INVES. OPERA

1. Un fabricante de tubos de hierro fundido para saneamiento, está teniendo problemas de fractura frágil en el servicio de tubos. El fabricante solicita su ayuda para poder entender y proponer soluciones para este problema:

1. ¿Cuáles serían probablemente los tipos de hierro fundido utilizados en la fabricación de este tubo?  Justifique y discuta brevemente basándose en las estructuras de cada tipo. (2 puntos) (responder la pregunta en un máximo de 7 líneas)

1. Fundición blanca: Este tipo de fundición está formado solo por perlita y cementita. Debido a la elevada cantidad de cementita, suelen ser duras y muy frágiles, tal como los tubos del problema. No se puede forjar ni templar (por eso se quiebran).
2. Fundición gris: En este tipo de fundición, el grafito se encuentra precipitado en forma de placas afiladas y puntiagudas; estas láminas actúan como puntos de concentración de tensiones. Por esta razón, son relativamente frágiles (como en el problema) y poco resistentes a la tracción.

1. Cómo Ud. podría identificar de forma simple, cual es el tipo de hierro fundido? (2 puntos) (responder la pregunta en un máximo de 4 líneas). Se tendrían dos formas:

1. Observar de forma microscópica el tipo de estructura que posee el material, ya que la forma que tienen las fundiciones blancas y las grises son bastante diferentes, y;
2. Realizar un análisis a su composición, ya que la fundición blanca está formado por perlita y cementita, mientras que la fundición gris está formada por láminas de grafito.

1. Escoja uno de los tipos de hierro fundido discutido en el ítem (a) y proponga una posible solución para el problema durante el proceso de fabricación del material. (2 puntos) (responder la pregunta en un máximo de 10 líneas)

Se escogerá la fundición gris, ya que su proceso de fabricación involucra componentes y  proporciones bastante similares a la fundición nodular (no frágil). De esta manera:

Si en el proceso de fabricación de la fundición gris se utiliza el C (2.5-4% en peso) y Si (2-3% en peso), pero adicionalmente se le incluye Mg para evitar la formación de las agujas de grafito, este compuesto resultante sería una fundición dúctil o nodular. De esta manera, la ductilidad y moldeabilidad se verían incrementadas en relación a la fundición gris. Esta fundición nodular, además, tiene buena resistencia al desgaste.

Adicionalmente a la adición de Mg, también es necesario que la velocidad de enfriamiento en el proceso de fabricación sea intermedia, por el contrario de la velocidad de enfriamiento necesaria para la producción de fundición gris, la cual es rápida.

1. Cuál de los materiales o material que se muestran en la tabla debemos elegir, si necesitamos un material que no sufra deformación plástica y su diámetro no debe reducirse más de lo que 1.2x10-2 mm. Para elegir el material sometimos una probeta cilíndrica de 1.5 cm de diámetro inicial y una longitud de 12 cm al esfuerzo tensión-deformación y encontramos que esta probeta fue deformada aplicando una carga de 35000 N y encontramos los resultados mostrados en la tabla. Justifique su respuesta con cálculos y análisis.

[pic 1]

Para que el material no sufra deformación plástica, no debe de llegar a esta región, sino que sólo debe mantenerse dentro de la región o zona elástica.

Datos:

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[pic 3]

[pic 4]

El diámetro final será, suponiendo que se reduce en  (máximo posible), se tiene:[pic 5]