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Factores que afectan a las calidades de fundición
La división de los grados de fundición de acero se ve afectada por la composición química, la manipulación y las propiedades mecánicas de la fundición de acero. Además del porcentaje real de carbono y otras aleaciones en el material, la microestructura también tiene un impacto significativo en las propiedades mecánicas de la fundición de acero, afectando así a la clasificación de los grados de fundición de acero.
Es vital comprender la microestructura de la fundición de acero, el uso de la conformación en caliente y en frío, y cómo tratar la fundición de acero después de la fabricación. Además, la manipulación de la composición y la microestructura de la fundición de acero dará lugar a cambios entre las distintas propiedades. Por ejemplo, una fundición de acero más compleja puede acabar reduciendo los grados de resistencia.
Influencia de la microestructura en los grados de fundición del acero
La microestructura de la fundición de acero se refiere a cómo se conectan las fuerzas entre las moléculas. Los procesos de calentamiento y enfriamiento se utilizan para cambiar la microestructura de una forma a otra, lo que afecta a los grados de fundición del acero.
La microestructura de la fundición de acero no puede observarse a simple vista, pero puede estudiarse al microscopio. La fundición de acero puede utilizar varias microestructuras diferentes: ferrita, perlita, martensita, cementita y austenita.
Ferrita
Generalmente, la fundición de acero con bajo contenido en carbono adopta este tipo de microestructura. La forma característica de la ferrita es una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC). Visualmente, es un cubo con una molécula en cada esquina y una molécula en el centro del cubo. En comparación con la microestructura de otros tipos de acero de fundición, las moléculas del BCC están más sueltas. Sin embargo, la cantidad de carbono añadida a la fundición de acero sin cambiar la microestructura de ferrita es exigua, sólo 0,006% a temperatura ambiente.
Austenita
La austenita es una microestructura que se forma cuando las aleaciones de fundición de acero con base de hierro se calientan por encima de 1500°F pero por debajo de 1800°F. Si la aleación adecuada está presente en la fundición de acero, como el níquel, el material de fundición de acero mantendrá esta microestructura incluso cuando se enfríe. La forma característica de la austenita es la estructura cristalina cúbica centrada en la cara (FCC). Visualmente similar a un cubo, cada esquina tiene una molécula, y cada lado del cubo tiene una molécula en el centro. Las moléculas de la estructura de austenita son más densas que las moléculas de fundición de acero de la estructura de ferrita. La austenita puede contener hasta 2% de carbono y es una microestructura común de los grados de fundición de acero.
Cementita
Cuando la fundición de acero se calienta hasta el intervalo de austenita, es necesario enfriarla en ausencia de aleación para mantener la forma de austenita. Es decir, la microestructura de la fundición de acero recupera la forma de ferrita. Sin embargo, si el contenido de carbono en la fundición de acero es superior a 0,006%, el exceso de átomos de carbono se combinará con el hierro para formar un compuesto denominado Fe3C o cementita. En circunstancias normales, la cementita no aparece sola porque algunos grados de fundición de acero mantendrán la ferrita.
Perlita
La perlita es una estructura en capas formada por capas alternas de ferrita y cementita de grados de fundición de acero. Cuando los grados de fundición de acero se enfrían lentamente, se forma una mezcla eutéctica. La mezcla eutéctica es una mezcla producida por la cristalización simultánea de dos materiales fundidos. En estas condiciones, los grados de fundición de acero de ferrita y cementita se forman simultáneamente, formando así capas alternas dentro de la microestructura.
Martensita
La martensita tiene una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo. Esta forma microcristalina se obtiene mediante el enfriamiento rápido de la fundición de acero, lo que provoca que los átomos de carbono queden atrapados dentro de la red de hierro. Al final, se pueden conseguir calidades de acero de fundición con estructuras muy duras en forma de aguja. La fundición de acero con estructura microcristalina de martensita suele ser una
acero bajo en carbono aleación que contiene aproximadamente 12% de cromo.
Los fabricantes y consumidores de acero de fundición deben comprender la microestructura del acero de fundición y sus grados. El contenido de carbono, la concentración de aleación y los métodos de acabado afectan a los grados de fundición de acero para controlar el rendimiento del producto acabado. Dependiendo del método de acabado y del tratamiento térmico utilizado, dos piezas fundidas de acero con el mismo contenido de aleación pueden tener microestructuras diferentes.
El conformado en caliente y en frío afecta a los grados de fundición del acero
La fundición de acero se forma después de colar el acero fundido. A continuación, la fundición de acero se acaba para evitar la corrosión. La fundición de acero suele lanzarse en modelos existentes: blooms, palanquillas y desbastes. A continuación, se forma un molde mediante laminación. Según la calidad, el material y la aplicación de la fundición de acero, puede laminarse en caliente, en templado o en frío. En el proceso de laminado, la deformación por compresión se completa utilizando dos rodillos de trabajo. Los rodillos giran rápidamente mientras tiran y aprietan el acero entre las piezas fundidas de acero.
