División Metalurgia - INTEMAUniversidad Nacional de Mar del Plata-CONICET

Desarrollo de componentes mecánicos de altaresistencia mediante fusión y colado – Aplicación de

Fundición de Grafito Esferoidal Austemperizada(ADI), y de Aceros Bainíticos Libres de Carburos

Encuentro en CIDETER – 1 de Septiembre de 2016

Dr. Ing. Juan MASSONEProfesor Titular (DE) UNMdPInv. Independiente CONICET

Dr. Ing. Roberto BOERIProfesor Titular (DE) UNMdP

Inv. Principal CONICET

INTEMAInstituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales

o Dependiente de UNMdP y de CONICET

o >200 investigadores, profesionales de apoyo, técnicos y becarios deinvestigación.

o Nuevo edificio de 12.000 m2

o Grupos de investigación y desarrollo especializados en diversosmateriales y su comportamiento en servicio.

o Polímeros, Materiales compuestos de matriz polimérica, cerámicos,degradación de materiales, mecánica de materiales, metales.

o Activo plan de vinculación con el sector industrial.

DIVISION METALURGIA INTEMA

– Más de 30 años de experiencia enciencia y tecnología de fundiciones dehierro y otras aleaciones ferrosas.

– Grupo de Investigación: 10Investigadores, 4 profesionales deapoyo, 5 becarios doctorales, 3 técnicos.

– Proyectos de investigación básica yaplicada en metales ferrosos colados.

– Desarrollo y transferencia de tecnologíapara el sector productivo.

Problema

Desarrollode componentes mecánicos de alta resistencia mediante fusióny colado – Aplicación de Fundición de Grafito Esferoidal Austemperizada (ADI),

y de Aceros Bainíticos Libres de Carburos

• Las industrias metalmecánicas medianas ypequeñas a menudo requieren laproducción de partes metálicas en serieschicas.

• Suelen utilizarse tecnologías deproducción relativamente costosas, comomecanizado y ensamble por soldadura,forja, etc.

• Como resultado, en muchos casos seproducen partes a costos altos y conformas y/o pesos no optimizados para elservicio propuesto.

Potenciales Mejoras

La producción de partes metálicas por moldeo puede proveer una rutaventajosa tanto en lo técnico y como en lo económico.

Factores favorables:

• Se han desarrollado aleaciones coladas base Fe (fundiciones y aceros) demuy alta resistencia mecánica que pueden competir con aceros aleadosconvencionales templados y revenidos.

• Las tecnologías de diseño mecánico empleando herramientascomputacionales generan representaciones 3D de las partes, que pueden serrápidamente convertidas en modelos para la preparación de moldes(impresoras 3D).

• Existen herramientas computacionales de diseño de moldes y sistemas dealimentación que permiten un desarrollo optimizado, minimizando los tiemposy costos del proceso y reduciendo la presencia de defectos en las piezas.

• Existen numerosas fundiciones en el país con capacidad para proveer elmaterial base para la producción de partes de alta resistencia.

Fundición de Grafito EsferoidalAustemperizada (ADI) – Qué es?

- Fundición de grafito esferoidal de buena calidadmetalúrgica y adecuada composición química. Muchasfundiciones del país pueden producirla.

- Sometida a un tratamiento térmico de austemperizado.Tecnología conocida en la que INTEMA cuenta conamplia experiencia.

- Alcanza excelentes propiedades mecánicas dentro deun rango amplio, abarcando desde alta resistencia ybuena tenacidad hasta alta dureza y resistencia aldesgaste.

PORQUE UTILIZAR ADI?

Superior combinaciónde propiedades mecánicascon respecto a otras FE y en elrango de los aceros aleadostemplados y revenidos.

Obtención de partes conformas complejasdirectamente por colada

Propiedades mecánicas de las ADI: dependen de losparámetros utilizados durante el TT de austemperizado

T≈ 400ºC

T≈ 260ºC

Princ. T austemp.

Con un mismo material de base (aleación) pueden obtenerse distintos gradosmediante la realización de austemperizados a distinta temperatura.

ADIResistencia a la rotura:

Propiedades a la fatiga

superiores a FE con otrasmicroestructuras

presentan mejorespropiedades

que algunos aceros

Comparable con ACEROde alta resistencia

Tenacidad a la fractura similares a ACEROS de alta res.

PROPIEDADES MECANICAS DE LAS ADI COMPITEN CON LASENCONTRADAS EN ACEROS DE ALTA RESISTENCIA

Tradicionalmente piezas de acero se obtienen por forjado,mecanizado o por ensamble de partes soldadas.Piezas de ADI OBTENCION A TRAVES DE PROCESOS DEFUSION Y COLADO

Propiedades tribológicas: comportamiento satisfactorio antediversos mecanismos de desgaste: FCR, adhesión, abrasión.

- Avance en prop de materiales- Uso de software de simulación desolidificación- Desarrollos de nuevas técnicas defusión y colado

Piezas con notables propmecánicas

Acero Bainítico Libre de Carburos– Qué es?

