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División Metalurgia – INTEMA
Producción de Partes Metálicas de Alta Performance empleando Técnicas de
Fusión y Moldeo
Dr. Ing. Roberto BoeriProfesor Titular (DE) UNMdP
Inv. Principal CONICET
Universidad Nacional de Mar del Plata -CONICET
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Sumario
Antecedentes de la DMI
Personal y Equipamiento
Aleaciones de muy alta resistencia mecánica
– ADI
– ABLC
Oportunidades
Ejemplos de desarrollos realizados
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DIVISION METALURGIA INTEMAo Más de 35 años de experiencia en ciencia y tecnología de
fundiciones de hierro y otras aleaciones ferrosas.
o Grupo de Investigación: 10 Investigadores, 4 profesionales de apoyo, 5 becarios doctorales, 3 técnicos.
o Proyectos de investigación básica y aplicada en metales ferrosos colados, tribología, recubrimientos y otros temas.
o Desarrollo y transferencia de tecnología para el sector productivo.
o Formación RRHH
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DMI: Objetivos Principales
• Potenciar la producción de partes metálicas por moldeo, entendiendo que, en muchos casos, esta es una ruta ventajosa tanto en lo técnico y como en lo económico.
• Desarrollar la tecnología de fabricación de materiales ferrosos de alta resistencia y bajo costo.
• Emplear la capacidad de numerosas fundiciones en el país y la región para proveer el material base para la producción de partes de alta resistencia.
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Instalaciones en el INTEMA:
Laboratorio de fusión y colado
Laboratorio de Tratamientos térmicos
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Instalaciones en el INTEMA:
Laboratorio de MetalografíaÓptica y ElectrónicaAnálisis de Imágenes
Laboratorio de Ensayos mecánicos
• Tracción• Impacto• Dureza• Fatiga• Fractotenacidad
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Instalaciones en el INTEMA:
Laboratorio de Metrología
Taller de mecanizado
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Instalaciones en el INTEMA:
Laboratorio de Simulación Computacional
• Procesadores de alto
desempeño
• Licencia de uso académico de
MAGMA
• Licencia de uso académico de
Abaqus
• Impresora 3D de doble cabezal
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Algunos Materiales Ferrosos de muy alta resistencia
• Fundición de Grafito Esferoidal Austemperizada (ADI)
• Acero de Alto Silicio Austemperizado (Aceros Bainíticos Libres de Carburos)
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Fundición de Grafito Esferoidal Austemperizada (ADI) – Qué es?
- Fundición de grafito esferoidal de buena calidad metalúrgica y adecuada composición química.
- Sometida a un tratamiento térmico de austemperizado.
- Alcanza excelentes propiedades mecánicas dentro de un rango amplio
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Someter a una FE a un TT de austemperizado Involucra tres pasos
-Austenizado
850ºC < T < 950ºC, t = 2-4hs
- Enfriamiento
Rápido para evitar transf. perlítica
- Austemperizado
250ºC < T < 450ºC, t = 1-3hs
COMO SE OBTIENE?
AUSTENIZADO
AUSTEMPERIZADO: Horno de sales fundidas
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Microestructura
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PORQUE UTILIZAR ADI?
Excelente combinación depropiedades mecánicas conrespecto a otras FE y en elrango de los aceros aleadostemplados y revenidos.
Excelente colabilidad permite la obtención de partes con formas complejas directamente por colada
Bajo costo relativo del material de partida.
Múltiples proveedores
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ADI
Resistencia a la rotura:
Propiedades a la fatiga
superiores a FE con otras microestructuras
presentan mejores propiedades
que muchos aceros
Algo menor que el ACEROde alta resistencia
Tenacidad a la fractura aceptable para muchas
aplicaciones de compromiso
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POR SUS PROPIEDADES MECANICAS, EL ADI COMPITE CON ACEROS DE ALTA RESISTENCIA
Propiedades tribológicas: comportamiento satisfactorio antediversos mecanismos de desgaste
• Menor costo• Mejor colabilidad• Mejor maquinabilidad del metal base• Mayor atenuación de vibraciones• Autolubricación
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Aplicaciones de ADI
Industria automotriz
EngranajesPartes de diferenciales
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ADI en Argentina
Utilización muy infrecuente
Sin embargo, la tecnología está madura, es conocida y está lista para ser usada
La DMI tiene experiencia en el desarrollo de ADI
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Acero Bainítico Libre de Carburos – Qué es?
