Efecto de la microestructura de partida en la formación de austenita en el intervalo intercrítico en hierros nodulares aleados con cobre y níquel

RESUMEN: La austenización intercrítica en hierros nodulares se estudia principalmente para la obtención de hierros con matrices multifásicas, estos tratamientos térmicos proveen una buena combinación de resistencia última a la tensión y ductilidad, haciéndolos útiles en piezas de trasmisión de poten...

Full description

Autores:
Machado González, Harold David
Tipo de recurso:
Doctoral thesis
Fecha de publicación:
2019
Institución:
Universidad de Antioquia
Repositorio:
Repositorio UdeA
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:bibliotecadigital.udea.edu.co:10495/16926
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/10495/16926
Palabra clave:
Hierro
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Cobre
Copper
Propiedad química
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Termoquímica
Thermochemistry
Propiedad térmica
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description RESUMEN: La austenización intercrítica en hierros nodulares se estudia principalmente para la obtención de hierros con matrices multifásicas, estos tratamientos térmicos proveen una buena combinación de resistencia última a la tensión y ductilidad, haciéndolos útiles en piezas de trasmisión de potencia y seguridad en diferentes industrias como la automotriz. Las propiedades mecánicas de estos hierros nodulares dependen en gran medida de la etapa de austenización intercrítica, por lo que el estudio de la formación de la austenita se vuelve fundamental para el futuro desarrollo de estos materiales. Así, el objetivo de este trabajo es determinar el efecto de la microestructura de partida (matriz ferrítica o perlítica) y de las características del grafito, en la austenización intercrítica en hierros nodulares aleados con cobre y níquel. La investigación se hizo en tres etapas diferentes. En primer lugar, se obtuvieron cuatro aleaciones con diferentes cantidades de cobre y níquel, seguidamente se hizo un estudio para obtener a partir del material as cast, matrices completamente ferríticas y completamente perlíticas. Los resultados mostraron que el tiempo y la temperatura de recocido para tener matrices completamente ferríticas, varían cuando se tiene cobre dentro de la composición química, ya que este elemento dificulta la disolución de carburos provenientes de la perlita. De igual manera, se pudieron obtener diferentes espaciamientos interlaminares de perlita variando la temperatura de sostenimiento durante el normalizado, para tener matrices libres de ferrita proeutectoide y ferrita acicular. En la segunda parte de la investigación se determinó el efecto de la microestructura de partida, la composición química, el espaciamiento interlaminar de la perlita y el conteo de nódulos en la formación de la austenita en el intervalo intercrítico para calentamiento continuo y sostenimiento isotérmico. Para ello, se utilizó dilatometría de alta resolución para monitorear la formación de la austenita y eletron probe micro-analyser (EPMA) para cuantificar las microsegregaciones presentes en la matriz. Los resultados mostraron: 1) La matriz de partida antes de la austenización determina las temperaturas de inicio de la transformación austenítica en las fundiciones nodulares, 2) el conteo de nódulos no tiene un efecto en el inicio y finalización del intervalo intercrítico para las aleaciones que se evaluaron, 3) la composición química tienen un efecto en el inicio de la transformación austenítica, pero, no tiene un efecto en el intervalo intercrítico, 4) el conteo de nódulos tiene un efecto en la microsegregación presentes en la matriz del hierro nodular y esta microsegregación varía las temperaturas locales de inicio de la transformación austenítica dentro de la matriz. Por último, se estudió el efecto de la matriz de partida y la composición química en la temperatura de transformación martensítica Ms y en los tratamientos isotérmicos de baja temperatura para la obtención de ausferrita (austenita de ato carbono + ferrita bainítica) cuando se austeniza intercríticamente. Los resultados indicaron que: 1) cuando se parte de matriz ferrítica, las temperaturas finales de Ms son más altas, indicando que la austenita de alta temperatura tiene menos carbono, 2) la transformación bainítica en los hierros nodulares es acelerada por la formación inicial de ferrita acicular que nuclea en las inclusiones de la matriz.
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La investigación se hizo en tres etapas diferentes. En primer lugar, se obtuvieron cuatro aleaciones con diferentes cantidades de cobre y níquel, seguidamente se hizo un estudio para obtener a partir del material as cast, matrices completamente ferríticas y completamente perlíticas. Los resultados mostraron que el tiempo y la temperatura de recocido para tener matrices completamente ferríticas, varían cuando se tiene cobre dentro de la composición química, ya que este elemento dificulta la disolución de carburos provenientes de la perlita. De igual manera, se pudieron obtener diferentes espaciamientos interlaminares de perlita variando la temperatura de sostenimiento durante el normalizado, para tener matrices libres de ferrita proeutectoide y ferrita acicular. En la segunda parte de la investigación se determinó el efecto de la microestructura de partida, la composición química, el espaciamiento interlaminar de la perlita y el conteo de nódulos en la formación de la austenita en el intervalo intercrítico para calentamiento continuo y sostenimiento isotérmico. Para ello, se utilizó dilatometría de alta resolución para monitorear la formación de la austenita y eletron probe micro-analyser (EPMA) para cuantificar las microsegregaciones presentes en la matriz. Los resultados mostraron: 1) La matriz de partida antes de la austenización determina las temperaturas de inicio de la transformación austenítica en las fundiciones nodulares, 2) el conteo de nódulos no tiene un efecto en el inicio y finalización del intervalo intercrítico para las aleaciones que se evaluaron, 3) la composición química tienen un efecto en el inicio de la transformación austenítica, pero, no tiene un efecto en el intervalo intercrítico, 4) el conteo de nódulos tiene un efecto en la microsegregación presentes en la matriz del hierro nodular