División Metalurgia - INTEMA Universidad Nacional de Mar del Plata-CONICET

Transcripción

1 División Metalurgia - INTEMA Universidad Nacional de Mar del Plata-CONICET Desarrollo de componentes mecánicos de alta resistencia mediante fusión y colado Aplicación de Fundición de Grafito Esferoidal Austemperizada (ADI), y de Aceros Bainíticos Libres de Carburos Dr. Ing. Juan MASSONE Profesor Titular (DE) UNMdP Inv. Independiente CONICET Dr. Ing. Roberto BOERI Profesor Titular (DE) UNMdP Inv. Principal CONICET Encuentro en CIDETER 1 de Septiembre de 2016

2 INTEMA Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales o Dependiente de UNMdP y de CONICET o >200 investigadores, profesionales de apoyo, técnicos y becarios de investigación. o Nuevo edificio de m2 o Grupos de investigación y desarrollo especializados en diversos materiales y su comportamiento en servicio. o Polímeros, Materiales compuestos de matriz polimérica, cerámicos, degradación de materiales, mecánica de materiales, metales. o Activo plan de vinculación con el sector industrial.

3 DIVISION METALURGIA INTEMA Más de 30 años de experiencia en ciencia y tecnología de fundiciones de hierro y otras aleaciones ferrosas. Grupo de Investigación: 10 Investigadores, 4 profesionales de apoyo, 5 becarios doctorales, 3 técnicos. Proyectos de investigación básica y aplicada en metales ferrosos colados. Desarrollo y transferencia de tecnología para el sector productivo.

4 Desarrollode componentes mecánicos de alta resistencia mediante fusión y colado Aplicación de Fundición de Grafito Esferoidal Austemperizada (ADI), y de Aceros Bainíticos Libres de Carburos Problema Las industrias metalmecánicas medianas y pequeñas a menudo requieren la producción de partes metálicas en series chicas. Suelen utilizarse tecnologías de producción relativamente costosas, como mecanizado y ensamble por soldadura, forja, etc. Como resultado, en muchos casos se producen partes a costos altos y con formas y/o pesos no optimizados para el servicio propuesto.

5 Potenciales Mejoras La producción de partes metálicas por moldeo puede proveer una ruta ventajosa tanto en lo técnico y como en lo económico. Factores favorables: Se han desarrollado aleaciones coladas base Fe (fundiciones y aceros) de muy alta resistencia mecánica que pueden competir con aceros aleados convencionales templados y revenidos. Las tecnologías de diseño mecánico empleando herramientas computacionales generan representaciones 3D de las partes, que pueden ser rápidamente convertidas en modelos para la preparación de moldes (impresoras 3D). Existen herramientas computacionales de diseño de moldes y sistemas de alimentación que permiten un desarrollo optimizado, minimizando los tiempos y costos del proceso y reduciendo la presencia de defectos en las piezas. Existen numerosas fundiciones en el país con capacidad para proveer el material base para la producción de partes de alta resistencia.

6 Fundición de Grafito Esferoidal Austemperizada (ADI) Qué es? - Fundición de grafito esferoidal de buena calidad metalúrgica y adecuada composición química. Muchas fundiciones del país pueden producirla. - Sometida a un tratamiento térmico de austemperizado. Tecnología conocida en la que INTEMA cuenta con amplia experiencia. - Alcanza excelentes propiedades mecánicas dentro de un rango amplio, abarcando desde alta resistencia y buena tenacidad hasta alta dureza y resistencia al desgaste.

7 PORQUE UTILIZAR ADI? Superior combinación de propiedades mecánicas con respecto a otras FE y en el rango de los aceros aleados templados y revenidos. Obtención de partes con formas complejas directamente por colada

8 Propiedades mecánicas de las ADI: dependen de los parámetros utilizados durante el TT de austemperizado T 400ºC Princ. T austemp. T 260ºC Con un mismo material de base (aleación) pueden obtenerse distintos grados mediante la realización de austemperizados a distinta temperatura.

9 ADI Resistencia a la rotura: presentan mejores propiedades que algunos aceros Propiedades a la fatiga superiores a FE con otras microestructuras Comparable con ACERO de alta resistencia Tenacidad a la fractura similares a ACEROS de alta res.

10 Propiedades tribológicas: comportamiento satisfactorio ante diversos mecanismos de desgaste: FCR, adhesión, abrasión. PROPIEDADES MECANICAS DE LAS ADI COMPITEN CON LAS ENCONTRADAS EN ACEROS DE ALTA RESISTENCIA Tradicionalmente piezas de acero se obtienen por forjado, mecanizado o por ensamble de partes soldadas. Piezas de ADI OBTENCION A TRAVES DE PROCESOS DE FUSION Y COLADO Piezas con notables prop mecánicas - Avance en prop de materiales - Uso de software de simulación de solidificación - Desarrollos de nuevas técnicas de fusión y colado

11 Acero Bainítico Libre de Carburos Qué es? - - Acero de baja aleación y alto Silicio Sometido a un tratamiento térmico de austemperizado adquiere una microestructura particular. Alcanza extraordinarias propiedades mecánicas Los desarrollos actuales están mayormente enfocados en aceros laminados.

