Análisis microestructural de un hierro blanco Fe-Cr-C-V solidificado estática y dinámicamente, y su comportamiento en desgaste abrasivo

Abstract

This research work presents and discusses the results obtained in a study of 6 different high chromium white iron alloys with a nominal composition of: 3 % C, 12 % Cr, 1 % Ni, 1 % Mo, 1 % Si and additions of 4, 5 and 7 % in weight of vanadium, respectively. The alloys were manufactured in an open induction furnace, poured and solidified in sand molds. A group of irons were statically solidified with V contents of 4, 5 and 7 % in weight. A second group of irons, without vanadium and with 7 % in weight were solidified dynamically. Square section bars were obtained from statically solidified compositions; 18, 25 and 37 mm thick, with the aim of studying the effect of the cooling rate while dynamically solidified casting were manufactured circular bars 37 mm thick. The different alloys were subjected to a heat treatment to promote the austenitic matrix destabilization at 900 °C during 45 min of holding time and subsequently air cooled to room temperature. All the experimental irons were subjected to abrasive wear under a load of 60 N and an angular speed of 300 rpm. Characterization was carried out by Optical Microscopy (OM), Electronic Scanning Microscopy (SEM), Energy-dispersive X-Ray Spectroscopy Microanalysis (EDS), X-Ray Diffraction (XRD) and Optical Profilometry. The results show that the addition of vanadium promotes the M7C3 carbide and the austenitic matrix refinement, and additionally promotes the VC carbide formation which, according to thermodynamic calculations, nucleates as primary carbide for vanadium content greater than 4.75 % by weight. Hence, for the 4.93 and 6.42 % V and statically solidified irons, the presence of significantly smaller, globular and less interconnected VC carbides was observed.

En el presente trabajo se muestran y discuten los resultados obtenidos en el estudio de 6 diferentes aleaciones de hierro blanco alto cromo, con una composición nominal de: 3 % C, 12 % Cr, 1 % Ni, 1 % Mo, 1 % Si y adiciones de 4, 5 y 7 % en peso de vanadio, respectivamente. Las aleaciones se fabricaron en un horno de inducción y fueron solidificadas en moldes de arena. Un grupo de hierros fueron solidificados de forma estática a los cuales se adicionaron 4, 5 y 7 % en peso de vanadio. Un segundo grupo de hierros, sin vanadio y con 7 % en peso fueron solidificados de manera dinámica. De las composiciones solidificadas estáticamente se obtuvieron barras de sección cuadrada de; 18, 25 y 37 mm de espesor, con el objetivo de estudiar el efecto de la velocidad de enfriamiento mientras que de las aleaciones solidificadas de manera dinámica se fabricaron barras circulares de 37 mm de espesor. Las diferentes aleaciones, fueron sometidas a un tratamiento térmico de desestabilización de la matriz austenítica, a una temperatura de 900 °C por un tiempo de permanencia de 45 min para posteriormente ser enfriadas al aire hasta temperatura ambiente. Todos los hierros experimentales fueron sometidos a desgaste abrasivo bajo una carga de 60 N y una velocidad angular de 300 rpm. La caracterización se llevó a cabo por medio de Microscopía Óptica (MO), Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Microanálisis por Espectrometría de Energía Dispersiva (EDS), Difracción de Rayos-X (DRX) y Perfilometría Óptica. Los resultados muestran que la adición de vanadio promueve el refinamiento del carburo M7C3, así como de la matriz austenítica, así mismo, promueve la formación de carburo VC que, según los cálculos termodinámicos, pueden nuclear como carburo primario para contenidos de vanadio superiores al 4.75 % en peso.