- Acero de medio carbono, baja aleación y alto Silicio (1,5 a 2,5%)
- Sometido a un tratamiento térmico de austemperizado adquiere una microestructura compuesta por ferrita y austenita
- Alcanza gran resistencia mecánica
- Ha recibido marcado interés académico en la última década
- Los desarrollos actuales están mayormente enfocados en aceros laminados.
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Aceros Bainíticos Libres de Carburos (ABLC)
ABLC
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Microestructura de ABLC
250 C 350 C
Aumento de resistencia mecánica por refinanciónmicroestructuralNANOBAINITAS
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RESULTADOS PRELIMINARES ABLC
Se diseñaron y probaron aleaciones específicas.
Se optimizaron ciclos térmicos para cada aleación.
Se han alcanzado valores de UTS>1700MPa con alargamientos a la rotura superiores al 10% en aceros colados, valores similares a los reportados para aceros laminados
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ABLC en Argentina
No se conocen reportes de utilización en partes coladas
INTEMA está desarrollando la tecnología para piezas coladas
En este momento ya hay suficiente conocimiento como para abordar el desarrollo de prototipos y su prueba en servicio
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Interés de la DM-INTEMA
Gran interés en el desarrollo de prototipos para su prueba en servicio, tanto de ADI como de ABLC.
Proyectos PICT que colaboran fuertemente con la provisión de personal para el desarrollo del Know-How y prototipos.
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DESARROLLO DE PUNTONES DE ADI PARA COSECHADORAS
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Mejoramiento de la performance en servicio de puntones de
cabezales de cosechadoras en fundición esferoidal
austemperizada (ADI) a través del rediseño de su geometría y
el desarrollo de un proceso productivo a escala industrial.
oEstudio de las características de la fundición esferoidal requerida, composición química
oDefinición de parámetros de tratamientos térmicos de piezas
Objetivo
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Evaluación tensional del puntón original
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Rediseño de la geometría
oAdmite cargas un 21% mayores que el modelo original
oDeformación máxima 12% menor
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Colada de piezas de prueba con nuevo modelo
o Verificación de sanidad de piezas coladas en lote de prueba
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Desarrollo de la tecnología de producción de componente colado para la industria del agro
Elemento o Muela de Trilla
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Servicio de la pieza
Cilindro de Trilla
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Servicio de la pieza
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Mecanismo de Falla
Desgaste Abrasivo
Surcos
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Modelado CAD- Impresión 3D
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Colada Validación de Modelo y Simulación
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Simulación de Hot Spot
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POROSIDAD
Coincidente con el centro térmico de la pieza
Contracción
Validación de defectos
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Aplicaciones de CADI
Industria minera y agrícola
CADI (CARBIDIC ADI)FE AUSTEMPERIZADAS CON CARBUROS LIBRES (CADI, CARBIDIC AUSTEMPERED DUCTILE IRON)
- Placas de desgaste
- Puntas de arado
- Martillos
- Elementos de molienda
CADI FE con carburos libres en su
microestructura
elevada resistencia al desgaste abrasivo.
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Piezas de CADI desarrolladas en el INTEMA
FE AUSTEMPERIZADAS CON CARBUROS LIBRES (CADI, CARBIDIC AUSTEMPERED DUCTILE IRON)
Segmentos de protección
para balde de pala cargadora frontal
Tornillos para extrusora de alimento balanceado
Baldosas de protección de
tolva de minerales de hierro
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Caracterización química y microestructural de “Válvula de desfibrador” – Desarrollo de la tecnología de fabricación
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ELEMENTOConcentración en muestra
suministrada (% peso)
C 3.3
Cr 24.5
Ni 0.04
Mn 0.78
Si 0.7
Mo --
P 0.041
S 0.022
Caracterización química y microestructural
Dureza: 55 HRC Fundición blanca de
alto cromo ASTM A 532 Clase III Tipo A
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Diseño de modelos y placa modelo
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Colada de piezas
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Mecanizado de piezas
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Mecanizado de piezas
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MUCHAS GRACIAS