Failure analysis of extruder screw bushings used to process powder paint

RESUMEN: Este artículo tiene como objetivo presentar el análisis de falla de los bujes del tornillo de una extrusora utilizada para la fabricación de pinturas en polvo. Para esto se seleccionaron dos bujes, uno de la zona de transición y otro de la zona de dosificación. Se realizaron análisis de composición química y microestructural, ensayos de dureza y un análisis detallado de las superficies falladas mediante examen visual y microscopía electrónica de barrido. Los resultados mostraron que los bujes fueron fabricados en acero DIN 1.2316 con tratamiento térmico de recocido globular, endurecido superficialmente mediante nitruración, con espesores de recubrimiento entre 45 μm y 65 μm y durezas de recubrimiento superiores a los 1400 HV. El análisis de las superficies falladas indicó que el principal mecanismo de desgaste en los bujes es desgaste por fatiga de contacto, con la presencia de micropicaduras, macropicaduras y resquebrajamiento. Este tipo de desgaste se debe al contacto entre la superficie de los bujes y las partículas de alta dureza y abrasividad de la formulación, sumado a las altas presiones desarrolladas al interior del barril y los esfuerzos cíclicos cortantes que sufren los bujes. La presencia de otro tipo de desgastes como adhesión, corrosión y abrasión fue descartada.ABSTRACT: This article aims to present the failure analysis of extruder screw bushings used for the manufacture of powder paint. Two bushings, one from the transition zone and one from the metering zone were selected to carry out the study. Chemical composition and microstructural analysis, hardness testing and a detailed analysis of the failed surfaces by visual examination and SEM were performed. The results showed that both bushings were made of steel DIN 1.2316 with a globular annealing heat treatment. Also, a nitride coating 45- 65 μm thick with hardness greater than 1400 HV was identified. The analysis of the failed surfaces indicated that the main wear mechanism was contact fatigue wear, with the presence of micropitting, macropitting and cracking. This type of wear is due to the contact between the bushings surface and the high hardness abrasive particles of the paint formulation, added to the high pressures developed within the barrel and the cutting cyclic stresses that the bushings have to withstand. The presence of other wear mechanism like adhesion, corrosion and abrasion was discarded

Influence of carbon, titanium and aluminium in the high temperature corrosion resistance by molten salts in nickelchromium- iron alloys

RESUMEN: Se estudió la resistencia a la corrosión frente a sales fundidas a alta temperatura en aleaciones base níquel-cromo-hierro. Para esto se fabricaron aleaciones con diferentes concentraciones de carbono y aluminio más titanio y se verificó la composición química de las piezas mediante espectrometría de emisión óptica. Se realizó un laminado en frío, con una deformación unidireccional y cruzada del 15% y un tratamiento térmico de homogenización para obtener la microestructura deseada. Se utilizó microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido (MEB) para analizar la microestructura y determinar el tamaño de grano y se utilizó la técnica espectroscopía de energía dispersiva (EED) para determinar la composición química de los precipitados inter e intragranulares. Finalmente se realizó un proceso de corrosión a alta temperatura con sales de pentóxido de vanadio y se utilizó MEB para analizar el tipo de corrosión presente. Se encontró una muy alta resistencia a la corrosión en caliente para este sistema, con una relación directa entre la concentración de carbono y la tasa de corrosión y sin influencia significativa de los elementos aluminio y titanio. Palabras clave: Aleaciones níquel-cromo-hierro, corrosión a alta temperatura, sales fundidas.ABSTRACT: The corrosion resistance generated by molten salts at high temperature in nickel-ironchromium alloys was studied. Alloys with different concentrations of carbon and aluminum plus titanium were produced and the chemical composition of the samples was determined by optical emission spectrometry. Samples were cold rolled with a cross and unidirectional rolling deformation of 15%, after that a heat treatment was performed to get the desired microstructure. SEM and optical microscopy were used to analyze the microstructure and determining the grain size. EDS analysis was used for determining the chemistry of inter- and intra-granular precipitates. Finally, a high temperature corrosion process was carried out using vanadium pentoxide molten salts. SEM was used to analyze the type of corrosion. A high resistance to hot corrosion was found for this alloy system and a direct relationship between carbon concentration and corrosion rate. No significant influence of the concentration of aluminum and titanium on the corrosion rate was observed. Keywords: Nickel-chromium-iron alloys, high temperature corrosion, molten salts

Diseño e implementación de un sistema de cementación gaseosa para el tratamiento superficial de aceros

