se observan porosidades internas, .pero el metal inoculado pre­senta un rechupe externo más fuerte.

Ensayos sistemáticos a carbono equivalente creciente de 3, 9 a 4, 3, y con un fósforo'variable entre 1, 04 y O, 025, habrían con­firmado. sobre diversos tipos de moldeo, que la inoculación (sobre pasando O. 5% de Si) tiende a ser acompañada de su aumento de las dimensiones de las piezas moldeadas en arena verde y de una intesificación de los efectos de rechupe (rechupe externo y porosidades interiores). No obstante estos efect0s relativos resultan más atenuados en las piezas más masivas y las porosidades internas no aparezcan d'3spués d2 l:i inoculación sino a· pa�dir de O, 24% el;� fósforo.

Si iL' se practica la ·inoculación sobre fundidores de alto fósforo esta� observaciones merecen sefialarse , por una parte porque muestran que el tratamiento debe ser aplicado con mor:lerad6n y con buen conocimiento; de otra parte porque sugieren ciertas nreoauoicnes particulares en el moldeo. Es evidente que las fundiciones inoculantes que son generalmente muy faertemente hipceutécticas. tienden ya por si mismas a presentar una contrac­ción de solidificación importante.

S �_9_t¿_l�!2!,_��-� T �-- ( I I)

INFORMACIONES PRACTICAS.

Composición y Elaboración de Fundiciénes a tratar por Ino�u!��ión

La inoculación no ofrece un verdadero interés, sino para fundiciones de buena calidad y bajo carbono y bajo silicio; el contenido· de car­bono debe situarse generalmente hacia 3%. Como para las fundi­ciones normales, hay que adaptar el contenido de Si a los espesores de las piezas teniendo en cuenta los efectcs de la 11inoculación 11;

este contenido de Si debe ser relativamente bajo y generalmente está comprendido antes de la ':inoculación, entre O. 80% (Piezas cuyo espesor es superior a 50 mm.) y 1, 50% ( Piezas de 5 a 10 mm. de espesor).

La mayor parte de los inoculantes gratitizantes utilizarlos, ccmtienen un cierto porcentaje de Si que debe inta:rvertirse en e 1 cálculo del Si final.

Teniendo en clienta la compo�iciÓn, inicjaL las cailtidades.de S.:. ad$.:!ionada,ª,yar'ían comúnmente. �µtre 0�2 a O, 8%.' · · · '

• • : •• • l • : ( • • • • • • ' ' , . . ) . '. " �

Como se trata de fundiciones de calidad, el contenido de 'fósforode fu::-ldic'i¿nes inoculadas .debe ser tan baj� com� iSea posible, lo rn ás corriente · inferior, o 1g.ua:� a O, 2 O% .

· · · ·

L2.s fundiciones inoculadas son las más comúmente elaboradas a par'::r de lechos. de fusión que comprenden-50% d� a9ero, as[ como a Vr:C88 hasta 80 O 90% el resto es ccnstituÍdo por: retornos y<�l fe::.�ro­sf:i.:-.do y e:. ferro-manganeso de adición para ajustar ia composición. !..,e_ fusión en !el cubilote debe ser perfectamente regulada de mRner11 á:- dbtener una fundición de temperatura constante en el can9-l' de coiacta para' un'inoculante dado. Parece en efecto que cada i�ocJ1la:ht$tertga

·m:•intervalo de temperatura, :en el cual su acción es 6ptirna _: ··. . ' ,. . . , .

. Una temperatura m.uy elevada (1500-1550°C) tendrá el inconv,-inD�ritede redisolver muy rápidamente ciertos gérmenes y de limitar · asten el tiempc el efecto inoculante. Una temperatura muy baja traeríadificultades,· t. les como heterogeneidad de estructura (Presencia deCemen-'.::.h , libre ;en gran cantidad), importantes sopladuras o defectosdé alim.entación .. , <

· · · ·

PROCEDIMIENTO PRACTICO DE INOCULACION.

·:Mecánicamente. la inoculación tien!i:l,el problema de hacer en�rar en la·,·fundición las adiciones de densidad,.débil, sobre. todo para el siHco­

".�,::-�:.o. En espera de cp:r;itª;i-,con un prpcedimiento más perfeccionado ,.

eí sistema de inoculación que parece. actualmente dar los mejores resultados, está p_rincipe.lmet1¡�e compuesto de un tamiz vibran':e y de ur.a pl:"l.ca dosificadora igualm.ente. unida a un vibrado:r-.

