Environmental Emissions

3.1- Resultados

Con el objetivo de analizar las propiedades y las características del depósito realizado a la muestra extraída se le valoraron los siguientes elementos:

1. Análisis metalográfico 2. Perfil de dureza

Análisis metalográfico

Como plantea la literatura [17] es de gran importancia para el establecimiento de las propiedades mecánicas de los depósitos de soldadura el conocimiento de la microestructura, y más aún en el caso de las fundiciones blancas de alto cromo donde no es corriente la aplicación de la soldadura. Como se planteó en el capítulo anterior se extrajeron muestras de la placa de choque rellenada, utilizando como elemento de reconstrucción aporte de acero inoxidable y aporte de acero de bajo contenido de carbono.

En la figura 3.1 se muestra la zona de transición entre el aporte de acero inoxidable utilizado para reconstrucción y el aporte de alto cromo utilizado de protección. En dicha foto se puede observar la no existencia de defectos en dicha zona de transición, demostrando la buena adherencia que posee el aporte de alto cromo sobre el depósito inoxidable.

25 Figura 3.1. Zona de transición entre el aporte de acero inoxidable utilizado para reconstrucción y el aporte de alto cromo utilizado de protección, (500X).

En la figura 3.2 de la microestructura del aporte de alto cromo cuando es utilizado el acero inoxidable como material de reconstrucción. En dicha foto se puede observar una estructura básicamente austenitica (zonas claras), rodeadas de una eutécticos (zona oscuras), el cual a su vez está formado por austenita y carburos de cromo.

Figura 3.2. Deposito realizado con el aporte de alto cromo, utilizando acero inoxidable como material de reconstrucción, (500X).

En la figura 3.3 se muestra la zona de transición entre el aporte de acero al carbono utilizado para reconstrucción y el aporte de alto cromo utilizado de protección. En dicha foto se puede observar el crecimiento de grano que tuvo la zona del depósito de acero al carbono producto del ciclo se calentamiento realizado por la capa de protección. Por otra parte en la zona del depósito de protección se observa una pequeña franja donde no se manifiesta la fase austenitica (zonas blancas) lo cual es un indicativo del incremento de los fenómenos dilusivos

En la figura 3.4 se la microestructura del aporte de alto cromo cuando es utilizado el acero al carbono como material de reconstrucción. En dicha foto se puede observar

26 una estructura básicamente eutéctica (zonas oscuras) con aisladas zonas de austenita (zonas claras).

Figura 3.3. Zona de transición entre el aporte de acero al carbono utilizado para reconstrucción y el aporte de alto cromo utilizado de protección, (500X).

Figura 3.4. Deposito realizado con el aporte de alto cromo, utilizando acero al carbono como material de reconstrucción, (500X).

27 Perfil de dureza.

Los perfiles de dureza son elementos de suma importancia pues permiten corroborar de cierta manera los resultados de las metalografías. Las propias muestras utilizadas en la metalografía fueron utilizadas para obtener los valores de la dureza, tanto en la zona donde se utilizó el aporte de reconstrucción (acero inoxidable y acero al carbono) como en la zona donde se aplicó el aporte de protección (alto cromo). Las mismas se realizaron en el microdurometro Shimadzu. Los resultados de la dureza en la zona de reconstrucción se muestran en la figura 3.5 y en la zona de protección con los diferentes materiales de reconstrucción en la figura 3.6 a continuación.

Figura 3.5. Resultados de las mediciones de dureza efectuadas en el metal de la capa de reconstrucción.

28 Figura 3.6. Resultados de las mediciones de dureza efectuadas en el metal de protección con la utilización de distintas capas de reconstrucción.

3.2- Análisis

De acuerdo a lo mostrado en los epígrafes anteriores, el material de la placa de choque tienes una estructura formada por austenita en una matriz hipereutéctica formada por carburos de cromo y austenita, teniendo una dureza entre 580 a 620 HV, la cual va a variar de acuerdo con el nivel de utilización que posea, ya que los ligeros impactos a que está sometida la pieza durante su funcionamiento introduce en la misma determinado nivel de acritud, endureciéndola. Sobre esta base, el mejor material aportar deberá tener una dureza cercana a los valores antes comentados.

Como se puede apreciar en la figura 3.5, el aporte de alto cromo, cuando se utiliza una capa de reconstrucción de acero al carbono es mejor combinación, de las dos en estudio, ya que puede llegar a los valores exigidos por la placa de choque (625

29 HV/500g). Para explicar tal comportamiento, se utilizó el diagrama de SCHAEFFLER. Es necesario señalar, que el referido diagrama se utiliza fundamentalmente para trabajos con aceros inoxidable, sin embargo debido a las características de alta aleación que presentan los materiales en estudio, en particular el cromo (el cual está presente en la placa de choque, el del aporte inoxidable y el del aporte de alto cromo) se decidió utilizarlo como una herramienta que brinde una idea de la posible cantidad de austenita que se encuentran en los depósitos. De acuerdo a lo planteado en la literatura [18] la presencia de austenita en los depósitos es la responsable de la disminución de la dureza.

