ES2915375T3 - Inoculante con partículas de superficie - Google Patents
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Abstract
Inoculante en partículas en polvo para el tratamiento de la fundición en fase líquida, caracterizado por que comprende por un lado, unas partículas de soporte que son de un material fusible en la fundición líquida que favorece la asociación del carbono con el hierro en forma de grafito, y que comprende por lo menos una aleación de ferrosilicio, aluminio y calcio, en la que el silicio está presente en un contenido de por lo menos un 40% en masa con respecto a la masa de dichas partículas de soporte, y el aluminio y el calcio están presentes, en forma de aleación, cada uno en un contenido del 0,2 al 5% en masa con respecto a la masa de dichas partículas de soporte, y por otro lado, unas partículas de superficie que son de un material que favorece la germinación y el crecimiento del grafito, seleccionado, individualmente o en mezcla, de entre unos elementos metálicos, unos siliciuros, unos óxidos, unos sulfuros metálicos, unos sulfatos y negro de carbono, siendo el material de las partículas de superficie diferente del material de las partículas de soporte, estando dichas partículas de superficie dispuestas y distribuidas de manera discontinua en la superficie de las partículas de soporte, presentando las partículas de superficie una granulometría inferior a la de las partículas de soporte y tal que su d50 es inferior o igual a una décima parte del d50 de las partículas de soporte.
Description
DESCRIPCIÓN
Inoculante con partículas de superficie
La presente invención se refiere a un producto inoculante para el tratamiento de la fundición, así como a un procedimiento de fabricación de dicho inoculante.
La fundición es una aleación hierro-carbono muy conocida y ampliamente utilizada para la fabricación de piezas mecánicas. La fundición se obtiene mediante el mezclado de los constituyentes de la aleación en estado líquido a una temperatura comprendida entre 1135°C y 1350°C antes de la colada en un molde y enfriamiento de la aleación obtenida.
En su enfriamiento, el carbono puede adoptar diferentes estructuras fisicoquímicas que dependen de varios parámetros.
Cuando el carbono se asocia con el hierro y forma carburo de hierro Fe3C (también denominado cementita), la fundición resultante se denomina fundición blanca. La fundición blanca presenta la característica de ser dura y quebradiza, lo cual no es deseable para algunas aplicaciones.
Si el carbono aparece en forma de grafito, la fundición resultante se denomina fundición gris. La fundición gris es más blanda y puede ser trabajada.
Para obtener unas piezas de fundición que posean buenas propiedades mecánicas, es preciso obtener por lo tanto una estructura de la fundición que comprenda el máximo de carbono en forma de grafito y limitar lo máximo posible la formación de estos carburos de hierro que se endurecen y fragilizan la aleación.
En ausencia de cualquier tratamiento particular, el carbono tiene tendencia, sin embargo, a asociarse con el hierro para formar carburo de hierro.
Por lo tanto, es necesario tratar la fundición en estado líquido de manera que se modifiquen los parámetros de asociación del carbono y se obtenga la estructura deseada.
Con este fin, la fundición líquida sufre un tratamiento de inoculación que prevé introducir en la fundición unos componentes grafitizantes que favorecerán, en el enfriamiento de la fundición en el molde, la aparición de grafito en lugar de carburo de hierro.
De manera general, los componentes de un inoculante son unos elementos que favorecen la formación de grafito en la solidificación de la fundición. Se puede citar, a título de ejemplo, el carbono, el silicio, el calcio, el aluminio, etc. Así, el documento CN102373361A describe, en el marco de un procedimiento de fabricación de fundición dúctil, la utilización de un componente grafitizante, revestido en la totalidad de su superficie con un agente aislante. El componente grafitizante está constituido por ferro-silicio, por magnesio y por un metal de tierras raras, pero no contiene aluminio.
EH Kim et al., Progress in Organic Coatings, Elsevier BV, NL, 2010, páginas 1-6, divulga un agente inoculante para limitar la formación de cementita en la fundición. Este inoculante comprende un núcleo de ferro-silicio en el que están distribuidas unas partículas de carburo de titanio y, opcionalmente, unas partículas de níquel.
El documento DE2157395A1 describe un agente de tratamiento de la fundición que consiste en un núcleo metálico, o partícula de soporte, y un revestimiento, o partícula de superficie, que recubre dicho núcleo sobre el cual se adhiere por medio de un aglutinante. Las partículas de soporte son de un material seleccionado de entre el silicio, el ferrosilicio, el magnesio, el estaño, y las aleaciones de silicio con por lo menos uno de entre calcio, estroncio, magnesio, hierro, tierra rara, circonio, cobre, níquel, estaño y molibdeno. El revestimiento contiene el material aglutinante y puede ser grafio, un sulfuro, azufre, hierro, pirita o una aleación de silicio con hierro, calcio, estroncio, magnesio, tierra rara, cobre, estaño, níquel o molibdeno.
Evidentemente, un inoculante puede estar diseñado asimismo para cumplir otras funciones y comprender con este fin, otros componentes que presentan un efecto particular.
Se puede desear, en particular, según las propiedades buscadas, que el grafito formado sea esferoidal, vermicular o laminar. Una u otra forma grafítica se podrá obtener preferentemente mediante un tratamiento particular de la fundición con la ayuda de componentes específicos.