NOTA: El dis;o�itiv� '"Meehanite ¡,;' es esencialmente compuesto por un distribuidor de paletas.

l_j

La placa dosificadora despacha los grano de inoculante en un tubo i:;_11.e desciende justamente encima del canal. lo más cerca posible del hueco de colada. Este tubo debe Jener dimensiones suficienf.es-' pái�a e-átar que los granos puedan taponarse. Además, debe p1�eserÚarUD.f'.. fuerte pendiente· y SÍ es posible una parte vertical bastan�:e lirgade manera que las fuerzas de inercia de bs granos que caen.en �ccícia� ··· ·--..,. les permita penetrar en el metal líquido .

La precisión de la adici9n·�d-.::J1"c' �-e:r:.1v��ificada períodicam�nte po�que las variaciones en las cant��ades,,d� .inoculantes infro,,ducidbs·� "jfo_P.de:ri• •.. . . í. f � ' • .

8.

originar dificultád�s. serias: en) �as ,fab1¡ic.�c:i9nes . :¡:sl �oculante

debe ajustarse muy progre�ivamente aJ,� f\lp_dkión'�quida y el tiempo de inoculación propiamente dicho debe é'stár cotnprehéF.do entre 60 y 80% dei ti�?lPº necesario pp.ra lJena:r )é;, cuchara de la cantidad de fúndición-, deseada. · .. , '. ; J · ··· . ',�-,-·J · . ·· ·

Es preferible hacer la adic'ión en una Ct�Jtd�d de m�tal ·superior a 100 kg. porque por debajo el enfriami�nfo dé la furldic.ion en la cuchara corre el riesgo de ser muy rápidq .. ,,: _ _ .. La granulometría de los moculantes tiene cier'ta influencia sofrre la marcha del procedim,iento, pedazos muy gruesos ·s�r i difíciles de disolver perfectamente mientes que los granos finos o· en'_t;oivo Henden a flotar sobr� elbaflo y a oxidars'r-, :

iHf3:bÜua?mente,, los

inoculantes se p:res?�tª'n en granos de 4 a lO)n.jri:. � .. La 'inoculación perm.lte utilizar una mi�ma fundición de base pára Jl3.- :preparación de varias aleaciones j pres entado calidade_s n1 étalútgiccts diferentes, 10· ;:¡ue simplifica evidentemente las condiciones de' elaboración en las fundiciones donde se debe asegurar faJ�ricaciones variadas .

CONTROL METALURGICO ..

. . ' . . .l. ' . - • •

,. Se:puede medir rápidamente la ,efic1:;Ld�. de h1ino�tllaciói1 por medio del ensayo de temple; si la ino�uladón' ha sido eficaz,_: la prof:i.mdidad de temple será claramente reducida con relación a 1á dada por la fundición de base. Esta es la llamada técnica de la 11Doble Probeta de temple" , antes y después del tratamiento

'.- ·-

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·· · Este ensayo permite igualmente: constat�r que el efecto de inoculacióndesaparece con elJiempo . El dura 111..ís o menos_' largo tternpo segúnlos inoculantes, la,s,temperaturas de aciición y de mantenimiento, asícomo las composictones d_e, base . y .las temperat�ras de sóbre calenta­miento; Generalmente el efecto se hace sentir :aesde el primer minutoes máximo aproximadamente a los. :f ó 3 rriinuths ·d�: hac·er la adiciónpermanece estable durante algunos minutos; (10 a 12) y desaparece casi

· totalmente en un9s �O minutos.

El empleo de ferro-s Ukio de 75 o -�0%,; exige condkibnes de utiliza-. ción rnás estrictas que las otras alea<;iones. Su .efec;:to se desvanece

rápidamente (10 minutos aproximadamente), Ó_ rio existe mientras cambién ciertas condiciones de incorporación (variacióri de tempera­tura, incorporación masive, etc.) el Sílico-calcib y lqs ferrcaleaciones

· al.Zirconio son agentes más regulares y más el}'érgicos' que el ferro­·. silicio.