Influencia del conformado en frío en los grados de fundición del acero
La microestructura de la fundición de acero puede modificarse controlando el calentamiento y el enfriamiento. Esto ha llevado al desarrollo de varios grados de fundición de acero. Cambiar la microestructura puede cambiar los grados de fundición de acero.
La conformación en frío es un proceso de laminación por debajo de la temperatura de recristalización de la fundición de acero. La presión ejercida por los rodillos sobre la fundición de acero provocará dislocaciones en la microestructura del material, afectando así a los grados de la fundición de acero. Con la acumulación de estas dislocaciones, la fundición de acero se vuelve cada vez más difícil de deformar. El laminado en frío también cambiará los grados de fragilidad de la fundición de acero, que pueden superarse mediante tratamiento térmico.
Influencia de la conformación en caliente en los grados de fundición del acero
El tratamiento térmico incluye una serie de procesos, como el recocido, el temple y el revenido. En los grados de fundición de acero, la flexibilidad y la resistencia son inversamente proporcionales. El tratamiento térmico puede aumentar la flexibilidad a expensas de la resistencia de la fundición y viceversa.
La microestructura de la fundición de acero experimenta un cambio de fase a una temperatura determinada. El tratamiento térmico se basa en la comprensión y el funcionamiento de determinados puntos de transición:
Temperatura de normalización: La austenita es la fase que forma otras estructuras. La mayoría de los tratamientos térmicos calientan primero la fundición de acero hasta una fase de austenita uniforme de 1500-1800 °F.
Temperatura crítica superior: La temperatura crítica superior es el punto de temperatura en el que comienza la cementita o la ferrita. Esto ocurre cuando la fundición de acero se enfría desde la temperatura de normalización. Dependiendo del contenido de carbono, este punto se sitúa entre 1333-1670 °F.
Temperatura crítica más baja: La temperatura crítica inferior es el punto de transformación de austenita en perlita. La austenita no puede existir por debajo de la temperatura crítica inferior de 1333 °F.
Velocidad de enfriamiento: Fa temperatura de normalización a la temperatura crítica superior e inferior determinará la microestructura de los grados de fundición de acero obtenidos a temperatura ambiente.
Tipo de tratamiento térmico
Esferoidización
La esferoidización se produce cuando la fundición de acero se calienta a aproximadamente 1290 °F durante 30 horas. La capa de cementita de la microestructura de perlita se transforma en un esferoide, formando así la fundición de acero más blanda y dúctil.
Totalmente recocido
La fundición de acero se recuece calentándola primero a una temperatura ligeramente superior a la temperatura crítica y enfriándola después a una velocidad de aproximadamente 36°F por hora. Este proceso produce una estructura de perlita gruesa con flexibilidad y sin tensiones internas.
Proceso de recocido
El proceso de recocido puede reducir la tensión de los grados de fundición de acero de trabajo en frío. La fundición de acero se calienta a 1025-1292 °F. Las dislocaciones en la microestructura se reparan enfriando el reformado precristalino de la fundición de acero.
Recocido isotérmico
La colada de acero se calienta primero hasta la temperatura crítica superior. A continuación, se enfría hasta la temperatura crítica inferior y se mantiene. A continuación, se enfría gradualmente hasta alcanzar la temperatura ambiente. Este proceso garantiza que el material de fundición de acero alcance una temperatura y una microestructura uniformes antes del siguiente paso de enfriamiento.
Normalizado
Calentar la colada de acero a la temperatura de normalización durante una hora. En este momento, la fundición de acero entra finalmente en la fase de austenita. A continuación, la fundición de acero se enfría con aire. La normalización produce una microestructura de perlita fina con alta resistencia y dureza.
Enfriamiento
La fundición de acero se calienta hasta alcanzar la temperatura de normalización y, a continuación, se enfría (mediante enfriamiento rápido por inmersión en agua, agua salada o aceite) hasta alcanzar la temperatura crítica superior. El proceso de enfriamiento produce una estructura martensítica. En este momento, los grados de fundición de acero son exigentes pero muy quebradizos.
Acero templado endurecido
El templado del acero templado es el tratamiento térmico más común porque sus grados de fundición pueden predecirse con exactitud. El acero templado se recalienta a una temperatura por debajo del punto crítico inferior y luego se enfría. El clima varía en función del resultado esperado: el intervalo de 298-401 °F es el más común. Este proceso restaura parte de la tenacidad de los aceros de fundición quebradizos al permitir la formación de algunos esferoides.
