Fabricación y caracterización microestructural de un hierro blanco aleado con Cr-V-TI para aplicaciones de desgaste

Abstract

Las fundiciones blancas son aleaciones Fe-C que se caracterizan por ser muy duras y resistentes al desgaste. Debido a esto, son utilizadas ampliamente en la fabricación de taladros de perforación, máquinas trituradoras de rodillos, bolas de molienda, entre otros. El siguiente trabajo presenta un estudio de la influencia del Cr, V y Ti como elementos de aleación en la resistencia al desgaste de un hierro blanco con composición aproximada de 5%Cr, 5%V, 3%C, 1.3%Mo, 1%Ti, 0.5%Si, 0.5% Mn. La fabricación del material consistió en tres etapas: la realización del balance de carga, la simulación del proceso de fundición en ProCast que permitió conocer el comportamiento de solidificación y, la fundición que se llevó a cabo en un horno de inducción utilizando materias primas de alta pureza y ferroaleaciones. La resistencia al desgaste de los hierros fundidos puede mejorarse a través de la implementación de tratamientos térmicos que permitan la transformación de la austenita a martensita. Con el fin de conocer la información necesaria para la elaboración de un ciclo térmico adecuado, fueron obtenidos tres diagramas característicos de la aleación; diagrama de evolución de fases de equilibrio, diagrama tiempo-temperatura-transformación (TTT) y diagrama de transformación de enfriamiento continuo (CCT), esto a través del programa JMatPro. El tratamiento térmico realizado consistió en un precalentamiento a 815°C, austenización a 980°C con permanencia de 35 minutos y un temple al aire. La caracterización microestructural del material se llevó a cabo mediante las técnicas de microscopía óptica convencional, microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X. La muestra en estado de fundición presentó microestructura perlítica; por su parte, en la muestra tratada térmicamente se observó una matriz de martensita con austenita retenida, reforzada con carburos tipo M7C3 característico del cromo, TiC rico en titanio, VC carburos de vanadio y, VMoC mezcla de vanadio y molibdeno. La resistencia al desgaste abrasivo y al desgaste por deslizamiento se evaluó mediante los ensayos Block-on-Ring (Según la norma G77) y Dry Sand/Rubber Wheel (Según norma G65) respectivamente; el comportamiento mecánico se evaluó a través de ensayos de dureza Vickers. Los resultados evidenciaron que tanto la resistencia al desgaste como la dureza del material mejoraron luego del tratamiento térmico. Durante el ensayo de desgaste por abrasión, el material en condiciones de colada presentó un campo de deformación en su microestructura; por otro lado, los carburos presentes en la matriz de martensita, actuaron como escudo impidiendo incrustaciones de partículas abrasivas y remoción de materia