obtención de un electrodo para el relleno de las mazas de los

5as Jornadas de Investigación
Universidad Autónoma de Zacatecas
25 al 29 de Junio del 2001
Trabajo: TI/UI-08/087
OBTENCIÓN DE UN ELECTRODO PARA EL RELLENO
DE LAS MAZAS DE LOS MOLINOS DE CAÑA DE AZÚCAR
M. en C. Alejandro López Ibarra *, Dr. Manuel Rodríguez Pérez **,
M Sc. Abel Mendoza Martínez **, Dr. Emilio Alvarez García **
*Especialidad en Procesos Metalúrgicos de Manufactura de la
Universidad Autónoma de Zacatecas.
Av. Ramón López Velarde No. 801, C. P. 98060, Zacatecas, Zac., México
Tels: (492) 2-08-27, Fax: (492) 2-05-47
Email: [email protected]
**Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Central
“ Marta Abreu “ de las Villas, Cuba
Carretera a Camajuani Km 5-1/2, Santa Clara, Cuba
RESUMEN
En este trabajo se obtiene un electrodo revestido con una excelente resistencia al desgaste del
tipo abrasivo-corrosivo a partir de un sistema de aleación compuesto por C – Cr - Mn. Según
las propiedades del electrodo está destinado específicamente para el relleno superficial de la
aspereza transversal de las mazas de los molinos de caña de azúcar.
ABSTRACT
In the present work we have obtained a covered electrode with an excellent resistance to the
abrasive corrosion Wear, started from a system of compound alloy by C – Cr - Mn. According
to the properties of the electrode; this can be destined for the hardfacing of the transversal
asperity of the sugar cane mill rolls.
I. INTRODUCCIÓN
La aplicación progresiva de nuevos métodos de fabricación o recuperación de piezas y su
perfeccionamiento, constituye un elemento fundamental para cubrir la demanda de ciertas
piezas de repuesto que su complejidad y aleación utilizada hacen que los costos de
adquisición resulten elevados.
El presente trabajo constituye una posible respuesta a las dificultades existentes; mediante el
desarrollo de un electrodo destinado a la aplicación de la Aspereza Transversal, las cuales se
encuentran sometidas a un alto grado de desgaste abrasivo en un medio corrosivo (figura 1).
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Figura 1.- Mazas expuestas al desgaste durante la molienda de la caña de azúcar
(características: diámetro = 1066.8 mm, longitud =2286 mm,
peso = 20 toneladas, costo = 10,000 USD)
Con relación a la protección de las mazas y el aumento de la eficiencia en la molienda, se
ofrecen actualmente una gran gama de electrodos para aplicarlos en la Aspereza Transversal,
como es el caso del electrodo UTP-670.
La importancia del trabajo, se basa en la obtención de un electrodo con propiedades que dan
solución al problema del desgaste, existiendo las condiciones de equipamiento y materia
prima para producirlo a un costo relativamente bajo, como se ha demostrado en estudios
realizados en otros trabajos de investigación (8).
Es de señalar que el electrodo obtenido puede ser utilizado no sólo para la aspereza de las
mazas de los centrales azucareros, pues por la composición química y estructura de la capa
aportada, así como su dureza, puede ser empleado en el relleno de todo tipo de pieza sometida
al desgaste abrasivo.
II. DESARROLLO
2.1. Evaluación de revestimientos para la obtención del electrodo
El punto de partida de la investigación correspondiente al presente trabajo ha sido evaluar
diferentes formulaciones desarrolladas en trabajos anteriores utilizadas en electrodos tubulares
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(5, 9). A estas formulaciones se les ha adicionado ferroaleaciones para lograr propiedades tales
como; una alta resistencia al desgaste Abrasivo-Corrosivo, y analizar además de forma
preliminar las propiedades tecnológicas fundamentales en electrodos con núcleo macizo.
TABLA 1. Composición de los minerales utilizados en las pruebas preliminares.
Materiales que intervienen en las mezclas (%)
Número de
Rutilo(TiO 2)
Variante
Calcita
Caolín
Fluorita
FeCr
FeMn
1
24
16,8
10,2
-
34
6
2
24
18
18
-
34
6
3
30
10
20
-
34
6
4
30
15
15
-
34
6
5
30
-
15
15
34
6
TABLA 2. Resultados de las propiedades tecnológicas
evaluadas a los diferentes revestimientos.
Tipo de
Material
Propiedades evaluadas en los depósitos de soldadura.
