Adición de Elementos Aleantes como Herramienta Potencial para la Mejora del Comportamiento a Desgaste de la Fundición Gris

La liberación de partículas finas (PM2,5, PM10) causadas por el desgaste de las pastillas y los discos durante la frenada, constituyen un verdadero problema de salud pública. Estas emisiones no procedentes del escape resultan a menudo mucho más tóxicas que las provenientes del motor de combustión y son responsables del 55% de la contaminación del transporte conllevando importantes problemas cardiovasculares y respiratorios para las personas. Históricamente, las emisiones de los frenos han sido ignoradas, hasta la aparición por parte de la Unión Europea, de la futura normativa Euro 7 que reducirá drásticamente las emisiones contaminantes de los turismos a partir de 2027 y de los vehículos pesados (camiones y autobuses) a partir de 2029.

Son muchas las nuevas tecnologías que se están desarrollando para tratar de mitigar esta problemática, y que abarcan desde la aplicación de tratamientos térmicos, la superposición sobre los discos de freno de algún revestimiento especial (Hard-Coated) mediante técnicas de proyección térmica (HVOF) o recubrimiento láser (laser cladding), el desarrollo de nuevos materiales en las pastillas de freno o incluso la utilización de filtros de polvo de freno, que capturen las partículas antes de ser emitidas a la atmósfera. La modificación de la microestructura mediante soluciones metalúrgicas, con la introducción controlada de ciertos elementos aleantes, también contribuye enormemente a la reducción del material particulado.

El objetivo de esta investigación es analizar el efecto que tiene en la resistencia al desgaste y en la emisión de partículas, la adición de determinados elementos carburígenos (Nb, Cr, Mo, Ti) capaces de modificar la estructura cristalina y de formar nuevos precipitados muy duros (carburos). Con el fin de facilitar las fusiones, se trabajará sobre placas rectangulares de 150x75x20mm en lugar de sobre discos reales de geometría mucho más compleja.

El grafito predominante fue tipo A independientemente de las adiciones realizadas. En todos los casos, la microestructura fue completamente perlítica y no se encontraron cantidades de ledeburita ni cementita. Diferentes tipos de carburos complejos MC y M7C3 fueron observados dependiendo del elemento aleante adicionado. Las mejores propiedades mecánicas se obtuvieron para la adición de cromo. Se observó un superior comportamiento al desgaste en las muestras aleadas con Mo con un aumento de la resistencia al desgaste del 60% y una reducción de las PM10 del 30%, El desgaste oxidativo fue el predominante. Los óxidos de Fe, Zn, Al y Ba parecen ser las principales partículas emitidas.