Uso del análisis térmico para la predicción de la porosidad en hierro con grafito esferoidal

El trabajo analiza el efecto de los inoculantes basados en circonio (Zr) y cerio (Ce) sobre la porosidad y la microestructura de copas de análisis térmico y de una pieza industrial, en el contexto de las fundiciones sin mazarota. Se utilizaron copas de análisis térmico y piezas industriales para establecer correlaciones entre el recuento de grafito esferoidal, la porosidad y distintos parámetros de la curva de enfriamiento y de su derivada temporal.

La muestra inoculada con Ce presentó el mayor número de nódulos (512 mm⁻²), mientras que se obtuvieron valores inferiores en las copas de análisis térmico (TA) inoculadas con Zr (265 mm⁻²) y sin inocular (216 mm⁻²). El análisis de las curvas de enfriamiento reveló que el inoculante de Ce produce la temperatura eutéctica más elevada, seguido por el inoculante de Zr y, finalmente, por la muestra sin inocular.

Se llevó a cabo un análisis newtoniano para evaluar la evolución de la fracción sólida durante la solidificación y el efecto de los inoculantes sobre el calor latente. Se observó que la composición química del inoculante afecta al calor latente, ya que el inoculante de Ce produjo un calor latente significativamente superior al del inoculante de Zr.

Se documentaron dos criterios para evaluar la eficacia de los inoculantes en la prevención de la porosidad. El primero es el menor valor de la velocidad de enfriamiento al final de la solidificación, (dT/dt)ₘᵢₙ. La muestra inoculada con Ce presentó el valor mínimo más bajo de la primera derivada de la temperatura, confirmando la correlación: elevado número de nódulos → baja primera derivada de la temperatura.

El segundo criterio, desarrollado mediante el análisis newtoniano de los datos experimentales, es el instante en el que se produce el máximo de la velocidad de crecimiento de la fracción sólida, dfₛ/dt. Se observó que, para el inoculante de Ce (porosidad nula), el valor máximo de dfₛ/dt se alcanzó al final de la solidificación, mientras que para el inoculante de Zr (37,8 % de porosidad) la velocidad máxima se produjo al inicio de la solidificación.

Que el máximo de dfₛ/dt aparezca al final de la solidificación significa que el volumen de grafito crece más rápidamente en esa etapa final y que su expansión evita la formación de porosidad. Este criterio podría utilizarse para seleccionar inoculantes eficaces en la reducción o eliminación de la porosidad, un hallazgo importante en el desarrollo de fundiciones sin mazarota, una tecnología de gran relevancia, especialmente para la fundición de hierro con grafito esferoidal.