El desvanecimiento dei efecto de inoculación oblig� a colar las piezas·muy rápidamente después del tratamiento, i�mediatam-ente después dellimpiado de las cucharª� de colada< I?ebe �ntenderse que después de lainoculación, la profundidad de temple no corresponde más a los datos

.9. habituales establecidos para este �ontrol y, sv. relacióp con eJ. contenidc, de silicio en particular se en9uentra profuncíá.n:1ent3

J,1p.odificada .

Entonces es conveniente establecer una nueva correlación entre el espesor de las piezas-y la profundidad de temple de la s-egunda probeta por medio de controles micrográficos. La estructura de �-a.s,·pi_eza,s.-debe ser esencialmente perlíticos, sin ferrita ni ce­mept;ta libre .

El aumento de resistencia mecánica debido a la inoculación debe ··• p1;qguciri;;e sin gran modificación de la dureza.

Algunas cifras obtenidas en el curso de ensayos son:

·-

,·· · .

Resistencia a la·tracción y dureza e.ll bebederos de (j) 50mm. Fundición Testigo o de Ensayo 24 kg/mm2 234 Brinell Después de la inoculación de O, 3J).o/o, de Silicio : a) En Ferro-Silicio de 90% - 32 kg/mm2 234 Brinell

b) En aleación .al,Zirc01:i,J9 de 90% 37 kg/rnm2 231 brinell·· ,�J-.,,·.En Silicb-Calcio.· • 37kg/mm2 239 Brinell

d) En mezcla de Si-Ca+Aleación al Zircohio+Fe-Si.... 38, 5kg/mm2 237 Brinell

Las gráficas 2, 3 y 4 resultados más generales .

T E R C E R A_ P A R T E ( II I ) ------�, -------------.

FUNDICIONES. 11MEEHANiTE 11

Hacia i924, MÉEHAN, efe�túa investigaciones y tiene patentes sobre el mejoramientb de las prop.iedades de la fundición por la t'égulac ión de la grafitización y la eliminación de discontinuidades en la estruc­tura.

SMALLÉY'y/�i::is colaboradores, profundizando los trabajos de MEEHAN encuentran método_s. preciso$ e indus triales para la _oo_tención de las llamadas''rtindicj.ónes "inoculadas !I. '

;,,. .. ::· [i.'' 1

Las principal�s pé:itertte'.s po.tentes reiativa.s ·a la inoculaciÓ!1 qt!e · fijan diferentes análisis de fundición, así como la composición y la granulcrietría de los inoculant�9� han pasado a ia heredad púbUca, pero el nombre de MEEHANITifrto 'resume menos que una m2.r�a

10.

declarada. Es la MEEHANITE Metal Corporation, cuya sede está en Nueva York (representada en Europa por la International Meehanite Metar'Corporation I. M. M C.·. 66; Victoria Street,-Lonrl,res S .W .1) que vende a los fundidores que solicitan la licencia de Explota­ción de la marca.

Esta licencia no se concede sino a los fundidores que tienen:

1- Una clientela y un gasto muy importante (El precio de blicencia será determinarlo por cada tonelada de fundiciónelaborada).

2 - Medios de producción modernos y de control o las posibilidadesfinancieras -:le adquirir estos medios .

Él fundiclor con· licencia "Meehanite t1 se beneficia:

1- De una vi sita trimestral de un ingeniero, asesor metalúrgicode la l. M . M . C .

2- De una documentación muy completa (en inglés) y ele prove­niencia muy va.riada a la cual él aporta, no obstante, la contri­bución de �m experiencia.

, :;'

3- De un congreso anual que se tiene para Europa donde él puedeencontrar otras lic.encias.

4- Del hecho rle que muchos pedidos americanos se refieren aespecificaciones 11Meehanite t1 principa.lmente el materialdestinado a las refinerías de petróleo.

Con este propósito, notamos que algunos· fundidores no licenciados pueden igualmente ofrecer a su clientela s_erias garantías de calidad, además, algunas fundiciones pueden ofrecer bajo nombres diversos fundiciones elaboradas sig_uiepdo técnicas particulares que comprenden principalmente operaciones ele' inoculación, para la obtención de características mecánicas elevadas.