Por ejemplo, la formación de grafito esferoidal puede estar favorecida por un tratamiento denominado nodulizante que prevé principalmente aportar a la fundición magnesio en cantidad suficiente para que el grafito pueda crecer de manera que forme unas partículas redondas (esferoides).
Por ejemplo, estos componentes nodulizantes pueden estar incluidos en la aleación inoculante.
Así, el documento CN101608280B divulga un agente inoculante para fundición destinado a favorecer la formación de grafito en escamas de tipo D. Con este fin, es un material que comprende silicio (35-50%, preferentemente un 40%), magnesio (1-4%, preferentemente un 2%), una tierra rara (4-8%, preferentemente un 6%), titanio (4-9%, preferentemente un 7%), aluminio (1,5-3%, preferentemente un 2%), antimonio (0,5-2%, preferentemente un 1%), calcio (2-5%, preferentemente un 3%), bario (1-4%, preferentemente un 3%), y el resto de hierro.
Se puede citar también la adición de productos desulfurantes, o de productos que permiten tratar específicamente algunos defectos de la fundición en función de la composición inicial del baño de fundición líquida, tales como los microrrechupes, susceptibles de aparecer en el enfriamiento. Podrá tratarse, en particular, de lantano y de tierras raras.
Estos tratamientos se pueden efectuar en una o varias veces, y en diferentes momentos de la fabricación de la fundición. Se conocen, en particular, unas adiciones de inoculante en la cuchara, antes de la colada de la fundición en el molde (inoculación en cuchara), durante la colada, o también en el chorro de colada (inoculación tardía).
La mayoría de los inoculantes se fabrican convencionalmente a partir de una aleación de ferrosilicio de tipo FeSi65 o FeSi75 con ajuste de la química según la composición prevista del inoculante. El ajuste es posible en horno o en la cuchara, con unos rendimientos frecuentemente mediocres según los elementos a añadir. Puede tratarse asimismo de mezclas de varias aleaciones.
Conviene observar que la eficacia de inoculación de la pieza de fundición depende asimismo de su grosor.
En las zonas de poco grosor, que se enfrían más rápidamente, se observará un riesgo más elevado de formación de carburos.
Por el contrario, en las zonas de grosores mayores, el enfriamiento será más lento y favorecerá la formación de grafito. Sin embargo, en las piezas de grandes grosores, el enfriamiento puede ser demasiado lento y el grafito formado puede perder su nodularidad cerca del centro de la pieza.
Esto da como resultado que las piezas con unas zonas de grosores diferentes podrán tener unas estructuras fisicoquímicas diferentes de una zona a otra, lo cual no es deseable.
Por lo tanto, existe una necesidad de un inoculante que permita inocular unas piezas de fundición de diferentes grosores, limitando el riesgo de degeneración del grafito y la formación de carburos, y asegurar una buena uniformidad de la estructura metalúrgica de una zona de la pieza a la otra.
Por otro lado, también es deseable que el inoculante sea poco sensible a la composición de base de la fundición que puede variar de un lote a otro (en particular, tasa de carbono, silicio, azufre inicial, etc.).
Además, sigue siendo deseable evidentemente que dicho inoculante no necesite una tasa de adición superior a los productos conocidos y que conserve unas buenas propiedades de disolución en la fundición, similares a estos productos, y no genere sustancialmente más residuos y escorias que estos últimos.
Para ello, la presente invención tiene como objetivo proponer un nuevo producto inoculante para el tratamiento de la fundición en fase líquida, que cumpla con la totalidad o parte de estas limitaciones. Con este fin, aporta un inoculante en partículas, en polvo, que comprende,
por un lado, unas partículas de soporte en un material fusible en la fundición líquida que favorece la asociación del carbono con el hierro en forma de grafito y que comprende por lo menos una aleación de ferrosilicio, aluminio, y calcio, en la que el silicio está presente en un contenido de por lo menos un 40% en masa con respecto a la masa de dichas partículas de soporte, y el aluminio y el calcio están presentes, en forma de aleación, cada uno en un contenido del 0,2 al 5% en masa con respecto a la masa de dichas partículas de soporte, y
por otro lado, unas partículas de superficie en un material que favorece la germinación y el crecimiento de grafito, seleccionado, individualmente o en mezcla, de entre unos elementos metálicos, unos siliciuros, unos óxidos, unos sulfuros metálicos, unos sulfatos y el negro de carbono, siendo el material de las partículas de superficie diferente del material de las partículas de soporte, estando dichas partículas de superficie dispuestas y distribuidas de manera discontinua en la superficie de las partículas de soporte, presentando las partículas de superficie una granulometría inferior a la de las partículas de soporte y tal que su d50 es inferior o igual a una décima parte del d50 de las partículas de soporte.
Así dispuestas, las partículas de superficie forman un recubrimiento discontinuo, presentando la partícula de soporte todavía unas zonas de contacto con la fundición.
Las partículas de superficie podrán estar dispuestas en la superficie de las partículas de soporte mediante cualquier técnica apropiada, por ejemplo, por injerto, pegado, recubrimiento, con la condición de conservar, para la partícula de soporte, unos accesos a la fundición líquida cuando el inoculante sea incorporado en ella.
Como se ha indicado anteriormente, las partículas de superficie tienen una granulometría inferior a la de las partículas de soporte. En efecto, se ha constatado de manera sorprendente que una configuración de este tipo, es decir, un conjunto de partículas de soporte parcialmente revestidas con partículas de soporte, de una naturaleza diferente, tal como una granulometría diferente, presentaba un perfil de disolución y de inoculación que respondía a los problemas mencionados anteriormente. La diferencia de naturaleza entre las partículas de soporte y las partículas de superficie puede expresarse además en los materiales constitutivos de las partículas, respectivamente.
