Familias de aleaciones centrales utilizadas en piezas fundidas resistentes al desgaste

Las fundiciones seleccionan un sistema de aleación basándose en el mecanismo de desgaste dominante que enfrentará una pieza, luego ajustan la química y el tratamiento térmico para afinar la dureza, la tenacidad y el comportamiento frente a la corrosión. La siguiente tabla resume los grupos de aleaciones especificados con mayor frecuencia para piezas fundidas resistentes al desgaste.

Piezas de fundición de hierro blanco con alto contenido de cromo

El hierro blanco con alto contenido de cromo es el material de referencia para el desgaste abrasivo puro porque su microestructura contiene densos carburos de cromo M7C3 incrustados en una matriz martensítica. Un contenido de cromo entre 15 y 26 por ciento produce carburos que resisten mucho mejor el corte de arena, mineral o agregado de cemento que el acero al carbono simple. Los cilindros abrasivos y los revestimientos de los tambores suelen fabricarse con esta aleación, ya que la red de carburo mantiene intactas las superficies de desgaste durante miles de horas de funcionamiento. El tratamiento térmico mediante desestabilización y revenido se utiliza para convertir la austenita retenida en martensita, lo que aumenta la dureza de la superficie sin hacer que la pieza fundida sea lo suficientemente frágil como para agrietarse bajo cargas de servicio normales.

Fundición de hierro fundido Ni-duro

El hierro Ni-Hard agrega níquel para suprimir la formación de perlita blanda durante el enfriamiento, lo que permite que la matriz se transforme directamente en martensita incluso en secciones gruesas. Esto le da a las piezas fundidas Ni-Hard un equilibrio favorable entre dureza, costo de fundición y maquinabilidad en comparación con el hierro con alto contenido de cromo. Las hojas de hormigonera son una aplicación común de Ni-Hard, ya que el material tolera la abrasión mixta y el ligero impacto del agregado, la arena y la pasta de cemento. Los grados de materiales como AS2027 NiCr4 se especifican ampliamente porque combinan la vida útil con la consistencia dimensional necesaria para las piezas de repuesto atornilladas.

Piezas fundidas de acero con alto contenido de manganeso

El acero con alto contenido de manganeso, también conocido como acero Hadfield, se comporta de manera diferente a las dos familias de hierro anteriores. En su condición de fundición, es relativamente blando y resistente, pero los impactos repetidos hacen que la capa superficial se endurezca mediante deformación, lo que aumenta la dureza de la superficie mientras el núcleo permanece dúctil. Los datos de la industria indican que este mecanismo puede ofrecer aproximadamente un aumento de 25 veces en la resistencia al desgaste en comparación con el acero al carbono sin tratar una vez que la superficie se ha endurecido por completo. Esto hace que el acero con alto contenido de manganeso sea la opción estándar para mandíbulas trituradoras, martillos y placas de impacto donde la carga de impacto repentina, no la abrasión gradual, es el modo de falla dominante.

Selección de aleación coincidente con el mecanismo de desgaste

La selección de una aleación basándose únicamente en los números de dureza puede provocar grietas prematuras o costes excesivos. Un enfoque más confiable es clasificar primero el entorno operativo, luego hacer coincidir la familia de aleaciones y, cuando sea necesario, un tratamiento de superficie.

Proceso de fundición y su efecto sobre el rendimiento de la aleación

La composición de la aleación determina la vida útil teórica de una pieza fundida, pero el proceso de fundición determina si ese potencial se materializa. La fundición centrífuga se aplica a menudo a piezas de desgaste cilíndricas, como cilindros y rodillos de molienda, porque la solidificación rotacional empaqueta el metal más denso hacia la pared exterior, donde la resistencia al desgaste es más importante, mientras que la porosidad y las inclusiones más ligeras migran hacia el orificio. La fundición estática en arena sigue siendo común para formas irregulares como paletas de mezcladoras y placas guía, donde una canasta de fundición de precisión o un molde de carcasa controla la precisión dimensional de las piezas que deben ajustarse al equipo existente sin necesidad de volver a trabajar. Las velocidades de enfriamiento controladas después del vertido son igualmente importantes, ya que el enfriamiento rápido o desigual puede atrapar austenita retenida en hierro con alto contenido de cromo, dejando la pieza fundida más blanda que su dureza de diseño hasta que se aplique un tratamiento térmico de desestabilización adecuado.

