RESISTENCIA A LA EROSIÓN DE HIERROS BLANCOS AL CROMO

ROL DE LOS CARBUROS SECUNDARIOS

Martin Duarte Guigou1,3,a

, Sonia Brühl2,b

, Raúl Charadía2, Gastón Pereira

3, Claudio Cigliutti

3

1Programa de Materiales Funcionales, Facultad de Ingeniería y Tecnologías, Universidad Católica del Uru-

guay, Montevideo, Uruguay. 2Grupo de Ingeniería de Superficies, Facultad Regional Concepción del Uruguay, Universidad Tecnológica

Nacional, Concepción del Uruguay, ER, Argentina. 3 Laboratorio de Desarrollo de Nuevos Materiales, Tubacero S.A., Montevideo, Uruguay.

a e-mail: martin.duarte@ucu.edu.uy,

b sonia@frcu.utn.edu.ar

Palabras Claves: hierros al Cr, desgaste, erosión, carburos secundarios.

Los hierros blancos de alto contenido de Cr son materiales de elevada resistencia a la erosión, lo

que hace que su mayor uso se encuentre muy extendido en la fabricación de carcasas y rotores de

bombas de barros en minería, arena de dragado, etc. Su elevada respuesta tribológica deriva clara-

mente de su microestructura, compuesta de una alta fracción de volumen de carburos del tipo M7C3

de Cr y Fe, tanto eutécticos como secundarios, en una matriz idealmente martensítica.

Sin embargo, estos materiales requieren un complejo proceso de ajuste de sus propiedades tanto

por medio del agregado de componentes menores de aleación (Bo, Ti, Cu, Mo) [1,2] como por me-

dio del procesamiento térmico [3], a fin de lograr la correcta respuesta de estos materiales bajo

parámetros tribológicos de uso, en general, muy exigentes.

En el presente trabajo se intenta observar el efecto de los contenidos de Cr (15 y 26%), Mo (en-

tre 0,6 y 1,5 %) y Cu (entre 0,3 y 0,7 %); así como también observar el efecto sobre materiales de

dos tratamientos térmicos de varias etapas, ambos tendientes a la precipitación de carburos secunda-

rios y la transformación martensítica de la matriz, tal como puede observarse en la figura 1.

La composición de la muestra fue verificada por medio de espectroscopía de emisión óptica, se

efectuaron medidas de dureza y observaciones por medio de microscopía óptica. Posteriormente se

llevaron adelante experimentos de desgaste erosivo, a través de la inmersión de la muestra en arena

en suspensión acuosa agitada, y a experimentos de erosión seca, con un equipo del tipo Dry Sand-

Rubber Wheel (ASTM G65).

Figura 1: Micrografías ópticas de hierro al Cr con contenido nominal de Cr del 16% y con Mo nominal 1,5%.

Ambas muestras fueron atacadas con el reactivo de Marble y las imágenes obtenidas a 800 aumentos. (a)

estado de bruto de colada, donde en blanco pueden verse los carburos eutécticos característicos de la solu-

ción sólida hipoeutéctica, rodeados de la matriz austenítica. (b) estado de T&R posterior al tratamiento de

difusión en estado sólido, a consecuencia del cual puede verse una matriz martensítica con fuerte presencia

de carburos secundarios de pequeño tamaño en color blanco.

30 µm

30 µm

(a) (b)

Los resultados preliminares muestran un marcado incremento en la resistencia a la erosión

cuando se fuerza la generación de carburos de Cr por medio de tratamientos térmicos en ambos ca-

sos, tanto con bajos contenidos de Cr (15% - CQ1) como con altos contenidos (Cr 26% - CQ2), tal

como puede verse en la fig. 2. El decremento en la resistencia al desgaste en los materiales de alto

Cr ha sido reportado anteriormente para diferentes condiciones de desgaste, posiblemente asociado

a una matriz más rica en Cr (en general mas del 10%) y una menor disposición a la segregación de

carburos secundarios [4].

Sin embargo, la situación cambia radicalmente cuanto se introduce en el tratamiento de T&R

del material (Tratamiento TT1) un paso previo de difusión en estado sólido a fin de incentivar aún

más la precipitación de carburos secundarios en la matriz, denominado TT3. Tal como puede verse

en la figura 2, la resistencia a la erosión, para las muestras de alto contenidos de Cr, se incrementa

al punto de presentar una pérdida de material correspondiente al 15% de la pérdida sin el tratamien-

to TT3. En cambio, para la muestra con bajo contenido de Cr las pérdidas posteriores al tratamiento

son del orden del 65% de las pérdidas obtenidas previas al tratamiento TT3. Esto hace que, en el

conjunto, el hierro al Cr de elevado contenido de Cr, bajo condiciones de segregación de carburos

secundarios previa a T&R, presente superiores propiedades anti erosivas que los de menor conteni-

do de Cr.

CQ1 c/Mo TT1 CQ1 c/Mo TT3 CQ2 c/Mo TT1 CQ2 c/Mo TT3

0

5

10

15

20

Pé

rd.d

e m

asa

(m

g/c

m2)

Muestra

Pérd.de masa

Figura 2: Resultados de la pérdida de masa para los experimentos de erosión normal con arena en suspensión

acuosa. Se compara el comportamiento de dos composiciones químicas (CQ1 = 15% Cr y CQ2 = 26%Cr) y

dos tratamiento térmicos. El tratamiento TT1 es el proceso típico de T&R para estos materiales.

Los resultados de erosión en seco y los de desgaste abrasivo confirmaron la tendencia de la Fig. 2,

demostrando que la generación adicional de carburos secundarios en la matriz tiene un fuerte im-

pacto en la resistencia a la erosión del material estudiado, inclusive revirtiendo la influencia del

contenido de Cr en la matriz.

Referencias

1. Bedolla-Jacuinde A, Correa R, Mejía I, Quezada J G, Rainforth W M. The effect of titanium on the

wear behaviour of a 16%Cr white cast iron under pure sliding. Wear 2007; 263:808–820

2. Chung R J, Tang X, Li D Y, Hinckley B, Dolman K. Effects of titanium addition on microstructure

and wear resistance of hypereutectic high chromium cast iron Fe–25wt.%Cr–4wt.%C. Wear 2009;

267:356–361.

3. Wang J, Li C, Liu H, Yang H, Shen B, Gao S, Huang S. The precipitation and transformation of

secondary carbides in a high chromium cast iron. Materials Characterization 2006; 56:73–78.

4. Gundlach R B, Doane D V, ASM Handbook, Vol 1. Properties and Selections: Irons, Steels and

High Performance Alloys - Alloy Cast Irons, 1990: pp 97. ASM Materials Park, OH, (1990)