El Hierro Nodular es un material muy empleado actualmente en la Industria Automotriz, ya que presenta algunas ventajas con respecto al Acero o el Hierro Gris, como son, por ejemplo, mayor resistencia a la fatiga y mayor resistencia al desgaste, aunque con un costo mayor de fabricación que el Hierro Gris. Por su buena tenacidad el Hierro Nodular está siendo utilizado para la fabricación de piezas que experimentan ciclos de fatiga, ya que por el tipo de estructura cristalográfica que posee, inhibe el crecimiento y propagación de grietas, además posee una alta resistencia al desgaste, como se requiere, por ejemplo, en cigüeñales, monoblocks, engranes, masas, etc.

En términos generales, el trabajo contenido en la Publicación Técnica No. 148, que aquí se resume, describe pruebas de crecimiento de grietas y otros tipos de pruebas mecánicas para estudiar el rendimiento del Hierro Nodular en procesos de fatiga. En una aportación de recientes investigaciones [1,2], se ha demostrado que el tratamiento térmico de austemperizado mejora notablemente las propiedades de fatiga de los Hierros Nodulares, pero a la fecha se han reportado pocos estudios sobre efecto de la temperatura en la transformación isotérmica del proceso de austemperizado, por lo que un objetivo de este trabajo es evaluar el efecto que tiene la variación de esta temperatura, en el crecimiento de grietas por fatiga para estos materiales.

Otro objetivo de este trabajo es evaluar el crecimiento de grietas por fatiga del Hierro Nodular Austemperizado, cuando se modifica su composición con: Cobre (Cu), Níquel (Ni) y/o Molibdeno (Mo); los cuales resultan atractivos para la industria por el mejoramiento de las propiedades mecánicas de tensión e impacto.

Un último objetivo intrínseco del trabajo aquí comentado, es el de proporcionar un ejemplo para ingenieros y/o diseñadores del uso de la velocidad de propagación de grietas por fatiga como una herramienta de evaluación para la selección de materiales, principalmente cuando éstos se emplean para soportar ciclos de carga y, que por lo tanto, podrían experimentar el crecimiento y propagación de grietas por fatiga.

Para cumplir con los objetivos planteados en esta investigación, el trabajo está dividido en ocho capítulos. El primero corresponde a la introducción y los restantes se describen brevemente a continuación:

En el segundo capítulo se muestran algunos indicadores de la Industria Automotriz en México y su evolución en los últimos años, así como un análisis de las tendencias del mercado automotor en Estados Unidos con respecto a los materiales que se utilizan por su industria automotriz.

En el tercer capítulo, se realiza una breve explicación de los materiales conocidos con el nombre de Acero y Hierro, donde se estudia a los hierros, especialmente lo que respecta al Hierro Nodular, y se indican las diferencias que tienen con respecto a otros tipos de hierros (por ejemplo: grises, blancos, etc.).

El cuarto capítulo se enfoca al estudio del Hierro Nodular Austemperizado, que incluye una descripción general de los tipos y propiedades mecánicas que posee, el tratamiento térmico conocido como austemperizado, los efectos que tienen sobre el material los elementos químicos de aleación utilizados en este trabajo [Cobre (Cu), Níquel (Ni) y Molibdeno (Mo)]; y por último se describe brevemente la utilización de este material en la Industria Automotriz y las tendencias de su fabricación a nivel mundial.

En el quinto capítulo se exponen las bases teóricas de la propagación de grietas por fatiga en los materiales, en donde se describen las etapas de la propagación de grietas, la forma para determinar la rapidez de la propagación de grietas, cómo se determina la vida útil en fatiga y se muestra el aspecto típico de las superficies de fractura por fatiga.

La metodología utilizada para la realización de esta investigación se explica en el sexto capítulo, donde se describe la preparación del material de las probetas de estudio, la composición química de cada muestra, la nomenclatura de identificación de cada composición química, las etapas y temperaturas empleadas para los tratamientos térmicos de austemperizado, la forma de las probetas para la prueba de fatiga, las condiciones de prueba y los equipos utilizados para los ensayos de fatiga, la forma de preparación de las probetas fracturadas para los análisis metalográficos y otras pruebas complementarias.

Los resultados de las diversas pruebas se presentan en el séptimo capítulo, en donde se muestran y analizan los resultados de los ensayos de velocidad de propagación de grietas para cada tipo de composición química y para cada temperatura de austemperizado. También, se analizan los resultados metalográficos, los cuales sirven para validar las pruebas realizadas. Así mismo, se señalan los efectos en la propagación de grietas por fatiga, del número y forma de los nódulos de grafito contenidos en los materiales ensayados.

Finalmente, en el último capítulo se concluye que el Hierro Nodular es un material que representa una alternativa para la industria automotriz, ya sea para sustituir materiales tales como el acero o el hierro gris, o bien, como un material adecuado para fabricar partes que están sujetas a procesos de fatiga, con la ventaja de que estas partes tendrán menor peso y un costo competitivo en el mercado.

Con respecto a los materiales ensayados en este proyecto, se establecen cuatro conclusiones:

1.      El efecto de la composición química sobre la propagación de grietas por fatiga de los Hierros Nodulares Austemperizados ensayados en este trabajo hizo resaltar la superioridad de las aleaciones Cu-Mo.

2.      Existe una clara tendencia de que los Hierros Nodulares con un tratamiento térmico de austemperizado a 315°C, presentan la mayor resistencia a la propagación de grietas.

3.      Los materiales ensayados tuvieron diferentes nodularidades, pero no se distinguió una tendencia clara de esta variación en los resultados, al menos con las amplitudes del factor de intensidad de esfuerzos (K) utilizadas.

4.      La morfología de los nódulos de grafito influye en la resistencia a la propagación de grietas, y se observó que con mayor esfericidad de los nódulos mayor resistencia a la fatiga.

Miguel Antonio Acosta Esqueda.

Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo., Jefe de la Coordinación de Equipamiento para el Transporte.

Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo., Investigador del IMT.

* Síntesis del documento: ACOSTA ESQUEDA, Miguel Antonio; Miguel MARTÍNEZ MADRID y José Alfredo LÓPEZ LÓPEZ, “El tratamiento térmico de los hierros nodulares en el mejoramiento de los materiales en la industria automotriz - Un caso práctico -”, Publicación Técnica No. 148, Instituto Mexicano del Transporte, Sanfandila, Qro., 2000.