Interpretación de defectos comunes como cavidades de contracción, porosidad de contracción, inclusión de escoria y grafito flotante en componentes de hierro fundido.

El hierro dúctil, ampliamente desarrollado en China durante los últimos 40 años, es un material de fundición fuerte, resistente y rentable. Su estructura esférica de grafito reduce la concentración de tensiones, lo que le confiere mayor resistencia a la tracción, plasticidad y tenacidad que otros hierros fundidos. Si bien su plasticidad es menor que la del acero, ofrece una resistencia a la fatiga comparable y un alto índice de límite elástico (0,7-0,8), que es casi el doble que el del acero al carbono ordinario. Sin embargo, el hierro dúctil también enfrenta defectos de fundición únicos, como:

1 Cavidad de contracción y porosidad.

2 inclusión de escoria

3 Porosidad subcutánea

4 Grafito flotante

5 Mala esferoidización y recesión

Estos defectos afectan el rendimiento y aumentan las tasas de desperdicio. Para mejorar la calidad y reducir el desperdicio, es esencial analizar las causas, controlar los factores que influyen y aplicar técnicas de fundición de precisión.

1. Contracción y porosidad

1.1. Varios factores influyen en la formación de cavidades de contracción y porosidad en piezas fundidas de hierro dúctil:

1. Equivalente de Carbono (CE)

• Un mayor contenido de carbono aumenta la expansión de la grafitización y mejora la fluidez, reduciendo la contracción.

• Fórmula ideal: C% + 1/7Si% > 3,9%

• Una CE demasiado alta puede hacer que el grafito flote.

  
  

2. Fósforo (P)

• Aumenta el rango de solidificación y debilita la carcasa de la fundición, lo que provoca más defectos de contracción.

• Debe controlarse por debajo del 0,08%.

3. Tierras raras y magnesio (RE y Mg)

• El exceso de RE y Mg puede reducir la esferoidización del grafito y promover la estructura blanca, lo que aumenta los riesgos de contracción.

4. Espesor de la pared

• Las secciones gruesas retienen el calor por más tiempo, lo que aumenta la contracción del líquido.

• Los cambios repentinos en el grosor de la pared pueden provocar puntos calientes aislados y una mala alimentación.

5. Temperatura de vertido

• Debe equilibrar la fluidez y la contracción:
  1300-1350 °C es generalmente apropiado.

• Demasiado alto aumenta la contracción del líquido; demasiado bajo corre el riesgo de un llenado deficiente.

6. Compacidad del molde de arena

• Una compacidad baja o desigual puede provocar la expansión de la cavidad, lo que provoca una alimentación inadecuada y una contracción.

7. Diseño del sistema de vertido y alimentación

• Una configuración inadecuada del elevador, la compuerta o el enfriamiento interrumpe la solidificación secuencial y reduce la efectividad de la alimentación.

1.2. Para reducir las cavidades por contracción y la porosidad en el hierro dúctil, se deben implementar las siguientes estrategias preventivas:

1. Controlar la composición del hierro fundido

• Alto equivalente de carbono: > 3,9%

• Fósforo bajo: < 0,08%

• Magnesio residual bajo: < 0,07%

• Utilice una aleación de tierras raras y magnesio y controle los óxidos residuales de tierras raras entre un 0,02% y un 0,04%.

2. Diseño de procesos optimizado

• Asegure una alimentación continua desde los elevadores durante la solidificación.

• Utilice el tamaño y la cantidad de elevador adecuados para permitir la solidificación secuencial.

3. Uso de escalofríos y subsidios

• Aplicar según sea necesario para ajustar la distribución de la temperatura, promoviendo la solidificación direccional.

4. Parámetros de vertido

• Temperatura de vertido: 1300–1350°C

• Complete el vertido en 25 minutos para evitar la recesión de la esferoidización.

5. Mejorar la calidad del molde

• Compacidad de la arena: ≥ 90

• Asegure un apisonamiento uniforme y un contenido de humedad adecuado para mantener la rigidez del molde.

