METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

Primera fusión

Composición nominal del Hierro fundido nodular:

Mg residual: Magnesio residual el cual oscila entre 0.05 y 0.08%, aunque existen otras teorías que afirman que la cantidad optima está entre 0.03 y 0.06% otros dan como rango entre 0.03 y 0.12 aclarando que con 0.06 se obtienen las mejores propiedades mecánicas

S1: Azufre antes del tratamiento. Debe ser el menor posible (0.02%) S2: Azufre después del tratamiento, generalmente este valor se asume como 0.01. : rendimiento de la incorporación del Magnesio, el cual depende de la temperatura a la cual se introduce y del contenido del magnesio en la aleación, normalmente 50%

Carga en el horno: 8,00 kg

Arrabio 3,500 kg Hierro fundido (retornos) 5,300 kg Níquel electrolítico 100,00 gramos Ferro silicio 120,00 gramos Nodulizante 350,00 gramos

Fusión: Cargar el níquel y calentar hasta que este rojo y pastoso y 1,00 kg de arrabio, luego ir agregando el arrabio y el hierro fundido hasta la fusión total. Agregar caliza como fundente 80,00 gr, al inicio de la fusión.

Sobrecalentar hasta 1400ºC, escoriar y nodulizar antes de colar. Colar lo más rápido posible.

2.2 Segunda fusión

Resolviendo el problema de la temperatura de fusión, la combustión fue mejorada con aire enriquecido con oxígeno. Ajustando la composición.

Propiedades mecánicas del material

Medición de la dureza

Zona de la cuña de menor grosor (5), promedio = 93 HRB Zona de la cuña de mayor grosor (1), promedio = 90 HRB

ANÁLISIS METALOGRÁFICO

Objetivo:

La determinación de la nodularidad se basa en la percepción de que los nódulos son lo más cercano a un círculo, de modo que es menos nodular cuando este grafito no tiende a ser circular. El presente trabajo se enfoca al desarrollo de una metodología basada en procesamiento de imágenes para cuantificar nódulos en fundición dúctil considerando los criterios de normas internacionales. Los parámetros, nodularidad y compacidad, son cuantificados vía un sistema de procesamiento de imágenes.

ENSAYO DE METALOGRAFÍA

La preparación de una muestra consiste en los pasos necesarios para poder analizar la misma de forma correcta. Específicamente se describen a continuación, los pasos para la preparación de muestras observadas en microscopio.

SECCIONAR Consiste en remover una muestra del material analizado, teniendo en cuenta las convenciones en tamaño y qué tan representativa es dicha porción del total a analizar. Este primer paso es usado para otras prácticas además de la metalografía, por ejemplo, ensayos de dureza (1).

MONTAJE DE LA MUESTRA Consiste en proporcionar una base que sostenga la muestra, lo anterior brinda facilidad de uso. Por ejemplo, en la manipulación de especímenes pequeños o cortantes.

Es importante tener en cuenta que, antes de realizar el montaje se debe limpiar la muestra según su naturaleza. Por ejemplo, muestras con óxido (el cual no es objeto de estudio) deben ser limpiadas químicamente, por otro lado la limpieza física es adecuada y casi siempre necesaria (1).

Tipos de montaje:

MONTAJE MECÁNICO: Montaje en abrazaderas de diferentes tipos. Es un tipo de montaje sencillo, pues no requiere maquinaria especializada. Figura 6: Tipos de montajes mecánicos (1).

MONTAJE EN PLÁSTICO: Es el tipo de montaje más usado. Básicamente se usan dos formas para montaje en plástico: • Moldeo por compresión o montaje en caliente: Requiere de calor, presión y por tanto algún tipo de prensa especializada. • Montaje en frio: Se realiza vertiendo encima de la muestra, dos mezclas líquidas poliméricas que se solidifican al reaccionar a temperatura ambiente.

PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE Durante el montaje de muestras generalmente el objeto de estudio es solamente una superficie, los tipos de preparación son:

MAQUINADO: Uso de herramientas con filos de diferentes formas, ejemplo torneado y fresado.

