The properties of silicon alloyed ferritic ductile irons

Propiedades de las fundiciones dúctiles ferríticas aleadas con silicio

En este trabajo se analizó la influencia del contenido de silicio de 3,1 a 5,4 % en peso en las propiedades de tracción, la dureza y la energía de impacto de la fundición dúctil ferrítica. Se comprobó que el silicio refuerza la ferrita, lo que se traduce en un aumento del límite elástico y de la resistencia a la tracción con el aumento del contenido de silicio hasta el 4,22 % en peso. El alargamiento y la energía de impacto disminuyen y la dureza aumenta con el aumento del contenido de silicio. Dado que las fundiciones dúctiles ferríticas aleadas y reforzadas con silicio presentan una relación R_p0,2/R_m más elevada y un alargamiento mayor que las fundiciones dúctiles ferríticas, ferríticas/perlíticas y perlíticas convencionales al mismo nivel de resistencia a la tracción, cabe esperar un aumento de la demanda de estos materiales en aplicaciones en las que no se requiera una alta resistencia a la carga de impacto ni propiedades de impacto a baja temperatura.

INTRODUCCIÓN

Las propiedades de la fundición dúctil dependen principalmente de su microestructura [1, 2]. La microestructura de una fundición dúctil convencional en estado bruto se compone de nódulos de grafito rodeados por una matriz metálica ferrítica y/o perlítica.

La proporción de ferrita y perlita en la matriz metálica afecta significativamente a las propiedades mecánicas de la fundición dúctil. En general, la fundición dúctil con matriz metálica ferrítica presenta menor límite elástico y resistencia a la tracción, pero mayor alargamiento y tenacidad. La matriz metálica perlítica tiene el efecto contrario.

La composición química influye mucho en la morfología del grafito y en la estructura de la matriz metálica [1, 3 - 9]. El silicio es un elemento grafitizante y favorece la ferrita. Las fundiciones dúctiles convencionales contienen de 2 a 3 % en peso de Si. Además, el silicio es un elemento eficaz para reforzar la ferrita [1, 10, 11]. Este efecto aumenta progresivamente con el incremento del contenido de silicio.

Los átomos de silicio sustituyen a los átomos de hierro en la red cristalina del hierro y forman una solución sólida sustitutiva [12]. Debido a la diferencia de tamaño entre los átomos de hierro y los de silicio, la red cristalina se distorsiona. El movimiento de las dislocaciones a través de dicho material está restringido y no se produce deformación plástica [13, 14]. Se necesita un mayor nivel de tensión para permitir que las dislocaciones vuelvan a moverse. Es obvio que la resistencia de la ferrita aumenta con el incremento del contenido de silicio.

Sin embargo, la fragilidad aumenta al mismo tiempo, lo que significa que existe un límite superior de contenido de silicio.