RESUMEN: En el presente trabajo se describe el diseño, construcción y prueba de un equipo a escala de laboratorio para tratamientos térmicos con atmósfera controlada para el estudio de la carburización gaseosa de aceros. El equipo posee las siguientes características: producción controlada de una atmósfera gaseosa que está compuesta por una mezcla de gas endotérmico sintético (20% CO, 40% N2, 40% H2) y gas acetileno (C2H2), brindando la posibilidad de obtener diferentes potenciales de carbono (Cp), zona de reacción isotérmica, inerte y hermética. Para la puesta a punto del equipo se trabajó con probetas de acero AISI-SAE 1020, este acero es comúnmente utilizado en la fabricación de piezas como bujes, piñones, pasadores y rodillos, las cuales requieren una profundidad de capa total cementada de hasta 1.2 mm. En las muestras cementadas se caracterizaron la microestructura por microscopia óptica, la composición química por espectrometría de emisión óptica y las propiedades mecánicas por barrido de microdureza Vickers en la sección transversal. Los resultados permiten evidenciar un mayor control y eficiencia en la transferencia de carbono durante el ciclo de carburización, favoreciendo la optimización de recursos y tiempos de proceso.ABSTRACT: This article describes the design, construction and testing of a laboratory scale equipment for thermal treatment with controlled atmosphere for the study of steel gaseous carburization. The machine has the following characteristics: controlled production of a gaseous atmosphere consisting of a synthetic endothermic gas mixture (20% CO, 40% N2, and 40% H2) and acetylene (C2H2), providing the possibility of obtaining different carbon potentials (Cp) and the isothermal, inert and hermetic reaction zone. For equipment tuning it has been used samples of AISI-SAE 1020 steel, this material is commonly used in the manufacture of pieces like bushings, sprockets, pins and rollers, which require a depth of total cemented layer up to 1.2mm. In cemented samples microstructure were characterized by optical microscopy, chemical composition by optical emission spectrometry and mechanical properties by Vickers microhardness cross section scattering. The results show an enhenced control and efficiency in the carbon transfer during the carburization cycle with acetylene addition, favoring resources optimization and time processing

Effect of ladle inoculation on gray irons cuppola furnace melted

RESUMEN: Las fundiciones grises tienen diversas aplicaciones como material estructural debido a su amplio rango de propiedades. Las propiedades mecánicas pueden modificarse en función de características microestructurales, las cuales a su vez dependen fundamentalmente de la composición química del metal base, de las condiciones de fusión, del tratamiento del metal fundido en cuchara y de la velocidad de enfriamiento durante la solidificación. El tratamiento del metal fundido en cuchara conocido como inoculación en cuchara, consiste en adicionar un agente inoculante, que permite crear muchos sitios de nucleación dentro del metal fundido, haciendo que la solidificación ocurra con sobreenfriamientos menores, disminuyendo la formación de carburos (chill) y favoreciendo la precipitación de grafito libre. El objetivo de este trabajo es determinar el efecto de la inoculación en cuchara de hierros grises fundidos en horno de cubilote, mediante la comparación de agentes inoculantes comerciales a base de FeSi y SiC. El trabajo presentado aquí corresponde a estudios preliminares, en donde se evalúa el efecto inoculante de los agentes usados en las propiedades tensiles, la dureza, la microestructura y la sanidad (% libre de chill) en piezas de bajo espesor. Mediante este estudio se pudo determinar que debido a las características específicas del proceso de fusión llevado en horno de cubilote, hacen que se obtenga un metal en piquera preinoculado, por lo cual no se observa ningún cambio significativo de las diferentes propiedades mecánicas y microestructurales en las diferentes experimentaciones.ABSTRACT: Gray irons have several applications as structural materials because of their wide range of properties. Mechanical properties can be modified with microstructural characteristics, that depend fundamentally on the chemical composition of the base metal, melting conditions, the ladle treatment of melted metal and the rate of cooling during solidification. The ladle treatment of melted metal, known as ladle inoculation, consists in adding an inoculant agent, which permits the creation of many nucleation sites in the melted metal, so solidification occurs with less undercooling, diminishing carbide formation (chill) and favoring free graphite precipitation. The main objective of this work was to determine the effect of ladle inoculation on gray cast irons melted in cupola furnace, by comparing commercial inoculants agents based on FeSi and SiC. Data in this paper correspond to preliminary studies, where the inoculant effect of those agents on tensile properties is evaluated as well as hardness, microstructure and soundness (% of chill free) in thin pieces. It was possible to determine that, due to the specific characteristics of the melting process carried out in the cupola furnace, metal in taphole is already preinoculated, so no significant change is observed in mechanical and microstructural properties for several experiments

Productivity increasing by heat recovery from chimney gases in a cupola furnace

RESUMEN: Sobre la base de la primera ley de la termodinámica se realiza el balance de calor para dos cubilotes típicos y para el cubilote de la Universidad de Antioquia, en este último, antes y después de ser instalado y puesto a punto el sistema de recuperación de calor, que opera con dos regeneradores de lecho empacado. Con los resultados obtenidos en el prototipo eco-eficiente se demuestran las ventajas de trabajar un cubilote con sistemas que recuperen calor de los gases de chimenea, resaltando en este caso, el incremento en la productividad (52,4%) y en la temperatura del metal de salida (7,3%), además del cumplimiento de las normas ambientales vigentes en Colombia. Se destaca la necesidad de recuperar el calor de los gases de salida en todos los equipos donde se usan sistemas de combustión

