ppi 201502ZU4659
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ISSN 0254-0770/e-ISSN 2477-9377 /Depósito legal pp 197802ZU38
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DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA
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A TÉCNICAREVISTA TÉCNICA
“Post nubila phoebus”
“Después de las nubes, el sol”
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“Después de las nubes, el sol”
LUZ en sus 130 años
de fundación
1891-2021
LUZ en sus 130 años
de fundación
1891-2021
VOLUMEN 44
MAYO - AGOSTO 2021
NÚMERO 2
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 44, Nº 2, Mayo-Agosto, 2021, 117-126
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 44, No. 2, Mayo-Agosto, 2021.
Vínculo de la Composición de Recubrimientos SAW con la
Composición de Fundentes Obtenidos con Escoria de
Acería y Cenizas de Cascarilla del Arroz
R. Najarro
1
, A. Cruz-Crespo
2*
, L. Perdomo
2
, A. Duffus
2
, G.
Almeida
2
, M. J. Morales
1
1
Universidad Técnica de Cotopaxi-La Maná, Av. Los Almendros y calle Pujili sector La
Virgen, La Maná - Ecuador.
2
Centro de Investigaciones de Soldadura, Facultad de Ingeniería Mecánica e Industrial,
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, CP 54 830, Santa Clara, Cuba.
*Autor de correspondencia: acruz@uclv.edu.cu
https://doi.org/10.22209/rt.v44n2a06
Recepción: 19 de julio de 2020 | Aceptación: 30 de marzo de 2021 | Publicación: 30 de abril 2021
Resumen
El recargue por soldadura con arco sumergido (SAW, según sus siglas en inglés) se aplica con frecuencia en
piezas que trabajan en condiciones de desgaste abrasivo. Los fundentes comerciales que se utilizan son obtenidos
a partir de minerales naturales. El objetivo del presente trabajo fue establecer los vínculos entre la composición
química de la aleación depositada por SAW y la composición del fundente, elaborado a base de escoria de afino
del acero con adición de cenizas de cascarilla del arroz. Se elaboraron fundentes por peletización con base en un
diseño de tipo McLean-Anderson. Con los fundentes experimentales se obtuvieron depósitos, que fueron
caracterizados químicamente. Se obtuvieron modelos de la composición de los elementos en el metal depositado
en función de la composición del fundente y fue realizado un proceso de optimización. Se concluye, que los
contenidos de los elementos en el metal depositado muestran una dependencia cuadrática, siendo el contenido de
carbono (C) gobernado por el de grafito en el fundente, mientras los contenidos de cromo (Cr), manganeso (Mn)
y silicio (Si) son gobernados por el contenido de FeCrMn.
Palabras clave: desgaste abrasivo; escorias de acería; fundente para SAW; recargue duro.
Relationship of the SAW Coatings Composition with the
Composition of Fluxes Obtained with Steel Slag and Rice
Husk Ashes
Abstract
Submerged arc welding (SAW) surfacing is frequently applied on parts that work in abrasive wear conditions.
The commercial fluxes are obtained from natural minerals. The objective of this work is to establish the
relationship between the chemical composition of the deposited alloy by SAW and the composition of the flux,
obtained from steel refining slag with the addition of rice husk ashes. Fluxes were obtained by pelletizing, based
on a McLean-Anderson type design. With the experimental fluxes deposits were obtained, which were
chemically characterized. Empirical models of the elements composition in the deposited metal as funsion of the
flux composition were obtained and an optimization process was carried out. It is concluded that the contents of
the elements in the deposited metal show a quadratic dependence, the carbon content (C) is ruled by graphite
composition in the flux, while the chromium (Cr), manganese (Mn) and silicon (Si) contents are ruled by the
FeCrMn content.
Keywords: abrasive wear; hardfacing; SAW fluxes; steel slags.
Vínculo de la composición de recubrimientos SAW con la composición de los fundentes
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 44, No. 2, Mayo-Agosto, 2021.