Para ubicar los diferentes materiales se partió de las ecuaciones de cromo y níquel equivalente (ver ecuaciones 3.2.1 y 3.2.2).

Cromo equivalente

Cr=Cr%+Mo%+1,5Si%+0,5Nb (3.2.1) Niquel equivalente

Ni=Ni%+30C%+0,5Mn (3.2.2)

Inicialmente, se ubicó el punto del referido al material de la placa de choque, la que de acuerdo a las ecuaciones antes mostradas presenta un Cr equi= 13,75 % y un Ni equiv= 95,28 %. Esto ubica al material de la placa de choque fuera del diagrama (ver figura3.7). Seguidamente fueron ubicados los materiales de aporte con que fue reconstruida la placa de choque. El E-7018 que presentó un Cr equi= 1,63 % y un Ni equiv= 5,6 %, quedando ubicado en la zona de Martensita del diagramas y el E312-16 que presentó un Cr equi= 30,1 % y un Ni equiv= 12,7 %, quedando ubicado en la zona de Austenita + ferrita 50%. Entre estos dos materiales de aporte y el metal base (placa de choque) se trazaron líneas (ver figura 3.7). El 30 % de la longitud de la línea a partir del aporte se consideró el material del depósito. Este 30 % está vinculado a la dilución que según la literatura [10] se logra con el proceso de electrodo revestido.

De acuerdo a lo visto en el diagrama, la utilización del E7018 como capa de reconstrucción logra, de acuerdo a la dilución empleada, un deposito se ubica en la zona de Martensita +Austenita, mientras que el E 312-16, con ese mismo nivel de dilución, se ubica en la zona de 100 % Austenita.

30 Con respecto a la capa de protección realizada con el electrodo E 6-UM-60. Primeramente se ubicó el material de aporte puro. Este presenta un Cr equi= 11,55 % y un Ni equiv= 11,78 %, quedando ubicado en la zona de Martensita + Austenita. Este punto se une mediante una línea con los puntos de los depósitos de los materiales de reconstrucción diluidos. A esta línea se le aplica el mismo principio del 30 % de la longitud, a partir del metal de aporte (E 6-UM-60), que se le aplicó a las líneas que unen los materiales de reconstrucción con el material de la placa de choque.

De esta última etapa, se puedo apreciar (ver figura3.7) que el deposito del material de protección (E 6-UM-60) aplicado sobre el material de reconstrucción E 7018 queda en la zona Martensita +Austenita, hecho este que justifica el cuadro microestructural mostrado en la figura 3.4 y los niveles de dureza mostrado en la figura 3.5. Sin embargo el deposito realizado con el E 6-UM-60 sobre el material de reconstrucción E 312-16 queda ubicado en la zona de 100 % austenita, lo que justifica la estructura lograda así como se bajó nivel de dureza

31 Figura3.7. Diagrama de SCHAEFFLER con la ubicación de los materiales en estudio. Del análisis realizado anteriormente se puede concluir que la reconstrucción realizada sobre la placa de choque con el metal de aporte E 7018, el cual posteriormente se protegió con el aporte de alto cromo puede ser la mejor combinación para garantizar un funcionamiento adecuado de la referida pieza.

3.3- Efecto Económico

Para la determinación del efecto económico del relleno de las placas de choques, utilizando una capa de reconstrucción de acero al carbono (E 7018) y posteriormente la aplicación de una capa de protección de alto crono (E 6-UM-60), se partió de las siguientes condiciones:

 Tamaño de la placa a blindar: 450 mm X40 mm.

 Espesor a rellenar: 6 mm (3 mm de la capa de reconstrucción y 3 mm de la capa de protección).

 Régimen de soldadura a aplicar para ambos aportes: 100 A.

Para todos estos cálculos, se utilizó la metodología para la determinación de los costos de operaciones de soldadura y relleno superficial desarrolladas por un colectivo de autores del Centro de Investigaciones de Soldadura [19].

Para este caso el efecto económico de la operación de incremento del espesor de la placa se choque tuvo en cuenta los gastos incurridos en la operación de reconstrucción mas los gastos incurridos en la operación de protección (ver ecuación 3.3.1)

EEO=CPN+PPCH-(COR+COP) (3.3.1) Donde:

EEO: Efecto económico de la operación (CUC) CPN: Costo de la pieza nueva (CUC): 104 CUC [11].