SIMBOLIZACION DE LAS FUNDICIONES DE MArtCA MEEHANITE. --- - ------- -· ··-- - ... - - - �

Es impropio hablar de fundición 1tMEEHANITE 11 ; hay que decir11las fundiciones Meehanite 11, porque· así como existe numerosas variedarles de fundiciones, hay varias calidades o grados de fundi­ciones 1 1Meehanite 11

•

Es posible clasificar estas funcfiáiones en cuatro grandes categorías:

1- Fundiciones para mecáni�a general

GM-GA-CAH-GB-GC-GD y GE

11.

Ordinariamente no aleadas, siendo "G" el símbolo de uso general.

Calidades vistas� Buena res_ü;;tencia, capacidad de amortigl�amie:nto y maquin.abilidad.

2- Fundiciones resistentes en caliente (de bajo contenido de Cromoo al Niquel-Cromo):

HA-HR-HC-H¡J-HE-SC.

Siendo 11:Hlf�l símbolo de''Heat resistencia 11

Calentamiento con#nuo o intermitente, resistencia al inflamiéÚto . a las deform'aciones y a ciertas corrosiones en caliente.

3- Fundiciones resistentes al desgaste (Fundiciones al cobre, alniquel-Cromo de est.ructu:ra sorbítica o martensítica.)

WA-WAH-WB--WBC-WEC-WH.

Siendo W el símbolo de resistencia al desgaste �"'NEA'.q)

La abrasión/ta erosión, la fricción de rodamiento y 1a fricción de resbalamiento''no se producen:·

4- Fundiciones resistentes ·a la corrosiones alcalinas o ácidas,con contenido en elemento aleante varJ.able según las corro-siones previstas·.'' . . .

CB - KC,y ce. ., '."

\fj¡·; .'.

Cada categoría comprende cierto número de grad0s. , Cada grado cor.responde, en general, a un espesor medio de· pieza el ínoculante uti:lizado en proporciones variabl2s seg:in :ios grados, as el silico-ca1c:'io. La elección de una categoría y de un grado de Meehanite, es decir la elección de las características fís�.c2,.s- v deJ. análisis quf.mico de la fundición, debe ser fijada con 21 �:;_�azad� de la pieza en colaboración est:?ec�a entre el cliente y el funciic.01�.

Estas disposiciones preliminares que son tomada, eJ. moldeo de la pieza y la elaboración del metal, se efectúan en las empresas de� d" . , "M h "L 11 • • • • t"t 1 d ' 1 . d , rnn. 1c10n ee an11,e en pr1nc1p10 a 1 u o e contro,. en w os 10s

12.

estados. Estos controles permiten establecer estadísticas de donde se sacan enseflanzas para operaciones venideras de fundición.

P �:_:� T �- C U A R TA_ ( IV )

TEORIA PROVISIONAL DE LA INOCULACION

Diversas teorfos han sido propuestas para explicar el mecanismo de la inoculación, pero ningupa parece enterame_nte satisfactoria en la actualidad. Se admite que la inoculación trata de provocar los gérmenes de grafitización que harían falta. Estos gérmenes podráin ser , por ejemplo de partículas sub-microscópicas de óxidos. cuyo sistema cristalino es tal que podrían exi tar la crista­lización del grafito (que se .produce. en cü sistema exagonal). Este papel podrían ser desempefiado por la sílrcé� el aluminio, óxidos diversos, el grafito mismo y según Ciertos autores, por inclusiones como de carburos,nitruros, cianuros, etc.

No obstante es clásico que la� fundicion�s que han sufrido un sobre­calentamiento a temperatura elevada (por encirria de 1450°C aproxim.) tienen una tendencia marcada a la sobrefusión, lo..:que en la teoría procedente se explica por una destrucción p·rogresiva de gérmenes de cristalización inestables por encima de esta ternpcF,tm.a. ,,L·íüe1� _

Se puede advertir en efecto, que las funrlidones líquidas contienen siempre una abundante proporción de átomos de carbon? que pueden reducir todos los óxidos mientras la temperatura sea suficiente.

Esta propiedad está representada de manera particúlarrnente clara sobre el diagrama de la figura 5 que da en funciób de la temperatur:1 la variación de energía libre AG, acompafíad0 lá fijación de una molécula de o2 por diferentes elementos.

