Estudio y caracterización del efecto del Cu, del Mn y del Si en las transformaciones de fase en estado sólido de las fundiciones esferoidales eutécticas

Abstract

En esta tesis se organizaron una serie de estudios que fueron abordados experimen- talmente y mediante cálculos termodinámicos con el fin de explicar el modo en que los aleantes actúan sobre las transformaciones en estado sólido; y; consecuentemente en los porcentajes de microconstituyentes presentes en la matriz de las fundiciones nodulares en condiciones as-Cast. En lo que concierne al primer aspecto; se efectuaron microanálisis sobre muestras de tres composiciones distintas mediante el uso de diversas técnicas experimentales -microsonda de electrones; microscopía electrónica de barrido y de transmisión- en razón de la resolución requerida en cada caso. Estos se concretaron sobre muestras as-Cast y sobre otras sometidas a enfriamientos continuos a diferen- tes velocidades -calorimetría diferencial de barrido- y a enfriamientos interrumpidos -dilatometría-. En el segundo; se calcularon distintos diagramas multicomponentes ba- jo condiciones de equilibrio (equilibrio local con y sin partición) y de paraequilibrio; utilizando el software Thermocalc y la base de datos TCFE8. Los resultados experi- mentales fueron integrados con los cálculos termodinámicos; para lo cual fue necesario su postproceso y la construcción de diagramas pseudobinarios (isopletas e isotermas). Como resultado; pudo avanzarse en la comprensión del efecto de las microsegrega- ciones de Cu; Mn y Si sobre la transformación de la austenita en las FGE. Particu- larmente pudo vincularse la transición local entre los sistemas estable y metaestable; y la extensión de los halos de ferrita en la matriz; y explicar las distintas extensiones de los halos en función de la concentración de aleantes. Asimismo; estas microsegre- gaciones pudieron relacionarse con la posibilidad de que la ferrita pueda nuclear tan pronto se alcanza el límite superior del intercrítico eutectoide estable; favorecida por las altas concentraciones de Si alrededor de los nódulos, y justificarse la presencia de ferrita creciendo en forma aislada en la matriz de FGE con alto contenido de aleantes. Pudo verificarse que el avance de la transformación ferrítica a velocidades típicas de colada ocurre bajo un modo de paraequilibrio, dejando en claro las limitaciones que conlleva estudiar este fenómeno utilizando diagramas de equilibrio y contemplando la composición nominal de la aleación. Se comprendió el efecto conjunto del Mn y el Cu como elementos perlitizantes, en base a su impacto sobre las temperaturas críticas y a su partición entre las láminas de ferrita y cementita de la perlita. En las FGE con alto contenido de Cu, se hallaron precipitados nanométricos en la ferrita y rodeando a las láminas de cementita, que explican el detrimento en algunas de las propiedades mecánicas de las FGE perlíticas. La investigación realizada supone un avance en la comprensión del efecto de los aleantes en las transformaciones en estado sólido en las FGE. Se demuestra la im- portancia de combinar herramientas experimentales y de cálculo termodinámico para explicar el efecto de los aleantes en las microestructuras que resultan de la solidificación de estas fundiciones.