12 Aceros Bainíticos Libres de Carburos (ABLC) ABLC

13 Propiedades de ABLC Muy alta resistencia, que se acerca a la de los aceros de muy alta resistencia avanzados, como el acero maraging, pero a un costo mucho menor (20 a 30 veces) UTS del orden de 1700 MPa con >12% alargamiento. Muy alta tenacidad! Desarrollos recientes reportan UTS = 2500 MPa

14 ABLC Interés de INTEMA Investigar la producción de piezas de ABLC mediante fusión y colado. Proyecto PICT en desarrollo. Se diseñaron y probaron aleaciones específicas. Se han alcanzado valores de UTS>1700MPa con alargamientos a la rotura superiores al 10% en aceros colados

15 VENTAJAS PRODUCTIVAS DE LOS PROCESOS DE COLADO: - Versatilidad en la cantidad de piezas a fabricar - Conversión de componentes multiparte a piezas únicas.

16 Ejemplo de reemplazo de ensamble soldado por ADI

17 - Obtención de partes con geometría y tamaño cercanas a las finales - Posibilidad de fabricar piezas dentro un amplio espectro de tamaños

18 - Flexibilidad en el diseño - Fabricación a partir de insumos y tecnologías existentes en el país Menores costos de producción y aumento de productividad respecto a otros procesos de fabricación

19 Aplicaciones de ADI Industria automotriz Partes de diferenciales Engranajes

20 Aplicaciones de las ADI en implementos agrícolas: Componentes de transmisión y suspensión Componentes relacionados con labranza de suelos

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23 Algunas Piezas de ADI desarrolladas en INTEMA Punta de eje Levas y engranajes Bielas huecas para motores

24 CADI (CARBIDIC ADI) FE AUSTEMPERIZADAS CON CARBUROS LIBRES (CADI, CARBIDIC AUSTEMPERED DUCTILE IRON) CADI FE con carburos libres en su microestructura elevada resistencia al desgaste abrasivo. Aplicaciones de CADI Industria minera y agrícola - Placas de desgaste - Puntas de arado - Martillos - Elementos de molienda

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26 FE AUSTEMPERIZADAS CON CARBUROS LIBRES (CADI, CARBIDIC AUSTEMPERED DUCTILE IRON) Piezas de CADI desarrolladas en el INTEMA Segmentos de protección para balde de pala cargadora frontal Tornillos para extrusora de alimento balanceado Baldosas de protección de tolva de minerales de hierro

27 QUE NECESITO PARA PRODUCIR UNA PIEZA DE ADI? Fundición fabricación (colado) de piezas Planta de tratamientos térmicos KNOW HOW Operaciones de terminación (mecanizado) Sin embargo, primeramente: ESTUDIO DEL DESARROLLO DE LAS PARTES Realizar estudio de factibilidad de producción de piezas, fabricación de piezas prototipo y prueba en campo de partes - INTEMA sólida experiencia en trabajos de desarrollo y transferencia de tecnología con empresas nacionales (más de 200 trabajos y convenios realizados)

28 Secuencia de desarrollo (INTEMA): Diseño de la pieza a ser producida por colado BIELA Estudio de solicitaciones mecánicas, tribológicas Elección del grado de ADI para fabricación del componente

29 Secuencia de desarrollo (INTEMA): Desarrollo de modelo y sistema de alimentación Construcción de modelos y moldes

30 Secuencia de desarrollo (INTEMA): Colado de piezas prototipos Tratamiento térmico de austemperizado. Operaciones de terminación Prueba en campo de las piezas prototipos

31 Instalaciones en el INTEMA: Laboratorio de fusión y colado Laboratorio de Tratamientos térmicos

32 Instalaciones en el INTEMA: Laboratorio de Metalografía Óptica y Electrónica Análisis de Imágenes Tracción Impacto Dureza Fatiga Fractotenacidad Laboratorio de Ensayos mecánicos

33 Instalaciones en el INTEMA: Laboratorio de Metrología Taller de mecanizado

34 Interés de la DMI Gran interés en el desarrollo de prototipos para su prueba en servicio. Proyecto PICT que colabora fuertemente con la provisión de personal para el desarrollo del Know-How. PROPONGA UN DESARROLLO! Contacto: Teléfono: ext 188 Mail:

35 MUCHAS GRACIAS Dr Ing J.Massone - Dr. Ing Roberto Boeri Encuentro en CIDETER 1 de Septiembre de 2016