Mejora de la resistencia al desgaste y las emisiones de partículas fundición gris hipereutéctica mediante un refinamiento metalúrgico específico

El control de las emisiones de partículas de frenos de automóviles liberadas a la atmósfera se ha convertido en una prioridad importante para Europa y otras partes del mundo. Su origen está directamente relacionado con el desgaste que experimentan los discos y pastillas de freno durante su vida útil. Reducir las emisiones de partículas derivadas del frenado presenta un desafío formidable para la industria. Limitar el desgaste del tribopar y, al mismo tiempo, garantizar un rendimiento de fricción cada vez mayor y más estable para los vehículos modernos, requiere trabajo de desarrollo en muchas áreas diferentes. Soluciones como el revestimiento en frío, la pulverización térmica o el láser cladding pueden aumentar la resistencia al desgaste de los discos, aunque su aplicación comercial es ampliamente cuestionada debido a sus importantes costes. Una alternativa muy interesante se basa en una solución metalúrgica, mediante la adición de diferentes elementos de aleación capaces de mejorar la resistencia al desgaste de las piezas fundidas. El objetivo de esta investigación fue estudiar el efecto de ciertos contenidos de niobio (<0,005%, 0,27% y 0,74%), molibdeno (0,46% y 0,99%) y vanadio (0,26% y 0,54%) sobre la microestructura, las propiedades mecánicas, la resistencia al desgaste y la emisión de partículas de fundiciones grises hipereutécticas. Se fundieron un total de siete series. Para cada hornada se fabricaron dos placas rectangulares de 150x75x20 mm. Las muestras fueron inoculadas con 0,12 % de un inoculante de ZrMn. Se realizaron análisis metalográficos y estudios SEM. La resistencia al desgaste se evaluó como pérdida de masa mediante ensayos de pin-on-disc (PoD). La concentración de partículas de desgaste en el aire (PM10) se midió continuamente durante las pruebas.

La morfología del grafito se modificó ligeramente. Pequeñas adiciones de Nb parecen acortar la longitud del grafito en comparación con el Mo y el V, que lo alargan. En la muestra se descubrió algo de grafito tipo B con 0,54% V. Dependiendo de las adiciones, se observaron en la matriz varios tipos de carburos complejos Nb-Mo-V. Algunos de ellos están en contacto directo con el grafito, restringiendo su crecimiento. La microestructura era totalmente perlítica en la mayoría de los casos. Se detectaron cantidades de 11% de ferrita y 7% de ledeburita para los contenidos más altos de Mo y V, respectivamente. Se lograron mejoras significativas en las propiedades mecánicas. Los valores más altos se obtuvieron para 0,54% V (224 MPa y 212 HBW) frente a los valores más bajos (116 MPa y 143 HBW) en la muestra sin ninguna adición especial (<0,005% Nb). La pérdida de masa y las emisiones de partículas se redujeron significativamente en todas las adiciones. La resistencia al desgaste mejoró casi un 40 % para el 0,74 % de Nb. Las PM10 se redujeron un 34% con un 0,46% de Mo.

Agradecimiento:

Los autores de este artículo agradecen a MAT Group por su apoyo en este trabajo de investigación enfocado a la mejora de productos, dando lugar a la creación de un trabajo en equipo constructivo donde la discusión y la cooperación han sido el motor.