118
Introducción
El recargue por soldadura con arco sumergido (SAW, según sus siglas en inglés) es de frecuente
aplicación en el enfrentamiento al desgaste, ya que brinda una amplia gama de posibilidades en la variación de la
composición de los depósitos y una alta productividad del proceso de deposición (Tusek y Suban, 2003; Gulenç
y Kahraman, 2003; Shan-Ping et al., 2004; Mendez et al., 2014).
La casi totalidad de los fundentes para proceso SAW son fabricados a partir de minerales naturales. No
obstante, se reporta el empleo, como materia prima, de escorias de soldadura de aceros por SAW (Singh y
Pandey et al., 2009). En el citado trabajo, se emplea escorias de soldadura de aceros del propio proceso SAW,
para la obtención de un nuevo fundente aglomerado, destinado también para la soldadura de unión de estructuras
de acero. En publicaciones precedentes de algunos de los autores del presente trabajo, fue utilizado como uno de
los componentes de la matriz de un fundente para recargue por SAW, escorias del sistema SiO
2
-MnO,
resultantes de la soldadura por SAW de estructuras de acero y de escorias del sistema Al
2
O
3
-MgO-SiO
2
de la
obtención de ferrocromo y ferrocromomanganeso (Cruz-Crespo et al., 2005; Cruz-Crespo et al., 2017; Perdomo-
González et al., 2017; Cruz-Crespo et al., 2019).
Por otra parte, las escorias de obtención de acero se caracterizan por la presencia mayoritaria del
sistema cuaternario CaO-SiO
2
-MgO-Al
2
O
3
. El mayor uso de estas escorias ha estado enfocado a aplicaciones de
la construcción civil. Las escorias del periodo de oxidación durante la elaboración del acero, por sus
relativamente altos contenidos de Fe
2
O
3
y de P
2
O
5
, no son viables para la elaboración de fundentes. Sin
embargo, las escorias del proceso de afino del acero son adecuadas como materia prima para la elaboración de
fundentes para SAW, ya que prácticamente no contienen Fe
2
O
3
y P
2
O
5
(Najarro-Quintero et al., 2018a).
La cascarilla del arroz constituye un residual agroindustrial al que no se ha encontrado tratamiento
sistemático, pese a que muchos autores reportan las potencialidades de sus cenizas para su empleo en el
desarrollo de nuevos materiales, sobre todo por sus propiedades pusolánicas (Jarre et al., 2021).
En estudios precedentes de los autores del presente trabajo, fue corroborado el empleo de las escorias de
afino del acero como componente de la matriz de un fundente para recargue por SAW, validándose también la
adición de cenizas de cascarilla del arroz como aportador de SiO
2
al sistema matricial (Najarro-Quintero et al.,
2018a; Najarro-Quintero et al., 2018b). El presente trabajo, da continuidad a los referidos estudios, al plantearse
como objetivo, establecer los vínculos entre las variables de composición del fundente y la composición química
de la aleación depositada por SAW, con base en un diseño experimental de mezclas para una región restringida.
Materiales y Métodos
Para el estudio fue aplicado un diseño de experimentos de tipo McLean-Anderson, considerando
variables independientes, la matriz del fundente (X
1
), el grafito (X
2
) y el FeMnCr (X
3
). En el fundente, el grafito
y el FeCrMn constituyen el sistema de aleación. La matriz experimental (Tabla 1) fue obtenida de la siguiente
forma: De la matriz completa del diseño (12 combinaciones posibles de variables), luego de aplicar la condición
de normalidad Xi= 100 % y eliminar los puntos con variables fuera de rango; así como al considerar los puntos
experimentales coincidentes, solo quedaron 4 experimentos válidos (a, b, c, d). Entre estos puntos fueron
añadidos 4 nuevos (ab, bc, cd, da) y uno en el centro (abcd).
Para la obtención de cada fundente experimental, primeramente, se conformó la mezcla de componentes
de la matriz. La composición de la matriz del fundente fue establecida en un estudio precedente (Najarro-
Quintero et al., 2018a), y su relación porcentual de componentes es: 72,99 % de escoria del horno cuchara de
ACINOX Las Tunas, 20,44 % de cenizas de la combustión de cascarilla de arroz y 6,57 % de fluorita. Los
componentes de la matriz fueron llevados a una granulometría inferior a 0,25 mm; mientras que el FeCrMn y el
grafito fueron molidos y tamizados en un rango entre 0,1 y 0,25 mm. Las composiciones de las materias primas
utilizadas para la conformación de los fundentes experimentales, se muestran en la Tabla 2.