Revesti Espesor
miento
Temperatura
Propiedades
Dureza
de fusión del
de
(HRC)
revestimiento
Extrusión
N
Alta
B
100-120
N
Media
B
B
110-120
N
Alta
B
R
B
120-125
N
Alta
B
2,5
R
B
120-125
N
Alta
B
1,75
E
B
120-125
N
Alta
B
B
110-120
N
Remoción
Es tabilidad
IS
de e s coria
de a rco
amperes
2,5
M
R
140-150
1,75
B
B
2,5
B
1,75
(mm)
Poros
1
55.46
2
49.22
3
Acero
48.36
2,5
E
4
1,75
E
B
110-120
N
Ligeramente.
Alta
Ligeramente
Alta
B
34.10
B
2,5
E
R
140-150
N
Media
B
1,75
E
B
110-120
N
Media
B
5
30.42
La composición de los minerales empleados en este grupo de electrodos se muestra en la tabla
1.
La evaluación de los revestimientos se ha realizado considerado los siguientes niveles de
evaluación: E: excelente; B: bien; R: regular; M: mal; y N indica la no presencia de poros en
la soldadura. Los niveles de evaluación se establecieron siguiendo un criterio de expertos
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según el trabajo de investigación (8). Los resultados obtenidos de las propiedades tecnológicas
evaluadas se muestran en la tabla 2.
De acuerdo a las propiedades evaluadas, se seleccionó el revestimiento No. 4 por su
comportamiento en el sistema aleante seleccionado.
2.2. Determinación del porcentaje de las ferroaleaciones seleccionadas para garantizar la
resistencia al de sgaste Abrasivo-Corrosivo.
Las ferroaleaciones seleccionadas para el desarrollo del electrodo han sido el Ferrocromo y el
Ferromanganeso. El Ferrocromo constituye el elemento esencial para lograr la resistencia al
desgaste corrosivo; además la presencia de este elemento junto al carbono garantiza la
formación de carburos, cuya morfología y distribución pueden ofrecer una excelente
resistencia al desgaste Abrasivo (7). Por otra parte la utilización del Ferromanganeso en los
sistemas aleantes es muy empleado, pues con él se logra disminuir el agrietamiento en los
depósitos por la tenacidad que este elemento le confiere a la matriz de la estructura. La
composición de los diferentes electrodos evaluados con relación al revestimiento seleccionado
se muestra en la tabla 3.
TABLA 3. Composición de los minerales utilizados en el trabajo experimental.
Materiales que contienen los electrodos (%).
Electrodo
Rutilo (TiO 2)
Caolín
Fluorita
FeCr
FeMn
Polvo de Fe.
1
30
15
15
34
6
0
2
30
15
15
34
2
4
3
30
15
15
4
6
30
4
30
15
15
4
2
34
III. RESULTADOS OBTENIDOS Y DISCUSIÓN
Una vez fabricados los electrodos se continuó con la evaluación de algunas propiedades, con
la finalidad de establecer el electrodo más apropiado para realizar la Aspereza Transversal.
Este electrodo debe satisfacer las propiedades tecnológicas del proceso, así como una alta
resistencia al desgaste abrasivo. En el proceso de evaluación ante el desgaste abrasivo se ha
incluido al electrodo UTP-670 (electrodo empleado en la Aspereza Transversal), recomendado
por la literatura (2).
Se ha considerado oportuno evaluar además del desgaste abrasivo el comportamiento de la
dureza de los depósitos para cada uno de los electrodos. Los resultados de la dureza y el
desgaste se muestran en las tablas 4 y 5 respectivamente.
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TABLA 4. Dureza obtenida en los diferentes depósitos de soldadura.
Promedio
Mediciones realizadas
Electrodo
(HRC)
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
(Y)
E-1
44
53,5
57*
43,5
44,5
44,8
47,88
E-2
40,5
41
41
38,2
37,5
37,5
39,28
E-3
36,5
37,4
32,5
32,5
34,5
40,5
35,65
E-4
34
38,5
38
37,2
16,5*
16*
30,03
UTP-670
57
53
58
59
55
56
56,33
TABLA 5. Resultados de las pruebas de desgaste abrasivo (peso en gramos)
Promedio
Mediciones realizadas
Electrodos
(Y)
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
E-1
0,1459
0,2711*
0,218*
0,1318
0,1206
0,1992*
0,1327
E-2
0,1218
0,3138*
0,1513
0,1704
0,2287*
0,1210
0,1411
E-3
0,2348
0,2985*
0,2156
0,1882
0,2996*
0,1595
0,21
E-4
0,1846
0,2925
0,1390*
0,5096
0,6141
0,4563
0,4114
UTP-670
0,2309
0,4638*
0,1541
0,1297
0,1374
0,0899*
0,16303
La composición química del metal depositado por cada uno de los electrodos evaluados se
muestra a continuación en la tabla 6.
TABLA 6. Composición química de los depósitos de soldadura
Elementos de ale ación
Diferentes depósitos de soldadura realizado.
(%).