Se ha constatado, en particular, que una estructura fisicoquímica de este tipo limitaba mucho la degeneración del grafito en el centro de piezas de grandes grosores. Dicha estructura permite asimismo mejorar mucho la homogeneidad de la inoculación, y, más particularmente, para las piezas que presentan unas zonas de grosores variables.
Por otro lado, con respecto a una técnica de fabricación convencional de aleación en horno, dado que el efecto inoculante es aportado por el conjunto partículas de soporte/partículas dispuestas en la superficie, y no por el ajuste de la composición química de una aleación, los rendimientos de incorporación de los elementos añadidos se ven muy mejorados.
Según un primer modo de realización, las partículas de soporte tienen unas propiedades poco inoculantes. Así, gracias a la invención, se podrán utilizar unos productos poco o medianamente inoculantes que se podrán dopar mediante este medio.
Según un segundo modo de realización, las partículas de soporte tienen unas propiedades inoculantes para unas composiciones o condiciones diferentes de aquellas para las cuales actúa el conjunto de partículas de soporte y partículas de superficie.
Ventajosamente, las partículas de soporte están realizadas a partir de silicio, cuya proporción es variable.
De manera complementaria o alternativa, las partículas de soporte podrán estar realizadas a partir de carbono asociado con silicio, puede presentarse en forma de carburo de silicio, por ejemplo.
Las partículas de soporte contienen por lo menos un 40% en masa de silicio con respecto a la masa de las partículas de soporte.
Las partículas de soporte están realizadas a partir de una aleación, más particularmente ferrosa.
De manera ventajosa, las partículas de soporte comprenden, en particular en forma de aleación, por lo menos un elemento de adición, en particular entre el 0,2 y el 5% en masa para cada elemento de adición, con respecto a la masa de las partículas de soporte.
De manera más ventajosa, las partículas de soporte comprenden, en particular en forma de aleación, por lo menos un elemento de tratamiento con efecto antirrechupe, en particular en una cantidad comprendida entre el 0,5 y el 6% en masa con respecto a la masa de las partículas de soporte.
Preferentemente, la proporción de partículas de superficie está comprendida entre el 1 y el 8% en masa, preferentemente entre el 1 y el 5% con respecto a la masa del inoculante.
Ventajosamente, las partículas de superficie están distribuidas de manera sustancialmente homogénea en la superficie de las partículas de soporte, en particular dentro de un lote de partículas.
De manera preferida, las partículas de superficie, hasta la introducción en la fundición, ocupan entre el 80 y el 90% de la superficie de las partículas de soporte.
Ventajosamente, las partículas de superficie se seleccionan, individualmente o en mezcla, de entre el aluminio, el bismuto y el manganeso, los siliciuros de hierro, de tierras raras y de calcio, los óxidos de aluminio, de calcio, de silicio y de bario, los sulfuros de hierro, de calcio y de tierras raras, y el sulfato de bario.
La invención se refiere también a un procedimiento de fabricación de un inoculante de la invención. Según una primera etapa del procedimiento, se dispone de partículas de soporte tales como las definidas anteriormente, de
un material fusible en la fundición líquida, que presentan una granulometría que varía de 0,2 a 7 mm, por un lado, y de partículas de superficie tales como las definidas anteriormente, que presentan una granulometría tal que su d50 sea inferior o igual a una décima parte del d50 de las partículas de soporte, por otro lado, y después, en una segunda etapa, se procede al depósito de las partículas de superficie sobre las partículas de soporte. Esta etapa se puede realizar mediante cualquier técnica bien conocida por el experto en la materia.
Por granulometría que varía de 0,2 a 7 mm, se incluyen las granulometrías convencionales del campo de los inoculantes de la fundición, es decir, las granulometrías 0,2-0,5 mm, 0,4-2 mm y 2-7 mm.
En una variante de la invención, el depósito de las partículas de superficie se realiza mecánicamente, por incrustación. Con este fin, se mezclan, en seco, las partículas de soporte y las partículas de superficie, a gran velocidad, por ejemplo de 1000 a 1500 rpm, para obtener un depósito por incrustación de las partículas de superficie en la superficie de las partículas de soporte, según una distribución discontinua.
En otra variante de la invención, en la primera etapa, se dispone además de un aglutinante en un disolvente, después, en la segunda etapa, se mezclan las partículas de soporte, las partículas de superficie y el aglutinante, y después se elimina el disolvente del aglutinante, por ejemplo por evaporación. Como se describirá con mayor detalle, las partículas de soporte, las partículas de superficie y el aglutinante se pueden añadir al mismo tiempo o sucesivamente, en cualquier orden. Por ejemplo, se puede efectuar una mezcla previa de las partículas de superficie en la solución de aglutinante, a la cual se añaden a continuación las partículas de soporte.
Un aglutinante apropiado se seleccionan ventajosamente de entre los aglutinantes orgánicos y polímeros, y en particular, de entre el alcohol polivinílico (APV), la celulosa (CMC), la polivinilpirrolidona (PVP), y el cemento. La presente invención se comprenderá mejor a la luz de la descripción detallada y de los ejemplos de realización siguientes con respecto a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 es una vista de conjunto bajo microscopio electrónico de barrido de un lote de inoculante en partículas según la invención, que comprende unas partículas de soporte (negras) en cuya superficie se fijan partículas de superficie (blancas) que confieren al conjunto un fuerte poder inoculante.
