Vie. Abr 23rd, 2021

Joel S. Ochoa¹, Miguel Montiel².

     ¹· Ingeniero de Materiales, Universidad Nacional De Trujillo, Trujillo, Perú.

² ·Ingeniero Industrial, Universidad de Lima, Lima, Perú.

El estudio del presente trabajo realizado por Fundición Ferrosa S.A.C se realizó a solicitud de una empresa del sector no metálico, este estudio se basó en observaciones metalúrgicas, micro y macroscópicas, evaluación de dureza y análisis de espectrometría de masas para una mandíbula móvil 16 dientes en acero al Manganeso con bajo rendimiento de operación. La mandíbula móvil fabricada de acuerdo a la norma ASTM A128 Gr C se usa en una máquina llamada chancadora de quijada, se trata de una máquina que reduce el tamaño de un material, dicha máquina chancadora es empleada en plantas de minería metálica, no metálica y agregados. Las observaciones micrográficas evidencian que la pieza ha trabajado más por abrasión que por impacto. Las durezas Brinell tomadas en las zonas de mayor y menor desgaste indican que el material se ha endurecido por deformación en frio, dentro del rango estándar. La composición química tomada evidencia la presencia de ciertos elementos propios de dicho material, dicho sea de paso va a repercutir considerablemente en las propiedades mecánicas del material. Las observaciones microscópicas evidencian la presencia de inclusiones, carburos en el grano y límites de granos, tamaño de grano 0.5. Estos análisis básicos nos permiten afirmar el porqué del bajo rendimiento de la muela móvil en la industria no metálica.

1. INTRODUCCIÓN

El sector minero es uno de los motores que impulsa el crecimiento económico del país, manteniendo su crecimiento en los últimos años en alrededor del 8% del PBI. Esto se debe a que el Perú es un país de antigua tradición minera, tradición que mantiene y cultiva gracias a la presencia de empresas líderes a nivel internacional. [1] 

El acero austenítico al manganeso se usa en aplicaciones exigentes que requieren altos niveles de impacto y media abrasión. John Tasker describe el acero al manganeso diciendo que “es el único material que sobrevivirá en la mayoría de los grandes equipos de trituración que se usan hoy en día”. La capacidad excepcional del acero austenítico al manganeso para endurecerse con la carga de impacto lo convierte en la mejor opción de material de desgaste para muchas aplicaciones exigentes. Estas aplicaciones incluyen Bowl liners, mantle liners, feed plates, cuñas, cóncavos de trituradoras      giratorias, forros de molino, martillos de alto impacto, etc.

TRATAMIENTO TÉRMICO

HIPERTEMPLE, es el tratamiento térmico por excelencia de los aceros austeníticos. Consiste en un calentamiento a una temperatura comprendida entre 1,050 – 1,150°C seguida de un enfriamiento rápido en agua de tal manera que se impida la precipitación de carburos

Sus principales propiedades mecánicas son:

-Fluencia entre 280/470 MPa.

-Dureza Brinell del orden de 180 a 220 HB.

-La elongación a rotura típica varía entre el 20 y el 40% para secciones transversales de piezas. -Su alta ductilidad permite lograr una resistencia al impacto sobre los 136 J a temperatura ambiente y una resistencia a la fractura del orden de 120 MPa/m2, por lo que es muy adecuado para trabajar en condiciones de fuerte impacto.

El estudio realizado para este artículo se basa en conocimientos esenciales del Análisis de Falla de Ingeniería(AFI), utilizando la ciencia y el análisis de Ingeniería, para revelar las causas próximas y raíces. El análisis de una falla es un proceso metodológico que busca determinar las raíces físicas de las fallas mecánicas. La AFI es una actividad multidisciplinaria, ya que abarca toda la gama de componentes utilizados en ingeniería: eléctrica, mecánica, estructural, metalúrgica y química.

Métodos de prueba ASTM

ASTM E3 11 – Guía estándar para la preparación de muestras metalográficas.

ASTM E407 – Práctica estándar para microataques a metales y aleaciones.  

ASTM E10- Método de prueba estándar para dureza Brinell de materiales metálicos.

ASTM E112 Tamaño de grano [2] 

2. MATERIAL

  1. Equipos
  2. Microscopio Invertido AXIOVERT A1 MAT-ZEISS 50X, 100X, 500X y 1000X
  3. Desbastador y Pulidor Mecánico.
  4. PH 1 – 196 Universal Hardness Tester
  5. Espectrometría de emisión óptica(Marca Spectromax)
  • Instrumentos
    • Vaso de precipitación de 50mL
    • Cronometro.
  • Herramientas
    • Lijas al agua N° 220,400,600,800,1000.
  • Materiales
  • Muestra de Acero al manganeso.
  • Productos Químicos
  • Agua destilada.
  • Reactivo Nital 2 % (Solución de ácido nítrico al 2% en alcohol metílico)
  •  Polvo de alúmina de 0.3 µm.
  • Resina poliéster.
  • Peróxido de Cobalto.
FIG 3 A) Microscopio Óptico invertido modelo AXIOVERT A1 MAT-ZEISS,B) Muestra metalográfica encapsulada con resina, C) Reactivo químico Nital 2% y D) Ataque químico con Nital al 2%  por 30s.

