El hierro fundido se utiliza en múltiples aplicaciones, en concreto en las industrias del automóvil e ingeniería; y la metalografía es una parte importante del control de calidad en el proceso de producción. Aprenda a realizar un análisis metalográfico preciso del hierro fundido, con resultados reproducibles.
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El hierro es uno de los metales más variados, siendo de gran importancia en el sector de la construcción durante siglos. Se ha utilizado en numerosas edificaciones, desde estaciones de tren a pabellones, oficinas o casas, entre otros.
El hierro, en aleaciones con carbono y otros elementos, ofrece múltiples variedades. El término "hierro fundido" se refiere a las aleaciones de hierro, carbono y silicio; por lo general, contiene de 2,5 a 4 % de carbono y de 1 a 3 % de silicio. En el hierro gris, el carbono se presenta a modo de grafito; mientras que en el hierro fundido blanco está presente en forma de carburo de hierro y carburos aleados.
El hierro fundido ofrece una buena colabilidad y mecanizabilidad, además de propiedades mecánicas moderadas. Debido a sus ventajas económicas, el hierro fundido se utiliza en múltiples aplicaciones en automoción, fabricación y procesamiento de industrias metálicas. Además, el hierro fundido se utiliza con frecuencia en el alojamiento de bombas de agua marinas, rodillos de molinos y piezas de equipos móviles terrestres.
Fig. 1: Hierro dúctil austenítico, técnica de ataque coloreado por Beraha (ampliación: (500x, DIC)
El principal reto al preparar muestras de hierro fundido es retener el grafito en su forma y tamaño originales para garantizar una correcta representación de las microestructuras del hierro fundido.
Fig. 4: Hierro gris con grafito laminar y pulido insuficiente (ampliación: 200x)
Fig. 5: Hierro gris con grafito laminar y pulido adecuado (ampliación: 200x)
En el microscopio, la imagen del grafito se muestra en dos dimensiones. Aunque, en realidad, es tridimensional. Esto se debe a que un porcentaje del grafito se corta muy fino durante el esmerilado y pulido, y su percepción es casi inapreciable en la matriz. Por consiguiente, siempre existe la posibilidad de que el grafito no se retenga íntegramente, sobre todo en láminas de gran tamaño o aglomeraciones laminares. Dicho lo cual, la fase del grafito no siempre se puede mantener o pulir correctamente.
En hierros fundidos maleables, el grafito se presenta a modo de rosetas o carbono templado. Se trata de una forma friable de grafito, y puede que sea difícil de mantener durante la preparación metalográfica.
Un error típico de preparación es la eliminación insuficiente de metal con manchas de la matriz después del esmerilado, lo que puede ocultar la forma y el tamaño verdaderos del grafito. Esto es aún más evidente en el caso del hierro fundido ferrítico y austenítico, por ser más propensos a la deformación y el rayado. En estos materiales, es muy importante realizar un exhaustivo pulido final y de diamante.
La mayoría de las comprobaciones con microscopio estándar realizadas en hierro fundido se aumentan 100x, de modo que el grafito se muestra en color negro. No obstante, se requerirá una amplificación mayor para verificar si el carbono se ha mantenido completamente, y si el grafito debidamente pulido es gris.
Fig. 6: Pulido insuficiente con nódulos de grafito cubiertos con metal y manchas, ataque químico con Nital 3 % (ampliación: 200x)
Fig. 7: Pulido correcto con la forma y el tamaño de los nódulos de grafito adecuados para la evaluación, ataque químico con Nital 3 % (ampliación: 200x)
Fig. 8: Grafito laminar pulido correctamente (ampliación: 500x)
Tabla 1: Método de preparación del hierro fundido blanco.
Si lo prefiere, la suspensión de diamante DiaPro se puede sustituir por Suspensión-DP P, 9 μm, 3 μm y 1 μm respectivamente, aplicada con lubricante-DP azul.
Tabla 2: Método de preparación del hierro fundido con grafito.
*En los casos donde la retención del grafito es muy difícil, se puede utilizar un paño MD-Plan para el esmerilado fino.
**Este paso es opcional
Si lo prefiere, la suspensión de diamante DiaPro se puede sustituir por suspensión-DP P, 9 μm, 3 μm y 1 μm respectivamente, aplicada con lubricante-DP azul.
Fig. 9: Hierro gris preparado con esmerilado fino utilizando lámina/papel de carburo de silicio; aún con rayado
Fig. 10: Hierro gris, preparado con esmerilado fino usando diamante en disco rígido MD-Largo; buena retención de bordes
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El siguiente reactivo de Beraha se puede utilizar en el ataque coloreado, pudiendo modificarse según la aleación:
1000 ml de agua
200 ml de ácido clorhídrico
24 g de bifluoruro de amonio
Para 100 ml de esta solución estándar, añadir 1 g de metabisulfito de potasio
Fig.11: Hierro dúctil austenítico, ataque químico con Nital 3 %, luz polarizada (ampliación: 200x)
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El hierro fundido es una aleación de hierro con 2,5-4 % de carbono y 1-3 % de silicio. La principal dificultad de la preparación metalográfica del hierro fundido es mantener el grafito en su forma y tamaño originales de acuerdo a su forma laminar, nodular o templada. En concreto, el hierro fundido con una matriz ferrítica blanda tiende a formar manchas y es propenso a la deformación y el rayado.
Durante el esmerilado, en la matriz se forman manchas que, a menos que se sometan a un exhaustivo pulido de diamante, no revelarán la verdadera forma del grafito. Por eso se recomienda realizar un esmerilado plano con lámina/papel de carburo de silicio, seguido de un esmerilado fino y pulido con diamante. A modo opcional, se puede realizar un breve pulido final con sílice coloidal.
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