- la figura 2 es un zoom de la figura 1 sobre una partícula inoculante según la invención.
Un inoculante según la invención se podrá fabricar de la manera siguiente.
En un reactor de lecho fluidizado se introducen aproximadamente 500 kilogramos de una aleación FeSi que contiene un 1% en masa de aluminio y un 1,5% en masa de calcio, y que tiene una granulometría comprendida entre 0,4 y 2 mm, siendo la aleación FeSi puesta en fluidización por inyección de aire.
La velocidad mínima de fluidización se determina convencionalmente, y después el caudal de aire se mantiene sustancialmente constante y superior a esta velocidad mínima.
La temperatura en el interior del reactor se lleva a aproximadamente 100°C. Esta temperatura permitirá que se elimine el agua inyectada posteriormente.
Las partículas de esta aleación formarán las partículas de soporte en cuya superficie se fijarán las partículas inoculantes.
Las partículas de superficie serán, en el presente ejemplo, unas partículas de siliciuro de calcio CaSi y de aluminio metálico, presentando ambas unas granulometrías inferiores a 400 micrómetros.
Se utilizará un 5% en masa de estas partículas de superficie, es decir, aproximadamente 25 kilogramos de esta mezcla de partículas CaSi y Al.
Con el fin de permitir la fijación sobre las partículas de soporte, las partículas de superficie a fijar se mezclan previamente con un aglutinante en solución acuosa, y después se inyectan en el reactor en aproximadamente 30 minutos a la temperatura de 100°C.
Después de la inyección total de la mezcla de partículas y del aglutinante, el conjunto de partículas de superficie, partículas de soporte y aglutinante se fluidifica y se calienta hasta que el agua introducida se haya evaporado completamente. Se podrá controlar la evaporación del agua mediante cualquier método habitual, en particular mediante la medición de la humedad del aire que sale del reactor.
A continuación, el inoculante según la invención se recupera y se caracteriza para evaluar la eficacia del recubrimiento. Esta caracterización se podrá realizar en particular mediante control bajo microscopio electrónico de barrido.
El aglutinante utilizado podrá ser de tipo aglutinante orgánico o polímero, como, por ejemplo, unos aglutinantes de tipo alcohol polivinílico (APV), celulosa (CMC), y polivinilpirrolidona (PVP), etc. Evidentemente, esta lista no es limitativa.
La cantidad de agua utilizada para la dilución del aglutinante depende, evidentemente, de la solubilidad de este último en el agua y deberá adaptarse en consecuencia.
Es posible considerar asimismo la utilización de aglutinantes minerales, en particular de tipo silicato de sodio, así como unos aglutinantes hidráulicos de tipo cemento o cal.
Evidentemente, la naturaleza del aglutinante utilizado podrá depender de los materiales inoculantes y soportes utilizados.
La cantidad de aglutinante utilizada se calculará de manera que permita lo mejor posible la fijación casi total de las partículas de superficie sin exceso manifiesto que pudiera degradar después las prestaciones finales del inoculante según la invención.
Esta cantidad de aglutinante utilizada dependerá, evidentemente, de su poder de pegajosidad y deberá adaptarse asimismo en consecuencia. Se podrá proceder, en particular, mediante ensayos y verificación visual con la ayuda de un microscopio electrónico de barrido, en particular. Típicamente, la cantidad de aglutinante utilizadas podrá estar comprendida entre el 0,001 y el 1% en masa de aglutinante con respecto a la masa total de las partículas (partículas de soporte y partículas de superficie).
Según otro ejemplo de fabricación posible del inoculante según la invención, se introducen en un reactor de lecho fluidizado aproximadamente 500 kg de FeSi70 que contienen un 1% en masa de Al y un 1,5% en masa de Ca, de granulometría 0,2-0,5 mm. La aleación FeSi se pone en fluidización por inyección de aire. La temperatura en el interior del reactor se lleva a 100°C. Estas partículas son las partículas de soporte. Se realiza una suspensión con PVP y agua. Se añade a la solución PVP agua un 8% de partículas de superficie, que contienen bismuto Bi y aleación de ferrosilico-tierras raras FeSiTR, ambas de granulometría <200 |im, y después se ponen en suspensión. Esta suspensión se inyecta a continuación a razón de un 10% en masa en el reactor durante aproximadamente 40 minutos a la temperatura de 100°C. Después de la inyección total de la mezcla, el interior del reactor se mantiene a 100°C hasta el secado completo del producto.
Según aún otro ejemplo de fabricación posible del inoculante según la invención, se introducen aproximadamente 1000 kg de FeSi70 que contienen un 1% en masa de Al y un 1,5% en masa de Ca, de granulometría 2-7 mm, y aproximadamente 50 kg de polvo de aluminio de granulometría <300 |im, en un reactor de lecho fluidizado. El conjunto de las partículas se pone en fluidización por inyección de aire empobrecido. La temperatura en el interior del reactor se lleva a 100°C. Se realiza una suspensión con PVP y agua. Esta suspensión se inyecta después a razón de un 10% en masa en el reactor durante aproximadamente 40 minutos a la temperatura de 100°C. Después de la inyección completa de la mezcla, el interior del reactor se mantiene a 100°C hasta el secado completo del producto.