RECTIFICADO Y ABRASIÓN: Arreglo de partículas abrasivas fijas que actúan como herramientas de corte.

PULIMENTO: Arreglo de partículas abrasivas suspendidas entre las fibras de un paño (1).

Para la preparación de superficies típicamente se utiliza una secuencia de maquinado o rectificado y luego de pulimento. La operación se compone de distintas etapas que van incrementando su fineza para proporcionar un mejor acabado (1).

ATÁQUE QUÍMICO Luego de la última pasada de pulimento, la superficie es tratada químicamente. El ataque químico es un proceso de corrosión controlada de la muestra, se realiza sumergiendo la superficie en algún tipo de solución adecuada. La solución química usada depende del material que compone la muestra, la temperatura y tiempo del ataque, el efecto deseado en la superficie entre otros (1). La siguiente tabla muestra soluciones químicas para realizar el ataque en algunos metales típicos.

Metodología

La preparación de la muestra se realizó siguiendo la metodología establecida en la norma ASTM E3. Posteriormente, las imágenes fueron adquiridas en un microscopio óptico metalográfico Nikon epiphot 200, con sistema de video integrado y una tarjeta digitalizadora (Mutech 460). Como se mencionó anteriormente, la determinación de la nodularidad esta basada en la percepción de que los nódulos son lo mas cercano a un círculo.

Las cartas patrón son modelos idealizados de comparación, no se tiene un criterio de circularidad para realizar mediciones cuantitativas que permitan tener una mayor confiabilidad al momento de decidir cuando un nódulo es circular o no lo es (es decir pertenece a la clase VI o a otra clase (ver Fig 2)). Cuando se realiza de manera manual esta clasificación, el resultado depende de la percepción visual del evaluador. Sin embargo, un sistema automático basado en técnicas de procesamiento de imágenes no depende del evaluador sino de los criterios que se introduzcan al sistema.

Para determinar la circularidad en base a un procesamiento de imágenes, se propone realizar un estudio de la forma de los nódulos utilizando la noción de bisectriz condicional. En lo que concierne a la compacidad, este parámetro es más complejo dado que involucra características como son la cantidad de nódulos por unidad de área, su distribución de tamaños, así como su distribución espacial dentro de la matriz. La metodología propuesta en el presente trabajo se basa en determinar la distribución de distancias entre nódulos utilizando un estudio granulométrico de la matriz.

Operaciones Morfológicas Básicas

La morfología se relaciona con la estructura o la forma de objetos y se utilizan para remover rasgos de forma y tamaño dado. Los filtros morfológicos básicos son la apertura µB γ y cerradura ϕµB morfológicas usando un elemento estructural µB [21-22]. Donde B es un elemento estructural básico (cuadrado de 3 x 3 pixeles, o recta de 3 pixeles), y µ es un factor de escala. De esta forma el numero de pixeles en el elemento estructural µB (2µ +1)*(2µ +1); por ejemplo para µ =2 el numero de pixeles sería de 25. La apertura y cerradura morfológicas se definen de la forma siguiente:

Dónde: εµB(f)(x) = min{f(y): y ∈ y µB (f)(x) } yδµB(f)(x) = max{ f(y): y ∈ µ Bx} son la erosión y la dilatación morfológicas. ( min es el operador mínimo valor y max es el máximo valor). Otra clase de filtros interesantes, llamados filtros por reconstrucción [23-24], se construyen a partir de las transformaciones geodésicas. En el caso binario la dilatación (erosión) geodésica de tamaño uno de un conjunto Y (marcador) al interior de un conjunto X [25] se define como: δ1X(Y) = δB(Y)∩X ε1X (Y) = εB(Y)∪ X), mientras que en el caso de imágenes numéricas se definen por: δ1(g) =min{ δB(g) f } , ε 1(g) =max{ ε B(g) f } La transformación por reconstrucción y su transformación dual de un marcador g al interior de f se obtienen iterando las dilataciones y erosiones geodésicas hasta la estabilidad:

En particular cuando el marcador g es igual a la erosión o a la dilatación de la función original se obtienen la apertura y cerradura por reconstrucción: