Cristalización hemisférica y esquelética de grafito en aleaciones de hierro, carbono y silicio

El crecimiento del grafito durante la solidificación y la transformación en estado sólido de las aleaciones de Fe-C-Si continúa siendo objeto de una amplia investigación. Esto es particularmente cierto en el caso del grafito esferoidal, ya que el control de su forma es vital para lograr el nivel de rendimiento requerido en las aplicaciones actuales de estas aleaciones de fundición. En el caso de los hierros que solidifican en el sistema estable, el crecimiento del grafito esferoidal suele comenzar en el líquido, antes de la reacción eutéctica, y luego continúa mediante la difusión del carbono del líquido a la austenita a través de una capa de austenita, para finalmente completarse mediante el crecimiento en estado sólido debido a la disminución de la solubilidad del carbono durante el enfriamiento o la descomposición del carburo de hierro si también se produce una solidificación metaestable. El proceso puede complicarse por una solidificación metaestable parcial o incluso completa.

Este último escenario es típico del hierro maleable industrial. Para comprender mejor los mecanismos de crecimiento del grafito, se solidificaron rápidamente hierros de composición similar, pero con cuatro niveles de Mg (<0,01-0,047 %), en moldes de cobre para producir muestras con eutéctico metaestable. Las muestras se recocieron a 950 °C durante 4–40 min para promover el crecimiento del grafito y luego se enfriaron en agua. Se utilizó microscopía óptica y electrónica de barrido en muestras pulidas y grabadas profundamente para estudiar la cinética de crecimiento de la nucleación y el crecimiento del grafito. Se documentó la nucleación secuencial del grafito en sulfuros de Mg complejos que han nucleado en óxidos de Mg. Se observaron y documentaron características únicas como la estructura de panal típica de los cristales de tipo esquelético de tolva análogos a los cristales de hielo y el crecimiento hemisférico de agregados de grafito en aleaciones de Fe–C–Si. Los hallazgos experimentales son un respaldo adicional a la teoría de múltiples mecanismos del crecimiento del grafito en aleaciones de hierro.