Evidentemente, la realización del procedimiento no se limita a la utilización de un reactor de lecho fluidizado y se pueden utilizar otras técnicas de recubrimiento. Se pueden citar, en particular, los métodos siguientes.
Un primer método es la utilización de un mezclador de gran velocidad, por ejemplo del orden de 1000 a 1500 rpm.
La velocidad de mezclado permite la incrustación mecánica de las partículas finas de superficie en las partículas más gruesas de FeSi (partículas de soporte). Dicha incrustación mecánica no necesita la utilización de un aglutinante, y se habla entonces de recubrimiento en seco y en frío. Las partículas de soporte del tipo FeSi75 que contienen principalmente las fases FeSi2,4 y Si, pueden ser incrustadas directamente por las partículas de superficie.
Un segundo método es la utilización de un mezclador de alta tasa de cizallamiento.
En este caso, la mezcla se efectúa a más o menos gran velocidad (entre 50 y 500 rpm, por ejemplo), en un mezclador de tipo mezclador granulador, en presencia de un aglutinante (ejemplos citados anteriormente). Después de la mezcla, se procede a una etapa de secado para eliminar el agua del aglutinante.
Unos medios de secado pueden equipar el mezclador. Puede tratarse, en particular, de una rampa de quemadores, por ejemplo de gas, que calientan el exterior del mezclador por conducción; de una cinta calentadora, por ejemplo de silicona, que rodea en particular las paredes del mezclador; o también de cualquier otro sistema que permita llevar el polvo al interior del mezclador a una temperatura comprendida entre 80 y 150°C para eliminar el agua.
Los sistemas de mezcladores utilizados, de tipo de tambor o granulador, deben permitir un movimiento del polvo en el interior de dicho mezclador, provocando una agitación eficaz y una cierta regularidad del pegado.
Con este fin, el mezclador puede estar equipado de aletas de agitación en sus paredes, o también un mezclador granulador con sistema de rotación central o desplazado según uno o dos ejes.
El procedimiento de la invención se puede llevar a cabo indiferentemente en continuo, o en discontinuo por lotes (batch).
Cuando tiene lugar la utilización, las partículas de soporte y de superficie pueden añadirse o bien juntas, o bien de manera separada.
Cuando se añaden juntas, se podrán pre-mezclar ventajosamente antes de la adición del aglutinante para asegurar el pegado.
Cuando se añaden por separado, se introducirán preferentemente las partículas de soporte en primer lugar, antes de añadir las partículas de superficie, preferentemente en continuo, siendo el aglutinante introducido asimismo preferentemente en continuo.
Conviene observar asimismo que, aunque se ilustra con unas partículas de soporte a base de FeSi, es posible, evidentemente, utilizar otros materiales utilizados convencionalmente en fundición, y en particular unas partículas de soporte de tipo SiC o grafito. Conviene extrapolar simplemente los ejemplos de fabricación a estos materiales. Los resultados de un inoculante de este tipo según la invención se han probado en un baño de fundición.
Al igual que para el procedimiento de fabricación, los ejemplos se proporcionan para unos casos de utilización más habituales con un inoculante según la invención cuya partícula de soporte es de tipo FeSi.
Esto no impide de ninguna manera la utilización de inoculantes según la invención que comprenden otros tipos de partículas de soporte, tal como el carburo de silicio o el grafito, siendo estos materiales, sin embargo, utilizados con menos frecuencia en fundición.
Ejemplo 1: inoculante según la técnica anterior (referencia)
Un baño de fundición con grafito esferoidal se trató a una tasa del 0,3% en peso con una aleación inoculante de tipo FeSi75, y que contenía un 0,8% en masa de aluminio, y un 0,7% en masa de calcio.
El tratamiento se efectúa por adición del inoculante en la cuchara de fundición antes de llenar el molde.
La cantidad de carbono equivalente de la fundición (Ceq) es del 4,32% (calculada según la fórmula simplificada Ceq = %C 1/3 (%Si %P), en la que %C, %Si y %P son los contenidos de carbono, silicio y fósforo de la fundición).
El magnesio residual de la fundición es de 400 milésimas.
La fundición se vertió a continuación en un molde de tipo BCIRA.
Con un grosor de 6 mm, la fundición tratada presenta las características siguientes:
- Estructura de la matriz: 55% de perlita, 15% de ferrita, 30% de cementita
- Número de nódulos por mm2: 270
- Grafito de tipo VI: 57%
- Nodularidad media: 85%
- Diámetro medio: 16,2 micrómetros
Ejemplo 2: inoculante según la invención
Un baño de fundición de grafito esferoidal se trató a una tasa del 0,3% en masa con un inoculante según la invención, que posee la composición siguiente:
- Aleación de partículas de soporte: FeSi75, y que contiene un 0,8% en masa de aluminio y un 0,7% en masa de calcio
- Partículas de superficie: un 1,5% en masa de partículas de CaSi que poseen un tamaño inferior a 50 micrómetros y un 1,5% en masa de partículas de aluminio metálico de tamaño inferior a 50 micrómetros
- Aglutinante: un 10% en masa de una solución acuosa de PVP
- Depósito de las partículas de superficie por pegado realizado por fluidización a 100°C.
El tratamiento se efectúa mediante la adición del inoculante en la cuchara de fundición antes de rellenar el molde.
