EFECTO DE LA ADICIÓN DE NIOBIO EN LA FRACTOTENACIDAD DE FUNDICIONES BLANCAS ALEADAS CON CROMO

Abstract

Las fundiciones blancas aleadas con cromo son utilizadas en aplicaciones mineras, movimiento de tierra o industria manufacturera, debido al compromiso existente entre sus propiedades de resistencia a la abrasión, fractotenacidad y dureza, gracias a la presencia de elementos aleantes tales como el Cr, Mo y otros, que generan una estructura rica en carburos que determinan las propiedades mecánicas de la fundición, protegiendo la matriz de la acción de minerales abrasivos. A nivel industrial, el uso de este tipo de fundiciones en sus procesos o trabajos, ha generado que surja un foco principal al momento de elegir los materiales que se utilizarán en las aplicaciones que requieren de una buena resistencia al desgaste y fractotenacidad, siendo esta última un factor relevante que afecta la vida útil de los equipos o maquinarias compuestas por fundiciones blancas altas en cromo. Es por esto que la propiedad de fractotenacidad se hace relevante en la minería y procesamiento de minerales, campo en el que es utilizada en bolas, revestimientos de molinos y carcazas de bombas. En este trabajo, se estableció la influencia de la adición de Nb en la microestructura y en las propiedades de fractotenacidad y dureza de fundiciones blancas de alto cromo. Para ello, se llevó a cabo una investigación experimental del efecto de la adición de 3 distintas composiciones de Nb (1%, 2% y 3%) en una función blanca aleada con aproximadamente 20% de Cromo, donde se analizó cada una de las microestructuras para cada aleación, antes y después de un tratamiento térmico de desestabilización. Posteriormente, se realizaron mediciones de fractotenacidad mediante ensayo de flexión, regido por la norma ASTM E399, y a su vez, se analizó la posibilidad de aplicar un método no estándar conocido como el método de Palmqvist para determinar el KIc de las fundiciones. De acuerdo a los resultados obtenidos, se confirmó, para niveles de Nb sobre 1%, la presencia de carburos primarios NbC (97%Nb), seguido de la formación de austenita (87-88%Fe) y la formación de carburos mixtos del tipo M7C3 (55%Cr y 45%Fe). Por otra parte, para niveles de Nb inferiores 1%, la fase primaria corresponde a austenita, seguida por un eutéctico compuesto por carburos M7C3 y NbC. Además, se determina que la morfología de los carburos de Nb cambia desde láminas delgadas o pétalos (carburo NbC eutéctico) a bloques compactos (carburo NbC primario) a medida que aumenta el porcentaje del mismo. Finalmente, la aplicación del tratamiento térmico de desestabilización provoca la transformación de austenita a martensita, favorecida por la presencia de elementos aleantes que aumentan la templabilidad, incrementando así la dureza de las fundiciones. Por otra parte, se concluye que el Nb no influye ni tiene un efecto claro en la fractotenacidad de estas fundiciones, dada la alta dispersión de los resultados obtenidos. Sin embargo, para las fundiciones con 0, 1 y 2%Nb la fractotenacidad se mantuvo cercana al promedio por efecto del tratamiento térmico, con una máxima variabilidad de 5,15%, mientras que para el caso de 3%Nb, con la aplicación de tratamiento térmico, la fractotenacidad promedio se vio aumentada en un 21,60%, lo cual es totalmente positivo e inesperado. Por otra parte, el método Palmqvist no arrojó resultados positivos para este tipo de fundiciones estudiadas bajo este nivel de aleación específico en este estudio, debido a que no se lograron apreciar grietas significativas generadas por efecto de la indentación, lo que se traduce en no poder obtener la fractotenacidad mediante este método. El aumento en la adición de Nb no genera un efecto claro en la dureza de las fundiciones, sin embargo, la aplicación del tratamiento térmico de desestabilización si produjo un efecto notable sobre la dureza. Para cada porcentaje de Nb el tratamiento térmico aumenta entre un 16 y 20% (aprox. 10 puntos de incremento) la dureza a partir de la dureza en estado de colada.