y esta microsegregación varía las temperaturas locales de inicio de la transformación austenítica dentro de la matriz. Por último, se estudió el efecto de la matriz de partida y la composición química en la temperatura de transformación martensítica Ms y en los tratamientos isotérmicos de baja temperatura para la obtención de ausferrita (austenita de ato carbono + ferrita bainítica) cuando se austeniza intercríticamente. Los resultados indicaron que: 1) cuando se parte de matriz ferrítica, las temperaturas finales de Ms son más altas, indicando que la austenita de alta temperatura tiene menos carbono, 2) la transformación bainítica en los hierros nodulares es acelerada por la formación inicial de ferrita acicular que nuclea en las inclusiones de la matriz.ABSTRACT: Intercritical austenitization in ductile cast irons is mainly studied to obtain irons with multiphasic matrices. This thermal treatment provides a good combination of ultimate tensile strength and ductility, making the alloys suitable for the fabrication of power transmission parts in different industries such as the automotive industry. The mechanical properties of these materials depend highly on the intercritical austenitizing step of the heat treatment, which makes the study of the formation of the austenite paramount for the further development of this kind of alloys. The objective of this work was to determine the effect of the starting microstructure (ferritic or pearlitic matrix) and the characteristics of graphite nodules on the intercritical austenitization of ductile iron alloyed with copper and nickel. The investigation was done in three different steps as follows. First, four alloys with different amounts of copper and nickel were obtained, then a study was made to obtain from the cast material, fully ferritic and fully pearlitic matrices. The results showed that the time and the annealing temperature to have a complete ferritic matrix changes when copper is present within the chemical composition, because this element makes it difficult to dissolve carbides from the pearlite. Similarly, different interlaminar spacings of pearlite could be obtained by varying the holding temperature during normalization, to have proeutectoid ferrite and acicular ferrite free matrices. In the second part of the research, the effect of the starting microstructure, the chemical composition, the interlaminar spacing of the pearlite and the nodule count in the intercritical austenitization in the ductile cast irons for continuous and isothermal heating were determined. For this, high resolution dilatometry was used to study the austenite formation and electron probe micro-analyzer (EPMA) was used to quantify the microsegregation in the matrix. The results showed: 1) The starting matrix before austenization determines the start of the austenitic transformation in ductile cast iron, 2) the nodule count has no effect on the start and end austenite temperatures for the alloys that were evaluated 3) the chemical composition has an effect at the beginning of the austenitic transformation, but, it has little effect on the intercritical interval, 4) the nodule count has an effect on the microsegregation present in the ductile iron matrix and this microsegregation varies the local start temperature of the austenitic transformation within the matrix. Finally, the effect of the starting matrix and the chemical composition in the martensite start temperature, Ms, and in the low temperature isothermal treatments for obtaining ausferrite (carbon high austenite + bainitic ferrite) was studied when intercritically austenitization is performed. The results indicated that: 1) when starting from the ferritic matrix, the final temperatures of Ms are higher, indicating that the high temperature austenite has less carbon, 2) the bainitic transformation in ductile iron is accelerated by the formation of acicular ferrite, which nucleates at inclusions within the matrix.97application/pdfspainfo:eu-repo/semantics/draftinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06https://purl.org/redcol/resource_type/TDTesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctoradohttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcceAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)info:eu-repo/semantics/embargoedAccesshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/http://purl.org/coar/access_right/c_f1cfhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Efecto de la microestructura de partida en la formación de austenita en el intervalo intercrítico en hierros nodulares aleados con cobre y níquelInvestigaciones Pirometalúrgicas y de Materiales (GIPIMME)Medellín, ColombiaHierroIronCobreCopperPropiedad químicaChemical propertiesTermoquímicaThermochemistryPropiedad térmicaThermal propertiesAustenizaciónBainitaIntercríticaNódularhttp://vocabularies.unesco.org/thesaurus/concept10788http://vocabularies.unesco.org/thesaurus/concept5524http://vocabularies.unesco.org/thesaurus/concept141http://vocabularies.unesco.org/thesaurus/concept11790http://vocabularies.unesco.org/thesaurus/concept15159Doctor en Ingeniería de MaterialesDoctoradoFacultad de Ingeniería. Doctorado en Ingeniería de MaterialesUniversidad de AntioquiaORIGINALMachadoHarold_2019_NodularAustenizacionIntercritica.pdfMachadoHarold_2019_NodularAustenizacionIntercritica.pdfTesis doctoralapplication/pdf8329350http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/16926/1/MachadoHarold_2019_NodularAustenizacionIntercritica.pdf4bc07d6ab9da23864900f75172fee885MD51MachadoHarold_2019_NodularAustenizacionIntercritica.docxMachadoHarold_2019_NodularAustenizacionIntercritica.docxTesis doctoralapplication/vnd.openxmlformats-officedocument.wordprocessingml.document65825158http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/16926/2/MachadoHarold_2019_NodularAustenizacionIntercritica.docx75037a3c2c094b88565b7b66caf8e320MD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8823http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/16926/3/license_rdfb88b088d9957e670ce3b3fbe2eedbc13MD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/16926/4/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD5410495/16926oai:bibliotecadigital.udea.edu.co:10495/169262021-05-21 11:44:37.132Repositorio Institucional Universidad de Antioquiaandres.perez@udea.edu.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