2. Inclusión de escoria

2.1. La inclusión de escoria es un defecto común en el hierro dúctil, causado principalmente por condiciones químicas y físicas durante la fusión y el vertido. Los factores clave que influyen incluyen:

1. Silicio (Si)

• El óxido de silicio es un componente importante de la escoria.

• El exceso de silicio aumenta el riesgo de formación de escoria.

2. Azufre (S)

• Forma sulfato de bajo punto de fusión que aumenta la viscosidad del hierro fundido, dificultando la separación de la escoria.

• El azufre debe mantenerse por debajo del 0,06%.

• Los niveles superiores a 0,09-0,135% aumentan drásticamente las inclusiones de escoria.

3. Tierras raras y magnesio (RE y Mg)

• La oxidación de estos elementos conduce a la formación de escoria.

• Se debe evitar el exceso de RE y Mg residuales.

4. Temperatura de vertido

• Demasiado bajo: La alta viscosidad evita que se eleven escorias y óxidos.

• Demasiado alto: la escoria de la superficie se vuelve delgada y fluye hacia el molde.

• La temperatura adecuada debe considerar el equilibrio carbono-silicio.

5. Diseño del sistema de vertido

• Debe incluir características de bloqueo de escoria.

• Debe minimizar las salpicaduras y la turbulencia para un llenado suave del molde.

6. Calidad de la arena de moldeo

• La arena o el revestimiento adheridos pueden combinarse con óxidos para formar escoria.

• La compacidad desigual conduce a la erosión del metal, creando compuestos de bajo punto de fusión que provocan la inclusión de escoria.

2.2. Para minimizar los defectos de inclusión de escoria, se deben implementar las siguientes medidas:

1. Control de la composición del hierro fundido

• Mantener el contenido de azufre < 0,06%

• Agregue entre 0,1 y 0,2 % de aleación de tierras raras para purificar el hierro fundido

• Reducir los niveles de silicio y magnesio residual.

2. Proceso de fundición optimizado

• Aumentar la temperatura de extracción para ayudar a la separación de inclusiones.

• Realizar sedimentación (sedación) para permitir que las inclusiones floten.

• Retire la escoria de la superficie y aplique agentes de cobertura (p. ej., perlita o ceniza vegetal) para evitar la oxidación.

• Utilice una temperatura de vertido ≥ 1350°C

3. Diseño mejorado del sistema de vertido

• Garantizar un flujo de metal suave

• Incorporar bolsas recolectoras de escorias y dispositivos bloqueadores de escorias (p. ej., filtros de escorias)

• Prevenir la erosión de la arena en el bebedero.

4. Garantía de calidad del molde

5. Mantener una compacidad uniforme y una resistencia adecuada.

• Limpie minuciosamente la cavidad del molde antes de cerrar la caja para evitar arena o escoria relacionada con escombros.

3. Grafito flotante

3.1. La flotación del grafito ocurre cuando el exceso de grafito se separa del hierro fundido y sube a la parte superior de la pieza fundida, lo que genera una estructura no uniforme y propiedades mecánicas debilitadas. Los factores clave incluyen:

1. Equivalente de Carbono (CE)

• Causa principal de la flotación del grafito.

• CE alta → precipitación excesiva de grafito → el grafito se eleva debido a la menor densidad y al vapor de magnesio.

• Las piezas de fundición más grandes y gruesas son más propensas a este defecto.

2. Silicio (Si)

• Reducir el contenido de silicio (a una CE fija) ayuda a reducir la tendencia a flotar.

3. Contenido de tierras raras (RE)

• Las bajas RE reducen la solubilidad del carbono, lo que provoca una mayor precipitación de grafito y una flotación agravada.

4. Temperatura de esferoidización e inoculación

• Rango óptimo: 1380–1450°C

• Una temperatura más alta dentro de este rango mejora la absorción de Mg y RE, reduciendo la segregación.

5. Temperatura de vertido

• Una temperatura de vertido más alta aumenta la flotación del grafito debido al estado fundido prolongado y a una mayor formación de grafito.

6. Tiempo de retención después de la inoculación

• Los retrasos entre la inoculación y el vertido permiten que el grafito se forme y flote.

• Debe mantenerse por debajo de 10 minutos para minimizar el riesgo.