Optimización microestructural de fundiciones grises dúctiles no aleadas, con matriz ferrítica, empleadas en la fabricación de bujes de aerogeneradores

  1. Juan Asensio-Lozano 1
  2. José F. Álvarez-Antolín 1
  3. Carlos H. Álvarez-Pérez 1
  1. 1 Universidad de Oviedo
    info

    Universidad de Oviedo

    Oviedo, España

    ROR https://ror.org/006gksa02

Revista:
Revista de metalurgia

ISSN: 0034-8570

Año de publicación: 2018

Volumen: 54

Número: 2

Páginas: 118

Tipo: Artículo

DOI: 10.3989/REVMETALM.118 DIALNET GOOGLE SCHOLAR lock_openAcceso abierto editor

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Resumen

El objetivo de este trabajo fue la optimización microestructural de fundiciones grises con grafito esferoidal y matriz ferrítica, empleadas en la fabricación de bujes de aerogeneradores, prestando una especial atención a la geometría y distribución de los esferoides de grafito para asegurar el cumplimiento de las propiedades mecánicas requeridas para esta aplicación. En un entorno de gran competitividad y exigencia, marcado por los estándares internacionales que establecen las propiedades mecánicas mínimas que deben cumplir los materiales empleados, el cumplimiento de este objetivo se llevó a cabo correlacionando microestructura y propiedades. Para ello, la metodología de investigación consistió en la generación de conocimiento a partir de coladas industriales “a medida”, seguido de un análisis de la microestructura, con el fin de extraer conclusiones importantes, de aplicación práctica en el proceso de fabricación, mediante el empleo de técnicas estadísticas. La herramienta estadística empleada fue un Diseño de Experimentos Fraccional (DOE), con 7 factores, 16 experimentos y resolución IV. Las muestras empleadas en cada experimento fueron cubos de igual geometría, y con un módulo de masividad de valor 4 cm, el cual se encuentra entre los valores más altos alcanzados en los centros reales de los bujes de aerogeneradores con potencia de 3 MW. Se concluye que el empleo de nodulizantes con trazas de lantano favorece la reducción de la fracción de volumen de perlita, aunque se ha demostrado que la presencia de lantano resulta negativa para promover la morfología esferoidal del grafito primario. A su vez, se ha constatado, sobre la morfología esferoidal del grafito, el efecto negativo del empleo de preinoculantes que contienen SiC, y también que la utilización de chatarra con bajo contenido de Mn favorece la formación de grafito y la reducción de la fracción en volumen de perlita. Se ha comprobado que el efecto “blanqueante” del Mn se ve minimizado con bajos carbonos equivalentes.