Entre mayor sea el valor abso�� de A, que es negativc, mayor es la tendencia a realizarse la reacci5n; la afinidad de una reaccL�n que es precisamente medida pcr la expresiC,n A =AG. Para tcdc·s Ls C:xidos metáli,cos, la afinidad de dc,rmación disminuye cc)n el aumente d0 la tempera'tura, a causa del términ,._, de varia­ción de entropía AS que es. negativc {absc rcién de mcléculas gasee -sas en un productc- s::-lidc).

· ·

= G H + T S ( H=variación de de enta:i.pia)

Pero para la formación de CO la variación de entrc;pía es pusitiva,

13.

, · ·• · , ' � • • : ' l ' '. ,.. r ¡-. J : .. '. • ' 1 : � '

(aumento del número de moléc_ulas g.asecsas)y A aumenta · • conJa temperatura; la afinidad termina entonGep por ser más fuerte qtie la de cualquier óxido metálicc, .

Según el diagrama teórico de la figura 5, la �iO2 9erfa reducid,a hacia 1500-1550°C, para el N¡pO ,la peaucGión se sucedería. hacia 1400oC; así parece ser efecÚvamente en las fundiciones .

Corno por otra parte, el grafito se disuelve a alta' tempera­tura, se comprsnde que el so_brecalentamiento puede hacer d�saparecer los germenes pero �O ,da conocimíÉnfoEl preciS:JS sobre su,P.al1¡1raleza .

La .sqlidificación se hace_ entonces �::m un retardo _importante en la Jern pera.tura, del intervalo eutécticc, fas· células eutécdcas sc•n peco numeros.:1s (por tanto de g.�andes dimensiones) y el grafitc aparece (al menos en su certt�o, donde la cristalización ha c=im enzado) bajo una forma rn uy fina y.muy ramificada .

La in,ocula.cién tendrá.entonces por cbfeto, incorporar al baño "desoxidado" a alta temperatura elementos susceptibles de fijar el oxígeno y de reemplazar los gé·rmenea destruídos . El mecanismo de su acción f supone entonces la p_resencia de una atmósfera oxidante; experiencias recie_ntés de laboratorio han dernostra_c:io en efecto, que los inocuíarttéi no tienen efecto en fusiones .á.l vacío (con adiciones igualm�:tite a1vacío). Este hecho constituye una observaci6n interesihte 'én favor de la teoría proGiq.?:r;ite que se enctiint�a igua'lmente confirmada por una cbse�vaci6n práctica sobre la ausencia del ,efecto de inocu­lación e'ñ �n baño

0de fu�dición elaborado en atmó�Íéra reductora

•'' ' : . .. . . . . . •. :·· f

o confinado al horno eleétrico. El efecto puede entonces resta-blecer por adición en el bañe, antes de' la inoculación, de unacierta cantidad de mineral que nporte el oxigeno necesario.

Por otra parte, se ha mostrado con ensayos sistemáticos, que el silicio quúnicarnente puro no, tiene efecto inoculante; se entiende que S'e·á así a alta temperatura en las condiciones donde los gérmenes de silicio no puede existir en el estado estable en el baño de fundición, debido a la reducción por el carbono. La

. presencia de ciertos elementos externos, parece necesarioa para la eficacia incculante del Jerro "-silicb; en particular el aluminio y el calcio; es interesante anotar.que estos elementos son muy hábirlo.s de óxido y forman óxidos que no son reducidos por el, ciarborio en las condiciones habituales de elaboración de las fundicione.s (fig .5) Hay que pensar entonces que estos

14.

reductores fuertes no actúan como desoxidantes de la fundi­ción, si no por el contrario, como fijadores de oxígeno, que proviene del exterior. Se ha señalado en p2rticular que las partículas de Al203 pueden servir de gérmenes.

Esta teoría se encuentra no obstante con algunas dificult2.des para explicar principalmente el desvanecimiento del efecto de inoculación, fenómeno que se produce en un tiempo varia­ble del orden de algunos minutos a una medía hora, por ejem­plo, y que es acelerado por un socr.ecalentam iento.

Es necesario suponer entonces, una desnaturalización progre­siva de los gérmenes producidos p'Or reacciones químicas o por fenómenos físicos secundarios 8n el seno de1 metal líquido.

Se puede imagin·ar por ejemplo que se· puede producir una coalescencia de partículas, siendo la pérdida del efecto de germinación paralela a la disminución del número de gérmenes. Tambitn se puede atribuir el desvanecimiento a· uh simple ascenso de las partículas redondeadas de r óxidos por decantación debido a su forma, los gérmenes de grafito tendrían menos movilidad en el baño, lo que explica-ría la persistencia d�d efecto relacbnado con eliborbote6. ·; ·

'Po'r oh-a parte es bien conocido que las fundiciónes ·"oxidadas" y frías tienen tendencia a solidificarse ei.1 estructur�- blanca, tal ve� aun cori n'eutralízación de Tos· gérme:::..es . Según las hipótesis avariz;adas por ciertos a'utdre�' podría formarse una rea:cdón de las pártícuiis· de ó�ido FeO ·o MnO con los gérme­nes SiO2; · dando por reSultado la form'ación de partículas de silicato: de hierro o de manganeso que no tienen las caracteris­ticas; cristalográficas ;necesarias para provoca:- la cristaliza­ción d-el grafito.

La e�l¡c��ión propuesta es evidentemente muy esquemática y, se deduce . fácilmente qu� la multitud de compuestos com­plejos que pueden formarse en una fundición inoculada expuesta al aire, varías según las condiciones experimentales resu1.- -tando la realidad mu cho más complicada .

El factqr temperatura en particular juega evidentemente un papel preponderante en la inoculación, pero los datos al respecto parecen aun muy dive:rge_ntes.

Se señala finalmente que el caso de las ·fundiciones de grafito esferoidal, que parece implicar fe_nómenos ·.parEculares de germinación, no se trata en el presente artículo,

15.

ELEMENTOS ACTIVOS DE LA INOCULACION.

Entre los elementos que acompañan al silicio y que están presentes. en contenidos var.ia.bles en los inoculan tes usuales,· dos parecen jugar un papel particularmente activos: el Aluminio y el Calcio.

a) Aluminio .

Las· adiciones de-·silicio químita�ente pt11ro, no tienenpoder inoculante y el ferro-silicio parece igualmentesin efecto si a la vez está,desprovis.to ·cte alum:nb y decalcio.

Los ensayos realizados para det�rminar el poder ino­culante del Aluminio puro, son aun poco concluyentes .l;..,a_s adiciones en muy bajos cont-enidos (O, 005 a O, 08%)

· han ·tenido poco efecto sobre el número de célulaseutédicas·, pero permiten un aument_o de ia resistenciaa·la tracción, con un resultado óptimo.··.

:.' :·; -�-··' : 4, • r , . • • !! .,, . ."· •, , .. :

Para u.ria adición ·ae 0,04% de Aluminio. Contenidos más altos resultan sin efecto sobre las características mecánica13, pero una adición de O ¡ 5% de alumjnio produce una reducción sensible de la profundidad de temple. Este fenómeno había sido ya señalado por A .. LE THOMAS en 1933. No obstante, la influencia sobre la forma del grafito y:la eliminación del grafito y la eliminación del grafito D

eri particualr' parece· 1ncierta.' .Resultarlos más positivos corresponden al empleo de ferro-:--silicio que contenga simultáneamente ciertas prop,orciones de aluminio y de calci9; al respec;to se dan algunos concept9s. en el pará-grafo; sig1,1i�nté: .. :

. En cambio', todos los' autores concuérdan en 'reconocer que· la pPesencia de pequeñas cantidades de a,.lurn inio en la fundición, causa frecuentemente la aparición de pelí­culas de alúmina así como de picaduras en las piezas moldeadas en arena verde. Estas picaduras serían debidas a la aptitud particular que tiene la fundición cargada de alu­minio para fijar el hidrógeno, en particular el que es produ­cido durante el llenado del molde por la descomposición de la.humedad de la arena (Péró puede igualmente ser intro-ducido ,en oiro orden de operaciones) ES te gas, tomado fuera del, rn;Jtal eh la solidificación, produciría entonces' cavidades' de forma redondeada, de pared inter�.or brill� .r.':e

16'.'

y dispuesta-en .. red ·m�s .. o �;;;,�s-d�ns� bajo la piel de las piezas. Los contenidos de aluminio en la fundición más desfavorables 'para las picaduras .. están com.pren­·ctidos entre O :. 01 y O, 1%. ·

Por consiguiente la t1tilidad, por una parte, de controlarcuidadosamente las cantidades de ferro -silicio adicionadas,sea en el lecho de fusión, sea en el canaJ -cQmo h1oculantey por otra parte, de utilizar U..1'1 ferro-silicio con contenido

· limitado ide alum.inio. Se; cree que sería deseable que laptóporción de este elemento, e1i un forro-' s11ido de 75% nosobre pasa ;de 1, 5 a 1/7% al máximó: · (Por lo demás seseñala que las picaduras de aluminio tienen más tendenciao producirse en las fundiciones que contienen magnesio,talés co:tri.o las fundiciones tratadas par'á'1a obtención delgrafito esferoidal).· · ·-

·¡ B.' Caléio.

··.·:;

El calcio puro, según trabajos americanos, tendría un ·,efecto inoculante mayor y permitiría, con adiciones entreO, 1 a 1% suprimir totalmente el grafito · D, una proporción

· de O, 75% daría entonces características mecánicas óptimas.Pero otros trabajos, no · confirman enteramente estosresultados y concluían una eficacia demasiado limitadapara el calcio solo . Lo que es cada vez admitido demanera general, es que el calcio es un elemento nece­sario en l<?S inoculantes,. en que el aumenta siempre laeficacia, as�gurando la realización de todas las caracte-

. rísticas de las fundiciones inoculadas . Poca profundidad de t�mplé, gráfifo en láminas r(�gulares, aumento del número de células eutécticas y mejoramiento de la resis­tencia meéanica .

Parece ventajoso utiii�ar inoc_ulantes que contienen a 1a vez aluminio y calcio; muy bu,enos resultados han sido obtenidos por ejemplo cop los ferro-'silicios siguientes:

Silicio Alufu.inio Calcio

80 l, 4. 0,8

85 1,25 p., ,6.

17.

Buen00 result1:v:1 ')s experimentales, hnn sid.J igualmente -:>btenid8:J con el emple,:i ,�ie ferr0-aleaci,:ines 20n c,:mtenidos menores ·1e aluminio (O, 5) y mayores ·ie mlcL (2, 4 a 6, 8%). Como po:� Gtra parte el calcL::; n::: tiene tendencias a pro�1uci.r pica Ju ras en las pieza·, se ve que no tr:1e _ in,:i ventaja.s su presencia en l::>s in::>culantes -:'!el c:::,mercio.

Por .Jtra parte, la eficacia inoculante del sílicc-calcL es c1e manera general, con,siderada superi'.)r· a la del ferr)-silicio, l:) cual ha sid.:; c,:mfirmado p..)r ensay::>c hech,_js en el Centre Técnic<J de la Fundición ele Francia.

No :Jbstante, el sílico-cnlcL tiene el inc,Jnveniente de una baja densidad r.3,:-luciendo el ren--Hmiento de su intr0duccién en la fundición líquida 2 igualmente una pr::x:1ucci-Sn abundante de esc,0rias que s:.:m susc8ptibles de ser intr-::iducidas en el metal mcL1eacb. 'Je ahí la necesidari de tener precauci:..mes particulares (Cucharas, teteras, t _ ampas de escorias, coladas restringidas con di::p:::sitiv:::·s de '.)bstrucción, etc.)

P-.Jr :Jtra parte, un auL1r japonés señala que la in:::iculaciCn del sílico-calcio en una fundición nitrurada, es muy eficaz pe,'.'.) que hay el riesg-:J de f:nmarse la cianamida cálcica (Ca CN2) que puedeiesc..Jmp::merse pusterLJrmente c:::n liberacLSn de nitr�·geno,

ocasi:mancb picaduras.

Se sefiala en fin, que el sílic:i-calci.::i nu produce efecto inoculan­te s8bre las fundiciones previamente tratadas c-:_m magnesic (Fundiciones de grafit esfer.)idal.)

SENA

CENTRO NAL. de FUNDIC:ON

200

180

"'· 160

'v '- 140

120

� 100 .'-l � 80 <!>

"' 60

'Q) v 4C

20

3

I noculoc/o'n dli Feis;

¡'.....,' • -----

l ---¡------

¡ -----!

¡ Fundición!

