Modelado Computacional de los Cambios de Fase en Estado Sólido Durante el Enfriamiento Continuo de una Fundición Nodular

Abstract

En este trabajo se presenta un modelo computacional de las transformaciones de fase que ocurren durante el enfriamiento continuo de una fundición nodular de composición ligeramente hipereutéctica. Las transformaciones modeladas son, el crecimiento de los nódulos de grafito desde el final de la solidificación y hasta alcanzar la temperatura eutectoide estable, y las transformaciones eutectoide estable y metaestable. Entre la temperatura eutéctica y eutectoide estable, el crecimiento de los nódulos de grafito es función del flujo de carbono desde la austenita hacia los nódulos. En la transformación eutectoide estable la nucleación de la ferrita se asume instantánea sobre los nódulos de grafito y su velocidad de crecimiento depende de la difusión del carbono desde la austenita a tavés de los ferrita hacia los nódulos de grafito. En la interfase ferrita/austenita se asume equilibrio, y en la interfase grafito/ferrita se considera que ocurre una reacción interfacial la cual modifica la concentración de equilibrio de carbono de la ferrita en dicha interfase y, junto con ella, su velocidad de crecimiento. La nucleación de las colonias de perlita se modela a partir de una ley continua y su velocidad de crecimiento depende de forma indirecta del espaciamiento entre las láminas de cementita y ferrita, y de las concentraciones de equilibrio de carbono de la austenita en la interfase austenita/cementita y austenita/ferrita. Ambos cambios de fase eutectoide se asumen como dos procesos competitivos. El problema de transferencia de calor es resuelto por el método de los elementos finitos y el acoplamiento del campo térmico y metalúrgico se realiza por el método del calor latente. Por último, los resultados numéricos son validados con los resultados obtenidos en los ensayos llevados a cabo con probeteros para determinación de CE de sección circular.