Cruz-Crespo et al. 119
Tabla 1. Matriz experimental y composición de los fundentes aglomerados, % en masa.
Matriz experimental
Fundente aglomerado
Experimento
X
1
X
2
Matriz
Grafito
FeCrMn
SiO
2
+Na
2
O
a
88
7,0
78,68
6,26
4,47
10,59
b
88
2,0
78,68
1,79
8,94
10,59
c
78
2,0
69,74
1,79
17,88
10,59
d
78
7,0
69,74
6,26
13,41
10,59
ab
88
4,5
78,68
4,02
6,71
10,59
bc
83
2,0
74,21
1,79
13,41
10,59
cd
78
4,5
69,74
4,02
15,65
10,59
da
83
7,0
74,21
6,26
8,94
10,59
acbd
83
4,5
74,21
4,02
11,18
10,59
Tabla 2. Composición química, en % masa, de componentes de carga de los fundentes.
Componentes de la matriz del fundente
SiO
2
CaO
CaF
2
CO
2
SO
3
P
2
O
5
Otros
Ceniza, %
90-97
*
-
-
-
-
*
Fluorita, %
2,87
1,12
95,00
0,88
0,10
0,03
-
Componentes de la carga de aleación del fundente
Cr
Mn
C
Si
S
P
Fe
FeCrMn
19,45
59,02
0,11
2,17
0,0036
0,17
balance
Grafito
-
-
99
-
-
-
-
*Contenidos variables de los óxidos de Ca, Mg, K, Na, Al, Fe, etc., en dependencia de las características de
los suelos (Cruz, 2009), -: compuesto o elemento no presente en la materia prima.
Las cargas de 1 kg, correspondientes a cada fundente experimental (Tabla 1), se dosificaron por pesaje
en una balanza técnica. Para garantizar la homogeneidad de las cargas; estas fueron mezcladas en un tambor
giratorio durante 30 min. La aglomeración se realizó por peletizado, utilizando como aglutinante silicato de
sodio en una proporción de un 30 % de la masa seca. Los fundentes obtenidos se secaron al aire, luego se
tamizaron a una granulometría entre 0,25 y 2,0 mm y finalmente se calcinaron en un horno mufla a 350
o
C
durante 120 min. La composición porcentual de los componentes del fundente, considerando la adición de 30 %
de silicato de sodio, se muestra en la Tabla 1. La adición de 30 % de silicato de sodio (SiO
2
- 29,39; Na
2
O- 10,10
y H
2
O- 60,51 %), aporta 11,85 g de (SiO
2
+ Na
2
O) para 100 g de la masa seca del fundente (matriz + grafito +
FeCrMn), ya que el agua es evaporada en el proceso de calcinación, representando 10,59 % el aporte del silicato
al fundente (Tabla 1).
Con los fundentes obtenidos se realizaron depósitos sobre chapas de acero AISI 1020, de dimensiones
150x80x8 mm. Fue utilizado alambre electrodo AWS EL12 de 3 mm, con una corriente de 300 A, un voltaje de
arco de 35 V, una velocidad de soldadura 43,2 m/h y una altura de capa de fundente de 20 mm. El depósito se
realizó en tres camadas superpuestas. De cada depósito se extrajo una muestra para análisis químico, mediante
cortes transversales en una tronzadora metalográfica. La composición fue determinada por espectroscopía de
emisión atómica.
El procesamiento de resultados se realizó con el programa Statgraphics, obteniéndose las ecuaciones de
regresión de los contenidos de C, Cr, Mn y Si en el metal depositado, en función de las variables de entrada del
diseño experimental. También se realizó un proceso de optimización multivariable, para definir el depósito de
mejor composición con vistas al desgaste abrasivo.
Al depósito seleccionado como mejor en cuanto a composición, se le determinó la dureza HV, en un
microdurómetro con carga de 1 kg y un tiempo de identación de 15 seg. Fue también preparada una muestra
Vínculo de la composición de recubrimientos SAW con la composición de los fundentes
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 44, No. 2, Mayo-Agosto, 2021.
