Centro de Investigación Metalúrgica

  • 25 de noviembre de 2020

Nueva tecnología para el control de la fabricación industrial de componentes de hierro de grafito compacto (CGI)

El nuevo desarrollo del Centro de Investigación Metalúrgica AZTERLAN correlaciona los diversos factores que intervienen en la formación del grafito compacto (CGI) basándose en el análisis térmico y aporta un significativo impulso a la producción industrial de la fundición de grafito compacto.

El hierro de grafito compacto o grafito vermicular, también conocido como CGI por sus siglas en inglés (Compact Graphite Iron), es un material que cuenta con interesantes propiedades mecánicas, de conductividad térmica y de amortiguación de vibraciones, que se posiciona entre las características que ofrece la fundición de grafito laminar y la de grafito esferoidal. 

Estas cualidades lo hacen especialmente atractivo para aplicaciones que requieren de una elevada conductividad térmica, a las que actualmente se está dando respuesta desde la fundición gris. El grafito compacto presenta unas propiedades mecánicas más elevadas, lo cual facilita la optimización de diseños y la aplicación de estrategias de reducción de peso de los componentes. Un factor absolutamente determinante, entre otros, para el sector de automoción.

Sin embargo, a pesar de estas buenas prestaciones, su complicado y poco estable proceso productivo sigue limitando el salto definitivo del CGI a su fabricación industrial.

En palabras del investigador de AZTERLAN Urko de la Torre, “las características de este material se fundamentan en la forma compacta que toman los grafitos, una forma intermedia entre los esferoides aislados de la fundición dúctil y las láminas interconectadas de la fundición gris. Esta morfología aumenta la conductividad térmica y la capacidad de amortiguación de vibraciones respecto a la fundición dúctil y, al mismo tiempo, al no ser una estructura interconectada, presenta propiedades mecánicas más elevadas que la fundición gris. En consecuencia, es un material prometedor para su uso en distintas aplicaciones de alto rendimiento”.

Para conseguir este tipo de morfología grafítica, la metodología convencional aplicada por la fundición consiste en añadir al metal líquido una aleación esferoidizante en menor cantidad que la utilizada en fundición dúctil. Sin embargo, este paso no es en sí mismo suficiente para asegurar una correcta formación grafítica, pues también intervienen en su formación otros aspectos del proceso como la velocidad de enfriamiento (definida por la geometría de la pieza y el módulo térmico en sus diferentes zonas), el contenido de azufre y de oxígeno del metal base y su composición química elemental (por ejemplo, el contenido de titanio, que es un elemento que promueve la formación de grafito compacto).

Con el fin de superar estas limitaciones y robustecer el proceso, el Centro Tecnológico AZTERLAN ha desarrollado una metodología basada en análisis térmico, que permite prever el índice de nodularidad y la formación de grafito compacto en tiempo real. “El sistema que hemos desarrollado permite asegurar en menos de 3 minutos que la formación de grafito es la deseada. Para conseguirlo, nos apoyamos en el sistema de análisis térmico Thermolan® y tenemos en cuenta tanto las propiedades del metal líquido, a través de su curva de solidificación, como las características geométricas de la pieza para su posterior extrapolación de resultados a la referencia que se esté fabricando en cada momento”.

Este nuevo desarrollo aporta un significativo impulso a la producción industrial de la fundición de grafito compacto. “Hemos conseguido superar la importante incertidumbre y variabilidad que hasta ahora rodeaban a la producción de CGI. Con este nuevo y económico sistema de control, podemos asegurar, de forma sistemática y a pie de línea, que el metal cuenta con las características deseadas y, en caso contrario, dotar a la fundición de una capacidad de reacción en tiempo real. Gracias a ello, esperamos abrir las puertas a nuevas aplicaciones y desarrollos para este prometedor material”.

Thermolan CGI

Control en tiempo real de la formación de grafito compacto (CGI) mediante Thermolan®

Thermolan®, análisis térmico para asegurar la calidad de la fundición de hierro

Thermolan® es el sistema predictivo de la calidad metalúrgica para fundición esferoidal, laminar y de grafito compacto desarrollado por el Centro de Investigación Metalúrgica AZTERLAN y la empresa desarrolladora de Soluciones Tecnológicas para procesos de transformación metálica VEIGALAN.

Correlacionando el análisis de las curvas de enfriamiento y sus temperaturas determinantes, así como la forma que adquiere desde el principio hasta el final de la solidificación, el sistema permite determinar el efecto de las materias primas, la composición química o la inoculación, entre otros aspectos, sobre el metal base y cómo afecta a la generación de grafito. Además de predecir la calidad metalúrgica de cada colada, Thermolan® también propone acciones correctivas para mejorarla en tiempo real.