El hierro fundido se puede modificar a través del proceso de fabricación para optimizar sus propiedades mecánicas y físicas, como la resistencia y la durabilidad.
Esto lo convierte en un material de elección para su uso en las industrias de transporte y maquinaria, que dependen de la resistencia al desgaste, la deformación y la oxidación del hierro fundido para diseñar puentes, herramientas y piezas de motor de alto rendimiento.
Pero el proceso de fabricación es tan artístico como científico, produce buenos resultados pero no captura todo el potencial del hierro fundido. Todavía existe controversia sobre la correlación entre los parámetros de fundición de fabricación y las propiedades deseables. Limitado por las técnicas de imagen 2-D industriales típicas o el tiempo-Al consumir estudios de laboratorio en 3-D, los investigadores no han podido determinar los parámetros exactos de procesamiento necesarios para obtener las propiedades ideales para cada aplicación de hierro fundido.
Encontrar una manera más fácil de mirar en el interior de la aleación para obtener una respuesta definitiva podría ser una bendición para los consumidores, además de brindar a la industria de los Estados Unidos una ventaja competitiva. Según un estudio publicado en la revista Scripta Materialia, sincrotrón X de alta energía-las matrices pueden proporcionar esa información.
"Al comprender la estructura, será posible desarrollar aleaciones con propiedades mecánicas y térmicas mejoradas. Esto implica que para aplicaciones, como el motor del vehículo y los componentes del motor, uno podría usar menos material y reducir el peso total del vehículo que se traduciría enahorro de combustible ", dijo Dileep Singh, Líder de Grupo de Investigación Térmica-Mecánica en el Centro de Investigación de Transporte del Laboratorio Nacional de Argonne y el líder técnico de este estudio en Argonne.
Para la industria del transporte, la capacidad de modificar los procesos de fabricación para crear materiales de alto rendimiento podría ayudar en el desarrollo de motores o piezas de motor más eficientes en combustible que puedan soportar mejor el calor para tener una vida útil más larga.
"Los investigadores de Caterpillar están buscando activamente mejorar nuestra comprensión de las aleaciones de hierro fundido para proporcionar soluciones de productos innovadores a nuestros clientes", dijo Richard Huff, líder del equipo técnico de Caterpillar Inc., que suministró piezas fundidas de aleación de motores para su uso enla prueba del estudio principal.
Los resultados del estudio mostraron que la tomografía de rayos X de alta energía puede revelar comportamientos previamente desconocidos de grafito en hierro fundido, como el crecimiento de nódulos, ya que se somete a diversos tratamientos. Los rayos X también pueden clasificar inequívocamente el tipo de partículas involucradasen el comportamiento, que es crítico para identificar la relación estructura-proceso Estas ideas son la clave para manipular la estructura atómica del grafito a través de tratamientos de fabricación, como cambiar la química de la fusión y alterar los inoculantes agregados al hierro fundido líquido.
El equipo de investigación incluyó a Huff de Caterpillar, y los investigadores de Argonne Singh, Chihpin Chuang y John Hryn de la División de Sistemas de Energía y Jon Almer y Peter Kenesei de la División de Ciencia de Rayos X, Fuente avanzada de fotones APS, una oficina del DOEde las instalaciones de usuarios de ciencias con sede en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de los EE. UU. como parte de esta investigación.
El análisis de rayos X sincrotrón tiene varias ventajas sobre las técnicas actuales utilizadas para evaluar la microestructura de grafito.
Las imágenes tridimensionales de la estructura del grafito, su disposición espacial en la aleación y su conectividad de fase son factores clave que determinan las propiedades del hierro fundido. Estos parámetros no se pueden lograr de manera confiable mediante la prueba 2D estándar de la industria actualSe usa con menos frecuencia, pero es más efectivo el uso de haces de iones enfocados FIB y microscopía electrónica de transmisión, que puede proporcionar imágenes tridimensionales de alta resolución, pero requiere mucho trabajo, consume mucho tiempo y destruye la muestra.Los rayos X penetran muestras no homogéneas de hasta un centímetro de espesor en condiciones reales de operación. Esto evita los desafíos de las técnicas FIB y TEM al tiempo que proporciona una mejor representación estadística de parámetros en material a granel.
El equipo de investigación descubrió que los métodos de caracterización del sincrotrón permiten una nueva comprensión de por qué el hierro de grafito compactado, que utiliza Caterpillar en componentes de motores de servicio pesado, puede conducir el calor mejor que el hierro dúctil mientras mantiene una buena resistencia dúctil.forma, tamaño y distribución de las partículas de grafito en el hierro fundido.
"La caracterización tridimensional del material permite una mayor comprensión de la formación de la estructura y las relaciones estructura-propiedad", dijo Huff.
Los resultados se publicaron en la revista Scripta Materialia en el artículo "Análisis cuantitativo 3D de la morfología del grafito en hierro fundido de alta resistencia mediante tomografía de rayos X de alta energía". El trabajo se realizó en la línea de luz 1-ID en el APS.
La Oficina de Tecnologías del Vehículo, Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable, Departamento de Energía de EE. UU., Apoyó el trabajo, y la Oficina de Ciencia apoyó el uso de APS.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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