- Acero de baja aleación y alto Silicio- Sometido a un tratamiento térmico de

austemperizado adquiere unamicroestructura particular.

- Alcanza extraordinarias propiedadesmecánicas

- Los desarrollos actuales están mayormenteenfocados en aceros laminados.

Aceros Bainíticos Libres deCarburos (ABLC)

ABLC

Propiedades de ABLC

Muy alta resistencia, que se acerca a la de losaceros de muy alta resistencia avanzados,como el acero maraging, pero a un costomucho menor (20 a 30 veces)

UTS del orden de 1700 MPa con >12%alargamiento. Muy alta tenacidad!

Desarrollos recientes reportan UTS = 2500MPa

ABLC – Interés de INTEMA

Investigar la producción de piezas deABLC mediante fusión y colado.

Proyecto PICT en desarrollo. Se diseñaron y probaron aleaciones

específicas. Se han alcanzado valores de

UTS>1700MPa con alargamientos a larotura superiores al 10% en aceroscolados

VENTAJAS PRODUCTIVAS DE LOS PROCESOS DE COLADO:- Versatilidad en la cantidad de piezas a fabricar

- Conversión de componentes multiparte a piezas únicas.

Ejemplo de reemplazo de ensamble soldado por ADI

- Obtención de partes con geometría y tamaño cercanas alas finales

- Posibilidad de fabricar piezas dentro un amplio espectro detamaños

- Flexibilidad en el diseño

- Fabricación a partir de insumos y tecnologías existentes enel país

Menores costos de producción y aumento deproductividad respecto a otros procesos de

fabricación

Aplicaciones de ADI

Industria automotriz

EngranajesPartes dediferenciales

Aplicaciones de las ADI en implementos agrícolas:

Componentes de transmisión y suspensión

Componentes relacionados con labranza de suelos

Algunas Piezas de ADI desarrolladas en INTEMA

Punta de eje

Levas yengranajes

Bielashuecas para

motores

Aplicaciones de CADI

Industria minera y agrícola

CADI (CARBIDIC ADI)FE AUSTEMPERIZADAS CON CARBUROS LIBRES (CADI, CARBIDIC AUSTEMPERED DUCTILE IRON)

- Placas de desgaste- Puntas de arado- Martillos- Elementos de molienda

CADI FE con carburos libres en sumicroestructura

elevada resistencia al desgasteabrasivo.

Piezas de CADI desarrolladas en el INTEMA

FE AUSTEMPERIZADAS CON CARBUROS LIBRES (CADI, CARBIDIC AUSTEMPERED DUCTILE IRON)

Segmentos de protecciónpara balde de palacargadora frontal

Tornillos para extrusora dealimento balanceado

Baldosas de protección detolva de minerales de hierro

Fundición fabricación (colado) de piezasPlanta de tratamientos térmicosOperaciones de terminación (mecanizado)

Sin embargo, primeramente:

ESTUDIO DEL DESARROLLO DE LAS PARTES Realizarestudio de factibilidad de producción de piezas, fabricaciónde piezas prototipo y prueba en campo de partes

- INTEMA sólida experiencia en trabajos de desarrollo ytransferencia de tecnología con empresas nacionales (másde 200 trabajos y convenios realizados)

QUE NECESITO PARA PRODUCIR UNA PIEZA DE ADI?

KNOW HOW

Secuencia de desarrollo (INTEMA):

Estudio de solicitaciones mecánicas, tribológicas

Diseño de la pieza a ser producida por colado

Elección del grado de ADI para fabricación del componente

BIELA

Construcción de modelos y moldes

Desarrollo de modelo y sistema de alimentación

Secuencia de desarrollo (INTEMA):

Colado de piezas prototipos

Operaciones de terminación

Tratamiento térmico de austemperizado.

Prueba en campo de las piezas prototipos

Secuencia de desarrollo (INTEMA):

Instalaciones en el INTEMA:

Laboratorio de fusión y colado

Laboratorio deTratamientos térmicos

Instalaciones en el INTEMA:

Laboratorio de MetalografíaÓptica y ElectrónicaAnálisis de Imágenes

Laboratorio deEnsayos mecánicos

• Tracción• Impacto• Dureza• Fatiga• Fractotenacidad

Instalaciones en el INTEMA:

Laboratorio de Metrología

Taller de mecanizado

Interés de la DMI Gran interés en el desarrollo de

prototipos para su prueba en servicio.

Proyecto PICT que colabora fuertementecon la provisión de personal para eldesarrollo del Know-How.

PROPONGA UN DESARROLLO!

Contacto:Teléfono: 0223-2816600 – ext 188

Mail: boeri@fi.mdp.edu.armassonej@fi.mdp.edu.ar

MUCHAS GRACIAS

Dr Ing J.Massone - Dr. Ing Roberto BoeriEncuentro en CIDETER – 1 de Septiembre de 2016