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Preparación Metalográfica de Hierro Fundido

November 23, 2018

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El hierro es uno de los metales más diversos que aleado con carbono y otros elementos ofrece una enorme variedad de hierros fundidos y aleaciones de acero. 

El término hierro fundido se refiere a aquellas aleaciones de hierro-carbono-silicio que contienen de 2.5 a 4 % de carbono y usualmente de 1a 3% de silicio. El carbono está presente ya sea en forma de grafito en hierros grises o en forma de carburo de hierro y carburos de aleación en otros tipos de hierro fundido. 

Por sus ventajas económicas el hierro fundido es utilizado para muchas aplicaciones en la industria automotriz y de la ingeniería.

Debido a que la morfología del grafito (tamaño y distribución) tiene una mayor influencia en las propiedades mecánicas del hierro fundido, el control de calidad a través de metalografía se convierte en una parte fundamental en su proceso de producción.

Dificultades en la preparación del hierro fundido 

Los hierros fundidos blancos aleados (HV 600) son muy duros y pueden ser difíciles de cortar, especialmente secciones largas. Es importante señalar que a pesar de esta dureza, los discos de corte con abrasivo de diamante no son adecuados al cortar hierro fundido blanco.

El mayor problema al preparar muestras de hierro fundido es retener el grafito en su forma y tamaño original, debido a que es muy suave. 

Durante el lijado y pulido la apariencia del grafito puede cambiar ligeramente; especialmente las hojuelas o aglomerados de hojuelas tienden a perder grafito. Las fundiciones maleables tienen una forma de grafito pulverizable que es muy difícil de retener durante la preparación.

Un error común de preparación es la insuficiente eliminación de la matriz de metal esparcida después del lijado, la cual puede oscurecer la verdadera estructura y tamaño del grafito. Esto particularmente prevalece en hierros fundidos ferríticos y austeníticos que son propensos a la deformación y rayado. Para estos materiales un pulido meticuloso con diamante y el pulido final son sumamente importantes.

Las dificultades asociadas con la preparación del hierro fundido con grafito pueden ser agravadas en situaciones donde la metalografía es una parte integral del sistema de calidad en la línea de fundición. 

A menudo, las limitaciones de tiempo hacen difícil mantener resultados de preparación constantes usando métodos manuales, además debido a la geometría de las piezas a probar, la preparación automática no es siempre una alternativa adecuada.

Sin embargo, como el diseño de las muestras es usualmente arbitrario, su dimensión puede ser cambiada para ajustarse en un sistema automático. Este procedimiento ha sido llevado a cabo exitosamente por algunos productores, de esta manera son capaces de realizar una preparación más eficiente y mejorar la evaluación del grafito.

La mayoría de los estándares microscópicos examinan la preparación correcta del hierro fundido a una magnificación de 100x, que hace parecer el grafito de color negro.  Solamente magnificaciones más altas pueden verificar si el carbón está completamente retenido. El grafito bien pulido es gris. Cabe puntualizar, que el hierro fundido con grafito no es adecuado para el pulido electrolítico ya que el grafito se lava por acción del electrolito. No obstante, si solo se requiere una rápida identificación de la microestructura el pulido y ataque electrolítico puede ser utilizado.

Recomendaciones para la preparación del hierro fundido

Corte: Para seccionar hierro fundido blanco muy duro se puede utilizar un disco de nitruro de boro cúbico (CBN, por sus siglas en inglés). Para secciones grandes, el corte automático es más recomendable que el manual. Para el corte de hierro fundido con grafito se recomienda seleccionar un disco de corte de óxido de aluminio acorde a la dureza del material a cortar.

Montaje: Las muestras para control de calidad son usualmente preparadas sin montar. Para las muestras de análisis de fallas se recomienda usar montaje de comprensión caliente.

Para hierros fundidos suaves a medio duros se recomienda usar una resina fenólica, para tipos de hierro fundido más duros una resina reforzada es más adecuada.

Desbaste y pulido: Tradicionalmente el hierro fundido con grafito ha sido desbastado  con papel de carburo de silicio (lija). En años recientes el desbaste con abrasivo de diamante ha reemplazado al carburo de silicio para el lijado fino, ya que mantiene las muestras muy planas y no deja grafito en el relieve. El desbaste plano del hierro fundido blanco y del hierro dúctil austemperado  puede llevarse a cabo con diamante . El hierro fundido suave a medio duro con matriz de ferrita, perlita o austenita puede desbastarse con papel de carburo de silicio hasta alcanzar planicidad y posteriormente se puede someter a un desbaste fino con diamante.

Para los hierros fundidos que tienden a corroerse durante el pulido se recomienda usar suspensiones de diamante y lubricantes libres de agua.

Limpieza: La limpieza de las muestras debe ser rápida y con agua fría debido a que el hierro fundido tiende a presentar corrosión. Bajo ninguna circunstancia las muestras deben ser dejadas en contacto con el agua.

Deben ser enjuagadas con etanol y rápidamente secadas con una fuerte corriente de aire templado.

Si la corrosión sigue ocurriendo solamente utilice alcohol libre de agua.

Ataque químico: Inicialmente las muestras se examinan sin ataque para ver la forma, el tamaño y la distribución del grafito; además de la porosidad de la fundición. Después de este examen inicial las muestras pueden atacarse con de 1 a 3% de Nital.

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