Cinética de la expansión del grafito durante la solidificación eutéctica del hierro fundido

El artículo presenta un nuevo dispositivo experimental de análisis de desplazamiento lineal (LDA)/análisis térmico (TA) para medir el desplazamiento lineal durante la solidificación de fundición de hierro. El dispositivo experimental consta de un molde de arena revestido de una carcasa de acero que impide el movimiento de las paredes del molde. De este modo, los transductores solo registran el desplazamiento lineal causado por la contracción o expansión del metal. Dos varillas de cuarzo, introducidas directamente a diferentes alturas en el metal líquido y conectadas a dos transductores, registran el desplazamiento lineal durante la transformación líquido-sólido y el posterior enfriamiento. Dos termopares, ubicados a la misma altura que las varillas de cuarzo, permiten el TA y el LDA concomitantes, y por lo tanto, la correlación directa entre la expansión/contracción y el cambio de temperatura durante eventos de solidificación como la formación de grafito. El dispositivo LDA se utilizó para estudiar las diferencias en los mecanismos de solidificación de hierros con diferentes morfologías de grafito (lamelar, compactado/vermicular y esferoidal) con un equivalente de carbono en el rango de 3,7 a 4,4 %. El análisis incluyó las curvas LDA y TA, así como la caracterización metalográfica completa de los hierros fundidos. En general, la expansión del grafito aumentó a medida que la forma del grafito cambió de laminar a compactada y luego a esferoidal. Las variables de proceso más importantes son los contenidos de magnesio y carbono. Un mayor contenido de Mg residual y C en el hierro produjo una mayor expansión del grafito. El hierro de grafito compactado (CG) fue particularmente sensible al Mg residual. De hecho, los hierros de CG con alto contenido de Mg exhibieron una expansión de grafito similar a la del hierro de grafito esferoidal (SG), mientras que la expansión del hierro de CG con bajo contenido de Mg fue más cercana a la del hierro de grafito laminar (LG). La expansión del grafito aumentó para todos los datos con el intervalo de tiempo durante el cual ocurrió la expansión del grafito. También aumentó tanto con el carbono como con el carbono equivalente. El tiempo para la expansión del grafito aumentó notablemente con el contenido de carbono del hierro. No dependió de la forma del grafito. Al combinar TA y LDA, fue posible graficar la evolución de la expansión del grafito en función de la fracción sólida y, por lo tanto, comprender la cinética de la expansión del grafito. Se cuantificó la cantidad de expansión disponible al final de la solidificación. Estos datos, al correlacionarse con las variables del proceso, serán útiles para disminuir la microcontracción y producir hierros compactados y SG sin tubo ascendente.