Método de evaluación del radio crítico de asilamiento y aplicación al horno de cubilote de la planta eco-eficiente de la Universidad de Antioquia

RESUMEN: Se plantea, mediante la utilización de las ecuaciones básicas de transferencia de calor unidimensionales en estado estacionario, un método para la evaluación del radio crítico de aislamiento en un sistema cilíndrico y se presentan los resultados obtenidos en la determinación del radio crítico del horno de cubilote de la planta eco-eficiente de la Universidad de Antioquia

Production of ductile iron in the eco-eficient cupola furnace of the University of Antioquia

RESUMEN: Se describe la producción de hierro nodular en el horno de cubilote eco-eficiente de la Universidad de Antioquia y se destacan las ventajas de este tipo de horno con recuperadores de calor, tanto en la eficiencia energética como en la calidad del metal producido. Se hace una descripción de las características de este material, del proceso de obtención del metal base en el cubilote y del proceso de nodulización en cuchara. Finalmente se presentan los resultados de la investigación y el análisis de los mismos

Influence of ageing heat treatment on microstructure of aluminum silicon alloy

RESUMEN: Aleaciones de aluminio silicio (Al-Si) fundidas con contenido de otros aleantes como Cu y Mg se vuelven susceptibles al tratamiento térmico de solubilización y envejecimiento con el cual pueden mejorar las propiedades mecánicas y se amplía su gama de aplicaciones. Se presentan los resultados del efecto del tratamiento térmico de solubilización y envejecimiento de una aleación de aluminiosilicio (Al-Si), sobre la microestructura. Para la obtención de las muestras se utilizó un horno eléctrico de crisol para la fundición. El vaciado se hizo en moldes de arena en verde para obtener bloques en Y. En la parte inferior de los moldes se insertó un enfriador para direccionar la solidificación y para generar una variación en el tamaño de grano. Se analizaron muestras tanto de la zona cercana como alejada del enfriador, las cuales poseían tamaños de grano diferentes. Las muestras se solubilizaron a 510°C por un tiempo de 8 horas y posteriormente se envejecieron artificialmente a 160°C por 4, 8, 12 y 16 horas. Se realizó una caracterización microestructural utilizando microscopía óptica (OM) y microscopia electrónica de barrido (MEB) además de la medición de dureza Vickers. Los resultados permitieron determinar el efecto de las condiciones de solubilización y envejecimiento, sobre la microestructura final obtenida y la dureza de la aleación.ABSTRACT: Aluminum-silicon (Al-Si) cast alloys with Mg and Cu has susceptibility to solution and ageing heat treatments that improve the mechanical properties and its application is expands. This paper presents the results of the study of the effect of solution and ageing heat treatments of an aluminumsilicon (Al-Si) alloy on microstructure. The alloy was produced using an electric crucible furnace and poured into green sand molds to obtain Y blocks. A chiller was placed in the bottom of the mold to get directional solidification, which generates a variation in grain size. Samples taken close and far from the chiller with different grain sizes were solubilized at 510°C for 8 hours and then artificially aged at 160°C for 4, 8, 12 and 16 hours. Microstructural characterization was performed using optical microscopy (MO) and scanning electron microscopy (SEM) techniques, and hardness measurement were performed. The results showed the effects of solution and ageing conditions, on the microstructure and hardness of the alloy

Determination of intercritical austenization parameters for development of multiphase steel using dilatometric analysis

<p></p><p>ABSTRACT The Multiphase steels are materials with exceptional mechanical properties including high strength, excellent ductility and hardening coefficient and good conformability. These properties are related with the microstructure, which can be a combination of ferrite and martensite (Dual phase steels) or more complex microstructures with ferrite, bainite, martensite and retained austenite as in TRIP steels. One of the most important stages on the fabrication of multiphase steels is the intercritical austenization step which is performed between the A1 and A3 temperatures. This step determines the amount and chemistry (especially carbon) of the high temperature austenite. Aiming to study the intercritical austenization step, steels with variations in carbon (0.2-0.5wt%) and silicon (1.4-2.0wt%) were manufactured and dilatometric studies were conducted. The results allowed to stablish the intercritical austenization temperature (IAT) according with the needed amount of high temperature austenite. Also, the variation in chemistry of the high temperature austenite was studied as a function of the intercritical austenization temperature. (IAT) The results were analyzed according with the possibilities of the step after austenization, i.e., quenching or austempering and its impact on the microstructure and properties of the heat treated alloys.</p><p></p