El papel de los elementos en las fundiciones y el orden de su adición

En el proceso de producción de fundiciones, para ajustar los elementos químicos al rango requerido, es necesario añadir elementos de aleación. La cantidad de cada elemento añadido a la fundición, el momento de su adición y el orden en que se incorporan afectan directamente a la calidad de la pieza fundida. A continuación, analizamos varios elementos comúnmente utilizados:

- ¿ Qué? Función de cada elemento y principios de su adición

(1) Carbono (C)

Función:

Refuerzo de la matriz: El C es el elemento fundamental de endurecimiento por solución sólida en el acero, formando cementita (Fe₃C) con el hierro para mejorar la dureza y la resistencia.

Control de la solidificación: Un alto contenido de C reduce la fluidez del acero fundido y aumenta la tendencia a la contracción.

Principio de adición: El contenido debe ajustarse según el rendimiento objetivo (generalmente controlado entre 0,15 % y 0,3 % en aceros de baja aleación).

Exceso de riesgo: Cuando C > 0,5 %, la tenacidad disminuye significativamente y la soldabilidad se deteriora.

(2) Silicio (Si)

Función:

Desoxidante: Reacciona preferentemente con O para formar SiO₂ y purificar el acero líquido.

Refuerzo por solución sólida: Se disuelve en ferrita para aumentar la resistencia (la resistencia a la tracción aumenta aproximadamente 4 MPa por cada incremento del 0,1 % de Si).

Principio de adición: Se añade en la etapa final de la fusión (período de reducción) para evitar pérdidas por oxidación (por ejemplo, aleación de ferrosilicio).

Riesgo de contenido excesivo: El contenido se controla entre 0,2 % y 0,5 %; un valor demasiado alto reduce la tenacidad.

(3) Manganeso (Mn)

Función:

Desoxidación y desulfuración: Genera MnO (desoxidación) con O y MnS (desulfuración) con S.

Mejora de la templabilidad: Retrasa la transformación perlítica y mejora la templabilidad de la martensita.

Principio de adición: añadir por lotes durante el período de oxidación (desoxidación + desulfuración) y añadir durante el período de reducción (si se quema).

Riesgo de contenido excesivo: el contenido se controla entre 0,8 % y 1,5 %; un valor demasiado alto puede provocar fácilmente fragilidad tras revenido.

(4) Fósforo (P)

Función:

Elementos perjudiciales: se disuelven en ferrita y reducen la plasticidad y la tenacidad (tendencia a la fragilidad en frío).

Refuerzo por solución sólida: cantidades traza de P pueden mejorar la resistencia, pero su cantidad debe controlarse estrictamente. No se recomienda su adición en la producción en hornos de frecuencia media.

Principio de control: procurar elegir materias primas bajas en fósforo (por ejemplo, chatarra de acero) y evitar su adición adicional durante la fusión.

Riesgo de cantidad excesiva: el contenido debe ser inferior al 0,035 % (en aceros de alta calidad debe ser inferior al 0,025 %).

(5) Azufre (S)

Función:

Elementos perjudiciales: forma FeS con Fe, causando fragilidad en caliente (agrietamiento durante el procesamiento a altas temperaturas).

Control de inclusión: debe combinarse con Mn para generar MnS (reducir el daño).

Principio de control: desulfuración mediante la adición de Mn (relación Mn:S recomendada de 2:1 a 3:1).

Riesgo de exceso: el contenido debe ser inferior al 0,035 % (aceros especiales < 0,02 %).

(6) Cromo (Cr)

Función:

Mejora de la templabilidad: retrasa la descomposición de la austenita y aumenta la dureza de la martensita.

Resistencia a la corrosión: forma una película densa de óxido Cr₂O₃ (por ejemplo, en acero inoxidable).

Refinamiento de granos: inhibe el crecimiento de los granos de austenita.

Principio de adición: se añade durante el período de fusión (requiere alta temperatura de fusión y disolución a alta temperatura). El contenido suele ser del 0,5 % al 2,0 % (ajustado según los requisitos de resistencia a la corrosión o al desgaste). resistencia).

(7) Molibdeno (Mo)

Función:

Refinar granos: inhibir el engrosamiento de los granos de austenita y mejorar la tenacidad.

Estabilidad a altas temperaturas: mejorar la dureza en rojo y la resistencia a la fluencia.

Refuerzo por solución sólida: aumentar la resistencia de la matriz.

Principio de adición: añadir durante el período de fusión (de forma similar al Cr) para evitar la volatilización a alta temperatura. El contenido suele ser del 0,1 % al 0,3 % (más elevado en aceros con alto contenido en molibdeno).

ⅱ. Interacción entre elementos

(1) Efecto sinérgico del C y el Si/Mn

Equilibrio de desoxidación: el Si desoxida primero, mientras que el Mn contribuye a la desulfuración; sin embargo, un exceso de Si inhibe el efecto desulfurante del Mn.

Efecto sobre la transformación de fases: cuando el contenido de C es elevado, el Mn puede retrasar la transformación perlítica, lo que provoca un aumento de la austenita residual.

(2) Efecto complementario del Cr y el Mo

Superposición de la templabilidad: el Cr y el Mo mejoran conjuntamente la templabilidad, siendo adecuados para aceros de alta resistencia (como los aceros HSLA).

Sinergia de resistencia a la corrosión: el Cr forma una película pasivante, y el Mo mejora la resistencia a la picadura (por ejemplo, la combinación Cr-Mo en acero inoxidable).

(3) Daño sinérgico del P y el S

Fragilidad a baja temperatura: el P agrava la fragilidad en frío, y el S provoca fragilidad en caliente. El riesgo debe reducirse mediante el control del Mn y del proceso.

ⅲ. Adaptabilidad del proceso de fundición en horno de frecuencia media

(1) Optimización de la secuencia de adición

Periodo de fusión: añadir elementos de alto punto de fusión, como Cr y Mo, para garantizar su completa disolución.

Periodo de oxidación: añadir Mn por lotes (desoxidación + desulfuración). En productos con requisitos elevados puede utilizarse la tecnología de soplado con oxígeno, pero la cantidad de oxígeno soplado debe controlarse para evitar una oxidación excesiva.

Periodo de reducción: añadir Si (desoxidación final) y suplementar Mn (si se ha quemado).