Modificación del eutéctico austenita-carburo en hierros blancos Ni-HARD 1 tipo A, mediante adiciones de Mischmetal

Abstract

This work studies the effect of mischmetal (rare earths alloy, mainly cerium and lanthanum) additions as a modifier agent of the austenite-carbide eutectic during the solidification process of a Ni-Hard 4 Class 1 Type A white iron according to standard ASTM A-532. In addition, hardness and abrasive wear behavior of the iron has been evaluated in both as-cast and heat treated conditions. For this study, a base material and three different mischmetal additions (0.1, 0.2 and 0.3%) were used, and the alloys were cast into sand moulds to get bars of different thicknesses (1.27, 2.54 and 5.08 cm), which means different solidification rates. The experimental alloys were melted in an open induction furnace, the liquid was cast into sand molds to get squared bar ingots of thicknesses shown above. The bars were then sectioned for sampling by using abrasive wheel and water as cooling agent. The microstructural characterization process was undertaken by optical microscopy (OM), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and image analysis by using specialized software. A destabilization heat treatment was applied to the alloys at a temperature of 900°C with a soaking time of 30 minutes and then air cooled down to room temperature. Hardness and microhardness were evaluated by a diamond indenter and abrasive wear resistance was undertaken according to the standard ASTM-G65 by using silica sand as abrasive agent. The mechanical tests were undertaken for the alloys in both as-cast and heat treated conditions. Results indicate that mischmetal has a positive effect on refining the eutectic, but just for thin sections. It seems that for thick sections, the normal segregation is high enough to hide the segregation effect of rare earth elements and no refining effect is observed. The obtained microstructure is correlated to hardness and wear resistance in both as-cast and heat treated conditions.

El presente trabajo de investigación tiene como principal objetivo estudiar el efecto de la adición de mischmetal (aleación de tierras raras, principalmente cerio y lantano), como agente modificador del eutéctico austenita-carburo durante el proceso de solidificación de un hierro blanco Ni-Hard 4 Clase 1 Tipo A de acuerdo a la norma ASTM A-532. Además, evaluar las propiedades de resistencia al desgaste abrasivo en condiciones de colada y después de aplicar un tratamiento térmico. Para éste estudio se utilizaron un hierro base y tres diferentes adiciones de mischmetal (0, 0.1, 0.2 y 0.3 %), el material se coló en moldes para obtener lingotes de diferentes espesores (1.27, 2.54 y 5.08 cm), lo cual implica diferentes velocidades de solidificación. El hierro blanco se fabricó en un horno de inducción, la colada se hizo en moldes de arena con forma de barras de sección cuadrada con los espesores mencionados, para después córtalas utilizando disco abrasivo de corte con refrigeración por agua. La caracterización fue hecha mediante microscopía óptica (MO), difracción de rayos X (DRX), microscopia electrónica de barrido (MEB), microanálisis por espectroscopia de energía dispersiva (EDS) y análisis de imagen mediante software especializado. Se aplicó un tratamiento térmico a muestras de cada composición a una temperatura de 900 °C con un tiempo de permanencia de 30 minutos para después templar en aire con el propósito de modificar la matriz. Se evaluó la dureza y microdureza mediante un indentador de diamante en las muestras con tratamiento térmico y en condiciones de colada. Por último, el material fue sometido a ensayos de desgaste abrasivo de acuerdo a la norma ASTM-G65 utilizando arena sílica como agente abrasivo Los resultados obtenidos indican que el mischmetal funciona como agente refinador del eutéctico, pero solo en espesores delgados de sección transversal de 1.27 cm.