La cantidad de carbono equivalente de la fundición (CeQ) es del 4,32%.
El magnesio residual de la fundición es de 400 milésimas.
La fundición se vierte a continuación en un molde de tipo BCIRA.
Con un grosor de 6 mm, la fundición tratada presenta las características siguientes:
- Estructura de la matriz: 45% de perlita, 50% de ferrita, 5% de cementita
- Número de nódulos por mm2: 540
- Grafito de tipo VI: 59%
- Nodularidad media: 92%
- Diámetro medio: 18,7 micrómetros
Ejemplo 3: inoculante según la invención
Tratamiento de un baño de fundición de grafito esferoidal al 0,3% en masa con un producto constituido:
- por una aleación de soporte FeSi75 con Al = 0,8% en masa y Ca = 0,7% en masa
- por partículas en superficie: un 2,5% de partículas de bismuto Bi de tamaño <100 |im, y un 2,5% en masa de partículas de la aleación ferrosilico-tierras raras (FeSiTR) de tamaño <100 um.
- Aglutinante: un 10% en masa de una solución acuosa de PVP
- Depósito de las partículas de superficie por pegado realizado por fluidización a 100°C.
El tratamiento se efectúa mediante la adición del inoculante en la cuchara de fundición antes de rellenar del molde. La cantidad de carbono equivalente (Ceq) de la fundición es del 4,32%. El magnesio residual es de 420 milésimas.
La fundición se vierte en un molde BCIRA.
Con el grosor de 6 mm, la fundición presenta las características siguientes:
- Estructura de la matriz = 50% de perlita - 50% de ferrita - 0% de cementita
- Número de nódulos/mm2 = 570
- Grafito de tipo VI = 62%
- Nodularidad media = 92%
- Diámetro medio = 17,8 |im
Ejemplo 4: inoculante según la técnica anterior
Un baño de fundición con grafito esferoidal se trató a una tasa del 0,3% en masa con un inoculante elaborado convencionalmente, de tipo FeSi75, y que contenía un 1,2% en masa de aluminio, un 1,5% en masa de calcio y un 1,5% en masa de circonio.
El tratamiento se efectúa mediante la adición del inoculante en la cuchara de función, antes de rellenar el molde. La cantidad de carbono equivalente de la fundición (Ceq) es del 4,32%.
El magnesio residual de la fundición es de 400 milésimas.
La fundición se vierte a continuación en un molde de tipo BCIRA.
Con un grosor de 6 mm, la fundición tratada presenta las características siguientes:
- Estructura de la matriz: 45% de perlita, 50% de ferrita, 5% de cementita
- Número de nódulos por mm2: 505
- Grafito de tipo VI: 59%
- Nodularidad media: 87%
- Diámetro medio: 18,9 micrómetros
Así, se observa que, para obtener sustancialmente los mismos resultados, sería necesario aumentar ampliamente las cantidades de los componentes inoculantes e introducir circonio, con respecto a un inoculante que tiene una estructura según la invención.
Ejemplo 5: inoculante según la técnica anterior
Tratamiento de un baño de fundición de grafito laminar al 0,3% en peso con un producto de base FeSi 75 con Al = 1,0% en peso y Ca = 1,5% en peso.
El tratamiento se efectúa mediante la adición del inoculante en la cuchara de fundición, antes de llenar el molde. La cantidad de carbono equivalente de la fundición (Ceq) es del 4,3%.
La fundición se vierte en un molde BCIRA.
Con el grosor de 6 mm, la fundición presenta las características siguientes:
- Número de células eutécticas/mm2: 0,2
- un 40% de cementita
Ejemplo 6: inoculante según la invención
Tratamiento de un baño de fundición de grafito laminar al 0,3% en masa con un producto constituido:
- por una aleación de soporte: FeSi 75 con Al = 1,0% en masa y Ca = 1,5% en masa.
- por partículas en superficie: un 5% en masa de partículas de sulfato de bario BaSO4 de tamaño <100 pm - Aglutinante: un 5% en masa de una solución acuosa de cemento
- Depósito de las partículas de superficie por pegado realizado por fluidización a 100°C.
El tratamiento se efectúa mediante la adición del inoculante en la cuchara de fundición, antes de llenar el molde. La cantidad de carbono equivalente de la fundición (Ceq) es del 4,3%.
La fundición se vierte en un molde BCIRA.
Con el grosor de 6 mm, la fundición presenta las características siguientes:
- Número de células eutécticas por mm2: 2
- Sin cementita
Ejemplo 7: inoculante según la técnica anterior
Tratamiento de un baño de fundición de grafito laminar al 0,3% en masa con un producto base FeSi75 con FeSi 75 con Al = 1,0% en masa, Ca = 1,5% en masa y Zr = 1,5% en masa.
El tratamiento se efectúa mediante la adición del inoculante en la cuchara de fundición, antes de llenar el molde. La cantidad de carbono equivalente de la fundición (Ceq) es del 4,3%.
La fundición se vierte en un molde BCIRA.
Con el grosor de 6 mm, la fundición presenta las características siguientes:
- Número de células eutécticas por mm2: 1,5.