PPCH: Precio de la pieza como chatarra (CUC): 54 CUC [20]. COR: Costo de la operación de reconstrucción (CUC)

32 Para la determinación de los costos de la operación de reconstrucción utilizando el electrodo revestido E 7018 de 3,25 mm, se utilizó la ecuación 3.3.1

. + + = CR MOAD EE OR C C C C (3.3.2) Dónde:

CCR – Costo de consumibles de reconstrucción (CUC) CMOAD – Costo de mano de obra y administrativos (CUC) Cee – Costo de energía eléctrica (CUC)

Para la determinación de los costos de consumibles de reconstrucción, se utilizó la ecuación 3.3.3, la que establece que:

PC E

CR C C

C = + (3.3.3)

Dónde:

CE – costo de electrodos consumido (CUC)

CPC – costo del precalentamiento (CUC), en este caso, no hay necesidad de aplicación de precalentamiento por lo cual no se incurrieron gastos en este acápite.

El costo de electrodo consumido se determina por la ecuación 3.3.4:

Et Pe * Mmd = C_E … (3.3.4) Dónde:

Pe: Precio del electrodo E7018: 1, 2 CUC/kg, [21].

Et: eficiencia real del depósito. El aporte E 7018 a 100 A según los resultados de trabajos precedentes [22] presenta una eficiencia real de 68,45 %.

Mmd: masa de metal a depositar por el E7018, se calcula por la ecuación 3.3.5: md γ * Vmd = Mmd (3.3.5) Donde:

Vmd: Volumen de metal depositado: 450 mm X 40 mm X 3 mm = 54000 mm3 md: Densidad del metal depositado (E 7018) : 0,00786 g/mm3

Mmd = 424,2 g = 0,424 Kg.

El Costo de electrodo consumido para la operación de reconstrucción es 0,74 CUC.

El costo de mano de obra y administrativo para la operación de reconstrucción se determina por la ecuación 3.3.6.

33 Fo * RD md γ * Vmd * Tmo = CMOAD (3.3.6) Tmo: Tarifa de costos de mano de obra y administrativos: 5, 01 CUC/h [21].

RD: Razón de depósito. Según los resultados de trabajos precedentes [22] el E 7018 para este nivel de corriente y con este diámetro presenta una razón de depósito de 780 g/h.

Fo: Factor operador para proceso SMAW manual, según la bibliografía [10], es 0,3. El Costo de mano de obra y administrativo para la operación de reconstrucción es de 9,09 CUC.

El costo de la energía eléctrica consumida en el proceso se determina por la ecuación 3.3.7. . Efu * Fo * RD * 1000 Mmd * Is * Va * PkWh = C_EE (3.3.7) Dónde:

PkWh: Precio del kWh industrial: 0,06 CUC h [21].

Va: Voltaje de arco, el cual según el resultado de este trabajo es: 20 V Is: Intensidad de corriente: 100A.

Efu: Eficiencia de la fuente de corriente, es este caso para un inversor modelo HM 630 la eficiencia es: 0,85

El costo de la energía eléctrica consumida en el proceso es 0,026 CUC

Por tanto, el costo de la operación de reconstrucción utilizando el electrodo E7018 es 9,86 CUC

En la tabla 3.3.1 se muestra un resumen de los costos que se incurrieron en la operación de protección

Tabla 3.3.1. Costos incurridos en la operación de protección PE (CUC) Et (%) Mmd (g) Ce (CUC) RD (g/h) Cmoad (CUC) CEE (CUC) COP (CUC) 4,00 73,74 394 2,14 1480 4,45 0,13 6,72

34 De aquí se deriva que el efecto económico (Eec) del aumento del espesor de la placa de choque para lograr mayor cantidad de componente fino en la arena que entrega el molino es de 141,42 CUC. Lo que prueba la factibilidad de la operación.

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Conclusiones

1. El análisis metalográfico realizado a las dos variantes de reconstrucción muestran que la utilización de un aporte de acero de bajo contenido de carbono (E 7018) posibilita que al aplicar la capa de protección se facilite la formación de una estructura con una mayor cantidad de carburos y menor cantidad de austenita que cuando se reconstruye con un aporte de acero inoxidable

2. La dureza del metal depositado cuando se reconstruye con un aporte de acero al carbono presentan una magnitud similar (625 HV/500g) a la dureza que posee la placa de choque original (580 a 620 HV).

3. El balance económico demuestra la factibilidad de la realización de las operaciones de relleno (reconstrucción y protección) a las placas de choque con vistas a incrementar su espesor y con ello la capacidad de molino de entregar granos finos. Lográndose un costo de 16,58 CUC, el cual es muy inferior al costo de compra de una placa de choque nueva.

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