Gama de productos de fundición resistentes al desgaste

Los siguientes componentes ilustran cómo se aplican diferentes familias de aleaciones en equipos de molienda, mezcla y control de flujo, desde cilindros de molienda con alto contenido de cromo hasta paletas mezcladoras Ni-Hard.

Cilindros de molienda Aleación alta en cromo

Barriles de molienda Aleación alta en cromo

Disco de válvula de gas Acero 42CrMo

Placa guía de flujo Acero 42CrMo

Cuchillas de desgaste del mezclador Hierro fundido niduro

Verificación de calidad para piezas fundidas resistentes al desgaste

Debido a que el rendimiento de la aleación depende en gran medida de la microestructura, la inspección visual por sí sola no puede confirmar la resistencia al desgaste. Los proveedores confiables verifican las piezas fundidas mediante una combinación de métodos.

Mantenimiento y reparación de piezas fundidas de aleaciones desgastadas

Ampliar la vida útil de una pieza fundida resistente al desgaste suele costar menos que reemplazarla por completo, siempre que el método de reparación coincida con la aleación y la magnitud del daño.

• Revestimiento de superficies: La pulverización de plasma o el revestimiento láser regeneran una capa superficial dura en las áreas desgastadas y restauran la precisión dimensional.
• Reparación de soldadura: Las varillas alcalinas con bajo contenido de hidrógeno con precalentamiento y enfriamiento lento, que mantienen la temperatura de soldadura entre 250 y 300 grados Celsius, preservan las propiedades de endurecimiento del material base.
• Mecanizado y Pulido: El desgaste menor se elimina girando o esmerilando, seguido de un tratamiento de recalentamiento para restaurar la dureza original.
• Reemplazo directo: Las piezas con grietas por impacto o desconchados de gran superficie se reemplazan directamente en lugar de volver a trabajar, evitando la degradación microestructural que puede causar el tratamiento térmico repetido.

Más allá de la resistencia al desgaste: componentes de hornos de alta temperatura

Muchas instalaciones que operan equipos resistentes al desgaste también cuentan con líneas de tratamiento térmico, por lo que vale la pena señalar las piezas fundidas de aleaciones relacionadas que se utilizan en esos sistemas. Los tubos de calor radiante, los rodillos de horno y los rodillos de horno para líneas de horno continuas generalmente se funden en aleaciones de Cr-Ni resistentes al calor en lugar de las aleaciones de desgaste descritas anteriormente, ya que su principal desafío es la oxidación y la fluencia a altas temperaturas en lugar de la abrasión. Los accesorios de tratamiento térmico, los accesorios de tratamiento térmico de soldadura, las bandejas base de tratamiento térmico y las cestas de fundición de precisión transportan las piezas de trabajo a través del horno y deben resistir la fatiga térmica durante ciclos repetidos. Componentes como las aspas del ventilador Ipsen, los pilares del horno, los rieles y rodillos del horno AFC, el cabezal empujador del AFC, el rodillo de solera para el horno de cinta de eslabones fundidos y la placa de cadena para el horno de fundición de cadena completan el accesorio y el sistema de transporte dentro de los hornos continuos. Cuando estos sistemas también encuentran abrasión de partículas, como en las zonas de carga, a menudo se agregan revestimientos resistentes al desgaste con alto contenido de cromo o aleación Ni-Hard para proteger la estructura subyacente.

Elegir un proveedor de fundición resistente al desgaste

Más allá de la selección de la aleación, la experiencia del proveedor afecta la coherencia entre los lotes de producción. Las fundiciones que controlan la química de la fundición, los ciclos de tratamiento térmico y la inspección posterior a la fundición tienden a ofrecer piezas fundidas con una vida útil más predecible. Solicitar certificados de materiales, informes de pruebas de dureza y, cuando corresponda, registros de pruebas no destructivas antes de realizar pedidos grandes ayuda a confirmar que la aleación entregada coincide con la especificación en lugar de depender únicamente de los nombres de los grados nominales.