- un 5% de cementita
Ejemplo 8: Piezas de grosores diferentes - inoculante según la invención
Tratamiento de un baño de fundición de grafito esferoidal al 0,3% en masa con un producto constituido:
- por una aleación de soporte: FeSi 75 con Al = 1,0% en masa y Ca = 1,0% en masa
- por partículas en superficie: un 5% de una mezcla de polvos de aluminio (tamaño <75 |jm) y de CaSi (tamaño <75 jm )
- Aglutinante: un 2% en masa de una solución acuosa de PVP
- Depósito de las partículas de superficie por pegado realizado por fluidización a 100°C.
El tratamiento se efectúa mediante la adición del inoculante al chorro cuando tiene lugar el llenado del molde. La cantidad de carbono equivalente de la fundición (Ceq) es del 4,32%.
La fundición se vierte a continuación en un molde para fabricar una pieza que tiene unos grosores diferentes: 4 mm y 25 mm.
En la pieza colada, en la parte de grosor de 4 mm, la fundición presenta las características siguientes:
- Número de nódulos /mm2: 502
- Diámetro medio: 17jm
- Grafito de tipo VI: 85%
- Nodularidad: 98%
- Cementita: 0%
- Ferrita: 48%
- Perlita: 52%
En la pieza colada, en la parte de grosor de 25 mm, la fundición presenta las características siguientes:
- Número de nódulos /mm2: 250
- Diámetro medio: 23 jm
- Grafito de tipo VI: 87%
- Nodularidad: 98,5%
- Cementita: 0%
- Ferrita: 50%
- Perlita: 50%
Ejemplo 9: Piezas de grosores diferentes - inoculante según la técnica anterior
Tratamiento de un baño de fundición de grafito esferoidal al 0,3% en masa con una aleación FeSi75 obtenida de manera clásica, que contiene un 1,0% de Al, un 1,0% de Ca y un 1,5% de Zr.
El tratamiento se efectúa mediante la adición del inoculante al chorro cuando tiene lugar el llenado del molde. La cantidad de carbono equivalente de la fundición (Ceq) es del 4,31%.
La fundición se vierte a en un molde para fabricar una pieza que tiene unos grosores diferentes: 4 mm y 25 mm. En la pieza colada, en la parte de grosor de 4 mm, la fundición presenta las características siguientes:
- Número de nódulos /mm2: 350.
- Diámetro medio: 19 jm
- Grafito de tipo VI: 70%
- Nodularidad: 95%
- Cementita: 30%
- Ferrita: 40%
- Perlita: 30%
En la pieza colada, en la parte de grosor de 25 mm, la fundición presenta las características siguientes:
- Número de nódulos /mm2: 150.
- Diámetro medio: 25 jm
- Grafito de tipo VI: 73%
- Nodularidad: 95,5%
- Cementita: 0%
- Ferrita: 50%
- Perlita: 50%
Así, se observa que es posible, con el inoculante según la invención, inocular eficazmente las diferentes partes de una pieza de diferentes grosores, mientras que es difícil de conseguir con un inoculante fabricado según la técnica anterior.
Ejemplo 10: Piezas de gran grosor - inoculante según la invención
Tratamiento de un baño de fundición de grafito esferoidal al 0,3% en masa con un producto constituido:
- por una aleación de soporte: FeSi75 con Al = 1,0% en masa y Ca = 1,0% en masa
- por partículas de superficie: un 5% de una mezcla de polvos de aluminio (tamaño <75 |jm) y de CaSi (tamaño <75 jm )
- Aglutinante: un 10% en masa de una solución acuosa de cemento
- Depósito de las partículas de superficie por pegado realizado por fluidización a 100°C.
El tratamiento se efectúa mediante la adición del inoculante en la cubeta de colada cuando tiene lugar el llenado del molde.
La cantidad de carbono equivalente de la fundición (Ceq) es del 4,33%.
La fundición se vierte a continuación en un molde para fabricar una pieza de gran grosor (170 mm).
En la pieza colada de grosor de 170 mm, en el centro de la pieza, la fundición presenta las características siguientes:
- Número de nódulos /mm2: 160
- Grafito de tipo VI: 65%
- Diámetro medio: 25 jm
- Nodularidad: 99,2%
- Cementita: 0%
- Ferrita: 50%
- Perlita: 50%
Ejemplo 11: Piezas de gran grosor -inoculante según la técnica anterior
Tratamiento de un baño de fundición de grafito esferoidal al 0,3% en masa con una aleación FeSi75 obtenida de manera convencional, que contiene un 1,0% de Bi, y un 0,6% de tierras raras.
El tratamiento se efectúa mediante la adición del inoculante en la cubeta de colada cuando tiene lugar el llenado del molde.
La cantidad de carbono equivalente de la fundición (Ceq) es del 4,31%.
La fundición se vierte a continuación en un molde para fabricar una pieza de gran grosor: 170 mm.
En la pieza colada, en el centro de la pieza de grosor de 170 mm, la fundición presenta las características siguientes:
- Número de nódulos /mm2: 155.
- Diámetro medio: 22 jm
- Grafito de tipo VI: 50%
- Nodularidad: 85%
- Cementita: 0%
- Ferrita: 52%
- Perlita: 48%
Así, se observa que es posible, con el inoculante según la invención, inocular eficazmente unas piezas de grandes grosores, conservando al mismo tiempo una buena nodularidad del grafito.