120
metalográfica, con ataque de nital al 2 %. La adquisición de imagen se realizó en un microscopio óptico
metalográfico.
Resultados y Discusión
Los resultados experimentales de la composición química media de los elementos fundamentales de los
depósitos, se muestran en la Tabla 3. Las Ecuaciones 1, 2, 3 y 4 reflejan el comportamiento de los contenidos de
C, Cr, Mn y Si en el metal depositado, en función de las variables de composición del fundente. En todos los
casos el comportamiento es cuadrático, con un alto ajuste de los modelos para el C, Cr y Mn: R
2
= 96,84 % y
R
2
ajustada= 91,56 % (p= 0,0186) para el C, R
2
= 99,00 % y R
2
ajustada= 97,34 % para el Cr (p=0,0034), R
2
=
98,33 % y R
2
ajustada= 95,56 % (p= 0,0072) para el Mn. En el caso del Si, el modelo no mostró un alto aujuste
(R
2
= 89,63 %, R
2
ajustada= 72,35 % y p= 0,1030); no obstante, se observa regularidad para una probabilidad de
alrededor de 90 %, lo que permite evaluar la tendencia de comportamiento.
Tabla 3. Composición de los depósitos experimentales, aporte del sistema fundente-alambre y coeficientes de
transferencias de los elementos al metal depositado.
Composición de los depósitos
(%)
Aporte del sistema fundente-
alambre (%)
Coeficientes de transferencia
Fundente
C
Mn
Cr
Si
C
Mn
Cr
Si
K
tC
K
tMn
K
tCr
K
tSi
a
2,53
1,00
0,38
1,26
4,00
1,87
0,56
0,10
0,63
0,54
0,68
12,85
b
0,65
2,87
0,95
1,43
1,17
3,56
1,11
0,16
0,55
0,81
0,85
8,93
c
0,77
4,80
1,34
2,59
1,18
6,93
2,23
0,28
0,65
0,69
0,60
9,11
d
2,83
3,92
1,07
2,29
4,01
5,25
1,67
0,22
0,71
0,75
0,64
10,30
ab
2,01
1,87
0,73
2,36
2,59
2,71
0,83
0,13
0,78
0,69
0,87
18,28
bc
1,00
3,71
1,11
2,11
1,17
5,25
1,67
0,22
0,85
0,71
0,66
9,49
cd
1,73
5,05
1,40
3,06
2,59
6,09
1,95
0,25
0,67
0,83
0,72
12,08
da
2,50
2,33
0,73
2,16
4,00
3,56
1,11
0,16
0,62
0,66
0,66
13,49
abcd
2,09
3,67
1,12
2,33
2,59
4,40
1,39
0,19
0,81
0,83
0,81
12,19
K
tC
, K
tMn
, K
tCr
, K
tSi
: coeficientes de transferencia de C, Mn, Cr y Si, respectivamente.
C = 0,483333*X
1
+ 0,938333*X
2
+ 0,748333*X
3
+ 8,46*X
1
*X
2
+ 0,99*X
1
*X
3
+ 8,28*X
2
*X
3
, (1)
Cr = 0,672222*X
1
– 3,10278*X
2
+ 1,34722*X
3
+ 4,245*X
1
* X
2
+ 0,075*X
1
*X
3
+ 5,52*X
2
*X
3
, (2)
Mn = 1,66167*X
1
– 7,95583*X
2
+ 4,88917*X
3
+ 10,71*X
1
* X
2
- 0,135*X
1
*X
3
+ 15,3*X
2
*X
3
, (3)
Si = 0,898333*X
1
– 12,7092*X
2
+ 2,54583*X
3
+ 22,86*X
1
* X
2
+ 0,315*X
1
*X
3
+ 21,96*X
2
*X
3
, (4)
Las gráficas de superficies respuestas (Figuras 1, 2, 3 y 4), correspondientes a las ecuaciones de
regresión (Ecuaciones 1, 2, 3 y 4), exhiben la tendencia de comportamiento. Se observa, como era esperado, que
a medida que aumenta el contenido de grafito en el sistema de aleación del fundente, tiende a aumentar el
contenido de C en el metal depositado. De igual modo, los contenidos de Cr y Mn en los depósitos tienden a ser
mayores, en la medida que crece el contenido de FeCrMn en el fundente. En el caso del Si, la tendencia al
crecimiento está gobernada por la adición de FeCrMn (X
3
), lo cual corresponde a que este componente del
sistema de aleación del fundente aporta directamente Si, al tiempo que aporta Mn que actua como desoxidante,
favoreciendo la reducción del SiO
2
.
