Microsegregation influence on pearlite precipitation in ferritic heavy section ductile iron castings

Resumo

Las propiedades de fatiga y de resistencia al impacto de las fundiciones grafíticas con matriz mayoritariamente ferrítica están fuertemente penalizadas por la presencia de perlita. En las piezas de fundición grafítica esferoidal de elevado espesor, una escasa densidad de nódulos y los fenómenos de segregación son las causas principales que favorecen esta precipitación de perlita. La reducida densidad de esferoides de grafito está relacionada con la baja velocidad de enfriamiento y provoca que las distancias entre los nódulos de grafito sean elevadas, dificultando la difusión del carbono desde la matriz hacia el grafito. Los fenómenos de segregación originan variaciones importantes de la composición química de las últimas zonas en solidificar y por tanto modifican el subenfriamiento de las transformaciones eutéctica y eutectoide. La técnica de inspección avanzada basada en la espectrometría de dispersión de longitudes de onda (Wavelength Dispersive X-ray Spectroscopy – WDS) permite detectar, en las mejores condiciones, concentraciones de elementos cercanas a un 0,02% en peso. Este hecho ha motivado estudiar los fenómenos de segregación para tratar de determinar los factores clave que pueden provocar la precipitación de perlita en aleaciones que debieran ser mayoritariamente ferríticas. Se han fabricado cubos de diferentes longitudes (30-300 mm) con la misma aleación fundida. Se han realizado análisis de microsegregación entre dos nódulos donde ha precipitado perlita mediante espectrometría de dispersión de energía (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) y WDS. Se ha logrado analizar el patrón de microsegregación del Si, Mn y Cr. Como cabía esperar, la matriz cercana a los nódulos de grafito está enriquecida en Si y empobrecida en Mn y Cr, ocurriendo lo contrario en las últimas áreas en solidificar. Sin embargo, los valores obtenidos en la matriz que rodea los nódulos de grafito de gran tamaño presentan diferencias con respecto a los valores obtenidos en la matriz que rodea los nódulos de pequeño tamaño. Se han empleado un modelo de microsegregación y la ecuación de Scheil y se han comparado con el patrón obtenido experimentalmente. Ambos modelos no han podido reproducir las bruscas variaciones detectadas experimentalmente al analizar la evolución de la composición química entre dos nódulos de grafito entre los cuales precipita perlita. Tampoco han podido contemplar las diferencias en composición química encontradas en la matriz cercana a los nódulos de grafito de tamaño grande y pequeño. Se considera que todavía hay oportunidad de desarrollar modelos de microsegregación que contemplen dichos aspectos.