Claims (9)
1. Inoculante en partículas en polvo para el tratamiento de la fundición en fase líquida, caracterizado por que comprende
por un lado, unas partículas de soporte que son de un material fusible en la fundición líquida que favorece la asociación del carbono con el hierro en forma de grafito, y que comprende por lo menos una aleación de ferrosilicio, aluminio y calcio, en la que el silicio está presente en un contenido de por lo menos un 40% en masa con respecto a la masa de dichas partículas de soporte, y el aluminio y el calcio están presentes, en forma de aleación, cada uno en un contenido del 0,2 al 5% en masa con respecto a la masa de dichas partículas de soporte, y
por otro lado, unas partículas de superficie que son de un material que favorece la germinación y el crecimiento del grafito, seleccionado, individualmente o en mezcla, de entre unos elementos metálicos, unos siliciuros, unos óxidos, unos sulfuros metálicos, unos sulfatos y negro de carbono, siendo el material de las partículas de superficie diferente del material de las partículas de soporte, estando dichas partículas de superficie dispuestas y distribuidas de manera discontinua en la superficie de las partículas de soporte, presentando las partículas de superficie una granulometría inferior a la de las partículas de soporte y tal que su d50 es inferior o igual a una décima parte del d50 de las partículas de soporte.
2. Inoculante según la reivindicación 1, caracterizado por que el material de las partículas de superficie se selecciona de entre el aluminio, el bismuto, el manganeso, los siliciuros de hierro, de tierras raras y de calcio, los óxidos de aluminio, de calcio, de silicio y de bario, los sulfuros de hierro, de calcio y de tierras raras y el sulfato de bario.
3. Inoculante según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la proporción de las partículas de superficie está comprendida entre el 1 y el 8% en masa con respecto a la masa de inoculante.
4. Inoculante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que, hasta la introducción en la fundición, las partículas de superficie ocupan entre el 80 y el 90% de la superficie de las partículas de soporte.
5. Inoculante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que las partículas de superficie están incrustadas en la superficie de las partículas de soporte.
6. Inoculante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que las partículas de superficie están pegadas por medio de un aglutinante en la superficie de las partículas de soporte.
7. Procedimiento de fabricación de un inoculante para el tratamiento de la fundición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende las etapas siguientes:
se dispone
de partículas de soporte que son de un material fusible en la fundición líquida que favorece la asociación de carbono con el hierro en forma de grafito, y que comprenden por lo menos una aleación de ferrosilicio, aluminio y calcio, en la que el silicio está presente en un contenido de por lo menos un 40% en masa con respecto a la masa de dichas partículas de soporte, y el aluminio y el calcio están presentes, en forma de aleación, cada uno en un contenido del 0,2 al 5% en masa con respecto a la masa de dichas partículas de soporte, presentando dichas partículas de soporte una granulometría que varía de 0,2 a 7 mm, por un lado, y
de partículas de superficie que son de un material que favorece la germinación y el crecimiento del grafito, seleccionado, individualmente o en mezcla, de entre unos elementos metálicos, tales como aluminio, bismuto y manganeso, unos siliciuros, en particular hierro, tierras raras y calcio, unos óxidos, tales como óxidos de aluminio, de calcio, de silicio o de bario, unos sulfuros metálicos, en particular de hierro, calcio, y tierras raras, unos sulfatos, en particular de bario, y negro de carbono, siendo el material de las partículas de superficie diferente del material de las partículas de soporte, presentando dichas partículas de superficie una granulometría inferior a la de las partículas de soporte y tal que su d50 es inferior o igual a una décima parte del d50 de las partículas de soporte, por otro lado, y
se mezclan, en seco, las partículas de soporte y las partículas de superficie, a gran velocidad, por ejemplo de 1000 a 1500 rpm, para obtener un depósito por incrustación de las partículas de superficie en la superficie de las partículas de soporte, según una distribución discontinua.
8. Procedimiento de fabricación de un inoculante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende las etapas siguientes:
se dispone
de partículas de soporte que son de un material fusible en la fundición líquida que favorece la asociación de carbono con el hierro en forma de grafito, y que comprenden por lo menos una aleación de ferrosilicio, aluminio y calcio, en la que el silicio está presente en un contenido de por lo menos un 40% en masa con respecto a la masa de dichas partículas de soporte, y el aluminio y el calcio están presentes, en forma de aleación, cada uno en un contenido del 0,2 al 5% en masa con respecto a la masa de dichas partículas de soporte, presentando dichas partículas de soporte una granulometría que varía de 0,2 a 7 mm, y de partículas de superficie que son de un material que favorece la germinación y el crecimiento del grafito, seleccionado, individualmente o en mezcla, de entre unos elementos metálicos, tales como aluminio, bismuto y manganeso, unos siliciuros, en particular hierro, tierras raras y calcio, unos óxidos, tales como óxidos de aluminio, de calcio, de silicio o de bario, unos sulfuros metálicos, en particular de hierro, calcio, y tierras raras, unos sulfatos, en particular de bario, y negro de carbono, siendo el material de las partículas de superficie diferente del material de las partículas de soporte, presentando dichas partículas de superficie una granulometría inferior a la de las partículas de soporte y tal que su d50 es inferior o igual a una décima parte del d50 de las partículas de soporte, y
de un aglutinante en un disolvente,
se mezclan las partículas de soporte, las partículas de superficie y el aglutinante, y
se elimina el disolvente del aglutinante, por ejemplo por evaporación.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por que el aglutinante se selecciona de entre los aglutinantes orgánicos y polímeros, y en particular de entre el alcohol polivinílico (APV), la celulosa (CMC), la polivinilpirrolidona (PVP) y el cemento.
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