Cruz-Crespo et al. 121
Figura 1. Isolíneas de superficies respuestas del contenido de C en el depósito (%), en función de los contenidos
de matriz (X
1
), grafito (X
2
) y FeCrMn (X
3
) en el fundente (%).
Figura 2. Isolíneas de superficies respuestas del contenido de Cr en el depósito (%), en función de los
contenidos de matriz (X
1
), grafito (X
2
) y FeCrMn (X
3
) en el fundente (%).
Figura 3. Isolíneas de superficies respuestas del contenido de Mn en el depósito (%), en función de los
contenidos de matriz (X
1
), grafito (X
2
) y FeCrMn (X
3
) en el fundente (%).
Vínculo de la composición de recubrimientos SAW con la composición de los fundentes
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 44, No. 2, Mayo-Agosto, 2021.
122
Figura 4. Isolíneas de superficies respuestas del contenido de Si en el depósito (%), en función de los contenidos
de matriz (X
1
), grafito (X
2
) y FeCrMn (X
3
) en el fundente (%).
La composición química descrita en la Tabla 3, recalculada al 100 % del sistema ternario Fe-Cr-C,
evidencia que en todos los depósitos la cristalización primaria de la posa de fusión ocurre con la formación de
austenita (Albertin et al., 2011). A causa de las altas tasas de enfriamiento, propias de un proceso de recargue
por soldadura, la austenita se transforma a martensita. El Cr y el Mn, que son formadores de carburos, desplazan
las curvas de transformación isotérmica de la austenita hacia la derecha, al tiempo que hacen descender el punto
de inicio de la transformación martensítica, provocando la aparición de austenita residual. Dadas la composición
química (Tabla 3) y la microestructura resultante del enfriamiento, los depósitos experimentales son
relativamente similares a los que aportan consumibles comerciales recomendados para enfrentar el desgaste
abrasivo (AWS A 5.13, 2014; Kobe, 2007).
Análisis del proceso de aleación de los depósitos
En la Tabla 3 se refleja el aporte de elementos de aleación de cada fundente, en combinación con el
alambre AWS EL12. Dicho aporte fue determinado con base en la composición química de los componentes de
la carga de aleación (Tabla 2) y sus proporciones en la conformación de los fundentes experimentales,
condiderando el aporte del silicato de sodio, empleado como aglomerante (Tabla 1). En la determinación del
aporte de elementos al depósito por el sistema fundente-alambre, se consideró que la composición del alambre
electrodo AWS EL12 es: C-0,09 %; Mn-0,5 %; Si-0,1 % (AWS A 5.17, 2001) y que la relación de consumo
fundente/alambre es de alrededor de 1,8 (del consumo total 64 % corresponde al fundente y 36 % al alambre).
Al comparar los aportes del sistema fundente-alambre con la composición del metal depositado
experimentalmente (Tabla 3 y Figura 5), se observa que existe relativa correspondencia para el Cr, Mn y C. El
aporte del sistema alambre-fundente difiere de la composición de los depósitos, ya que durante la deposición se
verifican procesos de oxidación-reducción. La tendencia a cierta linealidad en el comportamiento entre el aporte
del sistema fundente-alambre y lo experimental obtenido en los depósitos (Figura 5), evidencia que las
condiciones de concentración gobiernan la aleación del metal, pese a las altas velocidades de enfriamiento que
tienen lugar en el recargue por SAW, que pueden conducir al desequilibrio termodinámico del sistema.