Las propiedades mecánicas afectan a los grados de fundición del acero
Las propiedades mecánicas que afectan a los grados de fundición de acero incluyen los siguientes aspectos según las normas internacionales. Las principales propiedades mecánicas de la fundición de acero
Dureza
La dureza es la capacidad de los materiales de fundición de acero para resistir el desgaste. El aumento de la dureza puede conseguirse incrementando el contenido de carbono y templándose para formar martensita.
Potencia
La resistencia es la fuerza necesaria para deformar un material de fundición de acero. La normalización de una pieza de fundición de acero mejorará los grados de fundición de acero mediante la formación de una microestructura consistente en todo el material.
Maleabilidad
La ductilidad son los grados de deformación de la fundición de acero sometida a esfuerzos de tracción. Debido a las dislocaciones en la microestructura, el acero conformado en frío tiene una baja elasticidad. El proceso de recocido la mejorará reformando el cristal de la fundición de acero y eliminando así algunas dislocaciones.
Dureza
La dureza es la capacidad de la fundición de acero para soportar la presión sin romperse. El acero templado puede hacerse más rígido mediante el revenido debido a la adición de esferoides a la microestructura de la fundición de acero.
Maquinabilidad
La maquinabilidad se refiere a los grados de fundición de acero problemáticos y fáciles de formar mediante corte, rectificado o taladrado. La maquinabilidad se ve afectada principalmente por la dureza de los grados de fundición de acero. Cuanto más complejo sea el material, más difícil será procesarlo.
Soldabilidad
La soldabilidad es la capacidad de soldar la fundición de acero. Depende principalmente de la composición química y del tratamiento térmico. Los puntos de fusión, así como la conductividad eléctrica y térmica, afectarán a la soldabilidad de la fundición de acero.
Descripción de la calidad basada en los grados de fundición del acero
El descriptor de calidad es un símbolo que se utiliza al evaluar una amplia gama de productos de fundición de acero mediante el sistema de grados de fundición de acero. Por ejemplo, describe la calidad comercial, industrial o estructural de la fundición de acero. Estos sistemas de grados de fundición de acero dividen el acero en aplicaciones específicas y los procesos de fabricación en determinadas áreas, lo que facilita al consumidor la toma de decisiones. Según el sistema de grados de fundición de acero, la calidad del acero se juzga por la descripción de los siguientes factores:
- Salud interna
- Composición química y uniformidad
- Grado de defecto superficial
- Alcance de las pruebas en el proceso de fabricación
- Número, tamaño y distribución de las inclusiones
- Endurecimiento
Sistema de clasificación de la fundición de acero
ASTM, AISI y SAE han publicado su sistema de clasificación de grados de fundición de acero, que proporciona a ingenieros, fabricantes y consumidores una norma de referencia para juzgar las características del acero. Los grados de fundición de acero suelen ser particulares y describen muchos aspectos, como la composición química, las propiedades físicas, el tratamiento térmico, el proceso de fabricación y la forma del acero.
Sistema de grados de fundición de acero de ASTM
El sistema descriptivo de ASTM de los grados de fundición de acero adopta la forma de letras seguidas de números de serie. Por ejemplo, se utiliza "A" para el metal ferroso y "53" para el número de acero al carbono galvanizado. El significado de ASTM A53 incluye lo siguiente:
composición química:
Carbono: 0,25 (Grado A), 0,30 (Grado B)
Manganeso: 0,95 (Grado A), 1,20 (Grado B)
Fósforo: 0,05
Azufre: 0,045
Comportamiento mecánico:
Resistencia a la tracción: 330 MPa o 48.000 psi (Grado A), 414 MPa o 60.000 psi (Grado B)
Límite elástico: 207 MPa o 30.000 psi (Grado A), 241 MPa o 35.000 psi (Grado B)
Forma y tratamiento:
Tubo NPS 1/8 - NPS 26
Acero galvanizado
Negro e inmersión en caliente
Galvanizado
Soldadura sin soldadura
Sistema de grados de fundición de acero de SAE
El sistema de grados de fundición de acero de AISI/SAE utiliza cuatro dígitos para clasificar la fundición de acero. Los dos primeros dígitos indican la concentración de grado de acero y elementos de aleación, y los dos últimos dígitos indican la concentración de carbono contenida en la fundición de acero. Por ejemplo, SAE 5130 describe una fundición de acero con 1% de cromo y 0,30% de carbono. El prefijo de la letra indica la calidad del comerciante.
Dawang se especializa en la fundición de aceros populares de diferentes grados de fundición de acero. Para la fundición de acero, nos referimos a las normas de grados de fundición de acero de WCB y WCC. La fundición de acero se ha convertido en el campo profesional de Dawang, que puede satisfacer muchas aplicaciones. Invitamos a los clientes a ponerse en contacto con nosotros en cualquier momento e indicarnos sus necesidades para que podamos hacerle sugerencias.