B!onca ¡

•

' ' 1 ! irroGufaci�n

3,4 3,6 3,8

•

: 1

•

--;---¡-�--¡ 1 1 ¡

4 4,2 4,4 4,6 4,8

Fecha·: Moyo/76

Dibujó : J. f- M.

Revise:

Carbono Equivaiente en %

fl G. 1 - Relacio'n entre las células eutécticas y el car boro equivalente en fundiciones inoculadas y no inoculadas.

� 36 --- � - ... �,:---· -J----'· 1 ·t·--=m' 35 -- ----+--� � - - f. ...!-- . ...... . l. --- - 1-- --·· Ch ·-1!., , •• • ,. • ;

1 :X: 34 • � "..l; - ; e:•xX • r X 4 •. . -r- - - . 7 .. -C: 33 --·r·vXXf x·--X.,*•x·· ,-e-. . . j -····-:- 32�- --- ··1 · X !-�-x-- �--�¡;.t ;, . ·· ·· f- ·· · --§ 31 f . -.1,i, .. -xt·* x ¡xx-xxl<t� •x· •. -· . j o 30F-- ·¡ -f;: Xx-x7XlU(X_t_x�t· ·-¡:u.·jE'. 29 i . \ . ti . X •XI

_ r. ..._ · • x x!x lx 28 · · j [. -+ ){" )(_ I X· X 1 •

: 27 -- . 1 l . 1' XX 1� x¡ • 1 26 - \ j X . X Í,

,

O 25 ·-· · +- · X·· ·f . .. . f ·g 24 .1. . l )'.. ¡·

.E 23 - 1 . _l .l l(

-� • Con SiMnZr i

. --1

-'• _j 0 22 X S!nSÍ Mnz-7 0:: 21----��---------....,¡ ____ ,_,_,_..¡

3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4,0 4,� -------c_,_a_rb_o_n-o_· _equivalente TC + 0,3 Si _J

F IG. 2 - Resistencia a la traccion. en funcion del carbono equivalente para fundiciones inoculadas o no inoculadas.

RESISTENCIA rR4 A.EX/O/V

St: r¡n

Kg/mm' Kg

31 1300

30 1200

29 1(00

28 1000

2? 900

26 800

mm.

1 Flexión

7

--� 6,25

5,50

i

-- ---1 . --- ! 4/15 ! 1 ¡ ·14

1 ! 1 Prof. de ¡ remp!e

3,:!5

25 700 _...,_....,.__._....,.,..._,,_ ..... _ ........ __ 2,5 o o,ro 0,20 0,30 o,40 0,50 Silicio introducido por inoculación, en %

60

50

40

30

20

10

o

FI G. 3 - Modíficaciones de las caracten'sticas de u!1a fundición gris, en función de la ino­culación ( Ensayos segun la norma :

ASTM A 48·56 � 1

Carbono total+ 1/3 SI/lelo + 1/3 Fósforo

3,4 J,5 J,6 3,7 J,8 3,9 4,0 4,1 4,2 4,3 1,4 4,5 4,6

• Fundlclon11s no inoculadas--+--+-"lllf--+---+-----,----,---,r--,----,----.36

--+--+-----t--'lo---+-¡ -�J Fund/cioMs Jnoou/ado!I 35

1 dl l--+--+-l--�1.+----'il--+---+-l--+--t---t34

1-'�...+--+-l---+-----"'lr--if---+ --+-f---t--+--1133

--t�r-t---r--�-t--,--+--r---,--t--t---ii32

OJ �

·¼--t----r-t---t---. 30 �

·t--'ti--t-+---t--t 29 �

t�H-·':...+-,11--+---+---t27

��r...-+-�F-"�-+--�-+--+---t26

25 24

'.�-lt--t--tt 18

--T""..-,---f7

·-r-,i1-�1 16

,.,. __ ,,,,......., 15

FIG. 4 - Relacioh entre el equivalente de carbono y la resistencia a lo tracción de las fun­diciones de base y las fundiciones trota­das con los inoculantes.

��

�

.....

o

-20

-40

-60

-80

- 100

-120

- f40

160

180

-200

-220

-240

··260

-280

o 400 eoo ooo 1000 1200 1400 t600 1800 2000 2200

1"r;mporotura on °c

FIG. 5 - Varracion de energi'a libre que acompaño la conversion en oxido de un mol de oxi'geno.

....,.,,, ____ , ________________________________ _