Los contenidos de Si en los depósitos experimentales, superan significativamente los valores de este
elemento aportados por el sistema fundente-alambre (Tabla 3). Ello se debe a que, en las zonas de altas
temperaturas (en la gota y la zona delantera del baño de soldadura) se desarrollan reacciones que provocan la
oxidación del metal por la sílice del fundente (Ecuación 5). El [FeO] disuelto en el metal líquido reacciona con
el [Mn] y el [C], contenidos en el baño, según las reacciones de las Ecuaciones 6 y 7, liberando al hierro y
favoreciendo la reducción del SiO
2
en la interfase metal-escoria por la Ecuación 5 (Quintana et al., 2003). El alto
contenido de SiO
2
en la escoria, aportado por la matriz del fundente (el SiO
2
es aportado por la escoria, la ceniza
y el silicato), y la presencia de Mn y C que actúan como desoxidantes (Ecuaciones 6 y 7), favorecen la reacción
de la Ecuación 5, que conduce al aumento de este elemento en el metal. Es decir:
5][2][)(2
2
FeOSiSiOFe
6)(][][ FeMnOFeOMn
7][][ FeCOFeOC
Cruz-Crespo et al. 123
A partir de los contenidos de elementos aportados por el sistema fundente-alambre y la composición de
los depósitos obtenidos experimentalmente, se determinaron los coeficientes de transferencias de los elementos
(K
tE
= E
exp
/E
teórico
; K
tE
– coeficiente de transferencia del elemento al metal depositado, E
exp
y E
teórico
– contenidos
experimental y teórico del elemento en el metal depositado) (Tabla 3). El coeficiente de transferencia refleja el
aprovechamiento efectivo del elemento de aleación, aportado por los consumibles para la conformación del
metal depositado. En el caso del C, Mn y Cr, al ser los valores inferiores a 1a unidad, se confirma que hay
pérdidas vinculadas a la oxidación de estos elementos. Los valores para el C y el Mn, en sentido general superan
los frecuentemente reportados por la literatura (Potapov, 1989; Quintana et al., 2003); mientras para el Cr se
enmarca en el rango reportado, con solo dos valores superiores a dicho rango. En el caso del Si, en
correspondencia con lo ya abordado acerca de la reducción del SiO
2
, el coeficiente de transferencia es
significativamente superior a la unidad, evidenciando que ha habido incorporación de este elemento al depósito,
luego de un proceso reductivo del óxido desde la escoria, según la Ecuación 4.
Figura 5. Relación entre los contenidos de los elementos de aleación en el aporte y en el metal depositado.
El comportamiento de tendencia similar de los contenidos de Cr y Mn en el metal depositado (Figuras 2
y 3), siendo estos elementos aportados por el mismo componente de carga del fundente (FeCrMn, identificado
como la variable X
3
en el plan experimental, Tabla 1), es un reflejo de que la aleación del depósito es gobernada
por las condiciones de concentración.
En el caso del carbono, debido a la relativa poca cantidad de oxígeno atmosférico y a las altas
temperaturas en el arco, su oxidación ocurre predominantemente con los óxidos en el metal líquido (Quintana et
al., 2003).
Optimización de la composición del fundente
Como ya fue planteado, todos los depósitos obtenidos con los fundentes experimentales en combinación
con alambre AWS EL12 (Tabla 3), podrían satisfacer los requerimientos para enfrentamiento al desgaste
abrasivo. No obstante, desde el punto de vista de la composición del metal depositado, los contenidos de C y Cr
deben ser los mayores posibles, ya que ello favorece la formación de estructuras duras que limitan la penetración
del material abrasivo en la superficie del recubrimiento. La optimización de manera independiente de estas dos
respuestas (C y Cr en el metal depositado), mediante el procesamiento con el programa Statgraphics, brinda lo
siguiente: C
ópt
= 2,7 % (X
1
= 81,45; X
2
= 7,0 y X
3
= 11,55 %); Cr
ópt
= 1,4 % (X
1
= 78,0; X
2
=3,45 y X
3
= 18,55 %).
Lo anterior evidencia, que los mejores resultados para el contenido de C y Cr en el depósito no son coincidentes,
en cuanto a composición del fundente, por lo que se requiere encontrar una condición de compromiso, que puede
logarse mediante la obtención de la funsión de derseabilidad (Becerra et al., 2014).