3. MÉTODOS

A continuación se describirá procedimientos de preparación de muestras para el análisis micrográfico, realizadas en el laboratorio de Metalografía. Como paso inicial se seleccionó la muestra de acero al manganeso,y se encapsuló las muestras haciendo uso de la resina poliéster y peróxido de cobalto. El proceso de preparación de la muestra se realizó en tres etapas: desbaste grueso, desbaste fino y pulido.El desbaste grueso se realizó con lijas al agua Nº 100,120,180, 220, 400, el desbaste fino con lijas al agua Nº, 600, 800, 1000; el pulido con polvo de alúmina de tamaño de grano: 0,3 μm.

El ataque químico se realizó con Nital 2% con un tiempo de inmersión de la muestra en el reactivo de 30 segundos.

Se realizó el análisis metalográfico con la ayuda del Microscopio Invertido AXIOVERT A1 MAT-ZEISS, y se tomaron las correspondientes microfotografías, cabe mencionar que el microscopio trabaja con un software que permitirá visualizar las imágenes en el computador.

FIG 4. Análisis Metalográfico

4. RESULTADOS Y DISCUSION

A. Muestra a analizar

La Mandíbula Móvil 16 dientes ha rendido sólo 10 días en una minería no metálica (Concreto), menos que el promedio que es entre 35 a 45 días.

B. Análisis Químico

La tabla 1 muestra la composición química promedio del Material en acero al manganeso, obtenida a partir de tres ensayos realizados mediante espectrometría de emisión óptica.

FIG 7. Muestra analizada para composición química

C. Análisis de durezas

Ensayo realizado a la pieza desgastada.Datos obtenidos según tabla N°3.

D. Análisis por Microscopía Óptica

Mediante el análisis de microscopía óptica se observa en la figura 10,11 y 12 la presencia de inclusiones y carburos diseminados en el grano como en los límites de grano. Además, mediante el método comparativo se obtuvo el tamaño de grano 0.5 promedio de este material de acero al manganeso. El tamaño de grano grande obtenido y la presencia de carburos es una evidencia que el proceso de fabricación de este material no fue el adecuado. Todo esto conlleva a tener propiedades mecánicas no estándar.

FIG 13. Acero austenítico al Manganeso analizado, en la imagen se observa la presencia de Maclas (líneas en diferentes direcciones) producto de la deformación que ha sufrido por impacto en su tiempo se servicio

5. CONCLUSIONES

-Se observa en la TABLA N º 1 el rango de Composición Química determinada a la pieza de estudio. No esta demás mencionar que él

% C conlleva a la precipitación de carburos en el grano y límite de grano del material.

– El comportamiento del Molibdeno es también formar carburos en el acero el manganeso, dependiendo de la composición química, espesor de la pieza este elemento tendrá una influencia en su resistencia a la abrasión y en el tamaño de grano. [3] [4]

– La dureza se encuentra en la zona de menor desgaste con 455HB en promedio y en la zona de mayor desgaste con 527 – 535HB en promedio.

-Tomando referencia la metalografía se confirmó que la mandíbula si presenta tratamientos térmicos de apagado o Hipertemple (disolución de carburos en su mayoría).

– En la microestructura se observa una gran cantidad de inclusiones antes de ser revelado con nital y tamaño de grano promedio de 0.5 por el método comparativo.

-La Mandíbula móvil de 16 dientes ha trabajado por impacto y abrasión.

-El bajo rendimiento de esta muela va a depender de la veta que se están chancando   y puede ser que hay sílice o alúmina en mayor porcentaje, por lo que se ha desgastado más rápido.

RECOMENDACIONES

Determinar los tipos de carburos presente en el material mediante DRX (Difracción de rayos X).

Para este tipo de trabajo se recomienda modificar el tipo de Aleación de la mandíbula por uno que tenga mayor resistencia a la abrasión de acuerdo al material a triturar en la minería no metálica.

AGRADECIMIENTO

Los autores desean agradecer a la empresa Fundición Ferrosa S.A.C, de forma especial a su gerenta general, Sra. Naima Montiel, por el apoyo en el desarrollo y difusión de esta investigación.

BIBLIOGRAFÍA

[1] La minería artesanal de oro en el Perú vista desde un enfoque organizacional. disponible en: http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/95/buezo_de_manzanedo_duran_luis_mineria_artesanal.pdf?sequence=1

[2] https://www.astm.org/Standards/

[3] Mahyar Mohammadnezhad, Vahid Javaheri and Masab Naseri Seftejani “Effects of Niobium and Molybdenum on Microstructures after Hardening and Wear Resistance of Austenitic Manganese Steel” (2013)  

[4] Bouhamla, hadji ,“Effect of the Molybdenum on the Microstructural and Mechanical Properties of Hadfield Austenitic Manganese Steel” (2013)

Por admin


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