Referencias bibliográficas

  • Asenjo, I., Larrañaga, P., Garay, J., Sertucha, J. (2011). Influence of the chemical composition of different steel scraps on the mechanical properties of ductile iron. Rev. Metal. 47 (4), 307–318.
  • Asensio-Lozano, J., Álvarez-Antolín, J.F. (2007). Application of Fractional Design of Experiments to the Optimisation of the Hardness and Microstructure of Duplex Cast Rolls. Prakt. Metallogr.-Pract. Metallogr. 44 (11), 503–522. https://doi.org/10.3139/147.100360
  • Asensio-Lozano, J., Álvarez-Antolín, J.F., Vander Voort, G.F. (2008). Identification and quantification of active manufacturing factors for graphite formation in centrifugally cast Nihard cast irons. J. Mater. Process. Tech. 206 (1–3), 202–215. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.12.015
  • ASTM E2567-11 (2011). Standard Test Method for Determining Nodularity And Nodule Count In Ductile Iron Using Image Analysis, ASTM International, West Conshohocken, PA.
  • Bockus, S., Zaldarys, G. (2010). Production of Ductile Iron Castings with Different Matrix Structure. Mater. Sci.-Medzg. 16 (4), 307–310. http://internet.ktu.lt/lt/mokslas/zurnalai/ medz/pdf/medz0-103/05%20Metals...(pp.307-310).pdf.
  • Box, G., Hunter, J., Hunter, W. (2005). Statistics for Experimenters. John Wiley & Sons, Inc., New York, USA. PMCid:PMC1273458
  • Geier, G.F., Bauer, W., McKay, B.J., Schumacher, P. (2005). Microstructure transition from lamellar to compacted graphite using different modification agents. Mat. Sci. Eng. A-Struct. 413–414, 339–345. https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.08.159
  • Guzel, E., Yuksel, C., Bayrak, Y., Sen, O., Ekerim, A. (2014). Effect of section thickness on the microstructure and hardness of ductile cast iron. Mater. Test. 56 (4), 285–288. https://doi.org/10.3139/120.110558
  • Han, S.Y., Sohn, S.S., Shin, S.Y., Lee, S., Suh, Y.C. (2013). In Situ fracture observation and fracture toughness analysis of pearlitic graphite cast irons with different nodularity. Met. Mater. Int. 19 (4), 673–682. https://doi.org/10.1007/s12540-013-4006-6
  • Johnson, R.A. (1997). Probabilidad y Estadística para Ingenieros. Prentice-Hall Hispanoamérica, México.
  • Lacaze, J., Sertucha, J., Larra-aga, P., Suárez, R. (2016). Statistical study to determine the effect of carbon, silicon, nickel and other alloying elements on the mechanical properties of as-cast ferritic ductile irons. Rev. Metal. 52 (2), e070. https://doi.org/10.3989/revmetalm.070
  • Magenreuter, T., Velichko, A., Mücklich, F. (2008). The dependence of the shape parameters roundness and compactness of various graphite morphologies on magnification. Prakt. Metallogr.- Pract. Metallogr. 45 (2), 53–71. https://doi.org/10.3139/147.100371
  • Montgomery, D.C., Runger, G.C. (1996). Probabilidad y Estadística aplicada a la Ingeniería. Mc Graw-Hill, México.
  • Mottitschka, T., Pusch, G., Biermann, H., Zybell, L., Kuna, M. (2012). Influence of graphite spherical size on fatigue behaviour and fracture toughness of ductile cast iron EN-GJS-400-18LT. Int. J. Mater. Res. 103 (1), 87–96. https://doi.org/10.3139/146.110636
  • Onsoien, M.I., Skaland, T., Grong, O. (1999). Mechanisms of graphite formation in ductile cast iron containing cerium and lanthanum. Int. J. Cast. Metal. Res. 11 (5), 319–324. https://doi.org/10.1080/13640461.1999.11819293
  • Onsoien, M.I., Skaland, T. (2001). Preconditioning of Gray Iron Melts using Ferrosilicon or Silicon Carbide. 105th Casting Congress, American Foundry Society (AFS), Dallas, USA.
  • Pan, Y.N., Lin, C.C., Chang, R.M. (2012). Assessments of relationship between microstructures and mechanical properties for heavy section ductile cast irons. Int. J. Mater. Res. 25 (5), 301–306. https://doi.org/10.1179/1743133612Y.0000000027
  • Pedersen, K.M, Tiedje, N.S. (2008). Graphite nodule count and size distribution in thin-walled ductile cast iron. Mater. Charact. 59 (8), 1111–1121. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2007.09.001
  • Pedersen, K.M., Tiedje, N.S. (2009). Influence of rare earths on shrinkage porosity in thin walled ductile cast iron. Int. J. Cast. Metal. Res. 22 (1–4), 302–305. https://doi.org/10.1179/136404609X367830
  • Prat, A., Tort-Martorell, X., Grima, P., Pozueta, L. (1997). Métodos estadísticos control y mejora de la calidad. Ediciones UPC, Barcelona, Espa-a.
  • Radzikowska, J.M. (2005). Effect of specimen preparation on evaluation of cast iron microstructures. Mater. Charact. 54 (4–5), 287–304. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2004.08.019
  • Sheikh, M.A., Iqbal, J. (2007). Effect of lanthanum on nodule count and nodularity of ductile iron. J. Rare Earths 25 (5), 533–536. https://doi.org/10.1016/S1002-0721(07)60557-2
  • Shiraki, N., Watanabe, T., Kanno, T. (2015). Relationship between Fatigue Limit and Defect Size in Spheroidal Graphite Cast Iron with Different Graphite Spheroidization Ratios and Microstructures. Mater. Trans. 56 (12), 2010–2016. https://doi.org/10.2320/matertrans.F-M2015826
  • Shiraki, N., Usui, Y., Kanno, T. (2016). Effects of Number of Graphite Nodules on Fatigue Limit and Fracture Origins in Heavy Section Spheroidal Graphite Cast Iron. Mater. Trans. 57 (3), 379–384. https://doi.org/10.2320/matertrans.F-M2015841
  • Skjegstad, N.T., Skaland, T. (1996). Inoculation of Grey and Ductile Iron. Proceedings of Bombay Foundry Congress, Bombay, India, pp. 1–23.
  • Soivio, K., Elmquist, L. (2013). Influence of inoculation on shrinkage defects in spheroidal graphite cast iron. Int. J. Cast. Metal Res. 26 (4), 220–227. https://doi.org/10.1179/1743133613Y.0000000057
Fuente de los datos: Dialnet