Vínculo de la composición de recubrimientos SAW con la composición de los fundentes
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 44, No. 2, Mayo-Agosto, 2021.
124
El procesamiento de optimización multivariable se realizó, maximizando el C y el Cr como respuestas.
Se ha obtenido como resultado la gráfica de superficies respuestas de la función “deseada” (Figura 6). Se
observa que los mejores resultados tienden hacia el aumento del grafito y la disminución de la matriz para altos
valores de FeCrMn, siendo el óptimo de la función deseo igual a 0,82, lo que corresponde a lo siguiente: C
ópt
=
2,45 y Cr
ópt
= 1,22 % (X
1
= 78,0; X
2
= 6,12 y X
3
= 15,88 %). Este óptimo es coincidente con el punto experimental
“d” (Tabla 1). Por su composición, este depósito podría satisfacer los requerimientos para enfrentamiento al
desgaste abrasivo, correspondíendose a la clasificación AWS EFe5, de acuerdo con lo reportado para
consumibles de recargue por soldadura (AWS A 5.13, 2010). El Mn en el depósito contribuye a la presencia de
austenita residual, lo que favorece para el trabajo en condiciones de abrasión con impacto.
Figura 6. Comportamiento de la función “deseada”, en función de los contenidos de matriz (X
1
), grafito (X
2
) y
FeCrMn (X
3
) en el fundente (%).
La dureza del depósito obtenido con el fundente “d” (549 HV,53 HRc), junto a la microestructura mostrada en la
Figura 7, con presencia de martensita en forma de agujas y austenita residual, son también indicios de que el
fundente seleccionado como óptimo podría ser adecuado para el enfrentamiento al desgaste abrasivo. Varios
autores, entre los cuales se encuentran Gulenc y Kahraman (2003), y Coronado et al. (2009), realizaron estudios
que validan el desempeño frente al desgaste abrasivo de recubrimientos de aceros de composición y
microestructura similares a la de los depósitos del presente trabajo.
Figura 7. Microestructura del depósito “d” obtenida por microscopía óptica (martencita en forma de agujas-zona
oscura y austenita-zona clara).
Cruz-Crespo et al. 125
Conclusiones
Se confirma que las escorias del proceso de afino del acero, junto a las cenizas de cascarilla del arroz
como aditivo, son viables de emplear como componentes de la matriz de fundentes aglomerados aleados para
recargue por proceso SAW.
Los contenidos de C, Cr, Mn y Si en el metal depositado, en función de los contenidos de matriz, grafito
y FeCrMn en los fundentes, muestran una dependencia cuadrática. El contenido de grafito en el fundente
gobierna el contenido de C en los depósitos, mientras los contenidos de Cr, Mn y Si son gobernados por el
contenido de FeCrMn en el fundente. Para el C, Cr y Mn la transferencia al depósito desde el aporte del sistema
fundente-alambre se manifiesta con pérdidas por los procesos de oxidación de estos elementos, mientras que el
contenido de silicio en el metal depositado es superior a lo aportado, a causa de la reducción del SiO
2
presente en
la escoria.
Las composiciones de los depósitos obtenidos con los fundentes experimentales se enmarcan en rangos
similares a las de consumibles comerciales para el enfrentamiento al desgaste abrasivo, caracterizados por el
predominio de martencita en la microestructura y la presencia de austenita residual. Del proceso de optimización
para maximixar el C y el Cr, el fundente de mejores propiedades es similar al experimental “d” y se caracteriza
por C
ópt
= 2,45 y Cr
ópt
= 1,22 % (X
1
= 78,0; X
2
= 6,12 y X
3
= 15,88 %), con dureza en el entorno de 53 HRc.
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REVISTA TECNICA
DE LA FACULTAD DE INGENIERIA
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
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Esta revista fue editada en formato digital y publicada
en Abril de 2021, por el Fondo Editorial Serbiluz,
Universidad del Zulia. Maracaibo-Venezuela
Vol. 44. N°2, Mayo - Agosto, 2021_________________________