Estudio de las adiciones de niobio en la resistencia al desgaste en un hierro blanco alto cromo solidificado estática y dinámicamente

Abstract

This research work analyzes the effect of niobium additions on dynamic solidification in white cast iron with high chromium content to refine the microstructure and improve the dry sliding wear resistance. Four alloys with a base composition of 3 % C, 16 % Cr, 2 % Mo, 2.5 % Ni, 1 % Si, and additions of 1.22 %, 2.48 % and 3.68 % Nb, respectively, were analyzed. The alloys were fabricated in an open atmosphere induction furnace and cast in sand molds. One batch of castings was solidified statically and another dynamically. The dynamically solidified castings were subjected to a repetitive oscillatory motion during the pouring of the liquid metal. The different alloys were subjected to a destabilization heat treatment at a temperature of 900 °C for 45 minutes to produce a higher degree of hardening. All the experimental alloys were subjected to dry sliding wear tests under loads of 52 N and 103 N. The samples were characterized by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction (XRD) to determine the present phases and the volume fraction of primary carbides (NbC) and eutectic carbides (M7C3). Results show that the niobium addition promotes the refinement of the eutectic carbide (M7C3) and the austenitic matrix, in the same way as the formation of primary carbides of the NbC type. Less interconnected NbC carbides were observed embedded in an austenitic matrix with martensite fractions, which promoted a hardness increase. Dynamic solidification generated a noticeable decrease in the size of the carbide phase and increased its volume fraction

En este estudio se analiza el efecto de las adiciones de niobio en la solidificación dinámica en una fundición blanca con alto contenido de cromo con el propósito de refinar la microestructura y mejorar la resistencia al desgaste por deslizamiento en seco. Se analizaron cuatro diferentes aleaciones con una composición base de 3 % C, 16 % Cr, 2 % Mo, 2.5 % Ni, 1 % Si, y adiciones de 1.22 %, 2.48 %y 3.68 % de Nb, respectivamente. Las aleaciones se fabricaron en un horno de inducción de atmósfera abierta y fueron solidificadas en moldes de arena. Un lote de fundiciones fue solidificado de manera estática y otro de manera dinámica. Las fundiciones solidificadas de manera dinámica fueron sometidas a un movimiento oscilatorio repetitivo durante el vaciado del metal líquido. Las diferentes aleaciones fueron sometidas a un tratamiento térmico de desestabilización a una temperatura de 900 °C en un tiempo de permanencia de 45 minutos para producir un mayor grado de endurecimiento. Todas las aleaciones experimentales fueron sometidas a ensayos de desgaste por deslizamiento en seco bajo cargas de 52 N y 103 N. Las muestras fueron caracterizadas por microscopia óptica (MO), microscopia electrónica de barrido (MEB) y difracción de rayos-X (DRX) para determinar las fases presentes y la fracción volumétrica de carburos primarios (NbC) y eutécticos (M7C3). Los resultados obtenidos muestran que la adición de niobio promueve el refinamiento del carburo eutéctico (M7C3) y la matriz austenítica, así como la formación de carburos primarios del tipo NbC. Se observaron carburos NbC menos interconectados embebidos en una matriz austenítica con fracciones de martensita, lo que promovió un aumento de la dureza. La solidificación dinámica generó una disminución notable en el tamaño de la fase de carburo y aumentó su fracción de volumen.