E-1
E-2
E-3
E-4
UTP-670
C
2.09
1.90
0.198
0.8
0.886
Cr
13.74
14.54
5.28
1.21
8.98
Mn
0.981
0.537
1.00
0.5
0.383
V
0.108
0.135
0.0787
0.066
>1.20
Al observar cada uno de los resultados obtenidos en los ensayos de resistencia al desgaste para
las diferentes variantes, se observa que los tipos de electrodo, E-1 y E-2 poseen una
resistencia al desgaste apreciable, superior incluso a la del electrodo UTP-670. La
composición química del metal depositado por el electrodo E-1, ofrece porcentajes de cromo
superiores al 12%, por lo que el depósito ofrece una buena resistencia al desgaste corrosivo
según se reporta en la literatura (3, 6) para este tipo de aleación. A pesar de los resultados
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excelentes de la variante E-1 en cuanto a resistencia al desgaste, y también su favorable
composición química, se ha evaluado la estructura metalográfica del metal aportado por este
electrodo.
Figura 2.- Micrografía de la estructura obtenida para
la variante del electrodo E-1 (500X).
Figura 3.- Diagrama C-Cr-Fe
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El estudio realizado ofrece para el metal depositado con la variante de E-1 una estructura con
abundante precipitado de carburos de cromo como se muestra en la figura 2, y que se
corrobora según el diagrama de la figura 3. La apreciable presencia de carburos de cromo en
una matriz austenítica para el metal aportado con el electrodo E-1 indican que este material
ofrece una excelente resistencia al desgaste abrasivo. Este análisis corrobora además los
resultados obtenidos en los ensayos del desgaste abrasivo para dicha variante. En la figura 4 se
muestra una fotografía de los cordones de soldadura depositados sobre la aspereza transversal
de la maza.
Figura 3.- Maza recuperada mediante el nuevo electrodo
CONCLUSIONES
1. Según las condiciones de trabajo de las mazas de los molinos de caña de azúcar, para
realizar la Aspereza Transversal con resultados favorables en cuanto a la resistencia al
desgaste, es necesario un sistema aleante que garantice una estructura a partir de carburos
y a la vez un contenido de cromo superior al 12%, para contrarrestar el efecto de la
corrosión.
2. El revestimiento seleccionado para el sistema de aleación utilizado, permite obtener el
Relleno Superficial cumpliéndose satisfactoriamente las propiedades tecnológicas del
proceso.
3. Según los ensayos de resistencia al desgaste abrasivo para los diferentes electrodos
evaluados y su comparación con los valores obtenidos para el electrodo UTP-670
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(Electrodo comercial empleado por sus buenos resultados) puede señalarse que la variante
E1 resulta la más conveniente, cuyo depósito se caracteriza por la siguiente composición:
C = 2.09%, Cr = 13.74%, Mn = 0. 98%, V = 0.11%.
BIBLIOGRAFÍA
1. Álvarez García, Emilio; G. R, José Mario (1995): Máquina para el Estudio del
Desgaste Abrasivo en Pares Tribológicos. Revista Construcción de Maquinaria. MayoAgosto, año 20, No.2. U. C. L. V. Santa Clara, Cuba. 69-76 pp.
2. Colectivo De Autores (1998): II- Encuentro de Ingeniería de Materiales. La Habana,
Cuba. 239-245 pp.
3. Grupo Científico Técnico(CIME): Manual de Recuperación de Piezas Por Métodos de
Soldadura. Publicaciones IMAGO 1999. La Habana, Cuba. 367 pp.
4. Espinosa Pedraja, Rubén; Otros Autores (1990): Sistemas de Utilización del Calor en
la Industria Azucarera. Ediciones ENPES. La Habana, Cuba. 443 pp.
5. E.R.L, Miguel (1997): Obtención de la composición de Minerales para el
Revestimiento de electrodos destinados al Relleno Superficial. U.C.L.V. Santa Clara,
Cuba. 46 pp.
6. Guliaev, A. P (1990): Metalografía. Tomo II. Editorial MIR, Moscú. 295 pp.
7. Hurricks, P. L (1972): Some aspects of the metallurgy and wear resistance of surface
coating. Revista WEAR. Vol.22. No. 3. Printed in the Nederlands. 308-309 pp.
8. Mendoza Martínez, Abel (1999): Electrodo para la realización de la Aspereza
Transversal de las mazas de los molinos de caña de azúcar. Trabajo Presentado en
opción al grado de master en Ingeniería Mecánica (mención Soldadura). U.C.L.V.
Santa Clara, Cuba. 138 pp.
9. Rodríguez Pérez, Manuel (1992): Electrodos Tubulares Revestidos para el Relleno
Superficial de Centralizadores. U.C.L.V. Santa Clara, Cuba. 129 pp.