El hierro dúctil , también conocido como hierro dúctil fundido , hierro fundido nodular , fundición de grafito esferoidal , grafito esferoidal de hierro fundido [1] y hierro SG , es un tipo de grafito rica en hierro fundido descubierto en 1943 por Keith Millis . [2] Si bien la mayoría de las variedades de hierro fundido son débiles en tensión y frágiles , el hierro dúctil tiene mucha más resistencia al impacto y la fatiga, debido a sus inclusiones de grafito nodular .
El 25 de octubre de 1949, Keith Dwight Millis, Albert Paul Gagnebin y Norman Boden Pilling recibieron la patente estadounidense 2.485.760 sobre una aleación de hierro fundido para la producción de hierro dúctil mediante tratamiento con magnesio. [3] Augustus F. Meehan recibió una patente en enero de 1931 para inocular hierro con siliciuro de calcio para producir hierro dúctil, posteriormente licenciado como Meehanite , todavía producido en 2017.
Metalurgia
El hierro dúctil no es un material único sino parte de un grupo de materiales que pueden producirse con una amplia gama de propiedades mediante el control de su microestructura. La característica definitoria común de este grupo de materiales es la forma del grafito. En los hierros dúctiles, el grafito se presenta en forma de nódulos en lugar de escamas como en el hierro gris . Mientras que las escamas de grafito afiladas crean puntos de concentración de tensión dentro de la matriz de metal, los nódulos redondeados inhiben la creación de grietas, proporcionando así la ductilidad mejorada que da nombre a la aleación. [5] La formación de nódulos se logra agregando elementos nodulizantes , más comúnmente magnesio (el magnesio hierve a 1100 ° C y el hierro se derrite a 1500 ° C) y, con menos frecuencia ahora, cerio (generalmente en forma de mischmetal ). [6] También se ha utilizado telurio . El itrio , a menudo un componente del mischmetal , también se ha estudiado como posible nodulizador .
El hierro dúctil austemperado (ADI; es decir, austenizado templado [7] ) se descubrió en la década de 1950, pero se comercializó y alcanzó el éxito solo algunos años después. En ADI, la estructura metalúrgica se manipula mediante un sofisticado proceso de tratamiento térmico.
Composición
Fe | C | Si | Ni | Minnesota | Mg | Cr | PAG | Cu |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Equilibrio | 3,0–3,7 | 1.2–2.3 | 1.0 | 0,25 | 0,07 | 0,07 | 0,03 | 0,1 |
Otras composiciones de hierro dúctil a menudo también tienen una pequeña cantidad de azufre.
- Carbono , 3.2–3.60%
- Silicio , 2,2-2,8%
- Manganeso , 0,1-0,2%
- Magnesio , 0.03–0.04%
- Fósforo , 0,005 a 0,04%
- Azufre , 0,005 a 0,02%
- Cobre , <0,40%
- Hierro , equilibrio
Se pueden agregar elementos como cobre o estaño para aumentar la resistencia a la tracción y el límite elástico al mismo tiempo que se reduce la ductilidad. Se puede lograr una resistencia a la corrosión mejorada reemplazando del 15 al 30% del hierro en la aleación con cantidades variables de níquel , cobre o cromo .
El silicio como elemento de formación de grafito se puede reemplazar parcialmente por aluminio para proporcionar una mejor protección contra la oxidación. [9]
Aplicaciones
Gran parte de la producción anual de hierro dúctil se realiza en forma de tubería de hierro dúctil , que se utiliza para tuberías de agua y alcantarillado. Compite con materiales poliméricos como PVC , HDPE , LDPE y polipropileno , que son todos mucho más ligeros que el acero o el hierro dúctil; al ser más suaves y débiles, requieren protección contra daños físicos.
El hierro dúctil es especialmente útil en muchos componentes de automoción, donde la resistencia debe superar a la del aluminio, pero el acero no es necesariamente necesario. Otras aplicaciones industriales importantes incluyen camiones diésel para todo terreno, camiones de clase 8 , tractores agrícolas y bombas para pozos de petróleo. En la industria de la energía eólica, el hierro fundido nodular se utiliza para cubos y piezas estructurales como bastidores de máquinas. El hierro fundido nodular es adecuado para formas grandes y complejas y cargas elevadas (de fatiga).
El hierro SG se utiliza en muchas arpas de piano de cola (las placas de hierro a las que se unen las cuerdas de piano de alta tensión).
Ver también
- Hierro maleable
Referencias
- ^ Smith y Hashemi , 2006 , p. 432.
- ^ "Modern Casting, Inc" . Archivado desde el original el 14 de diciembre de 2004 . Consultado el 1 de enero de 2005 .
- ^ Patente estadounidense 2485760 , Keith Millis, "Aleación ferrosa fundida", emitida el 25 de octubre de 1949
- ^ Yaqub, Ejaz; Arshad, Rizwan (2009). "Tecnología del Taller ME-140 - Diapositiva 25" (imágenes) . Universidad del Aire . Consultado el 30 de octubre de 2011 .
- ^ http://www.ductile.org/didata/Section2/2intro.htm
- ^ Gillespie, LaRoux K. (1988), Solución de problemas de procesos de fabricación (4ª ed.), SME, p. 4, ISBN 978-0-87263-326-1.
- ^ "ADI el Material" . ADI Treatments Ltd. Archivado desde el original el 26 de octubre de 2010 . Consultado el 24 de enero de 2010 .
- ^ ASTM International. A874 / A874M-98 (2018) e1 Especificación estándar para piezas de fundición de hierro dúctil ferrítico adecuadas para servicio a baja temperatura . West Conshohocken, PA; ASTM International, 2018. doi: https://doi-org.ezpxy-web-p-u01.wpi.edu/10.1520/A0874_A0874M-98R18E01
- ^ Aluminio ADI
Bibliografía
- Smith, William F .; Hashemi, Javad (2006), Fundamentos de la ciencia y la ingeniería de los materiales (4a ed.), McGraw-Hill, ISBN 0-07-295358-6.
- Erfanian-Naziftoosi, Hamid Reza (2012), El efecto del tiempo de tratamiento térmico isotérmico en la microestructura y propiedades del 2,11% de hierro dúctil austemperado , 21 , Journal of Materials Engineering and Performance, págs. 1785-1792.
enlaces externos
- Sociedad del hierro dúctil
- Asociación de Investigación de Tubos de Hierro Dúctil